Властивості зорового сприйняття

Людське око може сприймати світлове випромінювання в діапазоні довжин хвиль від 380 до 770 нм – одночасно близько 10 тисяч різних кольорів. Хвилі різної довжини сприймаються оком неоднаково. Найбільш відчутним є зелений колір, потім йде червоний, а за ним – синій. Краще розрізняються кольори ближче розміщених об’єктів, ніж віддалених. Погано сприймається колір дуже маленьких об’єктів. Можливість розрізняти кольори є індивідуальною. На сприйняття кольору впливає також спосіб його відтворення: одні і ті ж зображення, візуалізовані на різних пристроях, мають різний вигляд. Задача точного відображення кольору є досить складною і до кінця ще не вирішена. Колір є важливим засобом підсилення враження при сприйнятті зображень і підвищення їх інформаційної насиченості. Відчуття кольору формується людським мозком в результаті аналізу світлового потоку, що попадає на сітківку ока від об’єктів, які випромінюють або відбивають світло.

Типи зображень

Зображення можна поділити на аналогові та цифрові.

До аналогових зображень відносяться ті, які несуть у собі інформацію неперервного характеру. Це зображення на звичайних рентгенограмах, сцінтиграмах, термограмах.

Цифрове зображення подається у вигляді цифрової матриці, тобто у вигляді числових рядків і колонок, що зберігається в пам’яті комп’ютера. На відміну від аналогового зображення, в якому є несистематизоване поєднання графічних крапок, цифрове зображення аналізується, відтворюється і зберігається після проведення його математичного кодування. Це кодування засноване на бінарній (двійковою) системі, в якій інформація виражається у зміні послідовності двох цифр, — 1 і 0. Цифрові зображення на відміну від аналогових мають дискретний характер. Матричне зображення формується шляхом сканування електронним променем по рядках. Тим самим створюється можливість для сприйняття зображення в реальному часі.

Всі цифрові технології і методики на початковому етапі є аналоговими. Інтенсивність світла на флюоресцентному екрані, електричний струм, що індукується рентгенівськими променями в КТ-детекторі або ехосигнали в ультразвуковому давачі, або магнетизм в приймальній магнітно-резонансній котушці – все це аналогова, неперервна реакція. Три останні методики – комп'ютерна томографія (КТ), ультрасонографія і магнітно-резонансна томографія (МРТ) вважаються цифровими технологіями, оскільки в них аналогова відповідь реакція (електричний струм) перетворюється в цифрову форму.

Оцифровування первинного зображення полягає в його розбитті на мінімальні (елементарні) квадратики – пікселі. За допомогою системи бінарного аналізу проводиться цифрова оцінка забарвлення і насиченості кожного пікселя. Збережені в пам'яті пристроїв (комп'ютер, сканер, цифрові фотоапарати і відеокамери, принтери) зображення можуть бути відтворені на екрані або виведені на друк.

Цифрові зображення мають ряд переваг порівняно з аналоговими:

• Основним недоліком аналогових зображень є втрата їх якості з часом. Цифрове ж зображення може зберігатися на дискетах, компакт-дисках або оптичних дисках протягом багатьох років.

• Цифрові зображення, що зберігаються, можуть бути легко відшукані, відтворені і передані за призначенням. Вони легко можуть вноситися до історії хвороби, амбулаторної карти, виписки з історії хвороби і так далі.

• Зображення, збережене в цифровій формі, можна обробити математично за допомогою різних програм, його зручно архівувати і передавати без втрат на будь-які відстані.

Зображення також бувають векторними і растровими.

Перший спосіб асоціюється з такими графічними пристроями, як дисплей, телевізор, принтер. Другий - з векторними дисплеями, плотерами.

Векторне зображення складається з набору відрізків, багатокутників, кривих, що задані в деякій системі координат і описані математично. З векторними даними пов‘язана інформація про їхні атрибути (наприклад, колір, товщина, тощо). Векторне зображення легко масштабувати, повертати, нахиляти. Тому воно не залежить від пристрою відображення – чи це монітор з роздільною здатністю 72 dpi, чи принтер з роздільною здатністю 600 dpi. Файли векторного формату корисні для збереження лінійних елементів (наприклад, ліній та прямокутників), а також елементів, які можна розкласти на прості геометричні об‘єкти (наприклад, текст).

Растрові зображення є двовимірним масивом, елементи якого (пікселі) містять інформацію про колір. Сукупність пікселів різного кольору утворює зображення. У цифровій обробці використовуються растрові зображення.

Растрові зображення характеризуються такими характеристиками:

• Роздільна здатність - характеризує відстань між сусідніми пікселями - крок дискретної сітки растру. Для визначення роздільної здатності використовують dpi, що дорівнює кількості пікселів у одному дюймі (2,54 см), виміряному вздовж координатних осей. Не слід ототожнювати крок сітки з розмірами пікселів - розмір пікселів може дорівнювати кроку, а може бути як меншим так і більшим. Крім того, растр характеризується формою пікселів.

• Розмір растру - кількість пікселів по горизонталі та вертикалі (128  128, 256  256, 512  512, 1024 1024, 10241280).

• Кількість кольорів або глибина кольору – кількість біт на піксель.

Растрові зображення можна поділити на бінарні, півтонові, палітрові, повнокольорові.

Елементи бінарного (двоколірного) зображення можуть приймати тільки два значення - 0 або 1. При цьому використовується 1 біт на піксель. Природа походження таких зображень може бути найрізноманітнішою. Але в більшості випадків, вони отримуються в результаті обробки півтонових, палітрових або повноколірних зображень. Найчастіше зустрічаються чорно-білі зображення (0- чорний колір, 1- білий). Бінарні зображення мають ту перевагу, що вони дуже зручні при передачі даних.

Півтонове зображення складається з елементів, які можуть приймати одне із значень інтенсивності якого-небудь одного кольору (наприклад, градації сірого). Це один з найбільш поширених типів зображень, який застосовується при різного роду дослідженнях. У більшості випадків використовується 256 градацій (1 байт на піксель).

У палітрових зображеннях значення пікселів є посиланням на комірку карти кольорів (палітру). Палітра є двовимірним масивом, в стовпчиках якого розміщені інтенсивності кольорових складових одного кольору.

На відміну від палітрових, елементи повноколірних зображень безпосередньо зберігають інформацію про яскравість кольорових складових. Повноколірні зображення зберігаються у вигляді трьохмірних масивів. Використовуються від 2 біт на піксель і вище. Глибина кольору 16 біт на піксель (65536 кольорів) отримала назву Ніgh Color, для 24 біт на піксель (16,7 млн. кольорів) -Тrue Соlоr.

Одиниця виміру вздовж кожної осі визначається кольоровою моделлю.

Модель RGB (Red-Green-Blue – червоний-зелений-синій) базується на використанні трьох основних кольорів. Інші кольори та відтінки отримуються змішуванням визначеної кількості кожного з основних кольорів. Вона є основою для електронного відтворення зображень на екрані монітору.

Відповідно до моделі HSB колір визначається трьома компонентами: відтінком (Hue), насиченістю (Saturation) і яскравістю (Brightness). При моделюванні кольорів тут не змішують основні кольори, а змінюють їх властивості. Відтінок – це є власне колір в загальноприйнятому розумінні. Насиченість визначається кількістю білого в відтінку: в повністю насиченому відтінку не міститься білого – він вважається чистим; частково насичений відтінок світліший. Яскравість визначає інтенсивність світіння кольору – відтінки з високою інтенсивністю дуже яскраві, а з низькою – темні.

Модель CMY (Cyan-Magenta-Yellow – голубий-пурпурний-жовтий) є субтрактивною і призначена для отримання зображень на білій поверхні. Блакитний, пурпурний і жовтий кольори називають доповнювальними, тому що вони доповнюють основні кольори до білого. Головною проблемою моделі CMY є те, що накладання один на одного доповнювальних кольорів на практиці не дає чистого чорного кольору. Тому в модель включають четвертий компонент чистого чорного кольору (blacK – чорний). Такий різновид моделі має абревіатуру CMYK.

В моделі CIE Lab будь-який колір визначається світлотою (L) і хроматичними компонентами: параметром а, що змінюється в діапазоні від зеленого до червоного, і параметром b, що змінюється в діапазоні від синього до жовтого. Ця модель є апаратно незалежною і часто використовується для перенесення даних між різними пристроями. Сьогодні вона є прийнятим за замовчуванням стандартом для програми Adobe Photoshop.