Основные параметры растровых изображений анализ качества изображений кратко

Обновлено: 04.07.2024

Вне зависимости от того, являются ли ваши данные на основе ячеек изображением, полученным с аэро- или спутникового сенсора, или набором растровых данных, отображающим гравитацинное моделирование или ЦМР, существует множество способов работы с этими данными при выполнении анализа. Например, вы можете анализировать данные визуально, использовать их в качестве фона (базовой карты) для визуального анализа других данных, или использовать их в аналитических операциях.

Если вы используете снимки или растровые данные для визуального анализа, вы можете изучить результаты исследования водораздела, просмотреть пространственные объекты в изображении оттененного рельефа, созданном по цифровой модели рельефа (ЦМР), или изменить комбинацию каналов для идентификации объектов. Если вы используете данные в качестве вспомогательных для анализа других данных, вы можете изучать и обновлять векторные данные, например, дорожную сеть, воспользовавшись свежими снимками в качестве подложки и определяя расположение недостающих дорог. Для любого из этих типов анализа, визуальное представление данных имеет существенное значение. Следует рассмотреть возможность использования различных способов отображения изображений и растровых данных (таких как Растяжка (Stretched) или RGB Composite), применения различных способов растяжения гистограммы для увеличения объема специфической информации в наборе данных, или даже удаления из изображения некоторых значений растра.

Более подробную информацию об различных типах отображения изображений и растров см. в разделе Способы, используемые для отображения растровых данных. Более подробно о других аспектах внешнего вида и поведения набора данных (например, быстрое отображение, выполнение обучения, повышение контраста или изменение внешнего вида значений фона) см. в Улучшение отображения растровых данных. Также есть инструменты для балансировки внешнего вида нескольких изображений, чтобы они стали похожи на одно изображение без швов. Более подробно см. Цветовая коррекция растровых данных или Цветовая коррекция набора данных мозаики.

Если отображаемые данные являются спутниковыми снимками, они скорее всего поддерживаются ArcGIS как растровый продукт. Если это так, следует добавить его к отображению, используя подходящий шаблон растрового продукта. В приложении существуют настройки, которые позволяют добиться правильного отображения.

Интерактивное улучшение отображения

В окне Анализ изображения (Image Analysis) имеется множество инструментов, которые позволяют улучшить внешний вид изображения, выбирая способ растяжки гистограммы. Бегунки позволяют регулировать контраст , яркость и гамму для изображения. Кнопка Интерактивная растяжка гистограммы (Interactive Histogram Stretch) позволяет понять распределение значений пикселей и изменить способ их растяжки.

Исследование изображений и значений пикселей

Анализ и функции обработки

Окно Анализ изображений (Image Analysis) предоставляет доступ к различным возможностям обработки и отображения растровых данных. Вы легко можете отобразить ЦМР в виде оттененного рельефа и изменить цветовую схему. Также имеется инструмент для определения разницы , так что вы можете увидеть, были ли изменения между двумя наборами данных, а также вы легко можете объединить несколько растров в один .

Выполнение измерений по изображению

Окно Анализ изображения (Image Analysis) также содержит набор инструментов измерения, включая инструменты для измерения точки, расстояния, угла, высоты, периметра и площади на изображении (наборе растровых данных или данных мозаики) с информацией датчика (или преобразования геоданных).

Измерение определяется геометрическим методом нахождения длины линий, площади участков или объемов с использованием информации, полученной из линий и углов. Сюда также входит измерение высоты и абсолютного положения объекта.

Дополнительные модули для анализа

Существует множество способов использования растровых данных в операциях анализа. При выполнении таких операций, в основном, используются и обрабатываются данные, представленные значениями ячеек. В ArcGIS for Desktop имеется множество инструментов, позволяющих обрабатывать растровые данные, конвертировать и трансформировать их; однако для использования растровых данных в операциях анализа, вам потребуется один из дополнительных модулей.

Существуют дополнительные модули ArcGIS, которые увеличивают возможности анализа растровых данных. Они следующие:

Дополнительный модуль ArcGIS Spatial Analyst – этот модуль содержит комплексный набор инструментов расширенного пространственного моделирования и анализа, позволяющий выполнять совмещенный анализ растровых и векторных данных.
Дополнительный модуль ArcGIS 3D Analyst – этот модуль позволяет эффективно визуализировать, анализировать и генерировать данные поверхностей, а также содержит инструменты для трехмерного моделирования и анализа.
Дополнительный модуль ArcGIS Geostatistical Analyst – этот модуль предоставляет возможность моделирования поверхности с использованием детерминистического и геостатистического методов.

При использовании инструментов геообработки, содержащихся в ArcGIS или любым из данных модулей расширения, вы можете автоматизировать рабочий процесс, создавая модели для выполнения анализа. Построение моделей позволяет выстраивать цепочки из инструментов обработки.

Связанные темы

Как уже говорилось ранее, растровое изображение представляется в памяти ЭВМ в виде матрицы отдельных пикселей. В этой связи возникает вопрос о том, каково должно быть число этих пикселей и какое число бит отводится для хранения одного пикселя, т. е. каковы основные параметры растрового изображения – разрешение и глубина цвета.

Разрешение (resolution) — это степень детализации изображения, число пикселей (точек), отводимых на единицу площади. Поэтому имеет смысл говорить о разрешении изображения только применительно к какому-либо устройству ввода или вывода изображения. Например, пока имеется обычная фотография на твердом носителе, нельзя сказать о ее разрешении. Но как только мы попытаемся ввести эту фотографию в компьютер через сканер, нам необходимо будет определить разрешение оригинала, т. е. указать количество точек, считываемых сканером с одного квадратного дюйма.

Поскольку изображение можно рассматривать применительно к различным устройствам, то следует различать:

§ разрешение экранного изображения;

§ разрешение печатного изображения.

Разрешение оригинала. Разрешение оригинала определяется при вводе изображения в компьютер и измеряется в точках на дюйм (dots per inch - dpi). При этом количество dpi определяет не число точек в квадратном дюйме, а количество точек на одной его стороне. Например, 300 dpi означает, что в квадратный дюйм изображения покрывается растровой сеткой 300x300 и после сканирования, изображение соответствующее, квадратному дюйму будет состоять из 90 000 пикселей.

В дальнейшем разрешение оригинала влияет на разрешение изображений выводимых на разных устройствах (принтерах, экранах мониторов).

Установка разрешения оригинала зависит от требований, предъявляемых к качеству изображения и размеру файла. В общем случае действует правило: чем выше требования к качеству, тем выше должно быть разрешение оригинала.

Для получения на экране изображения близкого к размеру оригинала обычно использует разрешения 72-75 dpi. Для вывода изображения в дальнейшем на печать и распознавания текста рекомендуется устанавливать разрешении 300-600 dpi. Если исходное изображение небольшого размера и его планируется увеличить и вывести на печать, то в этом случае разрешение оригинала лучше устанавливать 600-1200 dpi. Сканирование слайдов, негативных фотопленок и качественных материалов для полиграфии требует установки величины разрешения 1200 и более dpi.

Разрешение экранного изображения. Для экранных копий изображения элементарную точку растра принято называть пикселем (pixel). Для измерения разрешения экранного изображения, кроме dpi, используют единица измерения ppi (pixel per inch). Размер пикселя, а значит и разрешение экранного изображения, варьируется в зависимости от выбранного разрешения экрана (из диапазона стандартных значений), разрешения оригинала и масштаба отображения.

Разрешение печатного изображения и понятие линиатуры. Большинство находящихся в обращении печатающих устройств, от офсетных печатающих машин до простейших струйных принтеров, используют принципы полутонового растрирования.

