Цифровое изображение - Digital image

Для более широкого освещения этой темы см. Цифровое изображение.

А цифровое изображение является изображение состоит из элементы изображения, также известный как пиксели, каждый с конечный, дискретные количества числового представления для своего интенсивность или же уровень серого это результат его двумерные функции подается как ввод от его пространственные координаты обозначается Икс, у по оси x и оси y соответственно.[1] В зависимости от того, Разрешение изображения фиксируется, это может быть вектор или же растр тип. Сам по себе термин «цифровое изображение» обычно относится к растровые изображения или же растровый изображения (в отличие от векторные изображения ).[нужна цитата ]

Растр

Растровые изображения иметь конечный набор цифровой ценности, называемые элементы изображения или же пиксели. Цифровое изображение содержит фиксированное количество строк и столбцов пикселей. Пиксели - это наименьший отдельный элемент изображения, содержащий устаревшие значения, которые представляют яркость данного цвета в любой конкретной точке.

Обычно пиксели хранятся в памяти компьютера в виде растровое изображение или растровая карта, двумерный массив маленьких целых чисел. Эти значения часто передаются или хранятся в сжатый форма.

Растровые изображения могут быть созданный с помощью различных устройств и методов ввода, таких как цифровые фотоаппараты, сканеры, координатно-измерительные машины, сейсмографическое профилирование, бортовая радиолокационная станция и др. Они также могут быть синтезированы из произвольных данных, не относящихся к изображению, таких как математические функции или трехмерные геометрические модели; последняя является основной подзоной компьютерная графика. Поле цифровая обработка изображений это исследование алгоритмов их преобразования.

Форматы растровых файлов

Большинство пользователей контактируют с растровыми изображениями через цифровые камеры, которые используют любую из нескольких форматы файлов изображений.

Немного цифровые фотоаппараты предоставить доступ почти ко всем данным, захваченным камерой, с помощью необработанный формат изображения. Руководство по универсальной фотографической визуализации (UPDIG) предлагает использовать эти форматы, когда это возможно, поскольку необработанные файлы создают изображения наилучшего качества. Эти форматы файлов позволяют фотографу и оператору обработки получить максимальный уровень контроля и точности вывода. Их использование затруднено преобладанием конфиденциальной информации (коммерческие секреты ) для некоторых производителей фотоаппаратов, но были такие инициативы, как OpenRAW побуждать производителей публиковать эти записи. Альтернативой может быть Цифровой негатив (DNG), проприетарный продукт Adobe, описанный как «общедоступный архивный формат для необработанных данных цифровой камеры».[2] Хотя этот формат еще не получил всеобщего признания, поддержка продукта растет, и все больше профессиональных архивистов и защитников окружающей среды, работающих в уважаемых организациях, по-разному предлагают или рекомендуют DNG для архивных целей.[3][4][5][6][7][8][9][10]

Вектор

Векторные изображения в результате математической геометрии (вектор ). С математической точки зрения, вектор состоит из величины или длины и направления.

Часто и растровые, и векторные элементы объединяются в одном изображении; например, в случае билборда с текстом (вектор) и фотографиями (растр).

Примеры типов векторных файлов: EPS, PDF, и AI.

Просмотр изображений

Программа просмотра изображений отображает изображения. Веб-браузеры может отображать стандартные форматы изображений в Интернете, включая JPEG, Гифка и PNG. Некоторые могут показать SVG формат, который является стандартным W3C формат. В прошлом, когда Интернет был еще медленным, было обычным делом предоставлять изображение для предварительного просмотра, которое загружалось и появлялось на веб-сайте перед заменой основным изображением (чтобы произвести предварительное впечатление). Сейчас Интернет работает достаточно быстро, и это изображение для предварительного просмотра используется редко.

Некоторые научные изображения могут быть очень большими (например, изображение размером 46 гигапикселей Млечный Путь, размером около 194 Гб).[11] Такие изображения сложно загрузить, и их обычно просматривают в Интернете через более сложные веб-интерфейсы.

Некоторые зрители предлагают слайдшоу утилита для отображения последовательности изображений.

История

Дальнейшая информация: Цифровые изображения § История
Первое сканирование, выполненное SEAC в 1957 г.
Сканер SEAC

Рано цифровой факс машины, такие как Система передачи изображения по кабелю Bartlane предшествовали цифровым камерам и компьютерам на десятилетия. Первое изображение, которое было сканировано, сохранено и воссоздано в цифровых пикселях, было показано на стандартном восточном автоматическом компьютере (SEAC ) в NIST.[12] Продвижение цифровых изображений продолжалось в начале 1960-х годов, наряду с разработкой космическая программа И в медицинский исследование. Проекты на Лаборатория реактивного движения, Массачусетский технологический институт, Bell Labs и Университет Мэриленда, среди прочего, использовали цифровые изображения для продвижения спутниковые снимки, преобразование стандартов проводной фотосъемки, медицинская визуализация, видео-телефон технологии, распознавание символов, и улучшение фотографий.[13]

Быстрый прогресс в цифровое изображение началось с введения МОП интегральные схемы в 1960-х и микропроцессоры в начале 1970-х годов, наряду с прогрессом в соответствующих память компьютера место хранения, технологии отображения, и Сжатие данных алгоритмы.

Изобретение компьютерной аксиальной томографии (CAT сканирование ), с помощью рентгеновские лучи создание цифрового изображения «среза» трехмерного объекта имело большое значение для медицинской диагностики. А также создание цифровых изображений, оцифровка аналоговых изображений позволили улучшить и восстановить археологический артефактов и начали использовать в самых разных областях, как ядерная медицина, астрономия, правоохранительные органы, защита и промышленность.[14]

Достижения в области микропроцессорных технологий проложили путь для разработки и маркетинга устройства с зарядовой связью (CCD) для использования в широком диапазоне захват изображения устройств и постепенно вытеснил использование аналоговых фильм и Лента в фотографии и видео в конце 20 века. Вычислительная мощность, необходимая для обработки цифровых изображений, также позволяла компьютерный цифровые изображения для достижения уровня детализации, близкого к фотореализм.[15]

Цифровые датчики изображения

Основная статья: Датчик изображений

Основа цифровых датчики изображения является металл-оксид-полупроводник (MOS) технология,[16] который берет свое начало с изобретения МОП-транзистор (МОП-полевой транзистор) по Мохамед М. Аталла и Давон Канг в Bell Labs в 1959 г.[17] Это привело к развитию цифровых полупроводник датчики изображения, включая устройство с зарядовой связью (CCD), а затем CMOS сенсор.[16]

Первым полупроводниковым датчиком изображения была ПЗС-матрица, разработанная Уиллард С. Бойл и Джордж Э. Смит в Bell Labs в 1969 году.[18] Изучая технологию MOS, они поняли, что электрический заряд аналогичен магнитному пузырю и может храниться в крошечном МОП конденсатор. Поскольку это было довольно просто изготовить ряд МОП-конденсаторов в ряд, они подключали к ним подходящее напряжение, чтобы заряд мог переходить от одного к другому.[16] ПЗС - это полупроводниковая схема, которая позже использовалась в первых цифровые видеокамеры за телевизионное вещание.[19]

Ранние датчики CCD страдали от задержка затвора. Это было в значительной степени решено с изобретением прикрепленный фотодиод (PPD).[20] Это было изобретено Нобуказу Тераниши, Хиромицу Сираки и Ясуо Исихара в NEC в 1980 г.[20][21] Это было фотоприемник структура с низким лагом, низкая шум, высоко квантовая эффективность и низкий темное течение.[20] В 1987 году PPD начали включать в большинство устройств CCD, став неотъемлемой частью бытовая электроника видеокамеры а потом цифровые фотоаппараты. С тех пор PPD использовался почти во всех датчиках CCD, а затем в датчиках CMOS.[20]

В NMOS датчик с активным пикселем (APS) был изобретен Олимп в Японии в середине 1980-х гг. Это стало возможным благодаря достижениям в MOS. изготовление полупроводниковых приборов, с Масштабирование MOSFET достигая меньшего микрон, а затем субмикрон уровни.[22][23] NMOS APS был изготовлен командой Цутому Накамуры на Olympus в 1985 году.[24] В CMOS датчик с активными пикселями (датчик CMOS) был позже разработан Эрик Фоссум команда в НАСА Лаборатория реактивного движения в 1993 г.[20] К 2007 году продажи КМОП-датчиков превысили ПЗС-датчики.[25]

Сжатие цифровых изображений

Основная статья: Сжатие изображения

Важное развитие цифровых технологий сжатие изображений технология была дискретное косинусное преобразование (DCT), а сжатие с потерями метод, впервые предложенный Насир Ахмед в 1972 г.[26] Сжатие DCT стало основой для JPEG, который был введен Объединенная группа экспертов в области фотографии в 1992 г.[27] JPEG сжимает изображения до гораздо меньших размеров файлов и стал наиболее широко используемым формат файла изображения на Интернет.[28] Его высокоэффективный алгоритм сжатия DCT во многом стал причиной широкого распространения цифровые изображения и цифровые фотографии,[29] с несколько миллиардов изображений JPEG, создаваемых каждый день по состоянию на 2015 год.[30]

Мозаика

О художественной концепции см. Фотографическая мозаика.
Смотрите также: Сшивание изображений

В цифровой обработке изображений мозаика представляет собой комбинацию неперекрывающихся изображений, расположенных в некоторых мозаика. Гигапиксельные изображения являются примером такой мозаики цифровых изображений.Спутниковые снимки часто собираются мозаикой, чтобы покрыть регионы Земли.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Гонсалес, Рафаэль (2018). Цифровая обработка изображений. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Пирсон. ISBN  978-0-13-335672-4. OCLC  966609831.
  2. ^ Спецификация Digital Negative (DNG). Сан-Хосе: Adobe, 2005. Верс. 1.1.0.0. п. 9. Доступ 10 октября 2007 г.
  3. ^ универсальные правила фотографической цифровой обработки изображений (UPDIG): Форматы файлов - проблема с необработанными файлами
  4. ^ Служба археологических данных / Цифровая древность: Руководства по передовой практике - Раздел 3 Архивирование растровых изображений - Форматы файлов
  5. ^ Университет Коннектикута: "Необработанный как архивный формат неподвижного изображения: рассмотрение" Майкла Дж. Беннета и Ф. Барри Уиллера
  6. ^ Межуниверситетский консорциум политических и социальных исследований: Устаревание - форматы файлов и программное обеспечение
  7. ^ JISC Digital Media - Фотографии: Выбор формата файла для цифровых неподвижных изображений - форматы файлов для главного архива
  8. ^ Музей Дж. Пола Гетти - Отдел фотографии: Проект Rapid Capture Backlog - Презентация В архиве 2012-06-10 на Wayback Machine
  9. ^ самый важный образ в Интернете - Electronic Media Group: Форматы файлов цифровых изображений
  10. ^ Архивная ассоциация Британской Колумбии: Стратегии приобретения и сохранения (Розалин Хилл)[постоянная мертвая ссылка ]
  11. ^ "Эта 46-гигапиксельная фотография Млечного Пути поразит вас". Получено 5 июля 2018.
  12. ^ Пятидесятилетие первого цифрового изображения.
  13. ^ Азриэль Розенфельд, Обработка изображений на компьютере, Нью-Йорк: Academic Press, 1969.
  14. ^ Гонсалес, Рафаэль, К; Вудс, Ричард Э (2008). Цифровая обработка изображений, 3-е издание. Пирсон Прентис Холл. п. 577. ISBN  978-0-13-168728-8.
  15. ^ Яне, Бернд (1993). Пространственно-временная обработка изображений, теория и научные приложения. Springer Verlag. п. 208. ISBN  3-540-57418-2.
  16. ^ а б c Уильямс, Дж. Б. (2017). Революция в электронике: изобретая будущее. Springer. С. 245–8. ISBN  9783319490885.
  17. ^ «1960: Показан металлооксидный полупроводниковый (МОП) транзистор». Кремниевый двигатель. Музей истории компьютеров. Получено 31 августа, 2019.
  18. ^ Джеймс Р. Джейнсик (2001). Научные устройства с зарядовой связью. SPIE Press. С. 3–4. ISBN  978-0-8194-3698-6.
  19. ^ Бойл, Уильям S; Смит, Джордж Э. (1970). «Полупроводниковые приборы с зарядовой связью». Bell Syst. Tech. J. 49 (4): 587–593. Дои:10.1002 / j.1538-7305.1970.tb01790.x.
  20. ^ а б c d е Фоссум, Эрик Р.; Хондонгва, Д. Б. (2014). «Обзор закрепленного фотодиода для датчиков изображения CCD и CMOS». Журнал IEEE Общества электронных устройств. 2 (3): 33–43. Дои:10.1109 / JEDS.2014.2306412.
  21. ^ Патент США 4484210: твердотельное устройство формирования изображений с уменьшенным запаздыванием изображения.
  22. ^ Фоссум, Эрик Р. (12 июля 1993 г.). Блуке, Морли М. (ред.). «Активные пиксельные сенсоры: динозавры ли ПЗС?». Труды SPIE, том. 1900: Устройства с зарядовой связью и твердотельные оптические датчики III. Международное общество оптики и фотоники. 1900: 2–14. Bibcode:1993SPIE.1900 .... 2F. CiteSeerX  10.1.1.408.6558. Дои:10.1117/12.148585. S2CID  10556755.
  23. ^ Фоссум, Эрик Р. (2007). «Активные пиксельные датчики». S2CID  18831792. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  24. ^ Мацумото, Казуя; и другие. (1985). «Новый МОП-фототранзистор, работающий в режиме неразрушающего считывания». Японский журнал прикладной физики. 24 (5А): L323. Bibcode:1985ЯЯП..24Л.323М. Дои:10.1143 / JJAP.24.L323.
  25. ^ «Продажи CMOS-датчиков остаются рекордными темпами». IC Insights. 8 мая 2018. Получено 6 октября 2019.
  26. ^ Ахмед, Насир (Январь 1991 г.). "Как я пришел к дискретному косинусному преобразованию". Цифровая обработка сигналов. 1 (1): 4–5. Дои:10.1016 / 1051-2004 (91) 90086-Z.
  27. ^ «T.81 - Цифровое сжатие и кодирование неподвижных изображений с непрерывным тоном - Требования и рекомендации» (PDF). CCITT. Сентябрь 1992 г.. Получено 12 июля 2019.
  28. ^ «Объяснение формата изображения JPEG». BT.com. BT Group. 31 мая 2018. Получено 5 августа 2019.
  29. ^ «Что такое JPEG? Невидимый объект, который вы видите каждый день». Атлантический океан. 24 сентября 2013 г.. Получено 13 сентября 2019.
  30. ^ Баранюк, Крис (15 октября 2015 г.). «Защита от копирования может поступать и в JPEG». Новости BBC. BBC. Получено 13 сентября 2019.