موسوعة الإلكترونيات الحرة وتعليم البرمجيات.

مواضيع جديدة

الأحد، 28 يوليو 2019

الصور الرقمية Digital Images


شرح الصور والرسومات الرقمية

الصورة الرقمية

قد تكون الصور والرسومات في الحاسوب ثابتة أو متحركة، ولها صيغ وامتدادات متعددة، تتباين في وضوحها وحجمها التخزيني وطريقة تمثيلها.
تتشكل الصور والرسومات من نقاط صغيرة ملونة، تسمى بوحدة الصورة أو البكسل Pixel. وهي مرتبة عمودياً وأفقياً. عدد هذه النقاط في وحدة القياس تعرف بدقة الصورة أو الوضوح Resolution.

يشار إلى عدد النقاط في وحدة القياس بالرمز PPI أو PPC، وهما اختصار للعبارة Pixel per Inch أو Pixel per Centimeter على التوالي كما في الشكل التالي:
 
تعدّ الصور النقطية من أكثر الصور الرقمية انتشاراً، حيث تخزن كمجموعة من النقاط والتي تسمى بكسل (pixel)، وهي أصغر جزء بالصورة وتختلف بأنواعها وأحجامها ودقتها. وكلما زاد عدد النقاط في وحدة القياس عند التقاط الصورة ازداد وضوح الصورة مما يزيد الحجم التخزيني للصورة. وذلك لأن كل نقطة تخزن في وحدة تخزين معينة قد تكون بتاً واحداً أو 8 أو 16 أو 32 بتاً.

تعريف البكسل

يعرف البكسل على أنه أصغر وحدة مربعة تمثل الصورة الرقمية، وتستخدم في قياس حدة الوضوح بوحدة تعرف بمقدار البكسل / إنش.

كيف يتم عرض الصور الرقمية على الشاشات الالكترونية؟

لمعرفة آلية وطريقة عرض أي صورة رقمية على الشاشات الالكترونية، يجب العلم أولاً، أن أي شاشة الكترونية، سواء كانت شاشة موبايل، لابتوب، تلفاز أو حتى شاشة جهاز الحاسوب المكتبي يتم صناعتها من وحدات صغيرة جداً تسمى كل منها بالبكسل. ويتم ترتيب تلك البكسلات في سطر تلو الآخر.
كل بكسل مكون من ثلاثة مكونات فرعية تسمى بالـ SubPixel، تبعث كل منها ثلاثة ألوان رئيسية وهي الأحمر Red، الأخضر Green والأزرق Blue ويرمز لها بالاختصار RGB، حيث يتم دمج تلك الألوان الرئيسية لإنتاج لون آخر كما في الشكل التالي:


تعريف دقة الوضوح

دقة وضوح الصورة هي كمية التفاصيل التي تعرضها الصورة ويتم قياسها بعدد وحدات البكسل بالبوصة (الإنش) الواحدة طوليا PPI. كما وتبقى الصورة محافظةً على وضوحها وجودتها عند التكبير إذا كانت دقة وضوحها عالية وكبيرة. وعلى العكس، تقل جودة الصورة وتفاصيلها في حال كانت دقة وضوح الصورة قليل أو متدني.
باستخدام أحد برامج عرض الصور والرسومات تستطيع أن تختار إحدى الصور التي تم التقطها سابقاً ثم تقوم بعرض وتكبير تلك الصورة مستخدما أداة التكبير لتلاحظ كيف يتم تقليل الدقة والوضوح وعدم القدرة على إظهار كافة التفاصيل كما في الشكل التالي

 ما هو مصطلح PPI

يتم تعريف PPI على أنه قياس كثافة البكسل في شاشة العرض لكل إنش طولي في السطر الواحد. ففي الشكل التالي صورة دقة وضوحها 10 بكسل أو 10 PPI أي 10 بكسل لكل 1 إنش أي 10 بكسل/إنش:


ما الفرق بين عدد النقاط في الإنش المربع DPI وعدد البكسل بالإنش الطولي PPI؟

يستخدم المصطلح DPI عند التعامل مع الطابعات، إذ أنه يصف دقة طباعة الحرف على الورق بوحدة المساحة أي أنه يبين عدد النقاط التي باستطاعة ماكينا الطباعة أن تنفثها أو ترسمها بمساحة مقدارها إنش مربع. فكلم زاد قيمة مقدار العدد المرافق لوحدة DPI، أزداد دقة وضوح الصورة التي ستقوم الطابعة بطباعتها على الورق. والشكل التالي يوضح طريقة زيادة وضوح وجودة الصورة المطبوعة عند استخدام طابعات تدعم ميزة عدد نقاط أعلى من غيرها في الإنش المربع الواحد:


أما المصطلح PPI فهو كما ذكرنا سابقاً، يصف عدد البكسل الموجود في طول أو عرض إنش واحد من الصورة التي تعرض على شاشة العرض أو أي شاشة الكترونية.

أنظمة الألوان الرقمية

كما نعلم، فإن وحدو البت Bit والبايت Byte تعد من أصغر القياسات المستخدمة في علم الحاسوب والتي تصف الحجم التخزيني للملفات التي سيتعامل معها الانسان أو الحاسوب. وأن البايت يعد الوحدة الأساسية لقياس حجم البيانات المخزنة على وحدات التخزين وهو مكون من 8 بت. حيث يعتمد نظام الألوان على عدد البتات التي تكوّن المربع الواحد (البكسل) في الصورة.

ما هي أنظمة الألوان في الصور والرسومات الرقمية؟

للألوان أهمية كبيرة في الصورة والرسومات، ولها عدة أنظمة أهمها:

نظام لون الأبيض والأسود Black and White

تتكون الصورة في هذا النوع من اللون الأبيض والأسود، حيث يمثل البكسل ب (1) بت.

نظام لون السلم الرمادي Grayscale

تتكون الصورة من سلم من الألوان، تتدرج من الأبيض إلى الأسود بدرجات مختلفة ويمثل كل بكسل ب (8) بت.

نظام لون الأحمر، الأخضر، الأزرق  RGB أو النظام الملون

تتكون الصورة من دمج بين هذه الألوان بنسب معينة، لإنتاج الكثير من الألوان، والتي قد تصل إلى 16777216 لون، ويمثل كل بكسل ب(24) بت. ويرمز الاختصار RGB الى الألوان الأساسية الثلاث في الطبيعة وهي الأحمر Red، والأخضر Green، والأزرق Blue.
في الشكل التالي صورة مأخوذة ومعروضة في نظام الأبيض والأسود، نظام السلم الرمادي والنظام الملون RGB:


الحجم التخزيني للصور الرقمية بحسب لونها

لنفرض أن لدينا صورة تم التقاطها بكاميرا رقمية كتب على عدستها 4 ميجا بكسل. فكم ستكون المساحة التخزينية لتلك الصورة إذا كانت:
1- صورة ملونة
2- صورة رمادية
3- صورة بالأبيض والأسود
الجواب سيكون كالتالي:
عدسة الكاميرا تلتقط صورة مساحتها الكلية 4 مليون بكسل.
أي أن عدد البكسل الكلي في الصورة هو 4000000 بكسل.

حجم الصورة التخزيني = حجم كل بكسل × (عدد البكسل الكلي)
وعليه يكون الحجم التخزيني للصورة الملونة = 24 × (4000000)
=  96000000 بت. أي ما يكافئ 11.44 ميجا بايت.
ويكون الحجم التخزيني للصورة الرمادية = 8 × (4000000)
=  96000000 بت. أي ما يكافئ 3.81 ميجا بايت.
ويكون الحجم التخزيني للصورة باللون الأبيض والأسود = 1 × (4000000)
=  96000000 بت. أي ما يكافئ 488.3 كيلو بايت أو ما يعادل 0.48 ميجا بايت.

 طريقة حساب الحجم التخزيني لصورة رقمية بدلالة أبعادها

إذا كان عرض صورة 300 px وارتفاعها 200 px، فإن هذه الصورة تحتوي على 60000 نقطة، وعلى فرض أنّ الصورة ملونة، أي كل نقطة تخزن في 24 بتاً، فيكون الحجم التخزيني لهذه الصورة سيكون ضمن القاعدة التالية:
حجم الصورة = عدد النقاط أفقياً × عدد النقاط عمودياً × عدد الثنائيات (Bits) لكل بكسل
حجم الصورة = 300 × 200 × 24
                =  Kbit 1406.25 أو  K.BYTE175.78125

 أنواع الصور الرقمية Types of Digital Images

أولا: الصور النقطية Bitmap

يتم تمثيل الصورة النقطية باستخدام مجموعة من النقاط الملونة (مربعات) وتسمى كل منها بكسل، حيث يتم توزيعها على شبكة، وهي تحدد أبعاد الصورة وحجمها التخزيني وعند تحرير صورة نقطية يمكن تغيير عدد البكسلات باستخدام برنامج معالج الصور، فيمكن تقليل عدد الألوان أو تقليل عدد النقاط المشكلة للصورة، ويؤدي هذا إلى تقليل الحجم التخزيني للصورة، كما ويقلل من وضوح الصورة، حيث تعرف هذه العملية بضغط الصور والرسومات Image and Photo Optimization.
 ولهذه الصور عدة امتدادات (صيغ) منها:

ملفات الصور ذات الامتداد JPEG

تعتبر من أفضل ملفات الوسائط المتعددة وتطبيقات الانترنت، وذلك لأنها قد تحتوي على ملايين من الألوان، وهي مناسبة للصور الشخصية وللصور الطبيعية. أما حجمها التخزيني، فهو مناسب كونه مضغوطاً دون التأثير على درجة وضوحها.

ملفات الصور ذات الامتداد GIF

تعد ملفات الصور ذات الامتداد GIF مناسبة للرسومات والشعارات والأزرار التي يقوم المصمم برسمها، بواسطة برامج الحاسوب المختلفة، فهي تحتوي على 256 لوناً على الأكثر، وتتميز بخاصية الشفافية Transparency، أي يمكن عرض أكثر من صورة فوق بعضها البعض لتتداخل فيما بينها. إضافة إلى أنه يمكن أن تكون متحركة Animation GIF وذلك عن طريق تخزين أكثر من شكل في الملف نفسه، وعرضه بشكل متتالي.

ملفات الصور ذات الامتداد BMP

تعتبر من الصور النقطية المناسبة لرسومات وأيقونات برامج التشغيل ويندوز، ويمكن أن تكون ملونة أو غير ملونة. كما وتمتاز بأن حجمها التخزيني كبير جداً. لذلك لا ينصح أن يتم استخدامها في تطبيقات الوسائط المتعددة وصفحات الويب أو مواقع الإنترنت. كما وأنها لا تدعم خاصية الحركات والشفافية Transparency.

تخزين الصور الرقمية بعدة امتدادات

كما أنه عند فتح الصورة باستخدام أحد برامج الصور والرسومات الحاسوبية، نستطيع خزنها بعدة ملفات ذات الامتداد JPEG، GIF، BMP وغيرها من الصيغ الصورية المختلفة.

 مقارنة بين الصور ذات الامتداد JPEG، GIF وBMP


امتداد الصورة
الجودة
الحجم
الحركة
الشفافية
JPEG
جيدة
قليل
لا
لا
GIF
مقبولة
قليل
نعم
نعم
BMP
جيدة جداً
كبير
لا
لا

ثانيا: الصور المتجهة Vector Field Image

تستخدم في رسم هذه الصور المنحنيات والمساحات الملونة باستخدام معادلات رياضية معينة، فما يميز هذا النوع من الصور الاحتفاظ بدرجة الوضوح عند تكبيرها أو تصغيرها بعكس الصور النقطية. وقد تكون هذه المساحات مملوءة بألوان ثابتة مثل الأحمر والأخضر وغيرها من الألوان، أو الألوان المتدرجة التي تستخدم أكثر من لون في نفس المنطقة. كما ويمكن تغيير أبعاد الصورة دون أن يؤثر على جودة الصورة. والصورة التالية توضيح كيفية تكبير جزء من صورة متجهة دون التأثير الكبير على دقتها وخاصة عند الحواف كما في الصورة التالية
 ترسم الخطوط والمنحنيات باستخدام المعادلات الرياضية التي تمكن تلك البرامج من المحافظة على درجة الوضوح عند تكبيرها أو تصغيرها، على عكس الصور النقطية التي تفقد جودتها عند تكبيرها. ومن أشهر ملفات الرسومات المتجهة الملفات SWF، والذي يعتبر من أهم الأنواع المستخدمة بكثرة في تطبيقات الوسائط المتعددة والإنترنت والألعاب والعروض المختلفة. وهنالك أيضاً الامتداد PSD المستخدم في تصميم الرسومات، وقد تكون ثابتة أو متحركة. كما وأن هنالك العديد من الامتدادات التي تشير إلى الصور على أنها صور متجهة كما في الامتدادات (PDF, SVG, AI, EPS, DXF, SWF).

أسئلة شائعة ومتعددة حول الصور الرقمية

متى تم تصوير أول صورة تماثلية ورقمية في التاريخ؟

تم تصوير أول صورة في التاريخ في العام 1826 م، وكانت جودتها سيئة وألوانها تقتصر على الأبيض والأسود. أما أول صورة رقمية، فتم التقاطها في العام 1957 بأبعاد مقدارها 176 × 176 بكسل.

ما الفرق بين الصور النقطية والصور المتجهة؟

لا تتأثر الصور المتجهة من حيث الوضوح عند تكبيرها أو تصغيرها، فهي تحتفظ بدرجة الوضوح بعكس الصور النقطية التي تقل درجة وضوحها عند تكبيرها إلى حد معين. كما أن الصور النقطية تتكون في تركيبها من وحدات صغيرة تسمى البكسل، أما الصور المتجهة فيتم تكوينها عن طريق رسم المنحنيات المتجهة عن طريق المعادلات الرياضية المختلفة.

كيف أحول امتداد الصورة إلى امتداد آخر؟

إن طريقة تحويل امتداد ملف الصورة إلى امتداد ملف آخر، يتم بواسطة فتح الصور عن طريق برنامج محرر الرسوم مثل برنامج الفوتوشوب، أو برنامج الرسام وغيرها من البرامج الجرافيكية، ثم من القائمة "ملف" نقوم باختيار الأمر "حفظ باسم" ثم اختيار الصيغة أو الامتداد المطلوب التحويل اليه وحفظه.
وهنالك طرق أخرى أسهل وأسرع باستخدام مواقع الانترنت. فإذا أردت أن تقوم بتحويل صورة من الامتداد bmp إلى الامتداد JPEG، فكل ما عليك فعله هو كتابة العبارة bmp to JPEG online convertor في محرك البحث جوجل www.Google.com، ثم اختيار الموقع الذي يناسبك.

كيف أقلل من حجم صورة دون التقليل من جودة وضوحها؟

لتصغير حجم ومقياس الصور مع الحفاظ على جودتها ودون التأثير عليها، هنالك ثلاث طرق أساسية:
1- ضغط الصور، وهذه الطريقة تستخدم عن ارسال الصور أونلاين عبر الانترنت باستخدام برامج الضغط مثل برنامج WinRar.
2- استخدام مواقع الإنترنت المتخصصة، أي تقوم برفع الصورة أونلاين على صفحة خاصة بموقع معالجة الصور والموقع يقوم بباقي العمل من تحسينات للمحافظة على دقة وضوح الصورة على الرغم من تقليل وتصغير حجمها التخزيني. وفي نهاية المطاف، تقوم بتنزيل تلك الصورة التي تم التعديل عليها من قبل الموقع. ومن أهم تلك المواقع Reduceimages.com، Tinypng.org، Jpegmini.com، Compressjpeg.com، kraken.io، Imageoptimizer.net، Resizeimage.net، Compressjpg.com، Yahoo!Smush.it.
3- استخدام برامج معالجة الصور الاحترافي، مثل برنامج أدوبي فوتوشوب Adobe Photoshop، والذي بإمكانك تحديد نسبة وضوح الصورة بما يتلاءم مع أبعادها.

ماذا يحدث للصورة عند زيادة عدد البكسل في الإنش PPI؟

ستزداد كثافة الصورة ودقة وضوحها، إذا أنه كلما زاد عدد النقاط الرقمية أو البكسل ازداد وضوح الصورة. لكن تكمن المشكلة هنا في الزيادة في المساحة التخزينية لتلك الصورة.

هل زيادة أبعاد الصورة بالإنش تزيد من سعتها التخزينية؟

لا، وذلك لأن المساحة التخزينية للصورة الرقمية تعتمد فقط على عدد البكسل الكلي في الصورة، أو على كثافة البكسل أي عدد نقاط البكسل في الإنش الواحد.

هل من الممكن أن يكون لنفس الصورة الرقمية أحجام تخزينية مختلفة؟

نعم، فذلك يعتمد على لون الصورة، أبعاد الصورة الرقمية بوحدة البكسل px، إضافة إلى جودة عدسة الكاميرا التي التقطت فيها تلك الصورة.

لماذا هنالك 16777216 لون مختلف بنظام الصور الرقمية الملونة؟

يتم حساب الرقم 16777216 في النظام الملون كما يلي، بما أن البكسل الملون يشغل مساحة تخزينية مقدارها 24 بت، ونظام الألوان يترجم للحاسوب بالنظام الثنائي، لذلك فإن كل لون يمثل بمقدار ما بين 24 صفراً وحتى 24 واحداً جنبا الى جنب أي:
اللون الأول يتم تمثيله بالعدد الثنائي 000000000000000000000000
واللون الثاني هي 000000000000000000000001
واللون الثالث هو 000000000000000000000010
وهكذا...................... حتى
اللون قبل الأخير هو 111111111111111111111110
واللون الأخير سيتم تمثيله بالعدد 111111111111111111111111
لذلك فإن عدد الألوان المختلفة المحتملة والذي توفره المساحة التخزينية 24 بت هو 2 أس 24 أي:
2×2×2×2×2×2×2×2×2×2×2×2×2×2×2×2×2×2×2×2×2×2×2×2
وتساوي 16777216 لونا مختلفاً.

ليست هناك تعليقات:

إرسال تعليق

???????