Полутоновое растрирование (halftoning) – это способ имитации оттенков отдельными точками краски или тонера. Этот процесс основан на том, что печатающее устройство наносит на бумагу точки краски или тонера и располагает их в узлах регулярной прямоугольной сетки, которую иногда называют физическим растром. Будем называть такие точки печатными точками. Соседние точки физической сетки печатающего устройства объединяются в прямоугольники, которые называются полутоновыми ячейками (halftone cells). Из полутоновых ячеек образуется еще одна сетка, именуемая линейным растром (line screen). Линейный растр – это просто способ логической организации физического растра (рис. 1.3).

Частота линейного растра или количество полутоновых ячеек на единицу длины называется линиатурой и измеряется в линиях на дюйм (line per inch, lpi).

Рис. 1.3. Физический и линейный растры

При выводе на печать пиксели изображения представляются полутоновыми ячейками, а не точками физического растра печатающего устройства. Меняя заполнение полутоновых ячеек печатными точками, можно имитировать градации яркости пикселей изображения.

Рассмотрим простейшие методы растрирования оригинала в градациях серого цвета. Первым методом является метод растрированием с амплитудной модуляцией (AM), при котором иллюзия тона создается за счет формирования в центрах полутоновых ячеек, из печатных точек каких либо фигур (кругов, эллипсов, ромбов или квадратов) различного размера (рис. 1.4). Иллюзия более темного тона создается за счет увеличения радиальных размеров этих фигур и, как следствие, сокращения пробельного поля между ними при одинаковом расстоянии между центрами полутоновых ячеек.

Существует и метод растрирования с частотной модуляцией (ЧМ), когда интенсивность тона регулируется изменением расстояния между соседними печатными точками одинакового размера. Таким образом, при частотно-модулированном растрировании в полутоновых ячейках с разной интенсивностью тона находится разное число печатных точек. Изображения, растрированные ЧМ-методом, выглядят более качественно, так как размер точек минимален и, во всяком случае, существенно меньше, чем средний размер фигуры при АМ-растрировании. Еще более повышает качество изображения разновидность ЧМ-метода, называемая стохастическим растрированием. В этом случае рассчитывается число точек, необходимое для отображения требуемой интенсивности тона в ячейке растра. Затем эти точки располагаются внутри ячейки на расстояниях, вычисленных квазислучайным методом (на самом деле используется специальный математический алгоритм), т. е. регулярная структура растра внутри ячейки, как и на изображении в целом, вообще отсутствует. Поэтому при стохастическом ЧМ-растрировании теряет смысл понятие линиатуры растра, имеет значение лишь разрешающая способность устройства вывода. Такой способ требует больших затрат вычислительных ресурсов и высокой точности.

ячейка растра АМ-растр АМ-растр ЧМ-растр

18,75 % 50 % 18,75 %

Рис. 1.4. Примеры амплитудной и частотной модуляции растра

Следующим параметром растрового изображения, который следует рассмотреть, является глубина цвета.

Глубина цвета (color depth) — это число бит, используемых для представления каждого пикселя изображения. С развитием вычислительных средств глубина цвета, хранимых в компьютере, изображений все время возрастала. Одним из первых распространенных стандартов мониторов являлся VGA, который поддерживал глубину цвета 8 бит для цветных изображений. Следующим шагом стало введение в компьютерах системы Macintosh стандарта HighColor, который кодировал цвет с глубиной 16 бит, что позволяло получить 65536 цветов. Сейчас наиболее используемым является 24-битный TrueColor, позволяющий кодировать около 16,7 млн. цветов. Однако необходимо отметить, что существуют графические системы использующие глубину цвета более чем 24 бита на пиксель.

Для лучшего понимания, что такое разрешение и глубина цвета, приведем простой пример. Вы решили отсканировать Вашу фотографию размером 10´15 см. чтобы затем обработать и распечатать на цветном принтере. Для получения приемлемого качества печати необходимо разрешение не менее 300 dpi. Считаем:

10 см = 3,9 дюйма; 15 см = 5,9 дюймов.

По вертикали: 3,9 * 300 = 1170 точек.

По горизонтали: 5,9 * 300 = 1770 точек.

Итак, число пикселей растровой матрицы 1170 * 1770 = 2 070 900.

Теперь решим, сколько цветов мы хотим использовать. Для черно-белого изображения используют обычно 256 градаций серого цвета для каждого пикселя, или 1 байт. Получаем, что для хранения нашего изображения надо 2 070 900 байт или 1,97 Мб.

Для получения качественного цветного изображения надо не менее 256 оттенков для каждого базового цвета. В модели RGB соответственно их 3: красный, зеленый и синий. Получаем общее количество байт – 3 на каждый пиксель. Соответственно, размер хранимого изображения возрастает в три раза и составляет 5,92 Мб.

Для создания макета для полиграфии фотографии сканируют с разрешением 600 dpi, следовательно, размер файла вырастает еще вчетверо.

Задание: зная, что размер экрана в пикселях 800´600, а разрешение 72 ppi, установить реальные размеры экрана в сантиметрах.

Основные понятия. Растровые изображения и их основные характеристики

15 декабря 2020 mob25

На этом шаге мы рассмотрим основные характеристики растровых изображений.

Растр - это матрица ячеек (пикселей). Каждый пиксель может иметь свой цвет. Совокупность пикселей различного цвета образует изображение. В
зависимости от расположения пикселей в пространстве различают квадратный, прямоугольный, гексагональный или иные типы растра. Для описания расположения
пикселей используют разнообразные системы координат. Общим для всех таких систем является то, что координаты пикселей образуют дискретный ряд значений
(необязательно целые числа). Часто используется система целых координат - номеров пикселей с (0,0) в левом верхнем уголку. Такую систему мы будем использовать и в
дальнейшем, ибо она удобна для рассмотрения алгоритмов графического вывода.

Перечислим основные характеристики растровых изображений.

Разрешающая способность. Она характеризует расстояние между соседними пикселями. Разрешающую способность измеряют количеством пикселей на
единицу длины. Наиболее популярной единицей измерения является dpi (dots per inch) - количество пикселей в одном дюйме длины (2.54 см). Не следует
отождествлять шаг с размерами пикселей - размер пикселей может быть равен шагу, а может быть как меньше, так и больше, чем шаг.

Размер растра обычно измеряется количеством пикселей по горизонтали и вертикали. Можно сказать, что для компьютерной графики зачастую наиболее удобен растр с
одинаковым шагом для обеих осей, то есть dpiX = dpiY. Это удобно для многих алгоритмов вывода графических объектов. Иначе - проблемы. Например,
при рисовании окружности на экране дисплея EGA (устаревшая модель компьютерной видеосистемы, ее растр - прямоугольный, пиксели растянуты по высоте,
поэтому для изображения окружности необходимо генерировать эллипс).

Форма пикселей растра определяется особенностями устройства графического вывода. Например, пиксели могут иметь форму прямоугольника или квадрата, которые по
размерам равны шагу растра (дисплей на жидких кристаллах); пиксели круглой формы, которые по размерам могут и не равняться шагу растра (принтеры).

Количество цветов (глубина цвета) - также одна из важнейших характеристик растра. Количество цветов является важной характеристикой для любого
изображения, а не только растрового. Согласно психофизиологическим исследованиям глаз человека способен различать 350 000 цветов.

Классифицируем изображения следующим образом:

Двухцветные (бинарные) - 1 бит на пиксель. Среди двухцветных чаще всего встречаются черно-белые изображения.
Полутоновые - градации серого или иного цвета. Например, 256 градаций (1 байт на пиксель).
Цветные изображения. От 2 бит на пикселm и выше. Глубина цвета 16 бит на пикселm (65 536 цветов) получила название High Color, 24 бита на
пиксель (16,7 млн цветов) - True Color. В компьютерных графических системах используют и большую глубину цвета - 32, 48 и более бит на пиксель.

Оценка разрешающей способности растра. Глаз человека с нормальным зрением может различать объекты с угловым размером около одной минуты.
Если расстояние до объекта равно R, то можно приблизительно оценить этот размер (dP) как длину дуги, равную R*a (рисунок 1).

Рис.1. Минимальный видимый размер

Можно предположить, что человек различает дискретность растра (шаг) также соответственно этому минимально различимому размеру. Иначе говоря, отдельные точки
(пиксели), смещенные менее чем на dP, уже не воспринимаются смещенными. Тогда можно оценить разрешающую способность растра, который не воспринимается как растр, следующей величиной:

Приведем несколько значений dpi для различных R (таблица 1).

Таблица 1. Значения dpi для различных R

Расстояние R, мм	Размер dP, мм	Разрешающая способность dpi
500	0.14	181
300	0.09	282

Если считать расстояние, с которого человек обычно разглядывает бумажные документы, равным 300 мм, то можно оценить минимальную разрешающую способность,
при которой уже не заметны отдельные пиксели, как приблизительно 300 dpi (примерно 0,085 мм). Лазерные черно-белые принтеры полностью удовлетворяют такому требованию.

Дисплеи обычно рекомендуется разглядывать с расстояния не ближе 0.5 м. В соответствии с приведенной выше оценкой минимальной разрешающей способности расстоянию
0,5 м соответствует около 200 dpi. В современных дисплеях минимальный размер пикселей (пятна) примерно 0,25 мм, что дает 100 dpi - это плохо,
например, дисплей 15" по диагонали должен обеспечивать не 1024 на 768 пикселей, а вдвое больше. Но на современном уровне техники это пока что невозможно.

Растровая графика (в просторечии растровое изображение) - представление изображения с использованием матрицы точек в виде прямоугольной сетки из соответствующим образом окрашенных пикселей на мониторе компьютера, принтере или другом устройстве вывода. В компьютерных системах растровое изображение хранится в виде сжатых (с потерями или без потерь) или несжатых файлов мультиформатных изображений.

Что такое растровая графика

Растровая графика была впервые запатентована компанией Texas Instruments в 1970-х годах и теперь является повсеместной формой представления цифровых изображений. Фотографии с цифровой камеры являются примером растровой графики.

Характеристики растровой графики

Без применения сжатия цвет каждого пикселя определяется индивидуально, создавая растровое изображение, которое характеризуется тремя основными числами - высотой и шириной растрового изображения, считая в пикселях, и цветом в заданном цветовом режиме. Изображения с глубиной цвета RGB часто состоят из цветных квадратов, определяемых тремя байтами: один байт(или 8 бит) для красного компонента цвета, один для зеленого компонента и один для синего компонента. Для изображений с меньшим количеством цветов требуется меньше информации(битов) на пиксель, например, для черно-белого изображения требуется только один бит для каждого пикселя(тогда это называется растровым изображением).

Другой подход к созданию графики - векторная графика. Он отличается от растровой графики тем, что изображение не описывается отдельными точками, а определяется математически, то есть создается с использованием геометрических объектов, таких как кривые или многоугольники.

Качество изображения и размер файла

Качество растрового изображения определяется общим количеством пикселей(размером изображения) и объемом информации, хранящейся в каждом пикселе(глубиной цвета). Например, изображение с 24 битами информации о цвете(стандарт для большинства дисплеев 21-го века) может показывать более мягкое затенение, чем изображение, имеющее только 16 бит информации на пиксель, но оно также не будет показывать более мягкое затенение, чем изображение с 48 битами на пиксель. Точно так же изображение с соотношением сторон 640 на 480 пикселей(содержащее 307 200 пикселей) будет выглядеть неровным и грубым по сравнению с изображением размером 1280 еа 1024 пикселей (содержащее 1310 720 пикселей).

Поскольку графика, сохраненная в растровой форме, часто представляет собой большой объем данных, часто используется соответствующий метод сжатия, чтобы уменьшить объём памяти. Сжатие без потерь растровых изображений возможно с такими форматами файлов, как PNG, TIFF или JPEG 2000 с потерями. Можно провести обратный процесс и получить несжатую графику, не отличающуюся от оригинала. Однако некоторые форматы файлов(например JPEG) используют сжатие с потерями, которое работает путем моделирования значений отдельных пикселей с параметризованными математическими формулами, что позволяет получить выходной файл гораздо меньшего размера за счет исключения некоторых деталей.

Размеры и разрешение

Размер растрового изображения нельзя увеличить без уменьшения его резкости. Это функция, неизвестная векторной графике, которую можно легко масштабировать в соответствии с устройством, на котором отображается изображение. Однако растровая графика более полезна, чем векторная графика, для сохранения фотографий и реалистичных изображений, тогда как векторная графика чаще используется для изображений, состоящих из геометрических фигур, и для представления текста(включая таблицы и формулы).

Сегодня большинство компьютерных мониторов отображают от 72 до 130 пикселей на дюйм(экраны современных телефонов и планшетов часто имеют разрешение более 300 пикселей на дюйм), в то время как принтеры могут печатать с разрешением 1200 точек на дюйм(dpi) или выше. Определение наиболее подходящего разрешения изображения для данного разрешения принтера может быть очень трудным, поскольку распечатанный документ может содержать больше деталей (может иметь более высокое разрешение), чем то, что отображается на экране монитора.

Программой, традиционно считающейся редактором растровой графики является Adobe Photoshop, отличается самым максимальным перечнем инструментов и возможностей по работе с растровами изображениями. Научиться работать с растровой графикой в программе Фотошоп, вы можете у нас на курсах:

Уроки Фотошоп от преподавателя - видеоуроки по фотошоп на нашем YouTube канале

Известно, что на компьютере изображения представляются в цифровом виде. Цифровое – значит, описано посредством чисел. Это позволяет хранить, просматривать и обрабатывать изображение в графических редакторах.

Принцип формирования изображения в растровом и векторных редакторах кардинально отличаются друг от друга.

В растровом редакторе (Gimp, Adobe Photoshop, Paint) изображение разбивается на квадратные элементы одинакового размера и каждый такой элемент описывается отдельно. Этот квадратный графический элемент называют пикселом (picture element, pixel).

Пиксель – наименьшая составляющая растровой графики. Один пиксель содержит в себе информацию о расположении по оси Х и Y , а так же информацию о цвете и прозрачности (альфа-канал).

Изображения, представленные посредством пикселей, называют растровыми, то есть разложенные на элементы.

Растровое изображение — это файл данных или структура, представляющая собой сетку пикселей на компьютерном мониторе или цветовых точек на бумаге и материалах.

Важными характеристиками для таких изображений являются:

Количество пикселов - разрешение. Они могут указываться отдельно по ширине и высоте (640х480; 1024х768), но иногда указывается общее количество пикселов.
Цветовое пространство (цветовая модель) RGB, CMYK, HSV и т.д.
Количество используемых цветов или глубина цвета (эти характеристики имеют следующую зависимость: N= 2I , где N - количество цветов, а I - глубина цвета)

Разрешение

Разрешение - определяет количество единичных элементов растровой карты, приходящихся на единицу длины изображения.

Наиболее распространенная единица измерения – dpi – количество пикселов на одном дюйме длины (1 дюйм = 2,54 см).

Но что да ет разрешение?

Теперь уменьшим размер клетки-пикселя в 4 раза, закрасим только четверть клетки, в этом случае разрешение увеличится только в 2 раза, ведь на одну длину теперь приходится 10 клеток-пикселей

Теперь видно, что чем выше разрешение, тем точнее будет воспроизведено изображение, его цветовые переходы и оттенки, ну соответственно, чем больше разрешение, тем больше разме р файла.

Читайте также: