الصورة الرقمية

الصورة الرقمية هي صورة مكونة من عناصر الصورة ، والمعروفة أيضًا بالبكسلات ، ولكل منها كميات محدودة ومنفصلة من التمثيل الرقمي لشدتها أو مستوى الرمادي الذي يعد ناتجًا عن وظائفها ثنائية الأبعاد التي يتم تغذيتها كمدخلات بواسطة إحداثياتها المكانية التي يشار إليها بـ x و y على المحور x والمحور y على التوالي. ^[1] اعتمادًا على ما إذا كانت دقة الصورة ثابتة، فقد تكون من نوع متجه أو نقطي . يشير مصطلح "الصورة الرقمية" بحد ذاته عادةً إلى الصور النقطية أو الصور النقطية (على عكس الصور المتجهة ). ^{[ بحاجة لمصدر ]}

تحتوي الصور النقطية على مجموعة محدودة من القيم الرقمية ، تسمى عناصر الصورة أو البكسلات . تحتوي الصورة الرقمية على عدد ثابت من الصفوف والأعمدة من البكسلات. البكسلات هي أصغر عنصر فردي في الصورة، وتحمل قيمًا كمية تمثل سطوع لون معين في أي نقطة محددة.

عادةً ما يتم تخزين وحدات البكسل في ذاكرة الكمبيوتر كصورة نقطية أو خريطة نقطية، وهي عبارة عن مجموعة ثنائية الأبعاد من الأعداد الصحيحة الصغيرة. وغالبًا ما يتم نقل هذه القيم أو تخزينها في شكل مضغوط .

يمكن إنشاء الصور النقطية من خلال مجموعة متنوعة من أجهزة الإدخال والتقنيات، مثل الكاميرات الرقمية ، والماسحات الضوئية ، وآلات قياس الإحداثيات، والملفات الزلزالية، والرادار الجوي، والمزيد. ويمكن أيضًا تصنيعها من بيانات عشوائية غير صورية، مثل الوظائف الرياضية أو النماذج الهندسية ثلاثية الأبعاد؛ حيث تعد الأخيرة مجالًا فرعيًا رئيسيًا للرسومات الحاسوبية . مجال معالجة الصور الرقمية هو دراسة الخوارزميات لتحويلها.

يتعامل معظم المستخدمين مع الصور النقطية من خلال الكاميرات الرقمية، والتي تستخدم أيًا من تنسيقات ملفات الصور العديدة .

تتيح بعض الكاميرات الرقمية الوصول إلى جميع البيانات التي تم التقاطها بواسطة الكاميرا تقريبًا، باستخدام تنسيق الصورة الخام . تقترح إرشادات التصوير الفوتوغرافي العالمي (UPDIG) استخدام هذه التنسيقات عندما يكون ذلك ممكنًا لأن الملفات الخام تنتج أفضل جودة للصور. تتيح تنسيقات الملفات هذه للمصور ووكيل المعالجة أعلى مستوى من التحكم والدقة في الإخراج. يتم منع استخدامها بسبب انتشار المعلومات الملكية ( أسرار تجارية ) لبعض مصنعي الكاميرات، ولكن كانت هناك مبادرات مثل OpenRAW للتأثير على الشركات المصنعة لإصدار هذه السجلات علنًا. قد يكون البديل هو Digital Negative (DNG) ، وهو منتج خاص من Adobe يوصف بأنه "تنسيق أرشيفي عام لبيانات الكاميرا الرقمية الخام". ^[2] على الرغم من أن هذا التنسيق لم يتم قبوله عالميًا بعد، إلا أن الدعم للمنتج آخذ في الازدياد، ويقترح أو يوصون بشكل متزايد الأرشيفيون المحترفون والمحافظون، الذين يعملون لدى منظمات محترمة، بشكل مختلف باستخدام DNG لأغراض الأرشفة. ^{[3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10]}

الصور المتجهة هي نتاج الهندسة الرياضية ( المتجه ). من الناحية الرياضية، يتكون المتجه من مقدار أو طول واتجاه.

في كثير من الأحيان، سيتم دمج العناصر النقطية والمتجهية في صورة واحدة؛ على سبيل المثال، في حالة لوحة إعلانية تحتوي على نص (متجه) وصور فوتوغرافية (نقطية).

ومن أمثلة أنواع ملفات المتجهات EPS و PDF و AI .

برنامج عرض الصور يعرض الصور. تستطيع متصفحات الويب عرض تنسيقات الصور القياسية على الإنترنت بما في ذلك JPEG و GIF و PNG . ويمكن لبعضها عرض تنسيق SVG وهو تنسيق W3C القياسي . في الماضي، عندما كان الإنترنت لا يزال بطيئًا، كان من الشائع توفير صور "معاينة" يتم تحميلها وتظهر على موقع الويب قبل استبدالها بالصورة الرئيسية (لإعطاء انطباع أولي). الآن أصبح الإنترنت سريعًا بما يكفي ونادرًا ما يتم استخدام صورة المعاينة هذه.

يمكن أن تكون بعض الصور العلمية كبيرة جدًا (على سبيل المثال، صورة مجرة ​​درب التبانة بحجم 46 جيجا بكسل ، وحجمها حوالي 194 جيجابايت). ^[11] يصعب تنزيل مثل هذه الصور وعادةً ما يتم تصفحها عبر الإنترنت من خلال واجهات ويب أكثر تعقيدًا .

توفر بعض البرامج أداة عرض الشرائح لعرض سلسلة من الصور.

سبقت أجهزة الفاكس الرقمية المبكرة مثل نظام نقل الصور بالكابل Bartlane الكاميرات الرقمية وأجهزة الكمبيوتر بعقود من الزمان. تم عرض أول صورة يتم مسحها ضوئيًا وتخزينها وإعادة إنشائها في وحدات بكسل رقمية على الكمبيوتر الأوتوماتيكي القياسي الشرقي ( SEAC ) في NIST . ^[12] استمر تقدم الصور الرقمية في أوائل الستينيات، جنبًا إلى جنب مع تطوير برنامج الفضاء وفي البحث الطبي . استخدمت المشاريع في مختبر الدفع النفاث ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ومختبرات بيل وجامعة ماريلاند ، من بين أمور أخرى، الصور الرقمية لتطوير صور الأقمار الصناعية وتحويل معايير الصور السلكية والتصوير الطبي وتكنولوجيا الهاتف المرئي والتعرف على الأحرف وتحسين الصور. ^[13]

بدأت التطورات السريعة في التصوير الرقمي مع إدخال الدوائر المتكاملة MOS في الستينيات والمعالجات الدقيقة في أوائل السبعينيات، جنبًا إلى جنب مع التقدم في تخزين ذاكرة الكمبيوتر ذات الصلة، وتقنيات العرض ، وخوارزميات ضغط البيانات .

كان اختراع التصوير المقطعي المحوري المحوسب ( CAT scaning )، باستخدام الأشعة السينية لإنتاج صورة رقمية لـ "شريحة" من خلال جسم ثلاثي الأبعاد، ذا أهمية كبيرة للتشخيص الطبي. بالإضافة إلى نشأة الصور الرقمية، سمحت رقمنة الصور التناظرية بتعزيز وترميم القطع الأثرية وبدأت في الاستخدام في مجالات متنوعة مثل الطب النووي وعلم الفلك وإنفاذ القانون والدفاع والصناعة . [ ¹⁴ ]

مهدت التطورات في تكنولوجيا المعالجات الدقيقة الطريق لتطوير وتسويق أجهزة الشحنة المقترنة (CCDs) لاستخدامها في مجموعة واسعة من أجهزة التقاط الصور ، وأزاحت تدريجيًا استخدام الأفلام والأشرطة التناظرية في التصوير الفوتوغرافي وتصوير الفيديو نحو نهاية القرن العشرين. كما سمحت قوة الحوسبة اللازمة لمعالجة التقاط الصور الرقمية للصور الرقمية المولدة بواسطة الكمبيوتر بتحقيق مستوى من الدقة يقترب من الواقعية . ^[15]

كان أول مستشعر صور أشباه الموصلات هو CCD، الذي طوره ويلارد إس. بويل وجورج إي. سميث في مختبرات بيل عام 1969. ^[16] أثناء البحث في تقنية MOS، أدركوا أن الشحنة الكهربائية كانت بمثابة الفقاعة المغناطيسية وأنه يمكن تخزينها على مكثف MOS صغير . نظرًا لأنه كان من السهل إلى حد ما تصنيع سلسلة من مكثفات MOS على التوالي، فقد قاموا بتوصيل جهد مناسب بها حتى يمكن نقل الشحنة من واحد إلى التالي. ^[17] CCD هي دائرة أشباه الموصلات التي تم استخدامها لاحقًا في أول كاميرات الفيديو الرقمية للبث التلفزيوني . ^[18]

عانت أجهزة استشعار CCD المبكرة من تأخر الغالق . تم حل هذه المشكلة إلى حد كبير باختراع الصمام الضوئي المثبت (PPD). ^[19] اخترعه نوبوكازو تيرانيشي وهيروميتسو شيراكي وياسو إيشيهارا في شركة NEC عام 1980. ^{[19] [20]} كان عبارة عن هيكل كاشف ضوئي ذو تأخر منخفض وضوضاء منخفضة وكفاءة كمية عالية وتيار مظلم منخفض . ^[19] في عام 1987، بدأ دمج PPD في معظم أجهزة CCD، ليصبح عنصرًا ثابتًا في كاميرات الفيديو الإلكترونية الاستهلاكية ثم الكاميرات الرقمية الثابتة . ومنذ ذلك الحين، تم استخدام PPD في جميع أجهزة استشعار CCD تقريبًا ثم أجهزة استشعار CMOS. ^[19]

تم اختراع مستشعر البكسل النشط NMOS (APS) بواسطة شركة Olympus في اليابان خلال منتصف الثمانينيات. وقد تم تمكين ذلك من خلال التقدم في تصنيع أجهزة أشباه الموصلات MOS ، حيث وصل مقياس MOSFET إلى مستويات أصغر من الميكرون ثم دون الميكرون . ^{[21] [22]} تم تصنيع مستشعر البكسل النشط NMOS بواسطة فريق Tsutomu Nakamura في Olympus في عام 1985. ^[23] تم تطوير مستشعر البكسل النشط CMOS (مستشعر CMOS) لاحقًا بواسطة فريق Eric Fossum في مختبر الدفع النفاث التابع لوكالة ناسا في عام 1993. ^[19] بحلول عام 2007، تجاوزت مبيعات مستشعرات CMOS مستشعرات CCD. ^[24]

كان أحد التطورات المهمة في تقنية ضغط الصور الرقمية هو تحويل جيب التمام المنفصل (DCT)، وهي تقنية ضغط ضائعة اقترحها ناصر أحمد لأول مرة في عام 1972. ^[25] يُستخدم ضغط DCT في JPEG ، والذي تم تقديمه بواسطة مجموعة الخبراء الفوتوغرافيين المشتركة في عام 1992. ^[26] يضغط JPEG الصور إلى أحجام ملفات أصغر بكثير، وأصبح تنسيق ملف الصور الأكثر استخدامًا على الإنترنت . ^[27]

في التصوير الرقمي، الفسيفساء هي مجموعة من الصور غير المتداخلة، مرتبة في بعض التبليطات . الصور ذات الجيجابكسل هي مثال على مثل هذه الفسيفساء الرقمية. غالبًا ما يتم تجميع صور الأقمار الصناعية لتغطية مناطق من الأرض.

يتم توفير المشاهدة التفاعلية من خلال التصوير الواقعي الافتراضي .