Кіріспе

Цифрлық сот-медициналық процесте объектінің визуалды сипаттамаларының цифрлық түрде кодталған бейнесін жасау. Цифрлық бейнелеу немесе цифрлық бейне алу – физикалық орта немесе объектінің ішкі құрылымы сияқты объектінің визуалды сипаттамаларының цифрлық бейнесін құру процесі. Бұл термин көбінесе мұндай бейнелерді өңдеу, қысу, сақтау, басып шығару және көрсетуді қамтиды немесе білдіреді деп есептеледі. Цифрлық бейнелердің аналогтық бейнелерге (мысалы, пленкалық фотосуреттерге) қарағандағы басты артықшылығы – бейне сапасын жоғалтпай, түпнұсқаның көшірмелерін шексіз түрде цифрлық жолмен тарату мүмкіндігі. Цифрлық бейнелеуді электромагниттік сәулеленудің немесе басқа да толқындардың түріне қарай жіктеуге болады, олардың объектілерден өтіп немесе шағылысып, сурет құрайтын ақпаратты жеткізетін айнымалы әлсіреуіне сүйенеді. Цифрлық бейнелеудің барлық түрлерінде ақпарат бейне сенсорлары арқылы компьютер өңдейтін және көрінетін жарық түрінде шығаратын цифрлық сигналдарға түрлендіріледі. Мысалы, көрінетін жарық цифрлық фотосуреттерді (цифрлық бейне түсіруді қоса алғанда) әртүрлі цифрлық камералармен (цифрлық бейне камераларды қоса алғанда) жасауға мүмкіндік береді. Рентген сәулелері цифрлық рентгендік бейнелерді (цифрлық рентгенография, флюорография және КТ) түсіруге, ал гамма сәулелері цифрлық гамма сәулелі бейнелерді (цифрлық сцинтиграфия, SPECT және PET) түсіруге мүмкіндік береді. Дыбыс ультрадыбыстық зерттеулерге (мысалы, медициналық ультрадыбыстық зерттеулерге) және сонарға, ал радио толқындары радарға мүмкіндік береді. Цифрлық бейнелеу бағдарламалық құралдар арқылы бейнелерді талдауға, сондай-ақ бейнелерді өңдеуге (бейнелерді манипуляциялауды қоса алғанда) өте қолайлы.

Тарих

Цифрлық бейнелеуден бұрын, ең алғашқы фотосурет 1826 жылы француз Джозеф Никефор Нипсе жасаған «Ле Грастағы терезенің көрінісі» болды. Жозеф 28 жасында ағасы Клодпен жарық көмегімен суреттерді қайта шығару мүмкіндігін талқылады. Оның жаңа өнертабыстарға ден қоюы 1816 жылы басталды. Шындығында, ол қайыққа арналған қозғалтқыш жасауға көбірек қызығушылық танытты. Жозеф пен оның ағасы осы мәселеге біраз уақыт бойы назар аударды, ал Клод өзінің өнертабысын сәтті ілгеріте отырып, оны Англияға жеткізді. Содан кейін Жозеф фотосуретке назар аудара алды және 1826 жылы терезеден көріністі суретке түсірді. Бұл үшін жарыққа 8 сағаттан астам уақыт керек болды. Алғашқы цифрлық сурет 1920 жылы Бартлейн кабельдік сурет беру жүйесі арқылы жасалды. Бұл әдісті британдық ғалымдар Гарри Г. Бартоломей мен Мейнард Д. Макфарлейн әзірледі. Процесс «цинк пластиналарындағы негативтер тізбегінен тұрды, олар әртүрлі уақыт аралығында жарыққа шығарылып, осылайша әртүрлі тығыздықтарды құрады». Бартлейн кабельдік сурет беру жүйесі таратушы және қабылдаушы тараптарында бейне ретінде қайта құрылатын перфокарта немесе лента жасады. 1957 жылы Расселл А. Кирш компьютерде сақталатын цифрлық деректерді жасайтын құрылғыны жасады; ол барабанды сканер және фотокөбейтуші түтікті пайдаланды. Ал Джеймс Ф. МакНалти (АҚШ радио инженері) Automation Industries, Inc. компаниясында, кейін Калифорния штатының Эль-Сегундо қаласында, нақты уақытта цифрлық сурет жасайтын алғашқы аппаратты бірлесіп ойлап тапты, бұл сурет флюороскопиялық цифрлық рентгенограмма болды. Флуороскоптың люминесценттік экранындағы тіктөртбұрышты толқын сигналдары анықталып, сурет жасалды.

Цифрлық бейне сенсорлары

Зарядты құрылғыны 1969 жылы Белл зертханасында Уиллард С. Бойл мен Джордж Э. Смит ойлап тапты. МОС технологиясын зерттеу барысында олар электр зарядының магниттік көпіршік сияқты екенін және оны кішкентай МОС конденсаторында сақтауға болатынын түсінді. МОС конденсаторларын қатарластырып жасау өте оңай болғандықтан, оларға тиісті кернеу қосып, зарядты бірінен екіншісіне жылжытуға мүмкіндік берді. CCD – бұл жартылай өткізгіштік тізбек, ол кейіннен теледидар хабарларын таратуға арналған алғашқы цифрлық бейнекамераларда қолданылды. Алғашқы CCD сенсорлары жапсырманың кешігуінен зардап шекті. Бұл мәселе негізінен бекітілген фотодиодтың (PPD) ойдағыдай жұмыс істеуімен шешілді. Бұл фотодетектор құрылымы төменгі кешігумен, төменгі шумен, жоғары кванттық тиімділікпен және төменгі қараңғы токпен сипатталады. NMOS APS 1985 жылы Цутому Накамураның командасы Olympus компаниясында жасады. CMOS белсенді пиксельдік сенсор (CMOS сенсор) кейіннен 1993 жылы NASA Jet Propulsion Laboratory-дегі Эрик Фоссум тобы әзірледі. 2007 жылға қарай CMOS сенсорларының сатылымы CCD сенсорларынан басып өтті.

Цифрлық кескінді сығыстыру

Цифрлық кескіндерді сығу технологиясындағы маңызды жетістік дискретті косинус түрлендіру (DCT) болды. DCT компрессиясы JPEG форматында қолданылады, ол 1992 жылы Бірлескен Фотографиялық Салалар Тобы (Joint Photographic Experts Group) тарапынан ұсынылды. JPEG кескіндерді едәуір кіші файл көлеміне дейін сығып, Интернеттегі ең көп таралған кескін файл пішіміне айналды.

Цифрлық камералар

Осы әр түрлі сканерлеу идеялары сандық камераның алғашқы конструкцияларының негізі болды. Алғашқы камералар бір суретті түсіруге көп уақыт жұмсады және тұтынушылар үшін тиімді болған жоқ. Цифрлық бейнелеуге қатысты физикалық жабдық пен аппараттық құралдардың үздіксіз дамуы мен өндірісі осы саланың айналасындағы ортаға әсер етті. Камералар мен веб-камералардан бастап, принтерлер мен сканерлерге дейін, аппараттар тартымдырақ, жұқарақ, жылдамырақ және арзанырақ болып келеді. Жабдықтың құны төмендеген сайын, жаңа хоббишілердің саны артып, көбірек тұтынушыларға өздерінің суреттерін жасаудың қуанышын сезінуге мүмкіндік туып отыр. Күнделікті жеке ноутбуктер, отбасылық компьютерлер және компания компьютерлері фотосуреттермен жұмыс істеуге арналған бағдарламаларды қолдай алады. Біздің компьютерлеріміз – кез келген бағдарламаны, әсіресе цифрлық бейнелеу бағдарламаларын іске қосуға қабілетті, қуатты машиналар. Ал бұл бағдарламалық жасақтама жылдам дамып, ақылды да, қолдануға оңай да болып келеді. Бүгінгі бағдарламалардың мүмкіндіктері дәл өңдеу және тіпті 3D суреттерді жасау деңгейіне жеткенімен, пайдаланушы интерфейстері озық қолданушыларға да, жаңадан бастағандарға да ыңғайлы болу үшін жасалған. Интернет фотосуреттер мен графиканы өңдеуге, қарауға және бөлісуге мүмкіндік береді. Интернеттегі суреттерге шолу жасау арқылы жаңадан бастаған суретшілердің туындыларын, әлемнің түкпір-түкпірінен келген жаңалықтарды, жаңа өнімдер мен қызметтердің корпоративтік суреттерін және тағы да көптеген нәрселерді табуға болады. Интернет цифрлық бейнелеудің өсуіне ықпал ететін катализатор болып табылады. Суреттерді онлайн бөлісу – біздің фотосуретке және фотографтарға қатысты түсінігімізді өзгертеді. Flickr, Shutterfly және Instagram сияқты платформалар миллиардтаған адамдарға, олар әуесқой немесе кәсіби болсын, өздерінің фотосуреттерін бөлісуге мүмкіндік береді. Фотосуретке түсіру – қарым-қатынас пен бөлісудің сәнді құралы болудан уақыттың шағын сәтіне айналды. Суреттерге түсірілетін нысандар да өзгерді. Бұрын көбінесе адамдар мен отбасы суретке түсірілетін. Енді біз кез келген нәрсені суретке түсіреміз. Біз күнімізді тіркеп, оны бармағымыздың бір қозғалысымен барлығымен бөлісе аламыз. 1826 жылы Ниепс жарықты пайдаланып суреттерді қайта шығаратын алғашқы фотосуретті жасады. Содан бері фотосурет өте үлкен қадамдар жасады. Қазір әркім өзінің суретшісі, ал 1800 және 1900 жылдардың басында суреттің ұзақ сақталуының құны тұтынушылар мен өндірушілер үшін жоғары бағаланды. Журналдағы «Цифрлық камера бізді қалай өзгертті: Бес жол» деген мақалада былай делінген: Кәсіби фотографтарға бұл өзгеріс үлкен әсер етті. Бұрын фотографтар суретке түсірудің сәтті болатынына сенімді болмаса, оны ысырап етпеуге тырысатын. «Цифрлық бейнелеудің (фотографияның) пайдалануы біздің қоршаған ортамен қарым-қатынасымызды жылдар бойы өзгертіп келді. Әлемнің бір бөлігі ұзақ естеліктерді визуализациялау арқылы басқаша сезіледі, бұл достарымен, отбасымен және жақындарымен бетпе-бет кездеспей қарым-қатынас жасаудың жаңа түріне айналды. Фотосурет арқылы бұрын көрмеген адамдарды көруге және олардың жанында болмаса да олардың бар екенін сезінуге болады. Мысалы, Instagram – бұл әлеуметтік желі, онда кез келген адам достары мен отбасы мүшелерімен қалаған суреттерін түсіріп, өңдеп, бөлісе алады. Facebook, Snapchat, Vine және Twitter – адамдардың сөздерді аз немесе мүлдем қолданбай өзін-өзі көрсету жолдары, олар маңызды кез келген сәтті түсіре алады. Бұрын түсіру қиын болған естеліктерді қазір әркім телефонымен немесе ноутбугімен суретке түсіріп, өңдей алады. Фотосуретке түсіру – қарым-қатынас құралына айналды және уақыт өте келе оның маңыздылығы артып, бізді қоршаған әлемге әсер етеді. Бази, Мейнс, Фрэнсис және Мельбурн жасаған зерттеу сабақта қолданылатын суреттер студенттердің зертханалық есептерінің мазмұнына, зертханаларға деген көзқарасына, қызығушылығына және оқудың уақыт тиімділігіне теріс әсер ететінін көрсетті. Құжаттама стилін пайдалану осы салаларда студенттерге айтарлықтай әсер етпейді. Сондай-ақ, студенттер цифрлық бейнелеуді қолданғанда оқуға көбірек ынталанып, қызығушылық танытатынын анықтады.

Жаңартылған шындық

Кейіндегі шындық үшін цифрлық бейнелеу (DIAR) – кеңейтілген шындық (AR) технологияларының кең ауқымындағы маңызды сала. Ол кеңейтілген шындық орталарында пайдалану үшін цифрлық бейнелерді жасау, өңдеу және түсіндіруді қамтиды. DIAR пайдаланушы тәжірибесін жақсартуда маңызды рөл атқарады, нақты әлемге цифрлық ақпаратты шынайы түрде қою арқылы физикалық және виртуалды әлемдер арасындағы қашықтықты қысқартады. DIAR ойын-сауық, білім беру, денсаулық сақтау, әскери және бөлшек сауда сияқты көптеген салаларда қолданылады. Ойын-сауық саласында DIAR иммерсивті ойын тәжірибесі мен интерактивті фильмдерді жасау үшін қолданылады. Білім беруде ол оқу ортасын қызықты етеді, ал денсаулық сақтауда күрделі хирургиялық операцияларға көмектеседі. Әскерилер DIAR-ды оқу мақсатында және жауынгерлік даланың визуалдануы үшін пайдаланады. Бөлшек саудада тұтынушылар киімді киіп көруге немесе жиһазды үйлерінде сатып алу алдында көруге мүмкіндік алады. Технологиядағы үздіксіз дамулармен қатар, DIAR-дың болашағында шынайырақ жапсырмалар, жақсартылған 3D нысандарды модельдеу және заттардың интернетімен (IoT) тікелей байланыс күтілуде. DIAR жүйелеріне сезімталдық кері байланысын қосу визуалды жапсырмаларға тию сезімін қосу арқылы пайдаланушы тәжірибесін одан әрі жақсарта алады. Сонымен қатар, жасанды интеллект пен машиналық оқытудағы жетістіктер жапсырылған цифрлық бейнелердің контекстке сәйкестігі мен шынайылығын одан әрі арттыруы күтілуде.

Әдістер

Цифрлық фотосурет камера немесе ұқсас құрылғы арқылы нақты көріністен тікелей жасалуы мүмкін. Сонымен қатар, сандық суретті фотосуреттер, фотопленка немесе баспа қағаз сияқты аналогты ортадағы басқа суреттен сурет сканері немесе осыған ұқсас құрылғы арқылы алуға болады. Көптеген техникалық суреттер – томографиялық жабдықтар, жақты сканерлеу сонары немесе радиотелескоптар арқылы алынған суреттер – бейне емес деректерді күрделі өңдеу арқылы жасалады. Теледидардағы жаңалықтарда көрсетілген ауа райының радарлық карталары – бұған кең таралған мысал. Аналогты нақты әлем деректерін цифрландыру цифрландыру деп аталады және үлгі алу (дискреттеу) мен кванттауды қамтиды. Цифрлық рентгенографияның проекциялық бейнелеуін бейнелерді тікелей цифрлық форматқа түрлендіретін рентген детекторлары жасай алады. Фосфорлық пластиналық рентгенографияда сурет фотостимуляцияланатын фосфорлық пластинаға (PSP) түсіріледі, содан кейін фотостимуляцияланған люминесценция деп аталатын механизммен сканерленеді. Сонымен қатар, цифрлық кескінді геометриялық модель немесе математикалық формула арқылы есептеуге болады. Бұл жағдайда сурет синтезі деген атау орындырақ және көбінесе рендеринг деп аталады. Цифрлық суреттерді аутентификациялау – бұл денсаулық сақтау ұйымдары, құқық қорғау органдары және сақтандыру компаниялары сияқты цифрлық суреттерді жеткізушілер мен өндірушілер үшін маңызды мәселе. Сот-медициналық фотосуретте цифрлық суретті талдау және оның өзгертілгенін анықтау үшін жаңа әдістер пайда болып келеді. Бұрын цифрлық бейнелеу химиялық және механикалық процестерге тәуелді болған, енді барлық процестер электронды түрде жүзеге асырылады. Цифрлық бейнелеу үшін бірнеше нәрсе қажет: жарық энергиясы электр энергиясына айналады – миллиондаған кішкентай күн элементтері бар желіні көзге елестетіңіз. Әрбір жағдай белгілі бір электр зарядын тудырады. Осы "күн элементтерінің" әрқайсысының заряды тасымалданады және интерпретациялануы үшін бағдарламалық құралға жіберіледі. Бағдарламалық құрал түстер мен жарықтың басқа да қасиеттерін түсініп, аударады. Пиксельдер келесі кезге түсетін нәрсе, олар әртүрлі интенсивтілікпен әртүрлі түстерді жасайды және сурет немесе бейне құрайды. Соңында, бағдарламалық құрал ақпаратты болашаққа сақтау және көбейту үшін жазады.

Артықшылықтар

Цифрлық бейнелеудің бірнеше артықшылығы бар. Біріншіден, бұл процесс фотосуреттер мен мәтіндік құжаттарға оңай қол жеткізуді қамтамасыз етеді. Google осы "революцияның" алдында тұр, оның миссиясы – әлемдегі кітаптарды цифрландыру. Мұндай цифрландыру кітаптарды іздеуге қолайлы етеді, соның арқасында Стэнфорд университеті және Калифорния Беркли университеті сияқты қатысушы кітапханалар бүкіл әлемге қолжетімді болады. Цифрлық бейнелеу медицина саласына да пайдалы, себебі ол "бейнелерді электрондық пошта арқылы үшінші тарап провайдерлеріне, стоматологтарға, кеңесшілерге және сақтандыру компанияларына жіберуге мүмкіндік береді". Фотосуреттерге қатысты да артықшылықтар бар. Цифрлық бейнелеу түпнұсқа суреттермен физикалық байланыс қажеттілігін азайтады. Бұдан әрі, цифрлық бейнелеу ішінара зақымдалған фотосуреттердің визуальды мазмұнын қайта құру мүмкіндігін жасайды, осылайша түпнұсқаның өгерілуі немесе жойылу қаупін болдырмайды. Цифрлық бейнелеу "фотографтарға пленкаларын кеңсеге асығумен жеткізудің қажеті болмайды, сондықтан олар мерзімдерді сақтай отырып, түсірілім орнында ұзақ уақыт бола алады". Цифрлық фотографияның тағы бір артықшылығы – оның камералы телефондарға да қатысты қолданылуы. Біз камераны кез келген жерге алып жүре аламыз, сондай-ақ фотосуреттерді дереу басқаларға жібере аламыз. Бұл адамдарға оңай және жас ұрпақтың өзін-өзі тану процесіне көмектеседі.

Сындар

Цифрлық бейнелеуді сынға түсірушілер бірнеше жағымсыз салдарды атап көрсетеді. "Оқырманға жақсы сапалы суреттерді беру мүмкіндігінің артуы" редакторлар, фотографтар және журналистерді фотосуреттерді манипуляциялауға итермелейді. Бұған қоса, "штатты фотографтар енді фотожурналист емес, операторлар болады, өйткені редакторлар нені "түсіруді" қалайтынын өздері шеше алады".