Digitālais attēls

Digitālais attēls ir attēls, kas sastāv no elementiem, kas pazīstami arī kā pikseļi, katrs ar ierobežotiem, diskrētiem skaitļu intensitātes vai pelēkuma līmeņa attēlojumiem, kas ir tā divdimensiju funkciju izvade, kas tiek ievadīta ar telpiskajām koordinātām, kas apzīmētas ar x, y attiecīgi uz x ass un y ass.  Atkarībā no tā, vai attēla izšķirtspēja ir fiksēta, tā var būt vektora vai rastra tipa. Pats par sevi termins "digitālais attēls" parasti attiecas uz rastra attēliem vai bitkartes attēliem (pretstatā vektora attēliem).

Rastrs 
Rastra attēliem ir ierobežota digitālo vērtību kopa, ko sauc par attēla elementiem vai pikseļiem . Digitālajā attēlā ir noteikts pikseļu rindu un kolonnu skaits. Pikseļi ir mazākais atsevišķais attēla elements, kam ir novecojušas vērtības, kas atspoguļo noteiktās krāsas spilgtumu jebkurā konkrētā punktā.

Parasti pikseļi tiek saglabāti datora atmiņā kā rastra attēls vai rastra karte, divdimensiju mazu veselu skaitļu masīvs. Šīs vērtības bieži tiek pārraidītas vai saglabātas saspiestā veidā.

Rastra attēlus var izveidot, izmantojot dažādas ievades ierīces un metodes, piemēram, digitālās kameras, skenerus, koordinātu mērīšanas iekārtas, seismogrāfisko profilēšanu, gaisa radaru un citus. Tos var arī sintezēt no brīvajiem datiem, kas nav attēla dati, piemēram, matemātiskās funkcijas vai trīsdimensiju ģeometriskie modeļi - tā ir galvenā datorgrafikas apakšnozare. Digitālā attēla apstrādes joma ir algoritmu izpēte to transformācijai.

Rastra datņu formāti 
Lielākā daļa lietotāju saskaras ar rastra attēliem, izmantojot digitālās kameras, kas izmanto dažādus attēlu failu formātus .

Dažas digitālās kameras nodrošina piekļuvi gandrīz visiem kameras uzņemtajiem datiem, izmantojot neapstrādāta attēla formātu . Universālās fotogrāfijas attēlveidošanas vadlīnijas (UPDIG) iesaka izmantot šos formātus, ja iespējams, jo neapstrādāti faili nodrošina vislabākās kvalitātes attēlus. Šie failu formāti ļauj fotogrāfam un apstrdātājam nodrošināt visaugstāko izvades kontroles un precizitātes līmeni. To izmantošanu kavē patentētas informācijas ( komercnoslēpumu ) izplatība dažiem kameru ražotājiem, taču ir bijušas tādas iniciatīvas kā OpenRAW, lai ietekmētu ražotājus publiskot šos ierakstus. Alternatīva var būt Digital Negative (DNG) — patentēts Adobe produkts, kas aprakstīts kā "publisks arhīva formāts digitālās kameras neapstrādātajiem datiem".  Lai gan šis formāts vēl nav vispārpieņemts, atbalsts produktam pieaug, un arvien profesionālāki arhivāri un dabas resursu saglabātāji, kas strādā atpazīstamās organizācijās, iesaka izmantot DNG arhivēšanas vajadzībām.

Vektors 
Vektorattēli radās matemātiskās ģeometrijas ( vektors ) rezultātā. Matemātiskā izteiksmē vektors sastāv gan no garuma, gan no virziena.

Bieži vien vienā attēlā tiek apvienoti gan rastra, gan vektora elementi; piemēram, vides reklāmu gadījumā izmanto tekstu (vektors) un fotogrāfijas (rastrs).

Vektoru failu tipu piemēri ir EPS, PDF un AI .

Attēlu apskate 
Attēlu skatītāja programmatūras parāda attēlus. Tīmekļa pārlūkprogrammas var attēlot standarta interneta attēlu formātus, tostarp JPEG, GIF un PNG . Dažas pārlūkprogrammas var parādīt SVG formātu, kas ir standarta W3C formāts. Agrāk, kad internets vēl bija lēns, ierasta prakse bija nodrošināt "priekšskatījuma" attēlus, kas ielādētos un parādītos vietnē, pirms tos aizstāj ar galveno attēlu (lai radītu sākotnējo iespaidu). Tagad internets ir pietiekami ātrs, un šis priekšskatījuma attēls tiek reti izmantots.

Daži zinātniskie attēli var būt ļoti lieli (piemēram, 46 gigapikseļu izmēra Piena ceļa attēls).  Šādus attēlus ir grūti lejupielādēt, un tie parasti tiek pārlūkoti tiešsaistē, izmantojot sarežģītākas tīmekļa saskarnes.

Dažas skatītāju programmatūras piedāvā slaidrādes iespēju, lai parādītu attēlu secību.

Vēsture 

Agrīnie digitālie faksa aparāti, piemēram, Bartlane kabeļa attēlu pārraides sistēma, tika radīti gadu desmitus pirms digitālajām kamerām un datoriem. Pirmais attēls, kas tika skenēts, saglabāts un atkārtoti izveidots digitālajos pikseļos, tika parādīts Austrumu standartu automātiskajā datorā ( SEAC ) NIST .  Digitālo attēlu attīstība turpinājās 1960. gadu sākumā, vienlaikus attīstoties kosmosa programmām un medicīniskoajām izpētēm. Projektos Jet Propulsion Laboratory, MIT, Bell Labs un Merilendas Universitātē, cita starpā, tika izmantoti digitālie attēli, lai uzlabotu satelītattēlus, fototelegrāfiju standartu pārveidošanu, medicīnisko attēlveidošanu, videotelefona tehnoloģiju, rakstzīmju atpazīšanu un fotoattēlu uzlabošanu. 

Straujie sasniegumi digitālajā attēlveidošanā sākās ar MOS integrēto shēmu ieviešanu 1960. gados un mikroprocesoru ieviešanu 1970. gadu sākumā, kā arī ar progresu saistītajā datora atmiņas glabāšanā, displeja tehnoloģijās un datu saspiešanas algoritmos.

Medicīniskās diagnostikas attīstībā liela nozīme bija datorizētās aksiālās tomogrāfijas ( CAT skenēšanas ) izgudrošanai, izmantojot rentgena starus, lai radītu digitālu attēlu no "šķēles" caur trīsdimensiju objektu. Tāpat kā digitālo attēlu radīšana, analogo attēlu digitalizācija ļāva uzlabot un atjaunot arheoloģiskos artefaktus, un tos sāka izmantot tādās jomās kā kodolmedicīna, astronomija, tiesībaizsardzība, aizsardzība un rūpniecība . 

Sasniegumi mikroprocesoru tehnoloģijās pavēra ceļu lādiņpārneses ierīču (CCD) izstrādei un tirdzniecībai, ko izmanto plašā attēlu uzņemšanas ierīču klāstā, un 20. gadsimta beigās pakāpeniski aizstāja analogo filmu un lentu izmantošanu fotogrāfijā un videogrāfijā. Skaitļošanas jauda, kas nepieciešama digitālo attēlu uzņemšanas apstrādei, ļāva arī datora ģenerētiem digitālajiem attēliem sasniegt fotoreālismam tuvu pilnveidošanas līmeni.

Digitālie attēla sensori 
Pirmo pusvadītāju attēla sensoru CCD 1969. gadā Bell Labs izstrādāja Vilards S. Boils un Džordžs E. Smits  . Pētot MOS tehnoloģiju, viņi saprata, ka elektriskais lādiņam ir līdzība ar magnētisko burbuli un ka to var uzglabāt uz maza MOS kondensatora . Tā kā bija diezgan vienkārši izgatavot virkni MOS kondensatoru pēc kārtas, viņi pievienoja tiem piemērotu spriegumu, lai uzlādi varētu pārvietot no viena uz otru.  CCD ir pusvadītāju ķēde, ko vēlāk izmantoja pirmajās digitālajās videokamerās televīzijas apraidei . 

Agrīnie CCD sensori cieta no slēģa aizkaves. Tas lielā mērā tika atrisināts, izgudrojot piestiprināto fotodiodi (PPD).  To izgudroja Nobukazu Teraniši, Hiromitsu Širaki un Jasuo Išihara NEC 1980. gadā.  Tā bija fotodetektora struktūra ar mazu laika nobīdi, zemu trokšņa līmeni, augstu kvantu efektivitāti un zemu tumšo strāvu . 1987. gadā PPD sāka iekļaut lielākajā daļā CCD ierīču, kļūstot par palīgierīci plaša patēriņa elektroniskajās videokamerās un pēc tam digitālajās fotokamerās . Kopš tā laika PPD ir izmantots gandrīz visos CCD sensoros un pēc tam CMOS sensoros. 

NMOS aktīvo pikseļu sensoru (APS) izgudroja uzņēmums Olympus Japānā 80. gadu vidū. To nodrošināja sasniegumi MOS pusvadītāju ierīču ražošanā, un MOSFET mērogošana sasniedza mazāku mikronu un pēc tam zem mikronu līmeni.   NMOS APS izgatavoja Tsutomu Nakamura komanda Olympus 1985. gadā.  CMOS aktīvo pikseļu sensoru (CMOS sensoru) vēlāk izstrādāja Ērika Fosuma komanda NASA reaktīvo dzinēju laboratorijā 1993. gadā.  Līdz 2007. gadam CMOS sensoru pārdošanas apjoms bija pārspējis CCD sensorus.

Digitālo attēlu saspiešana 
Svarīga attīstība digitālo attēlu saspiešanas tehnoloģijā bija diskrētā kosinusa transformācija (DCT), kas ir saspiešanas metode ar zaudējumiem, ko pirmo reizi ierosināja Nasirs Ahmeds 1972. gadā.  DCT kompresija tiek izmantota JPEG formātā, ko 1992. gadā ieviesa Apvienotā fotogrāfiju ekspertu grupa .  JPEG saspiež attēlus līdz daudz mazākiem faila izmēriem, un tas ir kļuvis par visplašāk izmantoto attēlu failu formātu internetā .

Mozaīka 
Digitālajā attēlveidošanā mozaīka ir tādu attēlu kombinācija, kas nepārklājas un ir sakārtoti kādā teselācijā . Gigapikseļu attēli ir šādu digitālo attēlu mozaīkas piemērs. Satelīta attēli bieži tiek veidoti ar mozaīku,as palīdzību, lai aptvertu Zemes reģionus.

Interaktīvu skatīšanos nodrošina virtuālās realitātes fotogrāfija .

Skatīt arī

Atsauces