Представление оттенков серого и других цветов в растровых изображений. Важным аспектом растрового изображения является способ, которым оттенки серого и других цветов представляются в его битовой карте. Сделаем краткий обзор наиболее употребительных способов. Полутоновые (gray-scale) растровые изображения: если в растровом изображении имеются пиксели только с двумя значениями, то такие изображения называются двухуровневым (bi-level), или черно-белым. На рисунке 1.7, а показано простое двухуровневое изображение, представляющее собой букву «Т».
а б
Рисунок 1.7. Двухуровневое изображение (а); битовая карта изображения (б)
Если пиксели полутонового изображения могут принимать более двух значений, то каждый пиксель требует для представления в памяти больше одного бита. Полутоновые изображения часто классифицируются с необходимостью уровней их полутонов. Поскольку n-битовая величина имеет 2n возможных значений, то в изображении с глубиной пикселей, равной n, может быть 2n оттенков серого цвета. Чаще всего используются величины:
2 бита на пиксель обеспечивает 4 оттенка;
4 бита на пиксель обеспечивает 16 оттенков;
8 бит на пиксель обеспечивают 256 оттенков.
Рисунок 1.8 показывает 16 оттенков серого, расположенных от черного к белому. Каждое из 16 возможных 16 возможных значений пикселя соответствует двоичной тетраде (quadruple) – структуре из четырех элементов, например 0110 или 1110. Здесь значению 0000 соответствует черный цвет, 1111 означает белый, а остальные 14 отображают различные уровни интенсивности (яркости) серого цвета в промежутке.
Рисунок 1.8. Шестнадцать уровней яркости серого цвета
Многие полутоновые изображения используют 256 уровней яркости, поскольку именно такое число обеспечивает сканированное изображение приемлемого качества.
Цветные изображения: каждый пиксель цветного изображения имеет свой «код цвета» («color value») – числовое значение, которое каким-либо образом представляет цвет. Способ представления (кодирования) цвета называется цветовой моделью. Существует много различных типов цветовых моделей, но в компьютерной графике, как правило, применяют не более трех:
RGB. В этой модели работают мониторы и бытовые телевизоры. Любой цвет состоит из трех основных компонент: красного (Red), зеленого (Green) и синего (Blue). Модель RGB является аддитивной, а ее компоненты: красный, зеленый и синий называют основными цветами. В аддитивной модели центральная точка, имеющая нулевые значения компонентов (0, 0, 0), имеет черный цвет черный цвет (отсутствие свечения экрана монитора). Белому цвету соответствуют максимальные значения составляющих (255, 255, 255).
CMYK. Эту модель используют для подготовки не экранных, а печатных изображений – это субтрактивная (вычитающая) модель. Цветовыми компонентами этой модели являются не основные цвета, а те, которые получаются в результате вычитания основных цветов из белого. Три цвета называются дополнительными, если они дополняют основные цвета (красный, зеленый, синий) до белого.
HSB. В этой модели насчитывается тоже три компонента: оттенок цвета (Hue), насыщенность цвета (Saturation) и яркость цвета (Brightness). Регулируя эти три компонента, можно получить столь же много произвольных цветов, как и при работе с другими моделями. Цветовая модель HSB удобна для применения в тех графических редакторах, которые ориентированы на создание изображений своими руками.
Число бит используемых для представления цвета каждого пикселя, часто называют глубиной цвета (color depth). Изображения наивысшего качества обеспечивающие «реалистичные цветовоспроизведение», называются полноцветными изображениями (true color). Они имеют глубину цвета 224 и используют, таким образом, по одному байту для каждой составляющей. Похоже, достигнуто самое лучшее воспроизведение цвета, какое может воспринимать человеческий глаз: увеличение числа бит уже не улучшают изображений
Кроме того, некоторые изображения сами по себе могут использовать ограниченное количество цветов. В этих случаях использование полноценного кодирования цвета является избыточным.
При ограничении количества цветов используют палитру, представляющую набор цветов, важных для данного изображения. Палитру можно воспринимать как таблицу цветов. В таблице 1.1 приведена стандартная палитра дисплейных 16-цветных видеорежимов EGA, VGA.
Таблица 1.1. Цветовая палитра видеорежимов EGA, VGA
Код цвета
| R
| G
| B
| Название цвета
| 0
| 0
| 0
| 0
| черный
| 1
| 128
| 0
| 0
| темно-красный
| 2
| 0
| 128
| 0
| зеленый
| 3
| 128
| 128
| 0
| коричнево-зеленый
| 4
| 0
| 0
| 128
| темно-синий
| 5
| 128
| 0
| 128
| темно-пурпурный
| 6
| 0
| 128
| 128
| сине-зеленый
| 7
| 128
| 128
| 128
| серый 50%
| 8
| 192
| 192
| 192
| серый 25%
| 9
| 255
| 0
| 0
| красный
| 10
| 0
| 255
| 0
| ярко-зеленый
| 11
| 255
| 255
| 0
| желтый
| 12
| 0
| 0
| 255
| синий
| 13
| 255
| 0
| 255
| пурпурный
| 14
| 0
| 255
| 255
| голубой
| 15
| 255
| 255
| 255
| белый
|
Недостатком такой палитры можно считать одного из важных цветов – оранжевого. Существуют также иные стандартные палитры, например, 256-цветная для VGA. Каждый цвет изображения, использующего палитру, кодируется индексом, который будет определять номер строки таблице палитры. Поэтому такой способ кодирования называется индексным.
Форматы файлов растровых изображений.
Одна из важнейших технологий компьютерной графики заключается в хранении файлов растровых изображений, в которых содержится информация, необходимая компьютеру для воссоздания изображения. Наиболее существенна при этом та часть процесса, где происходит преобразование информации в битовую карту. Существует несколько форматов файлов растровой графики, и каждый формат предусматривает собственный способ кодирования информации о пикселях и другой присущей компьютерным изображениям информации. Наиболее распространенные форматы приведены в таблице 1.2.
Таблица 1.2. Форматы файлов растровых изображений
Формат
| Глубина цвета
| Макс. размер изображений, pixel
| Кодирование нескольких изображений
| Метод сжатия
| BMP
| 24
| 65,535 x 65,535
| –
| RLE
| GIF
| 8
| 65,535 x 65,535
| +
| LZW
| JPEG
| 24
| 65,535 x 65,535
| –
| JPEG
| PCX
| 24
| 65,535 x 65,535
| –
| RLE
| PNG
| 48
| 2,147,483,647 x 2,147,483,647
| –
| Deflation (вариант LZ77)
| TIFF
| 24
| 4,294,967,295
| +
| LZW, RLE и другие
| |