Цифровое изображение — это изображение , состоящее из элементов изображения , также известных как пиксели , каждый из которых имеет конечные дискретные количества числового представления своей интенсивности или уровня серого , что является результатом его двумерных функций, подаваемых в качестве входных данных по его пространственным координатам, обозначаемым x , y по оси x и y соответственно. [1] В зависимости от того, фиксировано ли разрешение изображения , оно может быть векторным или растровым . Сам по себе термин «цифровое изображение» обычно относится к растровым изображениям или растровым изображениям (в отличие от векторных изображений ). [ нужна цитата ]
Растровые изображения имеют конечный набор цифровых значений, называемых элементами изображения или пикселями . Цифровое изображение содержит фиксированное количество строк и столбцов пикселей. Пиксели — это наименьший отдельный элемент изображения, содержащий квантованные значения, представляющие яркость данного цвета в любой конкретной точке.
Обычно пиксели хранятся в памяти компьютера в виде растрового изображения или растровой карты — двумерного массива небольших целых чисел. Эти значения часто передаются или сохраняются в сжатом виде.
Растровые изображения могут быть созданы с помощью различных устройств ввода и методов, таких как цифровые камеры , сканеры , координатно-измерительные машины, сейсмографическое профилирование, бортовой радар и многое другое. Их также можно синтезировать из произвольных данных, не являющихся изображениями, таких как математические функции или трехмерные геометрические модели; последняя является основной областью компьютерной графики . Область цифровой обработки изображений — исследование алгоритмов их преобразования.
Большинство пользователей знакомятся с растровыми изображениями через цифровые камеры, которые используют любой из нескольких форматов файлов изображений .
Некоторые цифровые камеры предоставляют доступ практически ко всем данным, снятым камерой, используя формат необработанного изображения . Универсальные рекомендации по обработке фотографий (UPDIG) рекомендуют использовать эти форматы, когда это возможно, поскольку файлы RAW позволяют получить изображения наилучшего качества. Эти форматы файлов обеспечивают фотографу и оператору обработки максимальный уровень контроля и точности вывода. Их использование сдерживается преобладанием служебной информации ( коммерческой тайны ) у некоторых производителей фотоаппаратов, но были такие инициативы, как OpenRAW , с целью повлиять на производителей и заставить их публиковать эти записи публично. Альтернативой может быть Digital Negative (DNG) , собственный продукт Adobe, описываемый как «общедоступный архивный формат для необработанных данных цифровой камеры». [2] Хотя этот формат еще не получил всеобщего признания, поддержка этого продукта растет, и все больше профессиональных архивистов и защитников природы, работающих в уважаемых организациях, по-разному предлагают или рекомендуют DNG для архивных целей. [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10]
Векторные изображения , полученные в результате математической геометрии ( вектор ). С математической точки зрения вектор состоит из величины (длины) и направления.
Часто в одном изображении сочетаются как растровые, так и векторные элементы; например, в случае рекламного щита с текстом (векторным) и фотографиями (растровым).
Примерами типов векторных файлов являются EPS , PDF и AI .
Программное обеспечение для просмотра изображений, отображаемое на изображениях. Веб-браузеры могут отображать стандартные форматы изображений Интернета, включая JPEG , GIF и PNG . Некоторые могут отображать формат SVG , который является стандартным форматом W3C . В прошлом, когда Интернет все еще работал медленно, было принято предоставлять изображения для «предварительного просмотра», которые загружались и появлялись на веб-сайте, прежде чем быть заменены основным изображением (чтобы создать предварительное впечатление). Сейчас Интернет достаточно быстрый, и это изображение для предварительного просмотра используется редко.
Некоторые научные изображения могут быть очень большими (например, изображение Млечного Пути размером 46 гигапикселей , размером около 194 Гб). [11] Такие изображения сложно загрузить, и их обычно просматривают в Интернете через более сложные веб-интерфейсы.
Некоторые программы просмотра предлагают утилиту слайд-шоу для отображения последовательности изображений.
Первые цифровые факсимильные аппараты, такие как система передачи изображений по кабелю Bartlane, на десятилетия предшествовали цифровым камерам и компьютерам. Первое изображение, которое было отсканировано, сохранено и воссоздано в цифровых пикселях, было отображено на Восточном автоматическом компьютере стандартов ( SEAC ) в NIST . [12] Развитие цифровых изображений продолжалось в начале 1960-х годов одновременно с развитием космической программы и медицинскими исследованиями. В проектах Лаборатории реактивного движения , Массачусетского технологического института , Bell Labs и Университета Мэриленда , среди прочих, цифровые изображения использовались для продвижения спутниковых изображений , преобразования стандартов проводной фотографии, медицинской визуализации , технологии видеотелефонов , распознавания символов и улучшения фотографий. [13]
Быстрый прогресс в области цифровых изображений начался с появления интегральных схем МОП в 1960-х годах и микропроцессоров в начале 1970-х годов, наряду с прогрессом в соответствующей компьютерной памяти , технологиях отображения и алгоритмах сжатия данных .
Изобретение компьютерной аксиальной томографии ( КТ-сканирования ), использующей рентгеновские лучи для создания цифрового изображения «среза» трехмерного объекта, имело большое значение для медицинской диагностики. Помимо создания цифровых изображений, оцифровка аналоговых изображений позволила улучшить и восстановить археологические артефакты и начала использоваться в таких разнообразных областях, как ядерная медицина , астрономия , правоохранительные органы , оборона и промышленность . [14]
Достижения в области микропроцессорной технологии проложили путь к разработке и маркетингу устройств с зарядовой связью (ПЗС) для использования в широком спектре устройств захвата изображений и постепенно вытеснили использование аналоговой пленки и ленты в фотографии и видеосъемке к концу 20-х годов. век. Вычислительная мощность, необходимая для обработки цифровых изображений, также позволила сгенерированным компьютером цифровым изображениям достичь уровня детализации, близкого к фотореализму . [15]
Первым полупроводниковым датчиком изображения была ПЗС-матрица, разработанная Уиллардом С. Бойлом и Джорджем Э. Смитом в Bell Labs в 1969 году. [16] Исследуя технологию МОП, они поняли, что электрический заряд является аналогией магнитного пузыря и что он может храниться на крошечном МОП-конденсаторе . Поскольку изготовить серию МОП-конденсаторов подряд было довольно просто, к ним подавали подходящее напряжение, чтобы можно было поэтапно перемещать заряд от одного к другому. [17] ПЗС — это полупроводниковая схема, которая позже использовалась в первых цифровых видеокамерах для телевизионного вещания . [18]
Ранние датчики CCD страдали от задержки срабатывания затвора . Эта проблема была во многом решена с изобретением закрепленного фотодиода (PPD). [19] Его изобрели Нобуказу Тераниши , Хиромицу Сираки и Ясуо Исихара в NEC в 1980 году . [19] [20] Это была структура фотодетектора с малой задержкой, низким уровнем шума , высокой квантовой эффективностью и низким темновым током . [19] В 1987 году PPD начал использоваться в большинстве устройств CCD, став неотъемлемой частью бытовых электронных видеокамер , а затем и цифровых фотоаппаратов . С тех пор PPD использовался почти во всех датчиках CCD, а затем и в датчиках CMOS. [19]
Датчик активных пикселей NMOS (APS) был изобретен компанией Olympus в Японии в середине 1980-х годов. Это стало возможным благодаря достижениям в производстве полупроводниковых МОП-приборов , когда масштабирование МОП-транзисторов достигло меньших микронных, а затем и субмикронных уровней. [21] [22] NMOS APS был изготовлен командой Цутому Накамура в Олимпе в 1985 году. [23] Датчик CMOS с активными пикселями (CMOS-сенсор) был позже разработан командой Эрика Фоссума в Лаборатории реактивного движения НАСА в 1993 году. [19] К 2007 году продажи датчиков CMOS превысили продажи датчиков CCD . [24]
Важным достижением в технологии сжатия цифровых изображений стало дискретное косинусное преобразование (DCT), метод сжатия с потерями , впервые предложенный Насиром Ахмедом в 1972 году . [25] Сжатие DCT используется в формате JPEG , который был представлен Объединенной группой экспертов по фотографии в 1992 году. [26] JPEG сжимает изображения до файлов гораздо меньшего размера и стал наиболее широко используемым форматом файлов изображений в Интернете . [27]
В цифровых изображениях мозаика представляет собой комбинацию непересекающихся изображений, расположенных в некоторой мозаике . Гигапиксельные изображения являются примером такой мозаики цифровых изображений. Спутниковые изображения часто представляют собой мозаику, охватывающую регионы Земли.
Интерактивный просмотр обеспечивается фотографией виртуальной реальности .
{{cite book}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )