A цифровое изображение - это изображение, состоящее из элементы изображения, также известные как пиксели, каждый с конечным, дискретными величинами числового представления для его интенсивности или уровня серого то есть выход его двумерной функции, подаваемый в качестве входа его пространственными координатами, обозначенными x, y по оси x и оси y, соответственно. В зависимости от того, фиксировано ли разрешение изображения, оно может быть типа векторное или растровое. Сам по себе термин «цифровое изображение» обычно относится к растровым изображениям или растровым изображениям (в отличие от векторных изображений ).
Растровые изображения имеют конечный набор цифровых значений, называемых элементами изображения или пикселей. 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.
Как правило, пиксели хранятся в памяти компьютера как растровое изображение или растровая карта, двумерный массив небольших целых чисел. Эти значения часто передаются или сохраняются в сжатой форме.
Растровые изображения могут быть созданы с помощью различных устройств ввода и техник, su ch as цифровые камеры, сканеры, координатно-измерительные машины, сейсмографическое профилирование, бортовой радар и многое другое. Их также можно синтезировать из произвольных данных, не относящихся к изображению, таких как математические функции или трехмерные геометрические модели; последняя является основной подобластью компьютерной графики. Область обработки цифровых изображений - это исследование алгоритмов их преобразования.
Большинство пользователей работают с растровыми изображениями через цифровые камеры, которые используют любой из нескольких форматов файлов изображений.
Некоторые цифровые камеры предоставить доступ почти ко всем данным, захваченным камерой, с использованием формата необработанного изображения . Руководство по универсальной фотографической обработке изображений (UPDIG) рекомендует использовать эти форматы, когда это возможно, поскольку необработанные файлы позволяют получать изображения наилучшего качества. Эти форматы файлов позволяют фотографу и оператору обработки получить максимальный уровень контроля и точности вывода. Их использование сдерживается преобладанием частной информации (коммерческая тайна ) для некоторых производителей камер, но были инициативы, такие как OpenRAW, чтобы заставить производителей публиковать эти записи. Альтернативой может быть Digital Negative (DNG), собственный продукт Adobe, описываемый как «общедоступный архивный формат для необработанных данных цифровой камеры». Хотя этот формат еще не получил всеобщего признания, поддержка продукта растет, и все больше профессиональных архивистов и специалистов по охране окружающей среды, работающих в уважаемых организациях, предлагают или рекомендуют DNG для архивных целей.
Векторные изображения получено из 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).
Программа просмотра изображений отображает изображения. Веб-браузеры могут отображать стандартные форматы изображений в Интернете, включая JPEG, GIF и PNG. Некоторые могут отображать формат SVG, который является стандартным форматом W3C. 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). 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.
Ранние цифровые факсимильные аппараты, такие как Система передачи изображения по кабелю Bartlane на десятилетия предшествовала цифровым камерам и компьютерам. Первое изображение, которое нужно отсканировать, сохранить и воссоздать в цифровых пикселях, было отображено на стандартном восточном автоматическом компьютере (SEAC ) в NIST. Развитие цифровых изображений продолжалось в начале 1960-х годов одновременно с разработкой космической программы и медицинских исследований. В проектах Лаборатории реактивного движения, MIT, Bell Labs и Университета Мэриленда, среди прочего, использовались цифровые изображения для продвижения спутниковые снимки, преобразование стандартов проводной фотосъемки, медицинское изображение, технология видеофона, распознавание символов и улучшение фотографий.
Rapid Развитие цифровых изображений началось с внедрения МОП-интегральных схем в 1960-х и микропроцессоров в начале 1970-х, наряду с прогрессом в компьютерной памяти память, технологии отображения и алгоритмы сжатия данных.
Изобретение компьютеризированной аксиальной томографии (компьютерное сканирование ) с использованием рентгеновских лучей для создания цифрового изображения «среза» трехмерного объекта, имел большое значение для медицинской диагностики. Помимо создания цифровых изображений, оцифровка аналоговых изображений позволила улучшить и восстановить археологические артефакты и начала использоваться в столь разных областях, как ядерная медицина, астрономия, правоохранительные органы, оборона и промышленность.
Достижения в области микропроцессорных технологий проложили путь для разработки и маркетинга заряда -связанные устройства (ПЗС) для использования в широком диапазоне устройств захвата изображения и постепенно вытеснили использование аналоговой пленки и ленты в фотографии и видеосъемка конца ХХ века. Вычислительная мощность, необходимая для обработки захвата цифровых изображений, также позволила сгенерированным компьютером цифровым изображениям достичь уровня детализации, близкого к фотореализму.
Основа для цифровых датчики изображения - это технология металл-оксид-полупроводник (MOS), которая берет начало в изобретении MOSFET (полевого МОП-транзистора) Мохамед М. Аталла и Давон Кан в Bell Labs в 1959 году. Это привело к разработке цифровых полупроводниковых датчиков изображения, включая устройство с зарядовой связью (CCD), а затем CMOS-датчик.
Первым полупроводниковым датчиком изображения была CCD, разработанная Уиллардом С. Бойлом и Джорджем Э. Смитом в Bell Labs в 1969 году. Изучая технологию МОП, они поняли, что электрический заряд является аналогом магнитного пузыря и что он может храниться на крошечном МОП-конденсаторе. Поскольку изготовить серию МОП-конденсаторов в ряд было довольно просто, они подключали к ним подходящее напряжение, чтобы заряд мог переходить от одного к другому. ПЗС - это полупроводниковая схема, которая позже использовалась в первых цифровых видеокамерах для телевещания.
. Ранние ПЗС-датчики страдали от задержки срабатывания затвора. Эта проблема была в значительной степени решена с изобретением фотодиода со штырьками (PPD). Он был изобретен Нобуказу Тераниши, Хиромицу Шираки и Ясуо Исихара в NEC в 1980 году. Это была структура фотодетектора с низкой задержкой, низким шумом, высокая квантовая эффективность и низкий темновой ток. В 1987 году PPD стали встраиваться в большинство устройств CCD, став неотъемлемой частью бытовой электроники видеокамер, а затем цифровых фотоаппаратов. С тех пор PPD использовался практически во всех датчиках CCD, а затем в датчиках CMOS.
NMOS датчик с активными пикселями (APS) был изобретен Olympus в Японии в середине 1980-х. Это стало возможным благодаря достижениям в производстве полупроводниковых устройств MOS , где масштабирование MOSFET достигало меньших микронных, а затем субмикронных уровней. NMOS APS был изготовлен командой Цутому Накамуры в Olympus в 1985 году. Датчик с активными пикселями CMOS (датчик CMOS) был позже разработан командой Эрика Фоссума на НАСА Лаборатория реактивного движения в 1993 году. К 2007 году продажи КМОП-сенсоров превзошли ПЗС-сенсоры.
Важное развитие цифровых технологий технология сжатия изображений представляла собой дискретное косинусное преобразование (DCT), метод сжатия с потерями, впервые предложенный Насиром Ахмедом в 1972 году. основа для JPEG, который был представлен Joint Photographic Experts Group в 1992 году. JPEG сжимает изображения до файлов гораздо меньшего размера и стал наиболее широко используемым файлом изображений формат в Интернете. Его высокоэффективный алгоритм сжатия DCT был в значительной степени ответственен за широкое распространение цифровых изображений и цифровых фотографий, при этом по состоянию на 2015 год ежедневно создавалось несколько миллиардов изображений JPEG.
В цифровом изображении мозаика представляет собой комбинацию неперекрывающихся изображений, упорядоченных в виде некоторой тесселяции. Гигапиксельные изображения являются примером такой мозаики цифровых изображений. Спутниковые изображения часто собираются мозаикой, чтобы покрыть регионы Земли.