Глубина цвета и количество отображаемых цветов

Кодирование изображений

Создавать и хранить графические объекты в компьютере можно двумя способами – как растровое или как векторное изображение. для каждого типа изображений используется свой способ кодирования.

Кодирование растровых изображений. Растровое изображение представляет собой совокупность точек (пикселей) разных цветов.

Пиксель - минимальный участок изображения, цвет которого можно задать независимым образом.

В процессе кодирования изображения производится его пространственная дискретизация. Пространственную дискретизацию изображения можно сравнить с построением изображения из мозаики (большого количества маленьких разноцветных стекол). Изображение разбивается на отдельные маленькие фрагменты (точки), причем каждому фрагменту присваивается значение его цвета, то есть код цвета (красный, зеленый, синий и так далее).

Для черно-белого изображения информационный объем одной точки равен одному биту (либо черная, либо белая – либо 1, либо 0).

Для четырех цветного – 2 бита.

Для 8 цветов необходимо – 3 бита.

Для 16 цветов – 4 бита.

Для 256 цветов – 8 бит (1 байт).

Качество изображения зависит от количества точек (чем меньше размер точки и, соответственно, больше их количество, тем лучше качество) и количества используемых Цветов (чем больше Цветов, тем качественнее кодируется изображение).

Для представления цвета в виде числового кода используются две обратных друг другу цветовые модели: RGB или CMYK. Модель RGB используется в телевизорах, мониторах, проекторах, сканерах, Цифровых фотоаппаратах… основные цвета в Этой модели: красный (Red), зеленый (Green), синий (Blue). Цветовая модель СMYK используется в полиграфии при формировании изображений, предназначенных для печати на бумаге.

Растровые изображения очень чувствительны к масштабированию (увеличению или уменьшению). При уменьшении растрового изображения несколько соседних точек преобразуются в одну, поэтому теряется различимость мелких деталей изображения. При увеличении изображения увеличивается размер каждой точки и появляется ступенчатый эффект, который можно увидеть невооруженным глазом.

Цветные изображения формируются в соответствии с двоичным кодом цвета каждой точки, хранящимся в видеопамяти. Цветные изображения могут иметь различную глубину цвета, которая задается количеством битов, используемым для кодирования цвета точки. Наиболее распространенными значениями глубины цвета являются 8, 16, 24 или 32 бита.

Каждый цвет можно рассматривать как возможное состояние точки, тогда количество цветов, отображаемых на экране монитора, может быть вычислено по формуле: N = 2ⁱ, где i - глубина цвета.

Глубина цвета и количество отображаемых цветов

Кодирование векторных изображений. Векторное изображение представляет собой совокупность графических примитивов (точка, отрезок, эллипс…). Каждый примитив описывается математическими формулами. Кодирование зависит от прикладной среды.

Достоинством векторной графики является то, что файлы, хранящие векторные графические изображения, имеют сравнительно небольшой объем.

Важно также, что векторные графические изображения могут быть увеличены или уменьшены без потери качества.

Чаще всего при работе с изображениями и фотографиями мы имеем дело с двумерной графикой, которую по способу создания и представления графической информации разделяют на растровую, векторную графику.

Растровая графика. При растровой графике изображение представляется с помощью набора пикселей, имеющих различные характеристики. Пиксель – это наименьший и неделимый элемент изображения, как правило имеющий форму квадрата. Каждый пиксель имеет своё значение определённого цвета, яркости и прозрачности. Растровое изображение как мозаика формируется из этих маленьких кубиков, каждый из которых вносит свой маленьких вклад в общее изображение, задавая его форму и цвет. Поскольку пиксели очень маленькие, мы их не замечаем, воспринимая всё изображение в целом. Но если увеличить и присмотреться, то мы увидим, что даже плавные линии и округления состоят из совокупности квадратиков с прямыми углами, каждый из которых на чуть-чуть выступает из общей дуги, формируемой множеством пикселов.

Как правило, в большинстве случаев мы работаем или имеем дело с растровой графикой. Именно с помощью растровой графики формируется изображение цифрового фотоаппарата или со сканера. С помощью растровой графики можно представить любое изображение, которое при соответствующем качестве будет выглядеть максимально похожим на изображение реального мира.

Любое изображение, созданное с помощью растровой графики, характеризуется следующими параметрами:

Количеством пикселей, которое определяет реальный максимальный размер изображения, при котором его качество не изменяется. Например, часто количество пикселей по ширине и высоте: 640*480 или 1024*768

Количеством используемых цветов. Чем больше это количество, тем большее количество оттенков может принимать каждый пиксель и тем качественнее изображение

Как было сказано выше, каждый пиксель характеризуется своими параметрами цвета, яркости и прозрачности. Эти параметры определяются с помощью уникального для каждого пикселя набора двоичных цифр (например, если пиксель имеет восьмиразрядный формат, то такими наборами могут быть: 00100111, 11100110 и другие). Изображение растровой графики хранит информацию о каждом пикселе в виде последовательности таких двоичных наборов, а программа-просмотрщик прочитывает эти наборы, ставя в соответствие каждому набору свои параметры цвета, яркости и прозрачности, формируя попиксельно всё изображение в целом.

Ввиду своего построения, изображение, полученное с помощью растровой графики, невозможно увеличить без потери его качества, так как при увеличении нужно увеличить и число пикселей, формирующих данное изображение, но каким цветом заполнить возникающие пиксели, сделав переходы между цветами плавными, компьютер сам определить не в силах. Именно поэтому при увеличении получаются большие и неприятные квадраты, каждый из которых закрашен в один монотонный цвет.

Кроме этого, для описания (сохранения) изображений, особенно имеющих большие размеры, уходит большое количество памяти, так как компьютер должен хранить информацию о каждом пикселе.

Векторная графика. При использовании векторной графики изображение формируется из совокупности отдельных простеньких геометрических фигур – геометрических примитивов -- каждый из которых задаётся с помощью соответствующего ему математического описания. Такими примитивами может быть точка, прямая, прямоугольник, окружность или фигура некоторого вида, называемая сплайном. У каждого примитива (геометрической фигуры) есть свои параметры, называемые атрибутами, например, толщина линии или цвет заполнения. У окружности этими параметрами являются:

Радиус окружности

Координаты центра окружности

Цвет и толщина контура окружности

Цвет самой окружности

Таким образом, все графические примитивы описываются с помощью математических выражений, которые при работе с векторным изображением или при его выводе на экран рассчитывает сам компьютер. Сам графический файл содержит набор координат и параметры каждого графического примитива в отдельности. Эти данные и формируют сам файл векторного изображения, который оказывается значительно меньше, чем файл аналогичного растрового изображения, так как хранить нужно в основном уже текстовую информацию. При этом размер файла векторного изображения не зависит от размера самого изображения.

Поскольку векторное изображение строится на математическом описании геометрических фигур, то его можно масштабировать (увеличивать или уменьшать) без какой-либо потери качества. При увеличении компьютер рассчитает заново параметры каждой фигуры в зависимости от пропорции увеличения и выведет тот же прямоугольник, окружность или ломаную линию, но с большей длиной, шириной, радиусом, толщиной или цветом. Все скругления окажутся идеально ровными, в то же время, если они изначально были построены из отдельных маленьких отрезков, то увеличение сделает это только намного заметнее. Векторная графика хорошо подходит для создания логотипов, шрифтов, эмблем, комиксов или несложных рисунков, но при этом она становится бессильной при обработке серьёзных графических работ. Из векторного изображения достаточно легко получить растровое, а вот обратное преобразование на сегодняшний день невозможно.

Система RGB

Первая цветовая система, которую мы рассмотрим, это система RGB (от "red/green/blue" - "красный/зеленый/синий"). Экран компьютера или телевизора (как и всякое другое неизлучающее свет тело) - изначально темный. Его исходным цветом является черный. Все остальные цвета на нем получаются путем использования комбинации таких трех цветов, которые в своей смеси должны образовать белый цвет. Опытным путем была выведена комбинация "красный, зеленый, синий" - RGB (red, green, blue). Черный цвет в схеме отсутствует, так как мы его и так имеем - это цвет "черного" экрана. Значит отсутствие цвета в схеме RGB соответствует черному цвету. Эта система цветов называется аддитивной (additive), что в грубом переводе означает "складывающая/дополняющая". Иными словами мы берем черный цвет (отсутствие цвета) и добавляем к нему первичные цвета, складывая их друг с другом до белого цвета.

Кодирование цвета

Для обозначения цвета используется число типа Integer, которое рассчитывается по формуле "R + G*256 + B*65536" или "R + (G Shl 8) + (B Shl 16)", где RGB целые числа от 0 до 255, обозначающие интенсивность каждого компонента цвета.

Практическое задание

На основании теоритических знаний, создать презентацию (в программе (PowerPoint) на тему: «Графическое представление данных в персональном компьютере». Объём 15-20 слайдов.

Выполненное задание отправить личным сообщением вк.