Digitálny obraz

Základným kameňom celej problematiky strojového videnia je digitálny obraz. Každý ho pozná, každý sa s ním denne stretáva, digitálne fotíme na zemi, pod zemou, pod vodou, vo vzduchu, „selfie“. Čo je ale skryté za tou zmäťou farieb a na čo je dôležité rozlíšenie, ako sa tvorí farba? Na to Vám odpovieme v tomto článku, ktorý by Vám mal pomôcť vidieť pixely tam, kde ste doteraz videli objekt.

Digitálny obraz je vo svojej podstate dvojdimenzionálna sieť hodnôt reprezentujúcich svetelnú intenzitu jeho jednotlivých bodov. Digitálny obraz je možné matematicky vyjadriť ako tzv. obrazovú funkciu dvoch premenných tvorenú maticou hodnôt.

Hodnoty f(x,y) obrazovej funkcie zodpovedajú jasu (po anglicky brightness) bodu (x,y), kde x, y reprezentujú súradnice daného obrazového elementu (pixelu – picture element). Podľa stanovených konvencií je pixel so súradnicami (0,0) umiestnený v ľavom hornom rohu obrazu a hodnoty x rastú smerom zľava doprava a hodnoty y rastú zhora nadol. Senzory, používané pri získavaní digitálneho obrazu, prevádzajú sledovaný obraz na diskrétny počet pixelov a každému pixelu je pritom pridelené číselné označenie jeho umiestnenia a hodnota v šedej alebo farebnej stupnici špecifikujúcej jeho jas alebo farbu. Takto získaný digitalizovaný obraz je možné charakterizovať tromi základnými vlastnosťami. Ide o rozlíšenie, bitovú hĺbku a počet farebných rovín v obraze.

Rozlíšenie obrazu udáva počet stĺpcov a riadkov pixelov v obraze. Obraz zložený z M stĺpcov (M pixelov pozdĺž svojej horizontálnej osi) a N riadkov (N pixelov pozdĺž svojej vertikálnej osi) má teda rozlíšenie MxN. Bitová hĺbka (po angl. bit depth) vyjadruje počet bitov použitých pre dekódovanie hodnoty pixelu. Pokiaľ je bitová hĺbka k, potom jeden pixel môže získavať 2k rôznych hodnôt. V profesionálnych aplikáciách sa väčšinou používa hĺbka farieb 8 bitov pre čiernobiele snímky (256 odtieňov šedej) a 24 bitov pre farebné. Počet farebných rovín v obraze popisuje, koľko sietí pixelov spoločne tvorí kompletný obraz. Obrazy v šedej stupnici alebo monochromatické obrazy sú tvorené iba jednou farebnou vrstvou, zatiaľ čo obrazy celofarebné (true-color) sú zložené z troch vrstiev zodpovedajúcich trom základným farbám: červenej, zelenej a modrej. Na základe bitovej hĺbky a počtu farebných vrstiev obrazu sú rozlišované tri základné typy obrazu: obraz v šedej stupnici, farebný obraz a obraz komplexný. Charakteristiky jednotlivých typov obrazov vrátane vysvetlenia systému ich kódovania uvádza tabuľka.

Tabuľka popisujúca jednotlivé typy digitálneho obrazu: