1 Подання двовимірних даних у формі цифрових зображень

Термін “цифрові зображення” має досить широке трактування. Якщо художник розуміє під цифровим зображенням лише картинку, записану на згадку комп'ютера, і її візуальне сприйняття є кінцева мета, то вчений розуміє під цифровим зображенням набір даних, що, у принципі, можливо представити у вигляді картинки (Рис.2).

Рис.2 До пояснення природи цифрового зображення.

Різниця цих двох підходів полягає в тім, що при першому зовсім не важливо які цифри коштують за картинкою, а при другому саме цієї цифри являють основну цінність. Відповідно методи обробки й аналізу цих двох видів зображення багато в чому будуть різні.

У ряді додатків природно представляти двовимірні дані у вигляді цифрових зображень. Найбільше часто користуються поданнями у формі напівтонових або кольорових картинок, де певному діапазону чисел відповідає заданий колір. Кількість квітів і способи колірного зіставлення можуть бути різними й залежать від особистих переваг і наявних програмних засобів. Приведемо приклад. Припустимо, що в результаті когось чисельного експерименту, отримане поле розподіл температур на пластині. Метою його візуалізації є одержання наочної інформації про фізичні явища, у результаті яких воно сформувалося. Таке поле зручно представити у вигляді зображення, зіставивши мінімальній температурі - фіолетовий колір, а максимальної - червоний (Рис.3а).

 Після такого подання для з'ясування змісту даних іноді потрібна додаткова обробка, наприклад підкреслення деталей, видалення випадкових перешкод і т.п. На малюнку (Рис.3б) представлений результат обробки цього зображення за допомогою згортки з маскою. На даному зображенні чітко проглядається контур нагрівального елемента.

Цілий ряд додатків уже споконвічно мають справа із зображеннями: наприклад оптичними або рентгенівськими знімками, магниторезонансными або радіолокаційними зображеннями. Багато приладів видають інформацію у формі готових цифрових зображень. За традицією їх представляють у вигляді сірих напівтонових зображень, у яких яскравість відповідає інтенсивності виданого приладом сигналу.

Рис.3а Зображення поля розподілу температур на пластині.

2 Системи растрової графіки

Список програмного забезпечення, використовуваного для обробки зображень, досить великий. Якщо справа стосується даних, уже представлених у формі зображень, то для цих цілей у принципі можна використовувати Adobe Photoshop http://www.adobe.com/ або аналогічні системи растрової графіки. Вони дозволяють застосовувати досить широкий спектр методів обробки й трансформації зображень, а також їх примітивного статистичного аналізу. Такий підхід приводить до втрати точності й певних утруднень чисельної інтерпретації, однак із причин доступності систем растрової графіки одержав широке поширення.

Недоліки застосування подібних систем очевидні. По-перше, як уже було сказано, для цих систем важливо в першу чергу візуальне сприйняття зображень, а не чисельні значення його елементів. При цьому відзначимо, що діапазон даних звичайно ширше діапазону доступних квітів, якими може бути представлене зображення. Із цієї причини в ряді випадків обробка даних на рівні зображень може привести не тільки до втрати корисної інформації, але й до невірних результатів.

Другий недолік систем растрової графіки полягає в тім, що вони як правило не забезпечують необхідної функціональності, адже дослідникові потрібен ряд специфічних інструментів.

І, нарешті, третій недолік полягає в тому, що ці системи дозволяють працювати лише з даними, представленими у вигляді файлів стандартних графічних форматів, і тим самим не дають можливості безпосередньої візуалізації довільних даних.