Tietokoneen kuvankäsittely: miten ohjelmisto käsittelee tämäntyyppisiä tiedostoja

Laitteisto-opas » Tuotteemme » Tietokoneen kuvankäsittely: miten ohjelmisto käsittelee tämäntyyppisiä tiedostoja

El tietokoneella tapahtuva kuvankäsittely Siitä on tullut läsnä oleva osa jokapäiväistä elämäämme, ja se vaikuttaa kaikkeen valokuvauksesta ja elokuvasta lääketieteeseen ja mainontaan. Yhä visuaalisempien alojen maailmassa kyky digitaalisesti muokata ja parantaa kuvia on tullut yhä tärkeämmäksi, ja mobiililaitteille on saatavilla yhä kehittyneempiä ohjelmistoja ja sovelluksia, joiden avulla kuvia voi muokata sekunneissa. Näin tämä hoito toimii. tiedostotyypit.

Mikä on tietokoneella luotu kuva?

Una digitaalinen kuva tai tietokonekuva Se on numeerisesta matriisista luodun kuvan kaksiulotteinen esitys, yleensä binäärimuodossa (koostuu ykkösistä ja nollista). Kuvan luonne voi olla staattinen tai dynaaminen, mikä määrää, onko se matriisikuva (tai bittikartta) vai vektorigrafiikka, kuten myöhemmin näemme.

Siellä erilaisia ​​tapoja saada digitaalisia kuvia, kuten kuvan skannaaminen tai valokuvaaminen digitointia varten. Se voidaan myös piirtää tai luoda ohjelmilla tai luoda tekoälyn tai renderöinnin avulla.

Sinun tulisi myös tietää, että nämä tietokoneella tehdyt kuvat voidaan muokata Helposti muokattavissa sopivalla ohjelmistolla, eli ne eivät ole muuttumattomia. Esimerkiksi voidaan käyttää erilaisia ​​muokkaustyökaluja, suodattimia, pyyhkimistä, koon muuttamista jne.

Kun kuva on luotu tai sitä on muokattu, se voidaan myymälä tietyssä muodossa. Kuvamuotoja on useita, joilla jokaisella on omat ominaisuutensa. Esimerkiksi JPG, PNG, BMP, SVG jne. Jokaisella muodolla on useita ominaisuuksia tallennusta ja myöhempää muokkausta tai katselua varten.

Yleensä kuvatiedostot varastossa on useita osia, kuten:

• Sängynpääty: Se tallentaa tietoja, kuten attribuutteja, jotka osoittavat kuvan mitat, koodauksen tyypin (muodon) jne.
• BinäärikuvaTämä on tietoa kuvasta itsestään eli siitä, miten kuva on muodostettu muodon, värien jne. suhteen. Ja tämä rakenne voi vaihdella formaatin mukaan.
• metadataTiedostoissa on myös metatieto-osio, joka sisältää lisätietoja ja voi vaihdella suuresti tiedostomuodosta riippuen. Näitä tietoja voivat olla esimerkiksi skaalausherkkyys, muokkauspäivämäärä, tiedoston luoja ja jopa joitakin digitaalikameroiden tai joidenkin ohjelmistojen yleisesti käyttämiä tietoja.

Digitaalisen kuvan ominaisuudet

Las perusominaisuudet digitaalisen kuvan sisältöön kuuluvat:

• resoluutio: Viittaa kuvan muodostavien pikselien määrään. Se ilmaistaan ​​yleensä leveyden ja korkeuden pikselien lukumääränä, esimerkiksi 1920x1080 px. Resoluutio vaikuttaa kuvan laatuun ja selkeyteen, ja korkeampi resoluutio tarkoittaa suurempaa yksityiskohtaisuutta.
• Värisyvyys (bittiä pikseliä kohden): Ilmaisee, kuinka monta bittiä käytetään kunkin pikselin värin esittämiseen. Esimerkiksi RGB-värialueella 8 bitin värisyvyys kanavaa kohden tarkoittaa, että kunkin pikselin punaisen, vihreän ja sinisen komponentin esittämiseen on 8 bittiä (256 mahdollista arvoa). Suurempi värisyvyys mahdollistaa laajemman värialueen esittämisen, mikä lisää kuvan värikylläisyyttä ja yksityiskohtia.
• Väriavaruus: Kuvaa, miten värit esitetään ja järjestetään kuvassa. Yleisiä esimerkkejä ovat RGB (punainen, vihreä, sininen), CMYK (syaani, magenta, keltainen, musta) ja harmaasävy. Väriavaruus vaikuttaa tarkkaan värientoistoon ja on ratkaisevan tärkeä sovelluksissa, kuten graafisessa suunnittelussa, tulostuksessa ja valokuvauksessa.
• Kuvasuhde: Se on kuvan leveyden ja korkeuden suhde. Se voidaan ilmaista suhteena (esim. 16:9) tai murtolukuna (esim. 4/3). Kuvasuhde määrittää kuvan muodon ja ulkonäön, ja se on olennainen näytöillä ja projektioissa näyttämistä varten.
• Tiedoston koko: on kuvan digitaalisessa tallennuksessa viemä tila. Se mitataan tavuina, kilotavuina (KB), megatavuina (MB) tai muina yksiköinä. Tiedostokoko vaikuttaa kuvien tallennuksen, siirron ja käsittelyn tehokkuuteen.
• Tiedosto muoto: Määrittää, miten kuvadata tallennetaan ja järjestetään. Esimerkkejä ovat JPEG, PNG, GIF, TIFF ja monet muut, jotka voivat olla suljetun tai avoimen lähdekoodin, pakattuja tai pakkaamattomia. Eri muodoilla on omat etunsa, kuten häviötön pakkaus (PNG), tehokas häviöllinen pakkaus (JPEG) tai animaatioiden tuki (GIF).
• Sisällönkuvaustiedot: Metadata on kuvaan upotettuja lisätietoja, kuten luontipäivämäärä, maantieteellinen sijainti tai käytetyn kameran tiedot. Metadata on hyödyllinen kuvien järjestämisessä ja luokittelussa sekä kontekstuaalisen tiedon tarjoamisessa kuvauksesta.

Nämä ominaisuudet ovat olennaisia ​​digitaalisten kuvien ymmärtämisen ja kanssa työskentelyn kannalta, sillä ne vaikuttavat visuaalisen tiedon visuaaliseen laatuun, käsittelyyn, siirtoon ja tallennukseen.

Kuvatyypit koulutuksen mukaan

Kuvanmuodostuksesta ja sen arkistoinnista riippuen voimme löytää kaksi perustyyppiä, jotka sinun tulisi tuntea, kuten:

bittikartta

Un bittikartta tai rasteriMatriisikuva, joka tunnetaan myös nimellä matriisikuva, on tietojoukko, joka esittää värillisistä pikseleistä tai pisteistä koostuvaa suorakulmaista ruudukkoa. Tätä matriisia voidaan näyttää tai muokata sekä luoda piirto-ohjelmistolla.

Bittikarttakuvien luonnehdinta tehdään yleensä niiden korkeuden ja leveyden perusteella pikseliä (vaikka se voidaan tehdä myös muilla tavoilla), sekä sen värisyvyyden bitteinä pikseliä kohden. Syvyys määrittää, kuinka monta eri väriä voidaan tallentaa kuhunkin pisteeseen tai pikseliin. Toisin sanoen mitä suurempi bittisyvyys, sitä parempi kuvanlaatu tai ainakin sitä rikkaampi värialue sillä voi olla.

On myös tärkeää huomata, että jokainen bittikartan muodostava piste tai pikseli sisältää itsenäisesti väri-informaatiota, jota edustavat erilliset kanavat. Nämä värit voivat olla eri muodoissa, kuten tunnetussa RGB, CMYK, LAB, jne. Joissakin edistyneemmissä bittikartoissa voi olla jopa läpinäkyvyyskanava tai -taso, jonka syvyys on sama kuin väreillä, mikä mahdollistaa eri läpinäkyvyystasot. Jälkimmäistä käytetään edistyneissä tiedostoissa, kuten PNG tai TIFF, koska muut muodot, kuten BMP, JPG jne., eivät tue läpinäkyvyyttä ja ovat yksinkertaisempia, sillä ne yksinkertaisesti näyttävät pikselit vastaavalla värillä kuvan muodostamiseksi.

Bittikarttakuvissa on Rajoitus vektorigrafiikkaan verrattuna on, että niiden mittoja ei voi muuttaa. ilman havaittavaa laadun heikkenemistä. Niitä voidaan suurentaa merkittävin laadun heikkenemisin, ja niitä voidaan myös pienentää, jolloin laadun heikkeneminen on vähemmän havaittavissa. Siksi bittikarttakuvan luomisresoluutio on ratkaisevan tärkeä. Sekä kuvankäsittelysovelluksissa että näitä kuvia tallentavissa laitteissa resoluutiota voidaan muuttaa asetuksissa. Voit esimerkiksi valita 512x512 px:n bittikartan tai 1280x720 px:n bittikartan jne. Mitä suurempi resoluutio, sitä suurempi tiedostokoko kuvan tallentamiseen tarvitaan, mutta sitä enemmän yksityiskohtia siinä on suuremman pikselimäärän vuoksi.

Bittikarttagrafiikka tallentaa yksinkertaisesti matriisin jokaisen pikselin väri tiedoston binäärikuvaosassa otsikon ja metatietojen ohella. Tästä syystä bittikarttoja käytetään laajalti digitaalisten valokuvien ottamiseen ja piirtämiseen suosituissa ohjelmissa ja sovelluksissa, kuten Paint, Corel PaintShop, Krita jne.

Lisäksi on sanottava, että näitä bittikarttoja voidaan muuntaa un formato: sta toiseen Asianmukaisella ohjelmistolla kuvia voidaan jopa pakata, jolloin ne vievät vähemmän tilaa, mikä tarkoittaa, että ne ovat kevyempiä ja latautuvat nopeammin, vaikka tämä voi johtaa laadun heikkenemiseen. Bittikartta voidaan myös muuntaa vektorikuvaksi. Bittikartan muuntamista vektorigrafiikaksi kutsutaan vektorisoinniksi, kun taas vektorigrafiikan muuntamista bittikartaksi kutsutaan rasteroinniksi.

Vektorigrafiikka

Una vektorikuva, joka tunnetaan myös vektorigrafiikkana, on digitaalinen esitys, joka koostuu geometrisista objekteista, kuten segmenteistä, monikulmioista, kaarista, viivoista, ellipseistä, ympyröistä, Bézier-käyristä, bezigoneista, tekstistä (TrueType tai FreeType) ja seinistä, jotka kukin on määritelty matemaattisilla ominaisuuksilla, kuten muodolla, sijainnilla, kulmalla, värillä jne. Tämä mahdollistaa paljon dynaamisempien tietokonekuvien tuottamisen kuin bittikartat.

Siksi meillä on erilainen kuvatyyppi kuin mitä olemme aiemmin nähneet bittikartoissa, joka on yksinkertaisesti pikselien taulukko väritietoineen. Vektorigrafiikan tärkein etu on niiden koon muuttamiskyky. kuvan kokoa ilman laadun heikkenemistä. Siksi kuva voidaan luoda tietyssä koossa ja sitten skaalata haluttuun kokoon ilman näitä häviöllisiä ongelmia. Lisäksi ne mahdollistavat kuvien suhteellisen yksinkertaisen käsittelyn, venyttämisen ja muuntamisen. Nämä ominaisuudet johtuvat siitä, että ne eivät tallenna pikseleitä ja niiden värejä karttaan tai matriisiin, vaan tallentavat tiedot kuvan muodostavien objektien binäärikuvaan. Siksi pelkkä kokoattribuutin muuttaminen mahdollistaa niiden skaalaamisen ilman hävikkiä.

Tämän dynaamisuuden ansiosta vektorigrafiikkaa käytetään yleisimmin kuvissa CAD-ohjelmat, PostScript-kuville, PDF-dokumenteille, TrueType-, OpenType-, PostScript- jne. fonttien tai kirjasintyyppien luomiseen sekä Videopelit, joiden on mukauduttava näytön kokoon tai resoluutioon, verkkosivustoille, mainontaan, painatukseen, leikkauspiirtureille, CAM- ja CNC-koneille jne.

Vektorigrafiikan tiedostomuodot voivat myös vaihdella, kuten bittikarttojen tapauksessa. Esimerkiksi meillä on joitakin muotoja, jotka tunnetaan ns. SWF, SVG ja VML, muiden muassa. Esimerkkejä tämän tyyppisen kuvan käsittelyyn tarkoitetuista ohjelmista ovat Inkscape, InDesign, CorelDRAW, Adobe Illustrator jne.

Lopuksi on huomattava, että vektorigrafiikka voi sisältää myös läpinäkyvyyksiä, kuten bittikarttoja, ja että niillä on joitakin muita ominaisuuksia. ventajas bittikarttojen osalta, kuten:

• Ne vaativat vähemmän tallennustilaa, koska vektori-informaatio on yksinkertaista verrattuna bitteihin ja kanaviin.
• Ne eivät menetä laatua koon muuttamisen yhteydessä, mikä mahdollistaa rajattoman skaalauksen.
• Jotkin formaatit tukevat animaatiota.

Sillä on kuitenkin myös omansa haitat verrattuna bittikarttoihin, kuten seuraaviin:

• Ne eivät sovellu reaalimaailman valokuvien tai videoiden, kuten kameroilla, skannereilla jne. tallennettujen, koodaamiseen.
• Vektorigrafiikkaa kuvaava data vaatii käsittelyä, mikä voi hidastaa renderöintiä näytöillä tai tulostimilla. Ja vaikka kuva olisi rakennettu vektorigrafiikalla, sen näyttö on lopulta muunnettava pikseleiksi näytöllä tai tulosteessa.

Kuvatyypit niiden pakkauksen mukaan

La kuvan pakkaus Se on olennainen prosessi visuaalisen tiedon hallinnassa, sillä se mahdollistaa tiedostokokojen pienentämisen ilman merkittävää kuvanlaadun heikkenemistä, vaikkakin heikkeneminen riippuu käytetystä pakkaustekniikasta. Kuvan pienentäminen tai tallennustilan vähentäminen voi kuitenkin tarjota etuja verkkosivustoilla, joilla näiden kuvien aiheuttama latautumisen hidastuminen ei ole toivottavaa, tai tallennusvälineen tilan säästämiseksi.

Pakkausta käyttävistä kuvista voimme korostaa tekniikoita tai algoritmeja kuten:

• Run-Length Encoding (RLE): Se on yksinkertainen mutta tehokas tekniikka kuvien pakkaamiseen, ja se on erityisen hyödyllinen kuville, joissa on yksivärisiä alueita. Tässä menetelmässä toistuvat pikselisarjat koodataan esittämällä pikseliarvo ja sekvenssin pituus. Esimerkiksi kuvassa oleva valkoisten pikselien rivi (255) voitaisiin koodata muodossa "255, 10", jos 10 peräkkäistä pikseliä, joilla on sama arvo, ovat samanlaisia. Vaikka RLE on tehokas tietyissä tilanteissa, sen suorituskyky voi olla rajoitettu kuvissa, joissa on monimutkaisempia värivaihteluita ja tekstuureja, koska se ei tutki kehittyneempiä kuvioita.
• JPEG (Yhteinen valokuva-asiantuntijaryhmä): JPEG on laajalti käytetty kuvanpakkausstandardi. Toisin kuin RLE, JPEG käyttää häviöllistä pakkausmenetelmää, mikä tarkoittaa, että osa visuaalisesta tiedosta menetetään, mutta mahdollistaa lisäpakkauksen. JPEG-algoritmi perustuu diskreettiin kosinimuunnokseen (DCT) ja kvantisointiin. JPEG-prosessissa kuva jaetaan lohkoihin, ja DCT:tä sovelletaan kuhunkin lohkoon, jotta paikkatieto muunnetaan taajuustiedoksi. Tämän jälkeen suoritetaan kvantisointi, jossa DCT-arvoja pienennetään tarpeettoman tiedon poistamiseksi. Häviön määrää säädellään pakkausprosessin aikana valitulla laadulla. Vaikka JPEG on erittäin tehokas pakkaamisen suhteen, tiedon menetys voi olla havaittavissa, varsinkin kun käytetään aggressiivista pakkausta. Lisäksi se ei ole ihanteellinen kuville, joissa on yksivärisiä alueita tai hienoja yksityiskohtia.
• PNG (Portable Network Graphics): on toinen yleinen muoto, joka käyttää häviötöntä pakkausta. Toisin kuin JPEG, PNG sopii ihanteellisesti kuville, joissa on tasavärisiä, läpinäkyviä ja teräviä yksityiskohtia. Se käyttää pakkausalgoritmia, joka perustuu ennustamiseen ja suodatukseen. PNG:ssä jokaiselle pikseliriville käytetään sarja suodattimia redundanssin vähentämiseksi ennen pakkaamista. Häviötön pakkaus tekee PNG:stä paremman vaihtoehdon tilanteissa, joissa visuaalinen tarkkuus on ratkaisevan tärkeää.
• GIF (grafiikan vaihtomuoto): Se tunnetaan kyvystään tallentaa animoituja kuvia, mutta se on myös tehokas pakkausmuoto still-kuville. Se käyttää Lempel-Ziv-Welch (LZW) -pakkausmenetelmää, joka etsii toistuvia datasarjoja ja korvaa ne lyhyemmillä koodeilla. Vaikka GIF tarjoaa tehokkaan pakkauksen, se sopii parhaiten kuville, joilla on rajoitettu väripaletti, koska se voi esittää vain enintään 256 väriä.

Tietokoneella tehtävän kuvankäsittelyn prosessi

El tietokoneella tapahtuva kuvankäsittely, viittaa joukkoon tekniikoita ja algoritmeja, joita käytetään digitaalisten kuvien käsittelyyn tietokonejärjestelmän avulla. Tämä ala yhdistää tekniikan, matematiikan, tilastotieteen ja tietojenkäsittelytieteen periaatteita analysoidakseen, muokatakseen ja parantaakseen kuvia eri lähteistä, kuten valokuvista, skannereista, digitaalikameroista, magneettikuvauslaitteista ja muista laitteista.

Las sovellukset Tätä kuvankäsittelyä voidaan käyttää moniin eri tarkoituksiin, kuten kuvien ottamiseen, muokkaamiseen tai muokkaamiseen, liikkuvien kuvien luomiseen, niiden lisäämiseen videopeleihin, virtuaalitodellisuuteen, lisättyyn tai sekatodellisuuteen jne.

suhteen käytetyt tekniikat Tietokoneella tehtävän kuvankäsittelyn osalta on syytä korostaa seuraavia asioita:

• Kuvanotto: Digitaalisia kuvia otetaan tallennuslaitteilla, kuten digitaalikameroilla, skannereilla tai muilla antureilla. Nämä pikselimatriisina esitetyt kuvat ovat kuvankäsittelyn perusta.
• Esikäsittely: Ennen tiettyjen tekniikoiden soveltamista suoritetaan usein esikäsittely kuvanlaadun parantamiseksi. Tämä voi sisältää esimerkiksi värinkorjauksen, kontrastin säädön, kohinan poiston ja terävöittämisen.
• Suodatettu pois: Kuvan tiettyjen yksityiskohtien korostamiseen, pehmentämiseen tai poistamiseen käytetään erilaisia ​​suodattimia. Suodattimet voivat olla lineaarisia tai epälineaarisia, ja niitä käytetään tiettyjen käsittelytavoitteiden mukaan.
• Geometriset muunnokset: Voit muokata kuvan geometriaa, kuten kiertää, skaalata tai siirtää sitä. Nämä muunnokset ovat hyödyllisiä kuvien kohdistamiseen, vääristymien korjaamiseen ja tilallisten säätöjen tekemiseen.
• Segmentointi: Se koostuu kuvan jakamisesta merkityksellisiin segmentteihin tai alueisiin, joilla on samankaltaisia ​​ominaisuuksia. Segmentointi on olennaista kuvioiden tunnistamisessa, objektien havaitsemisessa ja sisällön analysoinnissa.
• Hahmontunnistus: Koneoppimisalgoritmeja ja konenäkötekniikoita käytetään kuvioiden ja objektien tunnistamiseen kuvista. Tämä on olennaista sovelluksissa, kuten kasvojentunnistuksessa, objektien luokittelussa ja lääketieteellisessä kuva-analyysissä.
• Kuvan palauttaminen: Tavoitteena on palauttaa tai parantaa kuvia, joihin on vaikuttanut esimerkiksi kohinan, diffraktion tai dispersion aiheuttama kuvanlaatu.
• Kuvan pakkaus: Pakkaus pienentää kuvatiedostojen kokoa tallennuksen ja siirron helpottamiseksi. Tähän tarkoitukseen käytetään yleisesti algoritmeja, kuten JPEG ja PNG.
• Sumentaminen: Sumennus on tekniikka, joka vähentää kuvan terävyyttä ja yksityiskohtia. Tämä saavutetaan käyttämällä suodatinta, joka laskee ympäröivien pikselien arvojen keskiarvon, mikä luo pehmeämmän ja vähemmän määritellyn ulkonäön. Sumennusta käytetään vähentämään kuvien kohinaa, sumentamaan ei-toivottuja yksityiskohtia tai luomaan pehmeitä esteettisiä tehosteita.
• Kohokuviointi (Reliefi): Se on tekniikka, joka korostaa kuvan reunoja ja yksityiskohtia luoden kohokuvamaisen vaikutelman. Se saavutetaan korostamalla vierekkäisten pikselien välisiä intensiteettisiirtymiä ja käyttämällä varjoja ja kohokohtia kolmiulotteisen vaikutelman simuloimiseksi. Sitä käytetään parantamaan kuvien yksityiskohtien näkyvyyttä ja korostamaan tärkeitä ominaisuuksia.
• Terävöinti (tarkennus): Terävöinti on tekniikka, joka korostaa kuvan yksityiskohtia ja reunoja, jotta siitä tulee terävämpi ja selkeämpi. Se saavutetaan korostamalla vierekkäisten pikselien välisiä intensiteettieroja. Terävöintiä käytetään parantamaan valokuvien selkeyttä ja määritelmää, erityisesti hienoja yksityiskohtia korostettaessa.
• Vesivärimaalaukset: Se simuloi vesivärimaalauksen ulkonäköä. Se pehmentää reunoja ja sumentaa värejä, antaen kuvalle taiteellisen ja orgaanisen ilmeen. Vesivärejä käytetään luomaan kuviin taiteellisia tehosteita, jotka antavat niille tunnusomaisen, maalauksellisen tyylin.
• Konvoluutioydin: Se on tekniikka, jossa kuvaan sovelletaan paikallisia muunnoksia konvoloimalla kuva tietyn matriisin (ytimen) avulla. Jokainen ytimen elementti vaikuttaa lähiympäristönsä pikseleiden intensiteetin muutokseen. Konvoluutioytimet ovat välttämättömiä suodattimien ja tehosteiden, kuten sumennuksen, reunojen tunnistuksen ja yksityiskohtien parannuksen, soveltamiseksi kuvankäsittelyssä.