الصور الرقمية

ما هي الصور الرقمية؟

الصورة الرقمية عبارة عن تمثيل رقمي (قيم ثنائية صفر وواحد) لشيء مادي يمكن رؤيته بالعين البشرية, يتم  إدخالها (بواسطة الكاميرا الرقمية أو الماسح الضوئي) إلى الكمبيوتر لغرض التخزين أو التعديل عليها أو التخزين. وتكون  عبارة عن صورة ثنائية الأبعاد كما يوضح الشكل التالي ..

صورة  توضيح الإحداثيات X و Y

X يمثل البعد الأفقي لتمثيل العرض.

Y يمثل البعد العمودي لتمثيل الارتفاع. 

للصورة نوعين من حيث التركيب , نوع يسمى Victor images وهو لا يتأثر بالتكبير أو التصغير , يحافظ على وضوحه في جميع الأحوال. 

أما النوع الثاني يسمى  bitmap image أو raster image ,  وعادتا عند ذكر الصور الرقمية digital image يكون هذا النوع هو المقصود وهو محور دراستنا.

عند إدخال الصورة الحقيقية (Continues image) إلى الكمبيوتر (تحويلها إلى صورة رقمية) يتم لها عملية تسمى Sampling وهي عبارة عن اخذ عينات صغيرة من الصورة الحقيقية وصفها لتمثِّل الصورة الحقيقية .كل عينه مربعه الشكل تسمي بكسل (Pixel = Picture element ) ويعتبر اصغر جزء في الصورة الرقمية.

عند تكبير الصورة يتضح لنا أن كل بكسل يحمل لون واحد فقط (على حسب نوعية الصورة , ثنائية , رمادية أو ملونة )

صورة مكبرة لتوضيح البكسل صورة مكبرة لتوضيح البكسل أنواع الصور الرقمية صورة ثنائية Binary Image :- وهي الصورة التي تحتوى على اللونين الأبيض والأسود فقط وتحمل كل بيكسل  بها إما الصفر أو الواحد.

صورة  تدرجات  الرمادي Grayscale Image : وهي الصورة التي تحتوى الأبيض والأسود مع تدرجات الرمادي وتمثل شدتها أو كثافتها (intensity) بأرقام من 0 إلى 255 حيث يمثل الرقم 0 اللون الأبيض الناصع وعندما تكون 255 فإن اللون لهذه البيكسل يكون أسود قاتم وعند تمثيل هذه الصورة على الكمبيوتر تمثل عن طريق أعمدة متساوية وصفوف متساوية من البيكسلات كل بيكسل بها 8 بيت تحدد الكثافة أو الغزارة (intensity) من 0 إلى 255.

الصور الملونة Colored Image : هي الصور الرقمية التي تدعالصورة, عن طريق تخصيص ثلاثة خانات بكل يكسل لتحديد شدة الثلاثة ألوان الأساسية (الأحمر والأخضر والأزرق) وكل خانة تحتوى 8 بيت للكتابة عليها مثلا شدة الأخضر قد تكون 00100000 أي أن هناك 24 بيت بكل يكسل، ولكن بعض الصور قد تكون بها 8 بيت فقط   وتحتوى على 256 لون فقط 

 صورة ثنائية تحتوي على لونين فقط الأبيض والأسود

صورة رمادية تحتوي على 256 درجة لونيه من الأبيض الناصع إلى الأسود القاتم

صورة ملونة تحتوي على 16,777,216

لـ  نفهم موضوع الألوان حسابيًا

كما ذكرنا سابقا, إن الصورة مكونة من عدد من المربعات الصغيرة جدا والي تعرف بـ البكسل في الصور الثنائية Binary image , عدد القيم اللونية المتاحة لكل بكسل هو  Tow to the power one و يساوي 2 , وهذا يعني إن البكسل إذا كان يحمل القيمة 0 يكون لونه اسود , وإذا كان يحمل القيمة 1 يكون لونه ابيض.

الشكل التالي يمثل مصفوفة ثنائية تمثل القيم لكل بكسل في الصورة ..

الصورة الثنائية في الكمبيوتر على شكل مصفوفة ثنائية

 في الكمبيوتر أي أن , صورة ثنائية عرضها 350 بكسل وارتفاعها 200 بكسل , وكل بكسل يشغل في الذاكرة بت واحد 1 Bit  يكون حجمها 350*200*1 ويساوي 70000 بالتحويل من بت إلى بايت نقسم على 8 , وللتحويل من بايت إلى كيلو بايت نقسم على 1024 , وللتحويل من كيلوبايت إلى ميغابايت نقسم على 1024 الصور الرمادية Gray-scale image , عدد القيم اللونية لكل بكسل هو Two to the power 8 ويساوي 256 , وهو عدد الدرجات من اللون الأبيض إلى الأسود تبدأ من القيمة 0 إلى 255 – أي أن كل بكسل يتم حجز 8 بت (بايت واحد) في الذاكرة لتخزينهgray level الدرجات اللونية بين الأسود والأبيض الشكل التالي , يوضح مصفوفة تمثل الصورة الرمادية gray-scale image ونلاحظ أن كل بكسل ممكن يأخذ قيمة لونية من 0 إلى 255

array of gray-scale imageمصفوفة توضح تركيب الصورة الرمادية ملاحظة , القيم في الشكل السابق مكتوبة بنظام العد العشري للتسهيل , وممكن أن تحول إلى النظام الثنائي كما يتعامل معها الكمبيوتر )مثال: العدد 200 يساوي 11001000 بالنظام الثنائي) لحساب حجم صورة رمادية (8 بت) عرضها 350 بكسل وارتفاعها 200 بكسل , نقم بحساب عدد البكسلات في الصورة ثم ضربها في عدد البت للصورة350*200*8 = 560000 بت الصور الملونة Colored image  , عدد القيم اللونية المحتملة لكل بكسل هو  ويساوي 16,777,216 لون !!

عندنا ثلاثة ألوان رئيسية وهم الأحمر والأزرق والأخضر يرمز لهذا النظام بـ (RGB)RED-Green-Blueالألوان الأساسية (RGB)

كل بكسل في الصور الملونة يحمل ثلاث قيم , وهي عبارة عن مزيج من الأحمر والأخضر والأزرق ليمثلون لون جديد كل لون له قيم من 0 إلى 255 , أي أن للون الأحمر 256 قيمة مختلفة (من الفاتح إلى الغامق) وللأخضر والأزرق نفس الشيء , وعند دمج جميع الاحتمالات من الثلاثة ألوان نحصل على عدد 16,777,216 لون مختلف .   موقع رائع يتيح لك  استكشاف هذا النظام بشكل مرئي   في الصور الملونة تمثل الصورة على شكل مصفوفة ثلاثية البعد (الصور الثنائية والرمادية تنائية  البعد) , كما في الشكل التالي ..

تمثيل  الصورة الملونة على شكل مصفوفة ثلاثية الإبعاد تمثيل الصورة الملونة على شكل مصفوفة ثلاثية الإبعاد ملاحظة , القيم في الشكل السابق مكتوبة بنظام العد العشري للتسهيل.يحجز لكل بكسل 24 بت في الذاكرة , 8 للأحمر , 8 للأخضر و 8 للأزرق .يعني لحساب حجم صورة ملونة عرضها 350 وارتفاعها 250 , نضرب الارتفاع في العرض في عدد البت لكل بكسل.حجم الصورة يساوي 350*250*24 = 2100000 بت ويساوي   262500 بايت.