صورة ثنائية

صورة لافتة مراقبة الحي هي اللون الأمامي بينما بقية الصورة هي لون الخلفية. [ 1 ] في صناعة مسح المستندات، يُشار إلى هذا غالبًا باسم "ثنائي اللون".

الصورة الثنائية هي صورة رقمية تتكون من وحدات بكسل يمكن أن يكون لها لون واحد فقط من لونين، عادةً الأسود والأبيض. يتم تخزين كل بكسل على شكل بت واحد - أي إما 0 أو 1.

يمكن تخزين الصورة الثنائية في الذاكرة على شكل خريطة بتية : وهي عبارة عن مصفوفة مضغوطة من البتات. يبلغ حجم ملف الصورة الثنائية بدقة 640 × 480 بكسل 37.5 كيلوبايت فقط ، كما أن معظمها قابل للضغط بكفاءة باستخدام ضغط طول التشغيل البسيط . يُستخدم تنسيق الصورة الثنائية غالبًا في الحالات التي يكون فيها صغر حجم الملف مهمًا للإرسال أو التخزين، أو بسبب قيود الألوان في الشاشات أو الطابعات.

كما أن لها تطبيقات تقنية وفنية، على سبيل المثال في معالجة الصور الرقمية وفن البكسل . ويمكن تفسير الصور الثنائية على أنها مجموعات فرعية من شبكة الأعداد الصحيحة ثنائية الأبعاد .Z2{\displaystyle \mathbb {Z} ^{2}} ; لقد استلهممجال معالجة الصور المورفولوجية إلى حد كبير من هذا الرأي.

مصطلحات

تُسمى الصور الثنائية أيضًا بالصور ثنائية المستوى . ويُشار غالبًا إلى فن البكسل المكون من لونين باسم " بت واحد" نظرًا للبت الواحد المطلوب لتخزين كل بكسل. [ 2 ] تُستخدم عادةً أسماء مثل "أبيض وأسود" أو "أحادي اللون " ، ولكنها قد تُشير أيضًا إلى أنواع أخرى من الصور التي تحتوي على عينة واحدة فقط لكل بكسل، مثل صور التدرج الرمادي . في مصطلحات برنامج فوتوشوب ، تُعتبر الصورة الثنائية مماثلة للصورة في وضع ألوان "Bitmap". [ 3 ] [ 4 ]

العمليات على الصور الثنائية

تُطبَّق فئة كاملة من العمليات على الصور الثنائية على نافذة بحجم 3 × 3 من الصورة. تحتوي هذه النافذة على تسعة بكسلات، أي 2^ 9 أو 512 قيمة ممكنة. بالنظر إلى البكسل المركزي فقط، يُمكن تحديد ما إذا كان مُفعَّلاً أم لا، بناءً على البكسلات المحيطة به. من أمثلة هذه العمليات: التخفيف، والتوسيع، وإيجاد نقاط التفرع والنهايات، وإزالة البكسلات المعزولة، وإزاحة الصورة بكسلًا واحدًا في أي اتجاه، وقطع روابط H. تُعدّ لعبة كونواي للحياة مثالًا آخر على عمليات النافذة بحجم 3 × 3 .

تعتمد فئة أخرى من العمليات على مفهوم الترشيح باستخدام عنصر هيكلي. العنصر الهيكلي عبارة عن صورة ثنائية، عادةً ما تكون صغيرة، تُمرر فوق الصورة المستهدفة، بطريقة مشابهة للمرشح في معالجة الصور الرمادية. بما أن البكسلات لا يمكن أن تأخذ إلا قيمتين، فإن العمليات المورفولوجية هي التآكل (أي بكسل غير مُحدد داخل العنصر الهيكلي يؤدي إلى إلغاء تحديد قيمة البكسل) والتمدد ( أي بكسل مُحدد داخل العنصر الهيكلي يؤدي إلى تحديد قيمة البكسل). من العمليات المهمة الفتح المورفولوجي والإغلاق المورفولوجي ، وهما يتكونان من التآكل متبوعًا بالتمدد والتمدد متبوعًا بالتآكل، على التوالي، باستخدام نفس العنصر الهيكلي. يميل الفتح إلى تكبير الثقوب الصغيرة، وإزالة الأجسام الصغيرة، وفصل الأجسام. أما الإغلاق فيحتفظ بالأجسام الصغيرة، ويزيل الثقوب، ويربط الأجسام.

من أهم خصائص الصورة الثنائية تحويل المسافة ، الذي يحدد المسافة بين كل بكسل مُحدد وأقرب بكسل غير مُحدد. يُمكن حساب تحويل المسافة بكفاءة عالية، مما يُتيح حساب مخططات فورونوي بكفاءة ، حيث يُنسب كل بكسل في الصورة إلى أقرب نقطة من مجموعة نقاط. كما يُتيح أيضًا عملية استخلاص الهيكل العظمي، التي تختلف عن عملية التخفيف في كونها تُتيح استعادة الصورة الأصلية. يُعد تحويل المسافة مفيدًا أيضًا في تحديد مركز الكائن، وفي مطابقة الصور في التعرف عليها.

هناك نوع آخر من العمليات يتمثل في جمع المقاييس غير المرتبطة بالاتجاه. وهذا مهم في كثير من الأحيان في التعرف على الصور حيث يلزم إزالة اتجاه الكاميرا. تشمل المقاييس غير المرتبطة بالاتجاه لمجموعة من البكسلات المتصلة أو المحاطة: عدد أويلر ، والمحيط، والمساحة، والتراص، ومساحة الثقوب، ونصف القطر الأدنى، ونصف القطر الأقصى.

تجزئة الصور

تُنتج الصور الثنائية من الصور الملونة عبر عملية التجزئة . التجزئة هي عملية تصنيف كل بكسل في الصورة الأصلية إلى فئتين أو أكثر. إذا كان هناك أكثر من فئتين، فعادةً ما تكون النتيجة عدة صور ثنائية. ولعل أبسط أشكال التجزئة هي طريقة أوتسو ، التي تُصنف البكسلات إلى خلفية أو مقدمة بناءً على شدة تدرج الرمادي. وهناك طريقة أخرى هي خوارزمية مستجمعات المياه . كما أن كشف الحواف يُنتج غالبًا صورة ثنائية مع بعض البكسلات المصنفة كبكسلات حواف، ويُعد أيضًا خطوة أولى في عملية التجزئة اللاحقة.

الهياكل العظمية

تُنتج عملية التخفيف أو الهيكلة صورًا ثنائية تتكون من خطوط بعرض بكسل واحد. ويمكن بعد ذلك استخراج نقاط التفرع ونقاط النهاية، وتحويل الصورة إلى رسم بياني. وهذا مهم في التعرف على الصور، على سبيل المثال في التعرف الضوئي على الأحرف .

تفسير

يختلف تفسير القيمة الثنائية للبكسل باختلاف الجهاز. فبعض الأنظمة تفسر القيمة الثنائية 0 على أنها سوداء و1 على أنها بيضاء، بينما تعكس أنظمة أخرى معنى القيم. في واجهة TWAIN القياسية لأجهزة الكمبيوتر الشخصية الخاصة بالماسحات الضوئية والكاميرات الرقمية ، يُطلق على اللون الأول اسم "فانيليا" وعلى اللون المعكوس اسم " شوكولاتة" .

يُستخدم التمويه غالبًا لعرض الصور ذات التظليل النصفي . [ 5 ]

الاستخدامات

فن البكسل أحادي البت

فن البكسل أحادي البت يجمع بين الصور والنصوص

فن البكسل الثنائي ، المعروف أيضًا باسم فن البت الواحد ، هو أسلوب لعرض الرسومات منذ بدايات الحواسيب. فبينما استغلت الحواسيب الأولى، مثل ZX81، هذا القيد كضرورة من ضرورات العتاد، ساهمت ألعاب LCD المحمولة، مثل Game & Watch و Tamagotchi ، إلى جانب الحواسيب الأولى التي ركزت على واجهات المستخدم الرسومية، مثل Macintosh، بشكل كبير في تعزيز ثقافة وتقنية وجماليات قيود فن البت الواحد. [ 6 ]

تظهر أمثلة حديثة لفن البت الواحد في ألعاب الفيديو المستقلة وغيرها من الفنون الرقمية. [ 7 ] تستخدم ألعاب شهيرة مثل Gato Roboto و Return of the Obra Dinn و Minit و World of Horror أسلوب البت الواحد لإضفاء طابع كلاسيكي عليها [ 8 ] أو ببساطة لتوفير وقت مصممي الرسومات أثناء التطوير. [ 9 ] كما توجد أجهزة ألعاب مصممة خصيصًا لرسومات البت الواحد، مثل جهاز Playdate المحمول [ 10 ] ، والذي يُستخدم أيضًا في التعليم بدلًا من محركات الألعاب الأكثر تعقيدًا [ 11 ] .

أصبح استخدام لون واحد تحديًا شائعًا لفناني البكسل. فقد اشترطت مسابقة فن البكسل " Pixtogether" على المشاركين استخدام لونين فقط في دورتها الشهرية العاشرة. [ 12 ] لا يقتصر عمل الكثير من الفنانين على فن البكسل، لكن العديد منهم يتواصلون فيما بينهم لتبادل المعرفة حول العمل ضمن هذا القيد، ولإقامة مشاريع تعاونية خاصة بهم. [ 13 ]

يقول براندون جيمس جرير، الذي يقدم دروسًا تعليمية شهيرة على يوتيوب [ 14 ] [ 15 ] حول تقنية 1 بت وغيرها من فنون البكسل، إن "هذا القيد يؤدي إلى بعض الأساليب الفريدة" وأن العمل بتقنية 1 بت يمثل "تحديًا ممتعًا وفريدًا للغاية". [ 16 ]

على الرغم من أن فن 1bit يُمكن اعتباره أسلوبًا فنيًا بحد ذاته، إلا أن كل عمل فني يندرج تحت أسلوب آخر أيضًا. ومن بين الاختلافات الواضحة في أساليب فن 1bit، على سبيل المثال، استخدام تقنية التمويه (dithering) من عدمه، وكميتها، ونوعها، ودقة الصورة ، واستخدام الخطوط الخارجية ، ومدى تفصيل العمل الفني.

ملحقات الكمبيوتر

بعض أجهزة الإدخال/الإخراج، مثل طابعات الليزر وأجهزة الفاكس وشاشات الكمبيوتر ثنائية المستوى ، لا يمكنها التعامل إلا مع الصور الثنائية.

الحوسبة المتنقلة المبكرة والإنترنت

في عام 1999، قدم منتدى بروتوكول التطبيقات اللاسلكية معيار تنسيق ملف .wbmp (صورة نقطية لاسلكية) كجزء من معايير عرض صفحات WAP . [ 17 ]

التشفير المرئي

مثال توضيحي للتشفير المرئي: عند وضع صورتين متساويتين في الحجم، تتكونان من وحدات بكسل عشوائية ظاهريًا باللونين الأبيض والأسود، فوق بعضهما البعض، يظهر شعار ويكيبيديا

في عام ١٩٩٤، قدّم موني ناور وآدي شامير عرضًا توضيحيًا لتقنية مشاركة الأسرار المرئية ، حيث تُقسّم صورة ثنائية إلى n جزءًا، بحيث لا يستطيع فك تشفير الصورة إلا من يمتلك جميع الأجزاء n ، بينما لا تكشف أي n - 1 جزءًا أي معلومات عن الصورة الأصلية. طُبع كل جزء على شريحة شفافة منفصلة، ​​وتم فك التشفير بتراكب الأجزاء. [ ١٨ ] عند تراكب جميع الأجزاء n ، تظهر الصورة الأصلية. توجد عدة تعميمات لهذه التقنية الأساسية، منها التشفير المرئي k- من- n ، [ ١٩ ] [ ٢٠ ] واستخدام صفائح معتمة مع إضاءتها بمجموعات متعددة من أنماط الإضاءة المتطابقة تحت تسجيل كاشف واحد أحادي البكسل. [ ٢١ ]

تحرير الصور الرقمية

غالباً ما تظهر الصور الثنائية في معالجة الصور الرقمية للصور الأكثر تعقيداً، على شكل أقنعة ، نتيجة لعملية تحديد العتبة ، وللاستخدام في التمويه .

مستشعرات الصور الثنائية ذات العينات الزائدة

مستشعر الصور الثنائي ذو العينة الزائدة هو مستشعر صور رقمي يُشبه أفلام التصوير الفوتوغرافي التقليدية. كل بكسل في المستشعر له استجابة ثنائية، مما يُعطي قياسًا كميًا أحادي البت فقط لشدة الضوء المحلية.

