Бинарное изображение — это изображение, состоящее из пикселей, которые могут иметь один из двух цветов, обычно черный и белый. Бинарные изображения еще называют двухуровневыми или двухуровневыми , Pixelart , выполненный из двух цветов, часто называют 1-битным или 1-битным . [2] Это означает, что каждый пиксель хранится в виде одного бита, т. е. 0 или 1. Названия « черно-белый» , «Ч/Б» , «Монохромный » или «Монохромный» часто используются для обозначения этой концепции, но также могут обозначать любые изображения, имеющие только один образец на пиксель, например изображения в оттенках серого . На языке Photoshop двоичное изображение — это то же самое, что изображение в режиме «Растровое изображение». [3] [4]
Двоичные изображения часто возникают при цифровой обработке изображений в виде масок , пороговой обработки и сглаживания . Некоторые устройства ввода/вывода, такие как лазерные принтеры , факсы и двухуровневые компьютерные дисплеи , могут обрабатывать только двухуровневые изображения.
Бинарное изображение может храниться в памяти как растровое изображение — упакованный массив битов. Для изображения размером 640×480 требуется 37,5 КиБ памяти. Из-за небольшого размера файлов изображений факсы и решения для управления документами обычно используют этот формат. Большинство двоичных изображений также хорошо сжимаются с помощью простых схем сжатия по длинам серий .
Бинарные изображения можно интерпретировать как подмножества двумерной целочисленной решетки Z 2 ; область морфологической обработки изображений во многом была вдохновлена этой точкой зрения.
Целый класс операций с двоичными изображениями работает с окном изображения размером 3×3. Он содержит девять пикселей, то есть 2 9 или 512 возможных значений. Рассматривая только центральный пиксель, можно определить, останется ли он установленным или нет, на основе окружающих пикселей. Примерами таких операций являются прореживание, расширение, поиск точек и конечных точек ветвления, удаление изолированных пикселей, сдвиг изображения на пиксель в любом направлении и разрыв H-связей. «Игра жизни» Конвея также является примером оконной операции 3×3.
Другой класс операций основан на понятии фильтрации с помощью элемента структурирования. Элементом структурирования является двоичное изображение, обычно небольшого размера, которое пропускается поверх целевого изображения аналогично фильтру при обработке изображений в оттенках серого. Поскольку пиксели могут иметь только два значения, морфологическими операциями являются эрозия (любые неустановленные пиксели внутри элемента структурирования приводят к отключению пикселя) и расширение (любые установленные пиксели внутри элемента структурирования приводят к установке пикселя). Важными операциями являются морфологическое открытие и морфологическое закрытие , которые состоят из эрозии с последующей дилатацией и дилатации с последующей эрозией соответственно с использованием одного и того же структурирующего элемента. Открытие имеет тенденцию увеличивать небольшие отверстия, удалять мелкие предметы и разделять предметы. Закрытие сохраняет мелкие объекты, удаляет дыры и соединяет объекты.
Очень важной характеристикой бинарного изображения является преобразование расстояния . Это дает расстояние каждого установленного пикселя от ближайшего неустановленного пикселя. Преобразование расстояния может быть эффективно вычислено. Это позволяет эффективно вычислять диаграммы Вороного , где каждому пикселю изображения присваивается ближайшая из множества точек. Он также позволяет скелетонизировать, что отличается от прореживания тем, что скелеты позволяют восстановить исходное изображение. Преобразование расстояния также полезно для определения центра объекта и для сопоставления при распознавании изображений.
Другой класс операций — сбор неориентированных метрик. Это часто важно при распознавании изображений, когда необходимо изменить ориентацию камеры. Безориентационные метрики группы связанных или окруженных пикселей включают число Эйлера , периметр, площадь, компактность, площадь отверстий, минимальный радиус, максимальный радиус.
Двоичные изображения создаются из цветных изображений путем сегментации . Сегментация — это процесс отнесения каждого пикселя исходного изображения к двум или более классам. Если классов более двух, то обычным результатом будет несколько двоичных изображений. Простейшей формой сегментации, вероятно, является метод Оцу , который назначает пиксели переднему или заднему плану на основе интенсивности оттенков серого. Другой метод — алгоритм водораздела . Обнаружение краев также часто создает двоичное изображение с некоторыми пикселями, присвоенными пикселям края, и также является первым шагом в дальнейшей сегментации.
Утончение или скелетонизация создает двоичные изображения, состоящие из линий шириной в пиксель. Затем можно извлечь точки ветвления и конечные точки, а изображение преобразовать в график. Это важно при распознавании изображений, например, при оптическом распознавании символов .
Интерпретация двоичного значения пикселя также зависит от устройства. Некоторые системы интерпретируют значение бита 0 как черное, а 1 как белое, в то время как другие меняют значение значений на противоположное. В стандартном интерфейсе ПК TWAIN для сканеров и цифровых камер первый аромат называется ванилью , а обратный – шоколадом .
Дизеринг часто используется для отображения полутоновых изображений. [5]
Бинарное пиксельное искусство , более известное как 1-битное или 1-битное искусство, было методом отображения графики со времен первых компьютеров. В то время как ранние компьютеры, такие как ZX81, использовали ограничение как необходимость аппаратного обеспечения, портативные игры с ЖК-дисплеем, такие как Game & Watch и Tamagotchi , наряду с ранними компьютерами с упором на графические пользовательские интерфейсы, такие как Macintosh, сделали большие шаги в продвижении культуры. , техника и эстетика ограничений 1-битного искусства. [6]
Современные примеры однобитного искусства можно увидеть в инди-видеоиграх и другом цифровом искусстве. [7] В таких популярных играх, как Gato Roboto , Return of the Obra Dinn , Minit и World of Horror , 1bit используется в качестве стиля, чтобы придать своим играм ощущение ретро [8] или просто сэкономить время графических дизайнеров на разработке. [9] В разработке находится даже новое 1-битное оборудование, такое как экспериментальная портативная консоль Playdate . [10]
Для пиксельных художников 1-Bit стал обычным вызовом при создании произведений искусства. Конкурс пиксельной графики Pixtogether требовал от участников использовать только два цвета для своего 10-го ежемесячного конкурса. [11] Немногие художники в основном занимаются 1bit-артом, но многие из них поддерживают связь друг с другом, чтобы обмениваться знаниями о работе с ограничением и организовывать собственные коллаборации. [12]
Брэндон Джеймс Грир, создатель популярных обучающих программ на YouTube [13] [14] по 1bit и другим пиксельным изображениям, говорит, что «ограничение приводит к некоторым уникальным подходам» и что работа в 1-Bit — «очень веселая и уникальная задача». [15]
Хотя 1bit сам по себе можно назвать художественным стилем , каждая часть также подпадает под второй стиль. Очевидные различия в стилях 1-битной графики заключаются, например, в том, используется ли, насколько и какой вид сглаживания , разрешение изображения , использование контуров и насколько детализировано изображение.
Датчик двоичного изображения с передискретизацией — это новый датчик изображения, напоминающий традиционную фотопленку. Каждый пиксель датчика имеет двоичный отклик, что дает только однобитовое квантованное измерение локальной интенсивности света.