Digitální obraz - Digital image
Digitální obraz je obraz složený z obrazových prvků , také známý jako pixely , z nichž každý má konečných , diskrétní množství numerické zastoupení jeho intenzitu nebo šedý odstín , který je výstupem ze svých dvojrozměrných funkcí přivádí jako vstupní svými prostorovými souřadnicemi označeny x , y na ose x, respektive na ose y. V závislosti na tom, zda je rozlišení obrazu pevné, může být vektorového nebo rastrového typu. Pojem „digitální obraz“ sám o sobě obvykle označuje rastrové obrázky nebo bitmapové obrázky (na rozdíl od vektorových obrázků ).
Rastrový
Rastrové obrázky mají konečnou sadu digitálních hodnot, které se nazývají obrazové prvky nebo pixely . Digitální obrázek obsahuje pevný počet řádků a sloupců pixelů. Pixely jsou nejmenší jednotlivý prvek v obraze, který obsahuje zastaralé hodnoty, které představují jas dané barvy v jakémkoli konkrétním bodě.
Pixely se obvykle ukládají do paměti počítače jako rastrový obrázek nebo rastrová mapa, dvojrozměrné pole malých celých čísel. Tyto hodnoty se často přenášejí nebo ukládají v komprimované podobě.
Rastrové obrázky lze vytvářet pomocí různých vstupních zařízení a technik, jako jsou digitální fotoaparáty , skenery , stroje na měření souřadnic, seismografické profilování, palubní radar a další. Mohou být také syntetizovány z libovolných jiných než obrazových dat, jako jsou matematické funkce nebo trojrozměrné geometrické modely; druhý je hlavní podoblast počítačové grafiky . Oblast digitálního zpracování obrazu je studium algoritmů pro jejich transformaci.
Rastrové formáty souborů
Většina uživatelů přichází do styku s rastrovými obrázky prostřednictvím digitálních fotoaparátů, které používají některý z několika formátů obrazových souborů .
Některé digitální fotoaparáty umožňují přístup téměř ke všem datům zachyceným fotoaparátem pomocí nezpracovaného formátu obrazu . Pokyny Universal Photographic Imaging Guidelines (UPDIG) navrhují, aby se tyto formáty používaly, kdykoli je to možné, protože nezpracované soubory vytvářejí obrázky nejvyšší kvality. Tyto formáty souborů umožňují fotografovi a zpracovateli nejvyšší úroveň kontroly a přesnosti výstupu. Jejich použití brání prevalence vlastnických informací ( obchodních tajemství ) pro některé výrobce fotoaparátů, ale existují iniciativy jako OpenRAW, které mají ovlivnit výrobce, aby tyto záznamy zveřejnili. Alternativou může být Digital Negative (DNG) , patentovaný produkt Adobe popsaný jako „veřejný, archivační formát pro nezpracovaná data digitálního fotoaparátu“. Ačkoli tento formát ještě není všeobecně přijímán, podpora produktu roste a stále více profesionálních archivářů a ochránců přírody pracujících pro renomované organizace různě navrhuje nebo doporučuje DNG pro archivní účely.
Vektor
Vektorové obrázky byly výsledkem matematické geometrie ( vektoru ). Z matematického hlediska se vektor skládá jak z velikosti, tak z délky a směru.
Často budou rastrové i vektorové prvky kombinovány do jednoho obrázku; například v případě billboardu s textem (vektor) a fotografiemi (rastr).
Příkladem typů vektorových souborů jsou EPS , PDF a AI .
Prohlížení obrázků
Software pro prohlížení obrázků zobrazuje obrázky. Webové prohlížeče mohou zobrazovat standardní internetové obrazové formáty včetně JPEG , GIF a PNG . Některé mohou zobrazit formát SVG, což je standardní formát W3C . V minulosti, kdy byl internet stále pomalý, bylo běžné poskytovat „náhledový“ obrázek, který se načetl a objevil na webových stránkách, než byl nahrazen hlavním obrázkem (na první pohled). Internet je nyní dostatečně rychlý a tento náhled se používá jen zřídka.
Některé vědecké snímky mohou být velmi velké (například obrázek Mléčné dráhy o velikosti 46 gigapixelů, velikost přibližně 194 Gb). Stahování takových obrázků je obtížné a jsou obvykle procházeny online prostřednictvím složitějších webových rozhraní.
Někteří diváci nabízejí nástroj pro prohlížení snímků k zobrazení sekvence obrázků.
Dějiny
Rané digitální faxové přístroje, jako je systém přenosu kabelového obrazu Bartlane, předcházely digitální fotoaparáty a počítače o několik desetiletí. První obrázek, který byl naskenován, uložen a znovu vytvořen v digitálních pixelech, byl zobrazen na standardním východním automatickém počítači ( SEAC ) v NIST . Pokrok digitálních snímků pokračoval na počátku 60. let, spolu s vývojem vesmírného programu a lékařským výzkumem. Projekty v Jet Propulsion Laboratory , MIT , Bell Labs a University of Maryland , mimo jiné, používaly digitální obrazy k posunu satelitních snímků , převodu standardů wirephoto, lékařského zobrazování , videotelefonní technologie, rozpoznávání znaků a vylepšení fotografií.
Rychlý pokrok v digitálním zobrazování začal zavedením integrovaných obvodů MOS v 60. letech a mikroprocesorů na začátku 70. let, spolu s pokrokem v souvisejícím ukládání paměti počítače , zobrazovacích technologiích a algoritmech komprese dat.
Vynález počítačové axiální tomografie ( CAT skenování ), využívající rentgenové paprsky k vytvoření digitálního obrazu „řezu“ prostřednictvím trojrozměrného objektu, měl pro lékařskou diagnostiku velký význam. Stejně jako vznik digitálních obrazů umožnila digitalizace analogových obrazů vylepšení a restaurování archeologických artefaktů a začala se používat v tak rozmanitých oblastech, jako je nukleární medicína , astronomie , vymáhání práva , obrana a průmysl .
Pokroky v mikroprocesorové technologii připravily půdu pro vývoj a marketing zařízení s vazbou na náboj (CCD) pro použití v široké škále zařízení pro snímání obrazu a na konci 20. století postupně posunuly používání analogového filmu a pásky ve fotografii a videografii století. Výpočtový výkon potřebný ke zpracování digitálního snímání obrazu také umožňoval počítačem generované digitální obrazy dosáhnout úrovně zdokonalení blízké fotorealismu .
Digitální obrazové snímače
Základem pro digitální obrazové snímače je technologie kov-oxid-polovodič (MOS), která vychází z vynálezu MOSFET (tranzistor s efektem pole MOS) od Mohameda M. Atally a Dawona Kahnga v Bell Labs v roce 1959. To vedlo k vývoj digitálních polovodičových obrazových snímačů, včetně zařízení s vazbou na náboj (CCD) a později snímače CMOS .
Prvním polovodičovým obrazovým snímačem byl CCD vyvinutý Willardem S. Boylem a Georgem E. Smithem v Bell Labs v roce 1969. Při výzkumu technologie MOS si uvědomili, že elektrický náboj je obdobou magnetické bubliny a že jej lze uložit na malém kondenzátoru MOS . Jelikož bylo celkem jednoduché vyrobit řadu kondenzátorů MOS za sebou, připojili k nim vhodné napětí, aby bylo možné nabíjet z jednoho na druhý. CCD je polovodičový obvod, který byl později použit v prvních digitálních videokamerách pro televizní vysílání .
Časné snímače CCD trpěly zpožděním závěrky . To bylo do značné míry vyřešeno vynálezem připnuté fotodiody (PPD). To bylo vynalezeno Nobukazu Teranishi , Hiromitsu Shiraki a Yasuo Ishihara na NEC v roce 1980. Jednalo se o strukturu fotodetektoru s nízkým zpožděním, nízkým šumem , vysokou kvantovou účinností a nízkým temným proudem . V roce 1987 začal být PPD začleňován do většiny CCD zařízení a stal se pevnou součástí videokamer pro spotřební elektroniku a poté digitálních fotoaparátů . Od té doby se PPD používá téměř ve všech CCD senzorech a CMOS senzorech.
NMOS senzor aktivní pixel (APS) byl vynalezen Olympus v Japonsku v polovině 1980. To bylo umožněno pokroky ve výrobě polovodičových zařízení MOS , přičemž škálování MOSFET dosahovalo menších mikronových a poté sub-mikronových úrovní. NMOS APS vyrobil tým Tsutomu Nakamura na Olympu v roce 1985. Senzor CMOS s aktivními pixely (CMOS senzor) byl později vyvinut týmem Erica Fossuma v laboratoři Jet Propulsion Laboratory NASA v roce 1993. Do roku 2007 byl prodej senzorů CMOS překonal senzory CCD.
Digitální komprese obrazu
Důležitým vývojem v technologii komprese digitálního obrazu byla diskrétní kosinová transformace (DCT), metoda ztrátové komprese, kterou poprvé navrhl Nasir Ahmed v roce 1972. DCT komprese se stala základem pro JPEG , který byl představen Společnou fotografickou expertní skupinou v roce 1992. JPEG komprimuje obrázky do mnohem menších velikostí souborů a stal se nejpoužívanějším formátem obrazových souborů na internetu . Jeho vysoce účinný algoritmus komprese DCT byl do značné míry zodpovědný za široké šíření digitálních obrázků a digitálních fotografií , od roku 2015 se každý den vyprodukovalo několik miliard obrázků JPEG.
Mozaika
Při digitálním zpracování obrazu, je mozaika je kombinace nepřekrývajících se obrazů, uspořádaných v některých mozaikování . Gigapixelové obrázky jsou příkladem takových mozaik digitálního obrazu. Satelitní snímky jsou často mozaikové, aby pokryly oblasti Země.
Interaktivní prohlížení zajišťuje fotografie ve virtuální realitě .