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數位典藏之數位影像處理技術探討 雲端上的寶藏~ 國立新港藝術高中 蘇淵源
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Outlines 雲端上的寶藏!? 數位典藏簡介 典藏標的物之數位化 數位典藏之工作流程 數位典藏之成果範例及體驗 雲端工作術
數位影像格式與處理簡介 JPEG之介紹 DCT之介紹 數位影像處理與保護~浮水印 Photo<->emotion 數位影像處理實作
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雲端上的寶藏!? 楔子
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雲端上的寶藏!? ? Google art project
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雲端上的寶藏!?
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典藏 保存（博物館…17世紀）~Ashmolean Museum
數位典藏簡介 「數位典藏」是啥？ ~ 1 2 「數位典藏」=數位化+典藏保存之 數位 數位化（資訊科技…） 典藏 保存（博物館…17世紀）~Ashmolean Museum 簡單定義：指將有保存價值之實體或非實體資料，透過數位化科技技術予以保存及應用。 優點：讓既有的知識經過數位化的程序而得以大量匯集且長久保存；而配合網際網路的普及，更可以 將匯集的知識大量即時地傳遞給在世界各地的人們，達到知識共享的目的。3
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典藏標的物之數位化
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典藏標的物之數位化 數位化~ 0 & 1 的世界~
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典藏標的物之數位化 數位化~ 0 & 1 的世界~
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典藏標的物之數位化
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典藏標的物之數位化 數位影像資料格式 數位影像 數位影像和像素概念圖
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典藏標的物之數位化 數位影像資料格式 (cont.) 黑白數位影像 灰階數位影像 彩色數位影像
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典藏標的物之數位化 數位影像資料格式 (cont.) 二階數位影像示意圖 二階數位影像資料
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典藏標的物之數位化 數位影像資料格式 (cont.) ■■■■ 灰階數位影像示意圖 灰階數位影像資料
Grayscale （灰階影像）: 用256（8 bits）個色階來表示該像素介於黑色(灰階等於0)與白色（灰階等於255）之間的程度
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典藏標的物之數位化 數位影像資料格式 (cont.) ■■■■ 彩色數位影像示意圖 藍原色 之二維空間域陣列 紅原色 之二維空間域陣列
綠原色 之二維空間域陣列 彩色數位影像示意圖
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典藏標的物之數位化 數位典藏數位化工作流程 _ view
國立歷史博物館－國家文物數位典藏計畫 「器物數位化工作流程」（92-94年度） 國寶E化故宮新貌_ view (對焦國寶00)
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數位典藏工作流程架構 數位典藏工作流程架構圖（資料來源：數位典藏與數位學習國家型科技計劃網站）
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數位典藏工作流程架構說明 （1）採集：依據不同典藏品的類別，以有系統且有計畫的累積蒐集文物及展示
（1）採集：依據不同典藏品的類別，以有系統且有計畫的累積蒐集文物及展示 教育活動過程中，所產出的照片、錄音帶、錄影帶、幻燈片及文件 手稿等媒體紀錄，作為數位化之素材。 （2）後製：在於運用資訊技術，將所蒐集之媒體資料轉換為可以儲存、處理及 編輯之型式，並對每件數位化典藏資源加以組織及分類，進行典藏 品本身之資料描述紀錄，以作為典藏品本身及各種媒體資料知識化 之註解說明，及使用者查詢時之索引工具。 （3）典藏：藉由進行整體性的典藏環境規劃，以建構合適資訊系統，並透過系統運作達到 數位資料的保存及管理功能。 （4）應用加值：應用資訊技術，將數位化之素材結合專業人員之描述註解，配合各種應用及各類使用 者之需求，加以編輯組合成各類網路服務或資訊產品。 （5）傳播：將提供之資訊服務及產品，利用網際網路或電子媒體(E-media) 傳達給使用者，傳送過程考量使用者之需求及使用者端設備之差異，調適相容性。 （6）使用與呈現：設計多種資訊存取方法，包括瀏覽及查詢，以提供使用 者快速取得所需之資訊。
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數位典藏技術架構 使用者 應用系統 加值應用 資訊檢索技術 核心元件 圖像管理 影音管理 版權管理 後設資料 資料庫管理 資料管理
數位化物件 典藏品
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數位典藏相關技術簡介 後設資料規劃(Metadata) 典藏系統建置(資料庫) 多媒體處理技術 虛擬實境、圖像管理、影音處理、語音檢索
數位版權管理(DRM) 浮水印、權限管理、加密技術 語言處理技術 漢字構形資料庫/缺字處理、中文斷詞處理、跨語言檢索 時空資訊處理 GIS、地理座標分析
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Metadata ~ 1 2 3 指在數位化過程中，利用結構化方式整理，及呈現典藏內涵的資料。
何謂Metadata？是一種資料嗎？什麼是Meta，究竟是什麼意思？對於各式電子資源或數位資訊有何用處？ 一般泛稱為「資料的資料」（Data about Data），此一定義係源自一九九五年三月，由線上電腦圖書中心（Online Computer Library Center，簡稱OCLC）、美國國家超級電腦應用中心（National Center for Supercomputing Applications，簡稱NCSA）兩單位共同主辦名為「Metadata Workshop」的研討會中，該會廣邀圖書館學、電腦科學、文獻編碼，以及相關領域學者專家等參加，並於會中，首先提出「資料的資料」作為Metadata 的定義。 Metadata 有九種常用的名稱：「Schema、Schemas、Schemata、Format、Formats、Element sets、Standards、Systems、Catalogues」(Polydoratou & Nicholas, 2001)。除此之外，也有人使用「Vocabulary」(Baker, et al., n.d)或「Vocabularies」（如英國CORES Schema Registry）一詞。 在華文區域：詮釋資料、超資料、元資料、元數據、後設資料。 在中國大陸則是統一使用「元數據」一詞。 指在數位化過程中，利用結構化方式整理，及呈現典藏內涵的資料。 Metadata主要功能就在於將一群龐雜的資料予以結構化的替代資訊（Surrogate），並建立資料間的相互關係，以利檢索與再利用。
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Metadata也需要標準嗎？ 網際網路及數位資源的蓬勃發展，帶動對數位資訊組織管理的需求，為滿足不同資源類型與使用者團體的需要，各種具有擴充與描述功能的metadata scheme因應而生。 目前已應用的領域包括資源查尋、定位、館藏組織與管理、行政、版權管理、技術性重製與保存等等…。 為使各項經描述及組織的metadata scheme可相互運用，因此需製定可互通的標準格式。
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為什麼需要製定標準？ 有了標準…各家廠商的產品可相互通用 光碟 標準規格 Fujitsu Sony Philips 其他…… Arita
Benq 光碟 標準規格
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數位典藏之成果範例及體驗
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雲端工作術~ google 100 個工作方法 以圖找圖 Art project Google reader Other…..
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數位典藏之數位影像規格
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數位影像格式與處理簡介 數位影像依其處理和儲存方式可分為兩大類:
向量影像（vector-based image）：影像圖案由一個個物件所組成，每個物件可由一數學式表達 點陣式影像（bit-mapped image）：影像圖案由像素一個個排列而成
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常見數位影像格式整理 檔案格式 檔案類型 色彩表現 壓縮特性 特性 微軟支援軟體 (2002版) GIF 點陣式 256色 非破壞性
(256色內) 可指定透明色彩做影像去背，及顯示動畫 Word、Excel、PowerPoint、FrontPage、IE JPEG(JPG) 全彩 破壞性 有檔案體積小的優點，但影像會有一定程度的失真 Word、Excel、PowerPoint、FrontPage、IE等支援JPEG檔案交換格式但不支援JPEG2000格式 PNG 支援透明色彩但只適用於單張圖片不具動畫效果 TIF(TIFF) 最適宜作印刷用的圖檔格式 Word、Excel、PowerPoint、FrontPage BMP 不能儲存印刷用的色彩模式影像，為Windows標準的影像格式 PICT2 可處理印刷和繪圖兩種模式的影像資料，為麥金塔作業系統標準的影像格式 Word、Excel、PowerPoint UFO PhotoImpact專用的檔案格式 無 PSD Photoshop專用的檔案格式 EPS 點陣、向量混合式 印刷場或輸出中心的標準印刷輸出用檔案格式，還有一個好處是具有可去背景的不規則形狀點陣圖特性，可置於向量式繪圖或組頁排版程式中(如PageMaker)，可惜的是在PhotoDraw 2000中只能輸入此種格式而無法以這種格式輸出或另存新檔 WMF、EMF(加強型WMF) 向量式 WMF為Windows中最被廣泛運的基本向量格式；向量式繪圖軟體多半能將自己的檔案格式轉換為WMF或EMF檔 AI Illustrator的標準向量檔 CDR CorelDRAW的標準向量檔 CMX Corel家族的標準向量轉換檔 ●GIF圖形交換格式...目前唯一可以儲存動畫效果的存檔格式
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(Gray-level Image 8 bits/pixel)
數位影像格式與處理簡介 W=480 H=640 Lena (Gray-level Image 8 bits/pixel)
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數位影像格式與處理簡介 影像大小(image size)： Lena: H×W=640 ×480= Pixels 檔案大小： Lena: 640 ×480 ×8= bits =300 KB 解析度(resolution) dpi (dots per inch or pixels per inch) 每一英吋長度內有幾個像素點 Ex. 一1024 × 768的影像，解析度為300 dpi，表示影像輸出後的實際大小為8.7cm × 6.5cm (一英吋＝2.54公分)
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影像模式 RGB (Red, Green, Blue) RGB 指的是光的顏色而非染料顏色 常用於監視器、彩色投影機等具發光的設備
數位影像格式與處理簡介 影像模式 RGB (Red, Green, Blue) RGB 指的是光的顏色而非染料顏色 常用於監視器、彩色投影機等具發光的設備 CMYK (Cyan, Magenta, Yellow, Black) CMYK指的是顏料色 常用於彩色噴墨印表機
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數位影像格式與處理簡介 常見的影像處理有： 影像放大縮小 旋轉 位移 模糊化 清晰化 亮度調整 影像壓縮
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影像壓縮? ~花時間~要技術~為何? 原圖（BMP 768 KB） JPEG 55 KB
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數位影像壓縮 影像壓縮可分為兩類 1. 無失真壓縮 壓縮前的原始影像與壓縮後還原的結果絲毫不差。Ex. GIF, TIFF, PCX,TGA
2. 失真壓縮 壓縮前的原始影像與壓縮後還原的結果十分相像。Ex. VQ, JPEG
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影像品質鑑定 The quality of the encoded image is evaluated by the peak signal-to noise ration PSNR, which is defined as For an m*m image, the mean-square error (MSE) is defined as Where xij and denote the original and quantized gray level, respectively.
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數位影像壓縮 ？？？ ？？？ 一般實際操作的作法
資料壓縮（data compression）意謂著可以較少的位元數來傳送或儲存資料。這些方法可分成兩大類：不失真的和會失真的方法 ？？？ ？？？ 一般實際操作的作法
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無失真的影像壓縮格式 PCX 影像壓縮技術 以變動長度編碼法（Run Length Encoding）為其核心技術
優點：演算法簡單、易懂，並容易實做 缺點：壓縮率會隨著影像複雜度的不同而有所變動。遇到重複性低的影像資料，PCX處理過的影像體積經常不增反減。 變動長度編碼（run-length encoding）可能是最簡單的資料壓縮方法。它能夠用來壓縮由任何符號所組合而成的資料。這個方法是利用一個符號加上一個數字來取代連續出現的相同符號。例如，AAAAAAAA 就以 A08 來取代 變動長度編碼範例 僅有兩種符號的變動長度編碼範例
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無失真的影像壓縮格式 TIFF 影像壓縮技術 1. 提供多種壓縮策略
提供藍波-立夫-衛曲編碼法（Lempel-Ziv-Welch）、霍夫曼編碼法（Huffman Coding）及變動長度編碼法（Run Length Encoding） 2.具有豐富的色彩支援 可支援單色、灰階及全彩的影像格式 3.廣泛的應用於多種工作平台上 可用於MS Windows、 DOS、 UNIX和 OS/2等。 Huffman 編碼（Huffman coding）是利用較短的代碼來表示出現頻率較高的符號，而用較長的代碼來替代出現頻率較低的符號。在將位元樣式設定給不同的字元前，要根據字元出現的頻率來設定每一個字元的權重。
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Huffman 編碼＊解碼範例
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無失真的影像壓縮格式 GIF 影像壓縮技術 採用藍波-立夫-衛曲編碼法（Lempel-Ziv-Welch）
優點：可有效節省壓縮空間，提高壓縮比例 缺點：程式開發較為費時，色彩支援僅256色，不能滿足現今需求。
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有失真的影像壓縮格式 JPEG 影像壓縮技術
由國際標準組織（International Organization for Standardization，簡稱ISO）及國際電話電報諮詢委員會（International Telegraph and Telephone Consultative Committee，簡稱CCITT）共同擬定。 利用離散餘弦轉換法（Discrete Cosine Transform）將資料中較不重要的部分去除，僅保留重要的資訊。
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VQ 影像壓縮技術 w h Image Index table Vector Quantization Encoder
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VQ 影像壓縮技術 w h Image Index table Vector Quantization Decoder
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影像壓縮技術分析與比較 原圖（BMP 768 KB） JPEG 55 KB
JPEG (Joint Photographic Coding Expert Group)： 主要是用於靜態影像壓縮方面。JPEC 採用可失真(Lossy) 編碼法的概念，利用數位餘弦轉換法(Discrete Cosine Transform，簡稱DCT) 將影像資料中較不重要的部份去除，僅保留重要的資訊，以達到高壓縮率的目的。雖然被JPEC 處理後的影像會有失真的現象，但由於JPEG 的失真比例可以利用參數來加以控制；一般而言，當壓縮率在5% ～15% 之間時，JPEC 依然能保証其適當的影像品質，這是一般無失真壓縮法所作不到的。 原圖（BMP 768 KB） JPEG 55 KB
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全彩影像的壓縮結果
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灰階影像的壓縮結果
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256色影像的壓縮結果
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JPEG的介紹 歷史 JPEG (Joint Photographic Experts Group) ISO與CCITT (1986)
首次發表稱為ISO/IEC (1991) 國際標準 (1992 – ) 利用離散餘弦轉換法（Discrete Cosine Transform）將資料中較不重要的部分去除，僅保留重要的資訊。
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JPEG的介紹(cont.) 考慮一張 640480 的全彩影像 時間 versus 金錢
64048038= Bits Modem 36Kbps /36000= (sec)= 3.41 (min) 假設JPEG之壓縮率為12 ( /12)/36000= 17.1 (sec) 時間 versus 金錢
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JPEG的介紹(cont.) 基本循序壓縮模式
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JPEG的介紹(cont.) 漸進式壓縮模式
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JPEG壓縮流程圖
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JPEG解壓縮流程圖
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離散餘弦轉換 空間域 頻率域 FDCT (f (x,y) | x = 0 to N ; y = 0 to N)
f(x,y) = O(x,y)-128 FDCT (f (x,y) | x = 0 to N ; y = 0 to N) (x,y) (i,j) O(x,y) = f(x,y)+128 IDCT (D(i,j) | i = 0 to N ; j = 0 to N)
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離散餘弦轉換公式 Forward DCT (FDCT) : Inverse DCT (IDCT) : if x is 0, else 1
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基頻影像 空間域 DC AC 頻率域 (8X8) DCT 二維基頻影像
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基頻影像頻率圖
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基頻影像邊緣分佈圖
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基頻影像能量分佈圖
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離散餘弦轉換的例子 所對照的影像 頻率域原始資料陣列: 0: 200 0 0 0 0 0 0 0 1: 0 0 0 0 0 0 0 0
0: 1: 2: 3: 4: 5: 6: 7: IDCT轉換後的結果: 0: 1: 2: 3: 4: 5: 6: 7: 所對照的影像
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離散餘弦轉換的例子 (cont.) 所對照的影像 頻率域原始資料陣列: 0: 0 0 0 0 0 0 0 200
0: 1: 2: 3: 4: 5: 6: 7: IDCT轉換的結果: 0: 1: 2: 3: 4: 5: 6: 7: 所對照的影像
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離散餘弦轉換的例子 (cont.) 所對照的影像 頻率域原始資料陣列: 0: 0 0 0 0 0 0 0 0
0: 1: 2: 3: 4: 5: 6: 7: IDCT轉換的結果: 0: 1: 2: 3: 4: 5: 6: 7: 所對照的影像
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離散餘弦轉換的例子 (cont.)
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離散餘弦轉換的例子 (cont.)
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熵編碼 (cont.) ZIG-ZAG掃描順序
轉換 2-D 係數區塊成 1-D 係數
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熵編碼 (cont.) ZIG-ZAG Scan圖例
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數位影像處理~Tools Coding by yourself ~ C , C++ , others MATLAB
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數位影像安全與保護~浮水印(watermark)
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看不見的watermark 數位浮水印的藏入 ＋ 所要藏入的浮水印 原始影像 已受保護的影像
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看不見的數位浮水印 數位浮水印的取出 運算 浮水印 fragile watermark robust watermark 已受保護的影像
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看不見的數位浮水印 不可視數位浮水印技術的架構圖
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數位浮水印技術的設計理念 加入浮水印之影像肉眼辨識不出來 他人無法偵測影像中有浮水印 演算法須公開 取浮水印，不需仰賴原始影像
經數位訊號處理後，浮水印仍健在 演算法執行效率佳 允許同時藏入多份浮水印
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Photo<->emotion
~ New topic ~ Photo<->emotion
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數位影像處理實作 ~ photoshop
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Q & A THANKS
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