انظر أيضاً

مراجع

  1. "تحويل صورة ملونة إلى صورة ثنائية" . CoderSource.net. ١٨ أبريل ٢٠٠٥. مؤرشف من الأصل في ١٠ يونيو ٢٠٠٨. تم الاطلاع عليه في ١١ يونيو ٢٠٠٨ .
  2. "أفضل الألعاب المصنفة بـ 1-bit" . itch.io. تم ​​الاطلاع عليه بتاريخ 29 أبريل 2021 .
  3. "أساسيات الفوتوشوب: العمل مع أوضاع الألوان المختلفة" . مؤرشف من الأصل في 8 أكتوبر 2013. تم الاطلاع عليه في 2 يونيو 2014 .
  4. "أساسيات فوتوشوب: العمل في أوضاع ألوان مختلفة" . Graphics.com . مؤرشف من الأصل في 8 أكتوبر 2013. تم الاطلاع عليه في 28 أكتوبر 2017 .
  5. أليباخ، جان ب.؛ طومسون، برايان ج. (1999). أوراق مختارة حول التظليل الرقمي . مطبعة SPIE للهندسة البصرية. ISBN 9780819431370.
  6. غرين، مايكل (1986). "الزن وفن ماكنتوش، 1986" . archive.org . تم الاطلاع عليه في 30 أبريل 2021 .
  7. ^ "Gato Roboto: Erinnert an Gameboy-Spiele، liegt aber voll im Trend" . ديجيتالستان (في المانيا). 1 يونيو 2019 . تم الاسترجاع في 30 أبريل 2021 .
  8. كريشنان، جاي (19 فبراير 2020). "معاينة الوصول المبكر للعبة World of Horror :: 1 Bit Macabre" . Gameffine . تم الاطلاع عليه في 30 أبريل 2021 . 
  9. هاريس، جون (5 يوليو 2019). "أسئلة وأجوبة: استكشاف تصميم لعبة ميترويدفانيا "غاتو روبوتو" (قطة داخل آلة) . gamasutra.com . مؤرشف من الأصل في 5 يوليو 2019. تم الاطلاع عليه في 30 أبريل 2021 .
  10. "مجموعة مواد بلاي ديت الإعلامية" . play.date . تم الاطلاع عليها في 30 أبريل 2021 .
  11. "كيف غيّر جهاز محمول أصفر صغير طريقة تدريس تصميم الألعاب في جامعة ديوك - أخبار بلاي ديت" . news.play.date . تم الاطلاع عليه بتاريخ 18 أبريل 2026 .
  12. "حساب تويتر "pix2getherevent"" . تويتر . مؤرشف من الأصل في 30 أبريل 2021. تم الاسترجاع في 30 أبريل 2021 .
  13. "حساب تويتر "1bitbadbitches"" . تويتر . مؤرشف من الأصل في 16 مارس 2021. تم الاسترجاع في 1 مايو 2021 .
  14. "فن البكسل أحادي البت مع براندون جيمس جرير | www.masayume.it" . www.masayume.it . تم الاطلاع عليه بتاريخ 30 أبريل 2021 .
  15. "كيفية صنع فن البكسل أحادي البت" . 8 أبريل 2020. تم الاطلاع عليه في 30 أبريل 2021 .
  16. مؤرشف في Ghostarchiveوآلة Waybackتقنيات فن البكسل أحادي البت (شرح + فيديو بتقنية الفاصل الزمني) ، 30 نوفمبر 2019 ، تم الاطلاع عليه في 30 أبريل 2021
  17. "مواصفات بيئة تطبيقات WAP اللاسلكية، الإصدار 1.1" (ملف PDF) . wapforum.org . منتدى بروتوكول تطبيقات الشبكات اللاسلكية المحدودة. 24 مايو 1999. تم الاطلاع عليه بتاريخ 29 سبتمبر 2024 .
  18. ناور، موني؛ شامير، عدي (1995). "التشفير المرئي". التطورات في علم التشفير - يورو كريبت 94. سلسلة محاضرات في علوم الحاسوب. المجلد 950. الصفحات 1-12 . doi : 10.1007/BFb0053419 . ISBN   978-3-540-60176-0.
  19. فيرهول، إريك ر.؛ فان تيلبورغ، هينك سي. أ. (1997). "بنى وخصائص مخططات مشاركة الأسرار المرئية k من n". التصاميم، والرموز، والتشفير . 11 (2): 179-196 . doi : 10.1023/A:1008280705142 . S2CID 479227 . 
  20. أتينيزي، جوزيبي؛ بلوندو، كارلو؛ سانتيس، ألفريدو دي؛ ستينسون، دوغلاس ر. (2001). "قدرات موسعة للتشفير المرئي". علوم الحاسوب النظرية . 250 ( 1-2 ): 143-161 . doi : 10.1016/S0304-3975(99)00127-9 .
  21. جياو، شومينغ؛ فينغ، جون؛ غاو، يانغ؛ لي، تينغ؛ يوان، شياو كونغ (2020). "التشفير المرئي في التصوير أحادي البكسل". أوبتكس إكسبرس . 28 (5): 7301-7313 . arXiv : 1911.05033 . Bibcode : 2020OExpr..28.7301J . doi : 10.1364/OE.383240 . PMID: 32225961. S2CID : 207863416 .