Čo je obraz a aké sú jeho základné parametre

Pre potreby tohto predmetu budeme o obraze uvažovať ako o zobrazení vytvorenom pomocou optickej sústavy. V princípe sa dá povedať, že obraz je vždy priestorovo diskretizovaný. To znamená, že obraz možno vytvárať s konečným rozlíšením. Napríklad, sietnica ľudského oka je tvorená konečným počtom svetlo-citlivých buniek, ktoré sú po sietnici rozmiestnené nerovnomerne. Rozlíšenie klasickej fotografie je v konečnom dôsledku dané veľkosťou zrna celulózového filmu. Rozlíšenie digitálneho fotoaparátu je zasa dané množstvom fotodiód na CCD čipe. Obraz je teda diskrétna reprezentácia spojitej podoby sveta.

Obraz môže byť :

• Statický – v čase sa nemení (fotografia)
• Dynamický – v priebehu času dochádza k jeho zmene (Video)

Keďže dynamický obraz resp. video je tvorené sledom snímok, ktoré sú vo svojej podstate statické obrazy, nebudeme túto kapitolu ďalej rozčleňovať na podkapitoly pre statický a dynamický obraz. Jednotlivé pojmy sú platné pre obidva typy obrazov no v závere kapitoly budeme pojednávať o parametroch dynamického obrazu. 

Základné pojmy

Rozlíšenie, tento pojem hovorí o množstve obrazových prvkov (op) na obraz resp., snímacie či zobrazovacie zariadenie. Existuje veľké množstvo štandardných rozlíšení no v princípe obraz môže mať ľubovolné rozlíšenie. Štandardné resp. ustálene hodnoty rozlíšenia vychádzajú z pomeru strán. 

Pomer strán hovorí o tom v akom pomere sú strany obrazu. Vždy sa uvádza vo formáte počet_stĺpcov : počet_riadkov. Napríklad bežne sa stretávame s pomerom 4:3, 5:4 a 16:9. 

Štandardné rozlíšenia a pomery strán obrazov resp. zobrazovacích zariadení [1]

DPI (dots per inch) alebo tiež PPI (points per inch) teda počet bodov na jeden palec hovorí o hustote obrazových prvkoch na jednotku dĺžky.

Porovnanie zobrazenia obrazca na rastri s rôznym DPI [2]

Bitová hĺbka označuje počet bitov na jeden obrazový prvok. Môžeme uvažovať obraz farebný alebo obraz v odtieňoch sivej.

• Pre obrazy v odtieňoch sivej bitová hĺbka udáva počet úrovní jasu. Zvyčajne sa stretávame s bitovou hĺbkou 8b na op. Tomuto zodpovedá 256 úrovni jasu. Empiricky sa prišlo na to, že pre ľudské oko je schopné rozlíšiť 450 úrovní jasu [3]. Rozlišovacia schopnosť oka ale nie je lineárna a pri rôznych úrovniach je citlivosť na zmenu jasu (jeden krok) iná. Pri nízkych úrovniach jasu je oko na zmenu citlivejšie ako pri vysokých hodnotách jasu. 256 úrovní s rovnakým krokom. Ako kompromisné rozloženie sa stanovilo 256 úrovní s rovnakým krokom.
• Pre farebné obrazy bitová hĺbka v princípe tiež znamená počet úrovní jasu na op ale keďže farebný obraz sa skladá z troch farebných komponentov R-červená, G-zelená, B-modrá. Je počet bitov delený číslom 3. Preto sa u farebných obrazoch bitovou hĺbkou myslí počet zobraziteľné farieb.

Na nasledujúcich ilustráciách môžeme porovnať vplyv bitovej hĺbky na kvalitu obrazu v odtieňoch sivej. 

Na nasledujúcich ilustráciách môžeme porovnať vplyv bitovej hĺbky na kvalitu farebného obrazu. 

Už sme ukázali vplyv bitovej hĺbky na vnímanie obrazu. S bitovou hĺbkou sa spája aj pojem bitové roviny. Bitové roviny predstavujú významnosť jednotlivých bitov. Uvažujme obraz s bitovou hĺbkou 8b. Pre taký obraz prvý (resp. nultý) bit ma váhu 1, teda je ním možné vyjadriť hodnotu 0 alebo 1. Druhý bit má váhu 2 až posledný 8. bit má váhu 127. Bity s malou váhou teda v obraze predstavujú informáciu s malou hodnotou energie. Ide skôr o jemné detaily resp. šum. Bity s veľkou váhou zasa nesú hlavnú časť energie a teda nesú najviac informácie. Bitové roviny získame tak, že vytvoríme binárny obraz podľa hodnoty bitu na príslušnom mieste. Pre osembitový obraz Leny takto vznikne 8 bitových rovín, ktoré môžeme vidieť na nasledujúcom obr. Bitové roviny si našli uplatnenie hlavne v oblasti kompresie steganografie a šifrovania obrazov.

Obraz Lena rozložený na 8 bitových rovín

Jas je relatívny pojem pretože závisí na vnímaní pozorovateľa. Keďže ide o relatívny pojem je možné jas definovať ako množstvo do obrazu pridanej energie v porovnaní s množstvom energie obrazu toho istého obrazu. Jas môžeme definovať teda ako rovnaký prírastok jasu pre každý op. Na obrázku môžeme vidieť obraz Leny a jeho zmenu jasu o 50 úrovní nahor a nadol. 

Kontrast predstavuje rozdiel v osvetlení alebo farbe, ktorý robí zvyšuje rozoznateľnosť jednotlivých komponentov vizuálnej scény zachytených na obraze.  Kontrast je veľmi dôležitým parametrom pre vnímanie obrazu. Veľmi dôležitý je napríklad pri rontgenových snímkach.

Pre dynamický obraz okrem už spomenutých parametrov musíme uvažovať aj tieto:

Obnovovacia frekvencia predstavuje počet snímok za sekundu. Často sa označuje jednotkou fps (frames per second). V praxi sa stretávame s rôznou hodnotou fps. Aby človek pociťoval vnem súvisle sa  pohybujúceho obrazu je potrebných aspoň 24 snímok za sekundu.

S obnovovacou frekvenciou súvisí aj pojem snímka a polsnímka. V súčasnosti sa spravidla stretávame s videom ktorého jednotlivé snímky sa s obnovovacou frekvenciou objavujú celé. V minulosti bolo však bežné, že sa počas jedného obnovenia sa objavili len párne riadky obrazu a v nasledujúcom takte zasa nepárne riadky. Tento proces nazývame prekladané riadkovanie a podrobnejšie sa ním budeme zaoberať neskôr.