Лекция
Привет, Вы узнаете о том , что такое цифровая обработка изображений , Разберем основные их виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое цифровая обработка изображений , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Компьютерная графика.
цифровая обработка изображений или получение цифровых изображений — это создание цифрового представления визуальных характеристик объекта, таких как физическая сцена или внутренняя структура объекта. Термин часто подразумевает или включает обработку , сжатие , хранение , печать и отображение таких изображений. Ключевым преимуществом цифрового изображения по сравнению с аналоговым изображением, таким как фотография на пленке , является возможность цифрового копирования копий исходного объекта неограниченное количество раз без потери качества изображения.
Цифровые изображения можно классифицировать по типу электромагнитного излучения или других волн , чье переменное затухание при прохождении через объекты или отражении от них передает информацию , составляющую изображение . Во всех классах цифровых изображений информация преобразуется датчиками изображения в цифровые сигналы , которые обрабатываются компьютером и выводятся в виде изображения в видимом свете. Например, среда видимого света позволяет осуществлять цифровую фотографию (включая цифровую видеосъемку ) с помощью различных видов цифровых камер (включая цифровые видеокамеры ). Рентгеновские лучи позволяют осуществлять цифровую рентгеновскую визуализацию ( цифровую рентгенографию , флюороскопию и КТ ), а гамма-лучи позволяют осуществлять цифровую гамма-визуализацию (цифровую сцинтиграфию , ОФЭКТ и ПЭТ ). Звук позволяет проводить ультрасонографию (например, медицинское ультрасонографическое исследование ) и сонар , а радиоволны позволяют проводить радар . Цифровые изображения хорошо поддаются анализу изображений с помощью программного обеспечения , а также редактированию изображений (включая манипуляцию изображениями).
До появления цифровых изображений первая фотография, «Вид из окна в Ле Гра» , была сделана в 1826 году французом Жозефом Нисефором Ньепсом . Когда Жозефу было 28 лет, он обсуждал со своим братом Клодом возможность воспроизведения изображений с помощью света. Его внимание к новым инновациям началось в 1816 году. На самом деле его больше интересовало создание двигателя для лодки. Жозеф и его брат занимались этим довольно долго, и Клод успешно продвигал его инновации, переезжая и продвигая его в Англию. Жозеф смог сосредоточиться на фотографии, и, наконец, в 1826 году он смог сделать свою первую фотографию вида из окна. Это заняло 8 часов или более экспозиции на свету.
Первое цифровое изображение было получено в 1920 году системой передачи изображений по кабелю Bartlane . Британские изобретатели Гарри Г. Бартоломью и Мейнард Д. Макфарлейн разработали этот метод. Процесс состоял из «серии негативов на цинковых пластинах, которые экспонировались в течение разного времени, таким образом, создавая разную плотность». Система передачи изображений по кабелю Bartlane генерировала как на передающем, так и на приемном конце перфорированную карту данных или ленту, которая воспроизводилась как изображение.
В 1957 году Рассел А. Кирш создал устройство, генерирующее цифровые данные, которые можно было хранить в компьютере; оно использовало барабанный сканер и фотоумножительную трубку
Цифровая обработка изображений была разработана в 1960-х и 1970-х годах, в основном для того, чтобы избежать эксплуатационных недостатков пленочных камер , для научных и военных миссий, включая программу KH-11 . Поскольку цифровые технологии стали дешевле в последующие десятилетия, они заменили старые методы пленочной съемки для многих целей.
В начале 1960-х годов, разрабатывая компактное, легкое, портативное оборудование для бортового неразрушающего контроля военно-морских самолетов, Фредерик Г. Вейхарт и Джеймс Ф. МакНалти (американский радиоинженер) в Automation Industries, Inc., тогда в Эль-Сегундо, Калифорния, совместно изобрели первый аппарат для генерации цифрового изображения в реальном времени, которое представляло собой флюороскопическую цифровую рентгенограмму . Для создания изображения на флюоресцентном экране флюороскопа детектировались сигналы прямоугольной формы .
Устройство с зарядовой связью было изобретено Уиллардом С. Бойлом и Джорджем Э. Смитом в Bell Labs в 1969 году. Исследуя технологию МОП, они поняли, что электрический заряд является аналогом магнитного пузыря и что он может храниться на крошечном МОП-конденсаторе . Поскольку было довольно просто изготовить ряд МОП-конденсаторов в ряд, они подключили к ним подходящее напряжение, чтобы заряд мог передаваться от одного к другому. ПЗС — это полупроводниковая схема, которая позже использовалась в первых цифровых видеокамерах для телевизионного вещания .
Ранние ПЗС-датчики страдали от задержки затвора . Эта проблема была в значительной степени решена с изобретением закрепленного фотодиода (PPD). Он был изобретен Нобуказу Тераниши , Хиромицу Шираки и Ясуо Исихарой в NEC в 1980 году. Это была структура фотодетектора с малой задержкой, низким уровнем шума , высокой квантовой эффективностью и низким темновым током . В 1987 году PPD начали включать в большинство ПЗС-устройств, став неотъемлемой частью потребительских электронных видеокамер , а затем и цифровых фотоаппаратов . С тех пор PPD использовался почти во всех ПЗС-датчиках, а затем и в КМОП-датчиках.
Датчик с активными пикселями NMOS (APS) был изобретен компанией Olympus в Японии в середине 1980-х годов. Это стало возможным благодаря достижениям в производстве полупроводниковых приборов MOS , при этом масштабирование MOSFET достигло микронных , а затем и субмикронных уровней. Датчик с активными пикселями NMOS был изготовлен командой Цутому Накамуры в Olympus в 1985 году. Датчик с активными пикселями CMOS (CMOS-датчик) был позже разработан командой Эрика Фоссума в Лаборатории реактивного движения NASA в 1993 году. К 2007 году продажи датчиков CMOS превзошли продажи датчиков CCD.
Важным достижением в технологии сжатия цифровых изображений стало дискретное косинусное преобразование (DCT). Сжатие DCT используется в JPEG , который был представлен Объединенной группой экспертов по фотографии в 1992 году. JPEG сжимает изображения до гораздо меньших размеров файлов и стал наиболее широко используемым форматом файлов изображений в Интернете .
Эти различные идеи сканирования легли в основу первых конструкций цифровых камер. Ранним камерам требовалось много времени для захвата изображения, и они плохо подходили для потребительских целей. Только с принятием ПЗС ( прибора с зарядовой связью ) цифровые камеры действительно стали популярными. ПЗС стала частью систем формирования изображений, используемых в телескопах, первых черно-белых цифровых камерах в 1980-х годах. В конечном итоге к ПЗС был добавлен цвет, и сегодня это обычная функция камер.
Большие успехи были достигнуты в области цифровой обработки изображений. Негативы и экспозиция являются чуждыми концепциями для многих, и первое цифровое изображение в 1920 году в конечном итоге привело к более дешевому оборудованию, все более мощному, но простому программному обеспечению и росту Интернета.
Постоянное развитие и производство физического оборудования и аппаратных средств, связанных с цифровой обработкой изображений, повлияло на окружающую среду в этой области. От камер и веб-камер до принтеров и сканеров, аппаратные средства становятся изящнее, тоньше, быстрее и дешевле. По мере снижения стоимости оборудования расширяется рынок для новых энтузиастов, что позволяет большему количеству потребителей испытать острые ощущения от создания собственных изображений.
Повседневные персональные ноутбуки, семейные настольные компьютеры и корпоративные компьютеры способны работать с фотографическим программным обеспечением. Наши компьютеры — более мощные машины с растущими возможностями для запуска программ любого типа, особенно программного обеспечения для цифровой обработки изображений. И это программное обеспечение быстро становится как умнее, так и проще. Хотя функции современных программ достигают уровня точного редактирования и даже рендеринга 3D-изображений, пользовательские интерфейсы разработаны так, чтобы быть удобными как для продвинутых пользователей, так и для новичков.
Интернет позволяет редактировать, просматривать и обмениваться цифровыми фотографиями и графикой. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Быстрый просмотр веб-страниц может легко обнаружить графические работы начинающих художников, новостные фотографии со всего мира, корпоративные изображения новых продуктов и услуг и многое другое. Интернет явно показал себя катализатором в содействии росту цифровой обработки изображений.
Онлайн- обмен фотографиями меняет наше понимание фотографии и фотографов. Такие онлайн-сайты, как Flickr , Shutterfly и Instagram, дают миллиардам людей возможность делиться своими фотографиями, будь то любители или профессионалы. Фотография превратилась из роскошного средства общения и обмена в нечто большее, чем мимолетный момент времени. Сюжеты также изменились. Раньше на фотографиях в основном снимали людей и семью. Теперь мы снимаем что угодно. Мы можем запечатлеть наш день и поделиться им со всеми одним прикосновением пальцев.
В 1826 году Ньепс первым разработал фотографию, которая использовала свет для воспроизведения изображений, прогресс фотографии резко возрос за эти годы. Теперь каждый фотограф по-своему, тогда как в начале 1800-х и 1900-х годов стоимость долговечных фотографий высоко ценилась и ценилась потребителями и производителями. Согласно журнальной статье о пяти способах, которыми цифровая камера изменила нас, говорится следующее: Влияние на профессиональных фотографов было драматичным. Когда-то фотограф не осмеливался выбрасывать кадр, если не был практически уверен, что он сработает. Использование цифровой обработки изображений (фотографии) изменило способ нашего взаимодействия с окружающей средой на протяжении многих лет. Часть мира воспринимается по-другому через визуальное представление устойчивых воспоминаний, это стало новой формой общения с друзьями, семьей и любимыми по всему миру без личного взаимодействия. С помощью фотографии легко увидеть тех, кого вы никогда раньше не видели, и почувствовать их присутствие без их присутствия рядом, например, Instagram — это форма социальных сетей, где каждый может снимать, редактировать и делиться фотографиями всего, что он хочет, с друзьями и семьей. Facebook, Snapshot, Vine и Twitter — это также способы, которыми люди выражают себя с помощью небольшого количества слов или без них и могут запечатлеть каждый важный момент. Увековечить устойчивые воспоминания, которые было трудно, теперь легко, потому что теперь каждый может делать снимки и редактировать их на своих телефонах или ноутбуках. Фотография стала новым способом общения, и с течением времени она быстро растет, что повлияло на мир вокруг нас.
Исследование, проведенное Бейси, Мэйнсом, Фрэнсисом и Мельбурном, показало, что рисунки, используемые в классе, оказывают значительное негативное влияние на содержание низшего порядка для отчетов студентов по лабораторным работам, перспективы лабораторных работ, волнение и эффективность времени обучения. Обучение в стиле документации не оказывает значительного влияния на студентов в этих областях. Он также обнаружил, что студенты были более мотивированы и воодушевлены в обучении при использовании цифровых изображений.
В сфере образования.
Область медицинской визуализации
В области технологий цифровая обработка изображений стала более полезной, чем аналоговая обработка изображений, если учесть современный технологический прогресс.
Цифровая обработка изображений для дополненной реальности (DIAR) — это комплексная область в более широком контексте технологий дополненной реальности (AR). Она включает в себя создание, обработку и интерпретацию цифровых изображений для использования в средах дополненной реальности. DIAR играет важную роль в улучшении пользовательского опыта, предоставляя реалистичные наложения цифровой информации на реальный мир, тем самым сокращая разрыв между физическим и виртуальным мирами.
DIAR используется во многих секторах, включая развлечения, образование, здравоохранение, армию и розничную торговлю. В сфере развлечений DIAR используется для создания захватывающих игровых впечатлений и интерактивных фильмов. В образовании он обеспечивает более увлекательную среду обучения, а в здравоохранении помогает в сложных хирургических процедурах. Военные используют DIAR для учебных целей и визуализации поля боя. В розничной торговле клиенты могут виртуально примерить одежду или визуализировать мебель у себя дома, прежде чем совершить покупку.
С постоянным развитием технологий ожидается, что будущее DIAR станет свидетелем более реалистичных наложений, улучшенного моделирования 3D-объектов и бесшовной интеграции с Интернетом вещей (IoT). Включение тактильной обратной связи в системы DIAR может еще больше улучшить пользовательский опыт, добавив чувство прикосновения к визуальным наложениям. Кроме того, ожидается, что достижения в области искусственного интеллекта и машинного обучения еще больше улучшат контекстно-соответствующие и реалистичные наложенные цифровые изображения.
Хотя теории быстро становятся реальностью в современном технологическом обществе, диапазон возможностей для цифровой обработки изображений широко открыт. Одно из основных приложений, которое все еще находится в разработке, — это безопасность и защита детей. Как мы можем использовать цифровые изображения, чтобы лучше защитить наших детей? Программа Kodak Kids Identification Digital Software (KIDS) может ответить на этот вопрос. Начало включает в себя комплект цифровой обработки изображений, который будет использоваться для составления фотографий для удостоверения личности учащихся, которые будут полезны во время чрезвычайных ситуаций и преступлений. Более мощные и продвинутые версии таких приложений все еще разрабатываются, с улучшенными функциями, которые постоянно тестируются и добавляются.
Но родители и школы — не единственные, кто видит пользу в таких базах данных. Управления уголовных расследований, такие как полицейские участки, государственные криминалистические лаборатории и даже федеральные бюро осознали важность цифровой визуализации для анализа отпечатков пальцев и доказательств, проведения арестов и поддержания безопасности сообществ. По мере развития области цифровой визуализации развиваются и наши возможности по защите общественности.
Цифровая визуализация может быть тесно связана с теорией социального присутствия, особенно когда речь идет об аспекте социальных сетей изображений, снятых нашими телефонами. Существует много различных определений теории социального присутствия, но два из них четко определяют, что это такое: «степень, в которой люди воспринимаются как реальные» (Gunawardena, 1995) и «способность проецировать себя социально и эмоционально как реальных людей» (Garrison, 2000). Цифровая визуализация позволяет человеку проявлять свою социальную жизнь через изображения, чтобы придать ощущение своего присутствия виртуальному миру. Присутствие этих изображений действует как расширение себя для других, давая цифровое представление того, что они делают и с кем они находятся. Цифровая визуализация в смысле камер на телефонах помогает облегчить этот эффект присутствия с друзьями в социальных сетях. Александр (2012) утверждает: «присутствие и репрезентация глубоко запечатлены в наших размышлениях об изображениях... это, конечно, измененное присутствие... никто не путает изображение с реальностью репрезентации. Но мы позволяем себе быть захваченными этим представлением, и только это «представление» способно правдоподобно показать живость отсутствующего». Таким образом, цифровое изображение позволяет нам быть представленными таким образом, чтобы отражать наше социальное присутствие.
Фотография — это средство, используемое для визуального запечатления определенных моментов. Благодаря фотографии наша культура получила возможность передавать информацию (например, внешний вид) с небольшими искажениями или без них. Теория медиабогатства предоставляет основу для описания способности средства передавать информацию без потерь или искажений. Эта теория предоставила возможность понять поведение человека в коммуникационных технологиях. В статье, написанной Дафтом и Ленгелем (1984, 1986), говорится следующее:
Средства коммуникации попадают в континуум богатства. Богатство средства включает четыре аспекта: наличие мгновенной обратной связи, которая позволяет задавать вопросы и отвечать на них; использование множественных сигналов, таких как физическое присутствие, интонация голоса, жесты тела, слова, числа и графические символы; использование естественного языка, который может быть использован для передачи понимания широкого набора концепций и идей; и персональная направленность средства (стр. 83).
Чем больше средство способно передавать точную внешность, социальные сигналы и другие подобные характеристики, тем богаче оно становится. Фотография стала естественной частью того, как мы общаемся. Например, большинство телефонов имеют возможность отправлять фотографии в текстовых сообщениях. Приложения Snapchat и Vine становятся все более популярными для общения. Такие сайты, как Instagram и Facebook, также позволили пользователям достичь более глубокого уровня богатства благодаря своей способности воспроизводить информацию. Шир, В. К. (январь–март 2011 г.). Использование подростками функций MSN, тем для обсуждения и развитие дружбы в сети: влияние богатства СМИ и контроля над общением. Communication Quarterly, 59(1).
Цифровая фотография может быть создана непосредственно с физической сцены с помощью камеры или аналогичного устройства. В качестве альтернативы цифровое изображение может быть получено из другого изображения на аналоговом носителе, таком как фотографии , фотопленка или печатная бумага, с помощью сканера изображений или аналогичного устройства. Многие технические изображения, такие как полученные с помощью томографического оборудования , гидролокатора бокового обзора или радиотелескопов , на самом деле получаются путем сложной обработки данных, не являющихся изображениями. Карты метеорологических радаров , которые можно увидеть в телевизионных новостях, являются обычным примером. Оцифровка аналоговых данных реального мира известна как оцифровка и включает в себя выборку (дискретизацию) и квантование . Проекционное изображение цифровой радиографии может быть сделано с помощью рентгеновских детекторов, которые напрямую преобразуют изображение в цифровой формат. В качестве альтернативы, рентгенография с фосфорной пластиной заключается в том, что изображение сначала снимается на фотостимулируемой фосфорной (PSP) пластине, которая затем сканируется с помощью механизма, называемого фотостимулированной люминесценцией .
Наконец, цифровое изображение может быть также вычислено из геометрической модели или математической формулы. В этом случае название синтез изображения более уместно, и его чаще называют рендерингом .
Аутентификация цифровых изображений является проблемой для поставщиков и производителей цифровых изображений, таких как организации здравоохранения, правоохранительные органы и страховые компании. В судебной фотографии появляются методы анализа цифровых изображений и определения того, были ли они изменены .
Раньше цифровая обработка изображений зависела от химических и механических процессов, теперь все эти процессы перешли в электронные. Для того, чтобы цифровая обработка изображений произошла, необходимо несколько действий: световая энергия преобразуется в электрическую энергию — представьте себе сетку с миллионами маленьких солнечных элементов. Каждое условие генерирует определенный электрический заряд. Заряды для каждого из этих «солнечных элементов» транспортируются и передаются в прошивку для интерпретации. Прошивка — это то, что понимает и переводит цвет и другие качества света. Пиксели — это то, что замечается следующим, с различной интенсивностью они создают и вызывают разные цвета, создавая картинку или изображение. Наконец, прошивка записывает информацию для будущей даты и для воспроизведения.
Цифровая обработка изображений имеет несколько преимуществ. Во-первых, этот процесс обеспечивает легкий доступ к фотографиям и текстовым документам. Google находится на переднем крае этой «революции», со своей миссией оцифровки книг мира. Такая оцифровка сделает книги доступными для поиска, тем самым сделав участвующие библиотеки, такие как Стэнфордский университет и Калифорнийский университет в Беркли, доступными по всему миру. Цифровая обработка изображений также приносит пользу медицинскому миру, поскольку она «позволяет электронную передачу изображений сторонним поставщикам, направляющим стоматологам, консультантам и страховщикам через модем». Этот процесс «также является экологически чистым, поскольку не требует химической обработки». Цифровая обработка изображений также часто используется для документирования и записи исторических, научных и личных событий.
Преимущества также существуют в отношении фотографий . Цифровая обработка изображений уменьшит необходимость физического контакта с оригинальными изображениями. Кроме того, цифровая обработка изображений создает возможность реконструкции визуального содержания частично поврежденных фотографий, тем самым исключая вероятность того, что оригинал будет изменен или уничтожен. Кроме того, фотографы будут «освобождены от «прикованности» к темной комнате», у них будет больше времени для съемки, и они смогут выполнять задания более эффективно. Цифровая обработка изображений «означает», что «фотографам больше не нужно спешить с доставкой пленки в офис, поэтому они могут дольше оставаться на месте съемки, соблюдая при этом сроки».
Еще одним преимуществом цифровой фотографии является то, что она распространилась на телефоны с камерами. Мы можем брать камеры с собой куда угодно, а также мгновенно отправлять фотографии другим. Это легко для людей, а также помогает в процессе самоидентификации для молодого поколения
Критики цифровой обработки изображений называют несколько негативных последствий. Возросшая «гибкость в предоставлении читателям изображений лучшего качества» будет соблазнять редакторов, фотографов и журналистов манипулировать фотографиями. Кроме того, «штатные фотографы больше не будут фотожурналистами, а будут операторами камер... поскольку редакторы имеют право решать, что они хотят «снять»»
Исследование, описанное в статье про цифровая обработка изображений , подчеркивает ее значимость в современном мире. Надеюсь, что теперь ты понял что такое цифровая обработка изображений и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Компьютерная графика
Ответы на вопросы для самопроверки пишите в комментариях, мы проверим, или же задавайте свой вопрос по данной теме.
Комментарии
Оставить комментарий
Компьютерная графика
Термины: Компьютерная графика