Современные компьютерные системы способны обрабатывать не только простейшие текстовые и цифровые данные. Они позволяют работать так же с изображениями и с аудио- и видеоинформацией. В отличие от методов представления символьной и числовой информации, для представления изображений, аудио- и видеоинформации пока не существует общепризнанных стандартов.
Методы представления изображений можно разделить на две большие категории: растровые методы и векторные методы.
При растровом методе изображение представляется как совокупность точек, называемых пикселями (pixel — picture element — элемент изображения ). Координаты и свойства каждой точки можно выразить с помощью целых чисел, таким образом, растровое кодирование позволяет использовать двоичный код для представления графических данных.
В простейшем случае (черно-белое изображение) каждая точка может иметь лишь два состояния: черный или белый цвет. Для кодирования этой информации требуется 1 бит. Изображение размером 8X8 точек занимает 64 бит, или 8 байт.
Общепринятым считается представление черно-белых иллюстраций в виде комбинации точек с 256 градациями серого цвета, и для кодирования яркости любой точки обычно достаточно восьмиразрядного двоичного числа.
На практике считается, что любой цвет, видимый человеческим глазом, можно получить путем механического смешения трех основных цветов: красного (R — red), зеленого (G — green) и синего (В — blue). Такая система кодирования цветных графических изображений называется системой RGB.
Если для кодирования яркости каждой из основных составляющих использовать по 256 значений, как это принято для полутоновых черно-белых изображений, то на кодирование цвета одной точки надо затратить 24 разряда.
При этом система кодирования обеспечивает определение 16,5 млн различных цветов, что близко к чувствительности человеческого глаза. Режим представления цветной графики с использованием 24 двоичных разрядов называется полноцветным ( True Color ).
Графические файлы, в которых применяется цветовая система RGB, представляют каждый пиксель в виде трех числовых величин. Соответствующих интенсивностям красного, зеленого, и синего цветов.
(Приложение)
Для 24-битового цвета кодом (0,0,0) обычно представляется черный цвет, т.е. яркость всех трех элементов равна нулю и глаз человека воспринимает цвет точки на мониторе как черный. Кодом (255,255,255) представляется белый цвет, т.е. яркость всех трех элементов максимальна и цвет воспринимается как белый.
Если яркость одного из элементов равна нулю, то получается желтый, пурпурный или голубой цвет. Так, желтый цвет формируется максимальной яркостью красного и зеленого элементов и нулевой яркостью синего элементов.
Если три величины RGB имеют одинаковые значения, например (63,63,63), (127,127,127) или (191,191,191), то результирующим будет один из оттенков серого цвета.
Количество битов, используемых для кодирования цвета одного пикселя, называют глубиной цвета. Так, при глубине цвета 24 бит изображение размером 8X8 точек будет занимать: 8*8*24=1536 бит, или 192 байт. При этом на каждую из трех составляющих цвета приходится 8 бит. Возможное количество оттенков равно 224 = 28 * 28 *28 = 256*256 *256 = 16 777 216.
CMY (Cyan-Magenta-Yellow — голубой-пурпурный-желтый) — цветовая система, применяемая для получения цветных изображений на белой поверхности. Модель CMY работает с отраженным от поверхности светом. Эта система используется в большинстве устройств вывода, таких как лазерные и струйные принтеры, когда для получения твердых копий краски наносятся на белую бумагу. При освещении каждый из трех основных цветов поглощает дополняющий его цвет: голубой цвет поглощает красный, пурпурный — зеленый, а желтый — синий.
Если все составляющие CMY будут поглощены (или вычтены), то результирующим цветом станет черный. На практике же получить идеальный черный цвет без дорогостоящих красителей в системе CMY сложно.
Существует более практичный вариант CMY — система CMYК, в которой символ К означает черные цвет. Введение в эту цветовую систему черного цвета в качестве независимой основной цветовой переменной позволяет использовать недорогие красители. Систему CMYК часто называют четырехцветной, а результат ее применения — четырёхцветной печатью. Во многих моделях точка, окрашенная в составной цвет, группируется из четырёх точек, каждая из которых окрашена в один из основных цветов CMYК. Последовательное нанесение различного количества красителей на поверхность изменяет цвет отраженного света и формирует миллионы оттенков.
Данные в системе CMYК представляются либо цветовым триплетом, аналогичным RGB, либо четырьмя величинами. Если данные представлены цветовым триплетом, то отдельные цветовые величины противоположны величинам RGB. Для 24-битового пиксельного значения (255.255.255) соответствует черный цвет, а (0,0,0) — белый. Однако в большинстве случаев для представления цветов в системе CMYК используется последовательность четырех величин.
Как правило, 4 цветовые составляющие CMYК задаются в процентах в диапазоне от 0 до 100.
Цветовая модель CMYК используется в основном в цветной полиграфии, а RGB в цветных кинескопах и видеоадаптерах.
Модель HSV (Hue, Saturation, Value — оттенок, насыщенность, величина) — одна из цветовых систем, в которых при представлении новых цветов не смешивают основные цвета, а изменяют их свойства. Оттенок — это «цвет» в общеупотребительном смысле этого слова, например красный, оранжевый, синий и т.д. Насыщенность (также называется цветностью) определяется количеством белого в оттенке. В полностью насыщенном (100%) оттенке не содержится белого, такой оттенок считается чистым. Частично насыщенный оттенок светлее по цвету. Красный оттенок с 50%-ной насыщенностью соответствует розовому. Величина (также называется яркостью) определяет интенсивность свечения цвета. Оттенок с высокой интенсивностью является очень ярким, а с низкой — темным.
Если рассматривать систему HSV с точки зрения смешивания белой, черной и серой краски с чистыми красками для получения различных тонов и оттенков (tint, shade, tone), то насыщенность будет представлять собой количество белого, величина — количество черного, а оттенок — тот цвет, к которому добавляются белый и черный. Оттенок tint является чистым, полностью насыщенным цветом, смешанным с белым, а оттенок shade — полностью насыщенным цветом, смешанным с черным. Тон (tone) — это полностью насыщенный цвет, к которому добавленный черный и белый цвета (серый).
Модели RGB и HSV используются для описания излученного света. Излученный свет попадает в глаз человека прямо от источника, например монитора или экрана телевизора.
Режим, когда для кодирования цвета каждой точки использует 32 двоичных разряда или 24 разряда, называют полноценным ( True Color ). Если уменьшить количество двоичных разрядов, то можно сократить объем данных, но при этом диапазон цветов заметно сокращается.
При кодировании информации о цвете с помощью восьми бит данных можно передать 256 цветовых оттенков. Такой метод кодирования цвета называют индексным. 256 значений недостаточно, чтобы передать весь диапазон цветов, доступный человеческому глазу, код каждой точки растра выражает не цвет, а только его номер (индекс) в справочной таблице, называемой палитрой. Эта палитра прикладывается к графическим данным.
Одним из недостатков растровых методов является трудность пропорционального изменения размеров изображения до произвольно выбранного значения. Единственный способ увеличить изображение — это увеличить сами пиксели. Но это приводит к появлению зернистости — пикселизации.
Векторные методы позволяют избежать проблем масштабирования, характерных для растровых моделей. Для получения векторного представления изображение делят на простые фигуры, описывают их характеристики и взаимно расположение. Так, например, для описания рисунка в виде синего круга на белом фоне в растровом представлении указывается цвет каждой точки как круга, так и фона. Векторное представление использует математическое описание фигуры. Достаточно указать, радиус круга, координаты центра, цвет и толщину линии, цвет заливки. В результате размер файла с векторным изображением значительно меньше.
Вместо того чтобы воспроизводить заданную конфигурацию пикселей, составляющих изображение, передается подробное описание того, как расположены образующие изображение линии и кривые. На основе этих данных устройство и создает готовое изображение. С помощью подобной технологии описываются различные шрифты, поддерживаемые современными принтерами и мониторами. Они позволяют изменять размер символов в широких пределах и называются масштабируемыми шрифтами. Технология True Type, разработанная компаниями Microsoft и Apple, описывает способ отображения символов в тексте. Так же технология PostScript (разработана компанией Adobe Systems), позволяет описывать способ отображения символов и других, более общих графических данных. Векторные методы широко применяются в автоматизированных системах проектирования, которые отображают на экране мониторов чертежи сложных трехмерных объектов и предоставляют средства манипулирования ими. Но векторная технология не позволяет достичь фотографического качества изображений объектов как при использовании растровых методов.
Для того чтобы на экране монитора формировалось изображение, информация о каждой его точке (цвет точки) должна храниться в видеопамяти компьютера.