Digitální obraz

Základním kamenem celé problematiky strojového vidění je digitální obraz. Každý ho zná, každý se s ním denně setkává, digitálně fotíme na zemi, pod zemí, pod vodou, ve vzduchu, „selfie“. Co je ale skryto za tou změtí barev a na co je důležité rozlišení, jak se tvoří barva? Na to Vám odpovíme v tomto článku, který by Vám měl pomoci vidět pixely tam, kde jste dosud viděli objekt. 

Digitální obraz je ve své podstatě dvojdimenzionální síť hodnot reprezentujících světelnou intenzitu jeho jednotlivých bodů. Digitální obraz je možné matematicky vyjádřit jako tzv. obrazovou funkci dvou proměnných tvořenou maticí hodnot.

Hodnoty f(x,y) obrazové funkce odpovídají jasu (anglicky brightness) bodu (x,y), kde x, y reprezentují souřadnice daného obrazového elementu (pixelu – picture element). Podle stanovených konvencí je pixel se souřadnicemi (0,0) umístěn v levém horním rohu obrazu a hodnoty x rostou směrem zleva doprava a hodnoty y rostou shora dolů. Senzory, používané při získávání digitálního obrazu převádějí sledovaný obraz na diskrétní počet pixelů a každému pixelu je přitom přiděleno číselné označení jeho umístění a hodnota v šedé nebo barevné stupnici specifikující jeho jas nebo barvu. Takto získaný digitalizovaný obraz je možné charakterizovat třemi základními vlastnostmi. Jedná se o rozlišení, bitovou hloubku a počet barevných rovin v obrazu.

Rozlišení obrazu udává počet sloupců a řádků pixelů v obraze. Obraz složený z M sloupců (M pixelů podél své horizontální osy) a N řádků (N pixelů podél své vertikální osy) má tedy rozlišení MxN. Bitová hloubka (angl. bit depth) vyjadřuje počet bitů použitých pro dekódování hodnoty pixelu. Pokud je bitová hloubka k, potom jeden pixel může nabývat 2k různých hodnot. V profesionálních aplikacích se většinou používá hloubka barev 8 bitů pro černobílé snímky (256 odstínů šedé) a 24 bitů pro barevné. Počet barevných rovin v obraze popisuje, kolik sítí pixelů společně tvoří kompletní obraz. Obrazy v šedé stupnici nebo monochromatické obrazy jsou tvořeny pouze jednou barevnou vrstvou, zatímco obrazy celobarevné (true-color) jsou složeny ze tří vrstev odpovídajících třem základním barvám: červené, zelené a modré. Na základě bitové hloubky a počtu barevných vrstev obrazu jsou rozlišovány tři základní typy obrazu: obraz v šedé stupnici, barevný obraz a obraz komplexní. Charakteristiky jednotlivých typů obrazů včetně vysvětlení systému jejich kódování uvádí tabulka.

Tabulka popisující jednotlivé typy dgitálního obrazu: