Digitalt billede - Digital image
Et digitalt billede er et billede sammensat af billedelementer , også kendt som pixels , hver med endelige , diskrete størrelser af numerisk repræsentation for dets intensitet eller grå niveau, der er et output fra dets to-dimensionelle funktioner, der tilføres som input af dets rumlige koordinater betegnet med x , y på henholdsvis x-aksen og y-aksen. Afhængigt af om billedopløsningen er fast, kan den være af vektor eller rastertype . I sig selv henviser udtrykket "digitalt billede" normalt til rasterbilleder eller bitmappede billeder (i modsætning til vektorbilleder ).
Raster
Rasterbilleder har et begrænset sæt digitale værdier, kaldet billedelementer eller pixels . Det digitale billede indeholder et fast antal rækker og kolonner med pixels. Pixels er det mindste individuelle element i et billede, der indeholder forældede værdier, der repræsenterer lysstyrken på en given farve på et bestemt punkt.
Typisk gemmes pixels i computerens hukommelse som et rasterbillede eller et raster-kort, et todimensionalt array med små heltal. Disse værdier overføres ofte eller lagres i komprimeret form.
Rasterbilleder kan oprettes af en række inputenheder og teknikker, såsom digitale kameraer , scannere , koordinatmålemaskiner, seismografisk profilering, luftbåren radar og mere. De kan også syntetiseres ud fra vilkårlige ikke-billeddata, såsom matematiske funktioner eller tredimensionelle geometriske modeller; sidstnævnte er et stort underområde af computergrafik . Feltet med digital billedbehandling er studiet af algoritmer til deres transformation.
Raster-filformater
De fleste brugere kommer i kontakt med rasterbilleder gennem digitale kameraer, der bruger et af flere billedfilformater .
Nogle digitale kameraer giver adgang til næsten alle data fanget af kameraet ved hjælp af et rå billedformat . De universelle retningslinjer for fotografisk billeddannelse (UPDIG) foreslår, at disse formater bruges, når det er muligt, da rå filer producerer de bedste kvalitetsbilleder. Disse filformater giver fotografen og behandlingsagenten det største niveau af kontrol og nøjagtighed for output. Deres anvendelse er hæmmet af udbredelsen af proprietær information ( forretningshemmeligheder ) for nogle kameraproducenter, men der har været initiativer som OpenRAW for at påvirke producenter til at frigive disse poster offentligt. Et alternativ kan være Digital Negative (DNG) , et proprietært Adobe-produkt, der er beskrevet som "det offentlige arkivformat for rådata til digitalkameraer". Selvom dette format endnu ikke er almindeligt accepteret, vokser support til produktet, og i stigende grad foreslår eller anbefaler DNG til arkivformål i stigende grad professionelle arkivister og bevarere, der arbejder for respektable organisationer.
Vektor
Vektorbilleder stammer fra matematisk geometri ( vektor ). I matematiske termer består en vektor af både en størrelse eller længde og en retning.
Ofte kombineres både raster- og vektorelementer i et billede; for eksempel i tilfælde af et billboard med tekst (vektor) og fotografier (raster).
Eksempel på vektorfiltyper er EPS , PDF og AI .
Billedvisning
Billedfremvisningssoftware viser billeder. Webbrowsere kan vise standard internetbilledformater inklusive JPEG , GIF og PNG . Nogle kan vise SVG- format, som er et standard W3C- format. Tidligere, da Internettet stadig var langsomt, var det almindeligt at give et "preview" -billede, der kunne indlæses og vises på webstedet, før det blev erstattet af hovedbilledet (for at give et foreløbigt indtryk). Nu er Internettet hurtig nok, og dette eksempelbillede bruges sjældent.
Nogle videnskabelige billeder kan være meget store (for eksempel det 46 gigapixel store billede af Mælkevejen , omkring 194 Gb i størrelse). Sådanne billeder er vanskelige at downloade og gennemses normalt online gennem mere komplekse webgrænseflader.
Nogle seere tilbyder et slideshow- værktøj til at vise en sekvens af billeder.
Historie
Tidlige digitale faxmaskiner som Bartlane-kabelbilledtransmissionssystemet gik forud for digitale kameraer og computere med årtier. Det første billede, der blev scannet, lagret og genskabt i digitale pixels, blev vist på Standard Eastern Eastern Computer ( SEAC ) ved NIST . Fremskridtet inden for digitale billeder fortsatte i begyndelsen af 1960'erne sammen med udviklingen af rumprogrammet og inden for medicinsk forskning. Projekter på blandt andet Jet Propulsion Laboratory , MIT , Bell Labs og University of Maryland brugte digitale billeder til at fremme satellitbilleder , konvertering af trådfotostandarder, medicinsk billedbehandling , videotelefonteknologi , karaktergenkendelse og fotoforbedring.
Hurtige fremskridt inden for digital billedbehandling begyndte med introduktionen af MOS-integrerede kredsløb i 1960'erne og mikroprocessorer i begyndelsen af 1970'erne sammen med fremskridt inden for relateret computerhukommelseslagring , displayteknologier og datakomprimeringsalgoritmer .
Opfindelsen af edb-aksial tomografi ( CAT-scanning ) under anvendelse af røntgenstråler til at fremstille et digitalt billede af en "skive" gennem et tredimensionelt objekt var af stor betydning for medicinsk diagnostik. Ud over oprindelsen af digitale billeder tillod digitalisering af analoge billeder forbedring og gendannelse af arkæologiske artefakter og begyndte at blive brugt på så forskelligartede områder som nuklearmedicin , astronomi , retshåndhævelse , forsvar og industri .
Fremskridt inden for mikroprocessorteknologi banede vejen for udvikling og markedsføring af opladningskoblede enheder (CCD'er) til brug i en bred vifte af billedoptagelsesenheder og fortrængte gradvist brugen af analog film og bånd til fotografering og videografi mod slutningen af den 20. århundrede. Den nødvendige computerkraft til behandling af digital billedoptagelse tillod også computergenererede digitale billeder at opnå et niveau af forfining tæt på fotorealisme .
Digitale billedsensorer
Grundlaget for digitale billedsensorer er metaloxid-halvleder (MOS) teknologi, der stammer fra opfindelsen af MOSFET (MOS felt-effekt transistor) af Mohamed M. Atalla og Dawon Kahng hos Bell Labs i 1959. Dette førte til udvikling af digitale halvleder- billedsensorer, herunder den ladningskoblede enhed (CCD) og senere CMOS-sensoren .
Den første halvlederbilledføler var CCD, udviklet af Willard S. Boyle og George E. Smith hos Bell Labs i 1969. Mens de forskede på MOS-teknologi, indså de, at en elektrisk ladning var analogien med magnetboblen, og at den kunne lagres. på en lille MOS-kondensator . Da det var ret ligetil at fremstille en række MOS-kondensatorer i træk, forbandt de en passende spænding til dem, så opladningen kunne trækkes fra den ene til den næste. CCD er et halvlederkredsløb, der senere blev brugt i de første digitale videokameraer til tv-transmission .
Tidlige CCD-sensorer led af lukkerforsinkelse . Dette blev stort set løst med opfindelsen af den fastgjorte fotodiode (PPD). Det blev opfundet af Nobukazu Teranishi , Hiromitsu Shiraki og Yasuo Ishihara i NEC i 1980. Det var en fotodetektorstruktur med lav forsinkelse, lav støj , høj kvanteffektivitet og lav mørk strøm . I 1987 begyndte PPD at blive inkorporeret i de fleste CCD-enheder og blev en armatur i forbrugerelektroniske videokameraer og derefter digitale stillkameraer . Siden da er PPD blevet brugt i næsten alle CCD-sensorer og derefter CMOS-sensorer.
Den NMOS aktiv-pixel-sensor (APS) blev opfundet af Olympus i Japan i midten af 1980'erne. Dette blev muliggjort af fremskridt inden for fabrikation af MOS- halvlederenheder , hvor MOSFET-skalering nåede mindre mikron- og derefter submikronniveauer . NMOS APS blev fremstillet af Tsutomu Nakamuras hold i Olympus i 1985. CMOS -sensor med aktiv pixel (CMOS-sensor) blev senere udviklet af Eric Fossums team ved NASA Jet Propulsion Laboratory i 1993. I 2007 havde salget af CMOS-sensorer haft overgået CCD-sensorer.
Digital billedkomprimering
En vigtig udvikling inden for digital billedkomprimeringsteknologi var den diskrete cosinustransformation (DCT), en tabsfri kompressionsteknik , der først blev foreslået af Nasir Ahmed i 1972. DCT-kompression blev grundlaget for JPEG , som blev introduceret af Joint Photographic Experts Group i 1992. JPEG komprimerer billeder ned til meget mindre filstørrelser og er blevet det mest anvendte billedfilformat på Internettet . Dens meget effektive DCT-komprimeringsalgoritme var i vid udstrækning ansvarlig for den store spredning af digitale billeder og digitale fotos , med flere milliarder JPEG-billeder produceret hver dag fra 2015.
Mosaik
I digital billedbehandling er en mosaik en kombination af ikke-overlappende billeder, arrangeret i en vis tessellation . Gigapixel-billeder er et eksempel på sådanne digitale billedmosaikker. Satellitbilleder er ofte mosaikeret for at dække jordregioner.
Interaktiv visning leveres af virtual reality-fotografering .