Форматы файлов цифровых изображений
Тема 1. Физические основы фотографии. Аналоговая и цифровая фотографические технологии.
Объем лекций: 2 академических часа.
Вопросы: Свет и цвет в природе и фотографии. Общие сведения о зрительном восприятии света. Оптические свойства объектов фотографирования. Отражение, пропускание и поглощение света.
Вопросы на практическое занятие:
Понятие матрицы цифровой фотокамеры. Сканирование как способ получения цифровых изображений. Программные средства управления сканированием, устранения дефектов изображений.
Стандарты представления изображений. Форматы записи цифровых изображений. Запись метаданных к цифровым фотоснимкам.
Введение
При выявлении, раскрытии и расследовании преступлений достижение истины возможно лишь при использовании допустимых средств и методов. Одним из таких материальных средств, с помощью которого можно эффективно решать возникающие на практике задачи, являются технические средства. Использование этих средств, повышая эффективность деятельности органов внутренних дел, в первую очередь, оперативно-розыскных подразделений, в то же время требует специальных знаний, с помощью которых только и возможно правильно выбрать необходимое техническое средство, целесообразно и тактически грамотно применить его, а также юридически правильно прогнозировать возможные пути использования получаемых с его помощью результатов.
|
|
|
Для успешного выявления, раскрытия и расследования преступлений необходимо обладать достоверными знаниями, иметь фактические данные, относящиеся к конкретному преступлению. Получение таких знаний и фактических данных в условиях, когда преступники всячески противодействуют правоохранительным органам, очень часто возможно лишь при использовании специфических средств, одними из которых являются средства фиксации, позволяющие запечатлить отдельные предметы, документы, события, лиц, в них участвующих, и др.
В практике подразделений ОВД, занимающихся выявлением, раскрытием и расследованием преступлений, наиболее распространенными способами фиксации являются классическая фотосъемка и видеозапись.
Фотогра́фия (фр. photographie от др.-греч. φως / φωτος — свет и γραφω — пишу; светопись — техника рисованиясветом)— получение и сохранение изображения при помощисветочувствительного материалаилисветочувствительной матрицывфотокамере.
В более широком смысле, фотография — это искусство получения фотоснимков, где основной творческий процесс заключается в поиске и выборе композиции, освещения и момента (или моментов) фотоснимка. Такой выбор определяется умением и навыком фотографа, а также его личными предпочтениями и вкусом, что также характерно для любого вида искусства.
|
|
|
Также фотографией или фотоснимком, или просто снимком называют конечное изображение, полученное в результате фотографического процесса и рассматриваемое человеком непосредственно (имеется в виду как кадр проявленной плёнки, так и изображение в электронном или печатном виде). Сказать про термин фотокарточка!
Человек имеет бинокулярное зрение, поэтому мы адекватно воспринимаем форму и объем предметов в пространстве, независимо от освещения. В фотографии дело обстоит иначе. На фотоснимке мы видим уже плоское, двумерное изображение.
Принцип действия фотографии основан на получениии зображенийи фиксировании их с помощью химических и физических процессов, получаемых с помощью света, то есть электромагнитных волн, излучаемых непосредственно или отражённых.
Изображения с помощью отражённого от предметов видимого света получали ещё в глубокой древности и использовали для живописных и технических работ. Метод, названный позже ортоскопической фотографией, не требует серьёзных оптических приспособлений. В те времена использовались лишь малые отверстия и, иногда, щели. Проецировались изображения на противоположные от этих отверстий поверхности. Далее метод был усовершенствован с помощью оптических приборов, помещаемых на место отверстия. Это послужило основой для создания камеры, ограничивающей получаемое изображение от засветки не несущим изображение светом. Камера была названаобскурой, изображение проецировалось на её заднюю матовую стенку и перерисовывалось по контуру художником(Нарисовать на доске!). После изобретения методов химической фиксации изображения камера-обскура стала конструктивным прообразомфотографического аппарата.
|
|
|
В зависимости от принципа работысветочувствительного материалафотографию принято делитьна три больших подраздела:
· Плёночная фотография— основана на фотоматериалах, в которых происходят фотохимические процессы. Разновидностью плёночной считаетсямоментальная фотография, позволяющая получать готовый снимок в течение нескольких секунд.
· Цифровая фотография— в процессе получения и сохранения изображения происходят перемещения электрических зарядов (обычно в результатефотоэффектаи при дальнейшей обработке), но не происходит химических реакций или перемещения вещества. Правильнее было бы называть такую фотографию электронной.
|
|
|
· Электрографическиеи иные процессы, в которых не происходит химических реакций, но происходит перенос вещества, образующего изображение (ксерокопирование). Специального общего названия для этого раздела не выработано, до появления цифровой фотографии часто употреблялся термин «бессеребряная фотография».
Свет— в физической оптике - электромагнитное излучение, воспринимаемое человеческим глазом.
Раздел физики, в котором изучается свет, носит название оптика .
В широком смысле, используемом вне физической оптики, светом часто называют любое оптическое излучение, то есть такие электромагнитные волны, длины которых лежат в диапазоне с приблизительными границами от единиц нанометров до десятых долей миллиметра (Каждый Охотник Желает Знать Где Сидит Фазан). В этом случае в понятие «свет» помимо видимого излучения включаются как инфракрасное, так и ультрафиолетовое излучения.
Видимый свет—электромагнитное излучение с длинами волн ≈ 380—760нм (от фиолетового до красного).
Ультрафиоле́товое излуче́ние (ультрафиолетовые лучи, УФ-излучение) - электромагнитное излучение, занимающее спектральный диапазон между видимым и рентгеновским излучениями. Длины волн УФ-излучения лежат в интервале от 10 до 400 нм. Термин происходит от лат.Ultra — сверх, за пределами и фиолетовый.
Инфракра́сное излуче́ние—электромагнитное излучение, занимающееспектральнуюобласть между красным концомвидимого света(с длиной волныλ = 0,74мкм) и микроволновым радиоизлучением(λ ~ 1—2 мм).
Свет может рассматриваться либо какэлектромагнитная волна,скоростьраспространения в вакууме которой постоянна, либо как потокфотонов - частиц, обладающих определённойэнергией,импульсом,собственным моментом импульсаи нулевоймассой.
Цвет
Одной из субъективных характеристик света, воспринимаемой человеком в виде осознанного зрительного ощущения, является его цвет, который длямонохроматического излученияопределяется главным образомчастотойсвета, а для сложного излучения— его спектральным составом.
Свет может распространяться даже в отсутствие вещества, то есть ввакууме. При этом наличие вещества влияет на скорость распространения света.
Скорость светав вакуумес= 299 792 458 м/с (точно, так как с 1983 года единица длины вСИ—метр— определяется как расстояние, проходимое светом за определённый промежуток времени).
Свет на границе между средами испытываетпреломление и отражение. Распространяясь в среде, свет поглощается веществом и рассеивается. Оптические свойства среды характеризуютсяпоказателем преломления. Преломлением света называется изменение направления распространения света (световых лучей) при прохождении через границу раздела двух различных прозрачных сред.Зависимость показателя преломления от длины волны света (дисперсия) приводит к тому, что свет разных длин волн распространяется в среде с разной скоростью; благодаря этому возможно разложение немонохроматического света (например, белого) в спектр.
Отражение – крайний случай преломления.
Поглощение электромагнитного излучения— процесс потери энергии потокомэлектромагнитного излучениявследствие взаимодействия с веществом.
Абсолютно чёрное тело — физическое тело, которое при любой температуре поглощает всё падающее на него электромагнитное излучение во всех диапазонах.Таким образом для абсолютно чёрного тела поглощательная способность (отношение поглощённой энергии к энергии падающего излучения) равна 1 при излучениях всех частот, направлений распространения.
Количественно интенсивность света характеризуют с помощью фотометрических величин нескольких видов. К основным из них относятся энергетическиеисветовые величины.
Первые из них характеризуют свет безотносительно к свойствам человеческого зрения. Они выражаются в единицах энергии илимощности, а также производных от них. К энергетическим величинам в частности относятсяэнергия излучения , поток излучения , сила излучения , энергетическая яркость , энергетическая светимость и облучённость.
Каждой энергетической величине соответствует аналог— световая фотометрическая величина. Световые величины отличаются от энергетических тем, что оценивают свет по его способности вызывать у человека зрительные ощущения. Световыми аналогами перечисленных выше энергетических величин являютсясветовая энергия , световой поток , сила света , яркость , светимость и освещённость.
Контра́ст (фр.contraste) — в оптике разница в характеристиках различных участков изображения, способность фотографического материала или оптической системывоспроизводить эту разницу, а также характеристика чувствительности глаза (зрительной системы) относительно яркости и цвета. Цветовой контраст— разновидность оптического контраста, связанная с разницей цветовых оттенков. Понятие используется в дизайне, рекламе и в фотографии («за счёт цветового контраста объект выделен…»)
Восприятие света человеческим глазом.Видеть окружающий мир мы можем только потому, что существует свет и человек способен его воспринимать. В свою очередь, восприятие человеком электромагнитного излучения видимого диапазона спектра происходит благодаря тому, что в сетчатке глаза человека располагаются рецепторы, способные реагировать на это излучение.
Сетчатка человеческого глаза имеет два типа светочувствительных клеток:палочкииколбочки. Палочки обладают высокой чувствительностью к свету и функционируют в условиях низкой освещённости, отвечая тем самым заночное зрение(ночью все кошки серы). Однако, спектральная зависимость чувствительности у всех палочек одинакова, поэтому палочки не могут обеспечить способность различать цвета. Соответственно, изображение, получаемое с их помощью, бывает только чёрно-белым.
Колбочки имеют относительно низкую чувствительность к воздействию света и обусловливают механизмдневного зрения, действующий только при высоких уровнях освещённости. В то же время, в отличие от палочек, в сетчатке глаза человека имеется не один, атритипа колбочек, отличающихся друг от друга расположением максимумов их спектральных распределений чувствительности. Вследствие этого колбочки поставляют информацию не только об интенсивности света, но и о его спектральном составе. Благодаря такой информации у человека и возникают цветовые ощущения.
Нормированные спектральные зависимости чувствительности колбочек трёх типов. Пунктиром показана светочувствительность палочек.
Источник света— любой объект, излучающий электромагнитнуюэнергию в видимой области спектра. По своей природе подразделяются наискусственные и естественные.
Искусственные источники— технические устройства различной конструкции и с различными способами преобразования энергии, основным назначением которых является получение светового излучения (как видимого, так и с различной длиной волны, например, инфракрасного). В источниках света используется в основном электроэнергия, но также иногда применяется химическая энергия и другие способы генерации света (например, радиолюминесценция и др.). В отличие от искусственных источников света,естественные источники светапредставляют собой природные материальные объекты:Солнце, Полярные сияния, светлячки, молнии и проч.
Для получения света могут быть использованы различные формы энергии, и в этой связи можно указать на основные виды (по утилизации энергии) источников света.
· Электрические: Электрический нагрев тел каления или плазмы. Потоки электронов или ионов.
· Ядерные: распад изотопов или деление ядер.
· Химические: горение (окисление) топлив и нагрев продуктов сгорания.
· Электролюминесцентные: непосредственное преобразование электрической энергии в световую (минуя преобразование энергии в тепловую) в полупроводниках (светодиоды, лазерные светодиоды)
· Биолюминесцентные: бактериальные источники света в живой природе.
Исто́чники све́та также подразделяются на:
То́чечный исто́чник све́та— источник, излучающий свет по всем направлениям равномерно и размерами которого по сравнению с расстоянием, на котором оценивается его действие, можно пренебречь.
Прожектор (фр.projecteur, от латинскогоprojectus«брошенный вперёд»)— световойприбор, перераспределяющий светлампы(ламп) внутри малых телесных углов и обеспечивающий угловую концентрацию светового потока. В прожекторесветовой потоклампыконцентрируется в ограниченном пространственном угле с помощью зеркальной или зеркально-линзовой оптической системы.
Форматы файлов цифровых изображений
Современные цифровые фотоаппараты, начиная с продвинутых моделей, предлагают пользователю на выбор несколько форматов файлов, в которых может производиться запись фотографий на карту памяти.
Чаще всего это форматы JPEG и RAW, иногда к ним добавляется и формат TIFF. Расскажу об особенностях этих трех форматов и помогу вам определиться с выбором формата. Чтобы понять, как образуется тот или иной формат в фотоаппарате, давайте кратко рассмотрим основные этапы формирования изображения, от экспонирования матрицы до записи готового результата на карту памяти.
Свет, попадая на матрицу, изменяет величину электрического заряда элемента (который впоследствии станет пикселем изображения). Величины заряда со всех элементов матрицы фиксируются и проходят оцифровку аналого-цифровым преобразователем, а затем кодируются в специальный формат, который получил общее название RAW(от англ. "сырой). Строго говоря, это не формат, а название множества форматов необработанных данных с сенсора камеры. У каждого производителя свой формат данных, поэтому при выходе новой модели камеры программы для обработки RAW - файлов не могут открыть изображение до тех пор, пока не будет выпущено обновление, куда включены данные о формате файлов новых фотокамер.
Затем набор данных обрабатывается компьютером камеры. При этом происходит исправление баланса белого, яркости, контрастности, удаление шумов, повышение резкости, уменьшение глубины цвета до 8 бит. То есть камера делает все за нас, по одному ей ведомому алгоритму, без учета индивидуальных особенностей изображения. Часть исходной информации, заложенной в формате RAW, теряется при таких преобразованиях, но значительного ухудшения качества не происходит, так как используется алгоритм сжатия без потерь. В некоторых моделях камер можно записать изображение на карту памяти после этой стадии обработки. Это будет формат TIFF.
Далее производится сжатие информации об изображении. При этом используется алгоритм сжатия с потерями, то есть, происходит необратимое ухудшение качества изображения. Такой файл будет занимать значительно меньше места, но в нем будет содержаться всего 30-40% от исходной информации, зафиксированной сенсором камеры.
