-
Представление изображений
Существуют два основных вида представлений изображений – векторное и растровое.
В векторном представлении изображение описывается набором линий (векторов), которые содержат координаты начальных и конечных точек, кривизну линий и иными геометрическими характеристиками, описываются также правила построения различных областей и цветовые характеристики. Иными словами для растрового представления необходимо формирование некоторой математической модели. Поэтому векторное представление используются, в основном, при решении задач синтеза изображений. Хотя некоторые алгоритмы распознавания изображений для своей работы требуют именно векторное представление, которое необходимо получить из исходного изображения.
Растровое
изображение представляет собой одну
или несколько матриц, описывающих
пространственное распределение
характеристик изображения на некоторой
декартовой координатной сетке. В этом
случае изображение строится из множества
точек и имеет структуру растра. Основным
элементом растрового представления
изображения является пиксел
(сокращение
от словосочетания «picture
elements»
- элементы изображения), имеющий координаты
в растровой системе координат и некоторые
атрибуты (цвет, яркость, прозрачность
и т.п.). Число пикселей по координатам
и
(по горизонтали и вертикали) задает
разрешение (размерность) представления
изображения. Цвет пиксела задается
глубиной – количеством битов, необходимым
для задания любого цвета.
Растровые изображения, в зависимости от методов задания цвета пиксела и свойств исходного изображения подразделяются на:
-
Бинарные
-
Полутоновые
-
Палитровые
-
Полноцветные
В
бинарном представлении цвет пиксела
может быть либо белым, либо черным и
кодируется одним битом. Изображение
представляет собой матрицу. Каждый
элемент
этой матрицы имеет значение либо
либо
,
где
– номер строки, а
– номер столбца элемента, соответствующего
заданному пикселю.
В
полутоновых изображениях пикселы
представляют значения яркости,
соответствующие оттенкам серого. Индексы
матрицы, описывающие полутоновое
изображение, задают положение пиксела
на растре, а значение элемента матрицы
– задает его яркость.
Палитровые
изображения описываются двумя матрицами
(рис. 3). Одна хранит значения индексов,
которые задают обращение к строке
матрицы палитр. Матрица палитр это
цветовая карта. Она содержит 3 группы
столбцов – соответствующих красному
,
зеленому
и синему
цветам. Они и задают цвет соответствующего
пиксела.
Палитра
это матрица размерностью
,
где
– количество цветов.
Полноцветные
изображения – строятся в формате RGB
и представляют собой три матриц
.
Соответствующие элементы каждой матрицы
содержат значения интенсивностей
красного, зеленого и синего цветов для
пиксела задаваемого индексами матриц.
Таким образом полноцветное изображение
не имеет цветовой карты и цвет каждого
пиксела представляется тремя числами,
взятыми из соответствующих матриц.
Формат чисел в матрицах может быть как целым, так и форматом с плавающей точкой. Первый случай относится к так называемым оцифрованным изображениям, полученным с помощью различных устройств – сканеров, цифровых фотоаппаратов, телекамер и т.д. Именно в таком формате информация об изображениях и хранится в стандартных графических файлах.
Второй
вариант используется для внутреннего
представления изображений при их
обработке. В этом случае удобно нормировать
данные интенсивности к одному диапазону,
например к диапазону
,
и проводить различные вычисления с
плавающими числами, а результат затем
преобразовывать в исходный целочисленный
вид. Такой метод позволяет уменьшить
ошибки вычислений и повысить точность
результата обработки.
Для полноцветных изображений одним из параметров является максимальное количество цветов, которое может быть представлено в этом формате. Наиболее часто используются изображения, имеющие 16, 256, 65536 (High Color) и 10.7 миллиона (True Color) цветов.
Полноцветное изображение может быть представлено не только в формате RGB, но и с помощью других цветовых систем.
В системе HSB цвет представляется следующими цветовыми характеристиками:
Hue – цветовой тон;
Saturation – насыщенность;
Brightness – яркость.
Считается, что эта цветовая система соответствует особенностям человеческого восприятия цвета.
В системе LAB цвет рассматривается как совокупность яркости (lightness) и двух независимых значений цветности, которые и определяют истинный цвет пиксела. Цветность A – цветовая составляющая выбирается в диапазоне от пурпурного до зеленого. Цветность B – вторая цветовая составляющая выбирается из диапазона от желтого до голубого.
Существуют и другие системы представления цвета. Естественно, что все они связаны и по одному представлению может быть получено другое. Многообразие цветовых систем обусловлено, решаемыми с их помощью задачами. Например, цветокоррекцию удобнее выполнят в системе LAB, воспроизводить изображение на экране монитора в системе RGB, печатать лучше, используя представление CMYK. Однако в любом случае при обработках изображений и их распознавании работают с растровым представлением изображений, содержащих одну или несколько матриц.