Двоичное изображение

Пример бинарного изображения, записанного байтами, где 1 бит представляет 1 пиксел (двоичный, шестнадцатеричный, графический виды)
11111110 01111110 11000011 11000011 00011000 11110011 11111110 00011000 11011011 11000011 00011000 11001111 11111110 01111110 11000011
FE 7E CE C3 18 F3 FE 18 DB C3 18 CF FE 3E C3

Глубина цвета
битовое изображение 8-битная шкала серого 8-битный цвет 15/16-bit: Highcolor 24-bit: Truecolor 30/36/48-bit: Deep Color
См. также
Цветовая палитра Видимое излучение Цвета в Web

Бинарное изображение (двухуровневое, двоичное) — разновидность цифровых растровых изображений, когда каждый пиксел может представлять только один из двух цветов.^[1][2]

Значения каждого пиксела условно кодируются, как «0» и «1». Значение «0» условно называют задним планом или фоном (англ. background), а «1» —передним планом (англ. foreground).^[1]

Часто при хранении цифровых бинарных изображений применяется битовая карта, где используют один бит информации для представления одного пиксела. Также, особенно на ранних этапах развития техники, двумя возможными цветами были чёрный и белый, что не является обязательным.

Из-за этого бинарное изображение иногда могут называть однобитным, монохромным, чёрно-белым и т. д., что не совсем верно.^[3] (См. Неоднозначность терминогогии.)

Бинарные изображения можно рассматривать, как частный случай цветного индексированного изображения с палитрой из двух цветов различных оттенков или как частный случай полутонового изображения, при использовании цветов одного оттенка с различной яркостью.

Алгоритмы сжатия и форматы файлов

Благодаря наличию всего двух возможных значений пикселов («0» и «1») бинарные изображения, а однобитовые бинарные в ещё большей степени^[4], очень хорошо сжимаются, особенно с использованием словаря данных и отличаются малым объёмом данных, по сравнению с другими типами растровых изображений. Наиболее популярные алгоритмы сжатия бинарных изображений, используемые в различных форматах файлов, для хранения в оперативной памяти и для пересылки по компьютерным сетям и коммутируемым каналам связи^[5]:

• PackBits
• RLE
• JBIG2 (наиболее эффективный)
• LZW
• CCITT Group 4

Алгоритмы CCITT Group 3 и 4 (иногда называют Fax 3, Fax 4) предназначены для кодирования бинарных растровых изображений. Первоначально они были разработаны для сетей факсимильной связи. В настоящий момент также используются в полиграфии, системах цифровой картографии и географических информационных системах. Алгоритм Group 3 напоминает RLE, т. к. кодирует линейные последовательности пикселов, а Group 4 — двумерные поля пикселов.

Большинство форматов файлов для хранения растровых изображений позволяют хранить бинарные растры. Например, такие популярные, как BMP,

Области использования

Бинарные изображения в смысле подмножеств пикселов («масок») часто используются в цифровой обработке изображений. Для исследования формы и структуры некоторых множеств однотипных объектов бинарные растры используются в математической морфологии.

Значительное практическое применение бинарные растровые изображения находят в цифровой картографии и геоинформационных системах, пространственном анализе.

Задачи обработки бинарных изображений

В приделах теории распознавания образов по отношению к бинарным изображениям могут быть выделенны ряд подзадач ^[6] .

Формирование бинарных изображений из многоградационных

Бинарные изображения получается при проведении процедуры сегментации исходной многоградационной сцены. Выделяют два подхода:

• Сегментация путем пороговой обработки неоднородных по яркости изображений;
• Сегментация с выделением границ областей.

Кодирование

Задача кодирования возникает из-за необходимости представления бинарных изображений в цифровом компьютере. В зависимости от типа изображения могут применять различные способы, так для силуэтных изображений используется блочное кодирование, а для графических изображений векторное кодирование.

Фильтрация

Фильтрация применяется для улучшения изображений и формировании статистик при обнаружении объекта в бинарной сцене или при отнесении его к одному из классов (при классификации).

Обнаружение и распознование

Различие между обнаружением и распознованием достаточно условное, но тем ни менее есть. Особенно имеет смысл говорить о обнаружении сигналов, когда число классов два (есть/нету сигнал). Бинарными изображениями часто изображаются сигналы, например, при радиолокационном наблюдении. Часто требуется определение и классификация по характеру траектории соответствующих подвижных объектов. Так при различии искуственных спутников Земли от естественных может быть использован фильтр Калмана.

Интерпретация

Большинство графических форматов в случае бинарного изображения указывают, какие цветами должны быть представлены при визуализации пикселы со значениями «0» и «1», однако не всегда. Например, в PBM информация о цветах отсутствует. В приложениях, связанных с выводом данных на монитор, «0» как правило означает чёрный цвет. В приложениях, связанных с бумагой, «0» может быть, напротив, белым. Некоторые приложения (например,

Изображение в псевдополутонах, полученных различной плотностью пикселов одного цвета

Битовое изображение, по определению, не имеет полутонов. Однако, для имитации полутонов применяется растушёвка (размывка, дизеринг), когда мнимые полутона передаются группами пикселов различной плотности, но одного цвета.

Неоднозначность терминогогии

Иногда битовые изображения называют «монохромными», то есть одноцветными. Однако, «монохромным» может являться и изображение с полутонами.
Бинарное изображение не обязательно должно быть только «чёрно-белым». Оно может быть и «красно-синим», и «серо-зелёным», и любым другим, содержащим лишь два произвольных оттенка.
Не верно называть любое бинарное изображение однобитным. Так, если первый термин указывает на характер самого изображения (наличие всего лишь двух возможных значений пиксела), то второй указывает скорее на способ хранения и представления изображения каким-либо носителем. При этом упускается из виду тот факт, что бинарное изображение может храниться в памяти так, что на 1 пиксел будет отведён 1 байт или др. количество памяти. Последнее часто используют в компьютерах для оптимизации скорости работы вычислительных систем, т. к. операции с отдельными битами памяти слишком медленны по сравнению с операциями над байтами и словами.
Английский термин битовая карта) в компьютерном жаргоне также отягощён переносными значениями. Кроме того, битовые карты используются и для полутоновых, и для цветных изображений.

См. также

• Однобитовое изображение
• Полутоновое изображение
• Цветное индексированное изображение
• Полноцветное изображение

• Пиксел
• Растровая графика
• Разрешение (компьютерная графика)
• Пиксельная графика
• Воксел
• Тексел

Литература

• А. Федоров «Бинаризация черно-белых изображений: состояние и перспективы развития».
• Коневский О. Л. «Адаптивная морфологическая обработка бинарных контуров»
• Математические методы распознавания образов
• Оппенгейм А. В., Шафер Р. В. «Цифровая обработка сигналов»
• Сойфер В. А. «Компьютерная обработка изображений»

Ссылки

1. ↑ ^{1 2} Conversion of a Color Image to a Binary Image, CoderSource.net (2005-04-18). Проверено 2008-06-11. (англ.)
2. ↑ Binary image (Англоязычная Википедия)
3. ↑ Black-and-white (Англоязычная Википедия)
4. ↑ Методы сжатия данных. Устройство архиваторов, сжатие изображений и видео; Д. Ватолин, А. Ратушняк, М. Смирнов, В. Юкин; Диалог-МИФИ, 2003 г.; ISBN 5-86404-170-X
5. ↑ Working with GeoMedia Professional, Appendix E "Raster Information", Compression Techniques; DJA080791, SJ**690 (6.0) (англ.)
6. ↑ Фурман Я.А., Юрьев А.Н., Яншин В.В. Цифровые методы обработки и распознавания бинарных изображений, 1992, ISBN 5 - 7470 - 0204 - X