Теперь подробнее о каждом формате, его достоинствах и недостатках.
Формат JPEG . Самый распространенный формат изображений - JPEG( JointPhotograficExpertsGroup - группа экспертов в области фотографии, разработавшая этот алгоритм кодирования). Он позволяет получать изображения хорошего качества при небольшом размере файла.
Достоинства формата:малый размер файла, высокая совместимость со всеми устройствами (изображения можно просмотреть на любом компьютере или мобильном устройстве), полная поддержка всеми интернет-браузерами.
Недостатки формата:вызваны использованием алгоритма сжатия с потерями. При высокой степени сжатия объем файла уменьшается, но качество изображения значительно ухудшается, появляются блочные артефакты сжатия.
Изображение в формате JPEG нежелательно повторно редактировать и сохранять, так как каждое пересохранение - это новое сжатие изображения с соответствующими потерями. Если вам нужно продолжать работу над изображением, сохраняйте его в формате TIFF или PSD. Эти форматы используют алгоритмы сжатия данных без потерь, поэтому ухудшения качества при многократном пересохранении не происходит.
Формат TIFF( TaggedImageFileFormat )также является распространенным форматом изображений. Он использует алгоритмы сжатия без потерь, а также может сохранять данные и без сжатия. Файлы формата TIFF по объему значительно больше, чем файлы JPEG. Так как сжатие происходит без потерь либо не происходит вовсе, данный формат обеспечивает более высокое качество изображения и часто применяется для качественной подготовки изображений к печати, особенно большим форматом.
Достоинства формата: высокое качество изображения, использование сжатия данных без потерь
Недостатки формата: очень большой объем файлов, в 8-10 раз больше, чем изображений в формате JPEG. Если используется глубина цвета 16 бит, объем файла увеличивается еще вдвое.
Формат RAW, как мы уже говорили, представляет собой данные с матрицы фотокамеры, оцифрованные процессором и "упакованные" с помощью специального алгоритма в стандартизованный производителем камеры формат и сжатые без потерь, без какой-либо обработки. При этом формат RAW занимает значительно меньше места, чем TIFF, но больше, чем JPEG, и содержит 10 - 16 разрядные данные, в зависимости от модели камеры.
Вообще, все цифровые камеры снимают в формате RAW, даже самые простые компактные. Просто не во всех камерах этот формат является доступным для пользователя. В тех случаях, когда камера поддерживает съемку в формате RAW, к ней обязательно прилагается программное обеспечение, позволяющее производить элементарную коррекцию в этом формате и конвертировать его в другие, например, JPEG и TIFF.
Файл в формате RAW невозможно испортить неумелой обработкой - он непосредственно не редактируется и всегда остается в неизменном виде. Вся обработка записывается в небольшой файлик-инструкцию, который используется программой для считывания информации об обработке и визуализации извлеченного из RAW -файла изображения с учетом примененных корректировок. Кроме того, формат RAW позволяет редактировать многие параметры с минимальными потерями качества, например, исправлять баланс белого, восстанавливать казалось бы, потерянные детали в светлых или темных областях, исправлять искажения оптики и многое другое. Чтобы лучше показать преимущества формата RAW, я записал небольшой видеоролик, в котором показываю восстановление засвеченных областей изображения.
Достоинства формата RAW: широчайшие возможности редактирования изображения с минимальными потерями качества, невозможность испортить исходный файл неумелой обработкой.
Недостатки формата RAW: большой объем файла, требуются специальные программы для просмотра и редактирования.
Выбор формата изображения зависит от многих факторов. Многие начинающие фотографы совершают большую ошибку, снимая только в формате RAW, игнорируя формат JPEG как ущербный. Действительно, в тех случаях, когда позволяет ситуация, лучше всего использовать формат RAW. Но в репортажной или спортивной съемке, к примеру, пренебрежение форматом JPEG может стоить вам пропущенных неповторимых кадров. Все дело в том, что формат RAW требует большого буферного объема памяти в камере, а также быстрого процессора. При съемке длинной серии в формате RAW вас не спасут даже быстрые карты памяти - буфер камеры все равно заполнится и камера не сможет снимать до тех пор, пока он не освободится. Это время занимает порядка нескольких секунд, вполне достаточно, чтобы пропустить нужный кадр. Формат JPEG в этом случае позволит не ограничивать себя и снимать сколь угодно длинные серии кадров. В условиях студии или при постановочной фотосъемке, а также при любых условиях, когда не требуется быстрая серийная съемка, лучше использовать формат RAW.
Формат TIFF для съемки использовать нецелесообразно - он занимает очень много места на карте памяти, а данных в нем записывается меньше, чем в формате RAW.
Дата добавления: 2019-09-02; просмотров: 112; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!