Представление графической информации

Для кодирования графической информации используют два приема.

1. Изображение представляют в виде графического объекта, состоящего из элементарных дуг и отрезков. У каждого такого элементарного объекта кодируются его положение через координаты точек и длину радиуса, тип линии (сплошная, пунктирная, штрих-пунктирная), толщина и цвет. Такое изображение называют векторным и все его перечисленные свойства и характеристики также кодируются двоичным кодом.

 

 

2.На графическое изображение накладывают прямоугольную сетку, состоящую из большого числа мельчайших точек – пикселей (от picture element, в русском языке слово встречается в двух вариантах - "пиксел" и "пиксель"). Такая сетка называется растром и позволяет разбить рисунок на конечное количество элементов. Каждая такая точка изображения имеет свой цвет, который как раз и можно закодировать двоичным кодом. Записав код каждой точки, тем самым можно получить код этого изображения.

Процесс разбиения изображения на отдельные маленькие фрагменты (точки) называется пространственной дискретизацией, а такое изображение называютрасторовым.

Качество изображения зависит: 1.) от количества точек. Оно тем выше, чем меньше размер точки и соответственно большее их количество составляет изображение. Такое количество точек называется разрешающей способностью и обычно существуют четыре основных значений этого параметра: 640x480, 800x600, 1024x768, 1280x1024.

2.) от количества цветов, т.е. от количества возможных состояний точек изображения, т.к. при этом каждая точка несет большее количество информации. Используемый набор цветов образует палитру цветов.

Кодирование цвета.

Для кодирования цвета применяется принцип разложения (декомпозиции) цвета на основные составляющие. Их три: красный цвет (Red, R), синий (Blue, В) и зеленый (Green, G). Смешивая эти составляющие, можно получать различные оттенки и цвета - от белого до черного.

Если рисунок черно-белый, то общепринятым на сегодняшний день считается представление его в виде комбинации точек с 256 градациями серого цвета, т.е. для кодирования точки достаточно 1 байта.

Если же изображение цветное, то с помощью 1 байта можно также закодировать 256 разных оттенков цветов. Этого достаточно для рисования изображений типа тех, что мы видим в мультфильмах. Для изображений же живой природы этого недостаточно. Если увеличить количество байт до двух (16 бит), то цветов станет в два раза больше, т.е. 65536. Это уже похоже на то, что мы видим на фотографиях и на картинках в журналах, но все равно хуже, чем в живой природе. Увеличим еще количество байтов до трех (24 бита). В этом случае можно закодировать 16,5 миллионов различных цветов. Именно такой режим позволяет работать с изображениями наилучшего качества и что близко к чувствительности человеческого глаза. Режим представления цветной графики с использованием 24 двоичных разрядов называется полноцветным (True Color).

Количество бит, необходимое для кодирования цвета точки называется глубиной цвета. Наиболее распространенными значениями глубины цвета являются 4, 8, 16, 24 и 32 бита на точку.

Количество цветов можно вычислить по формуле:

N = 2^I, где I - глубина цвета.

Таблица цветов

Тип	Пример	Цвет	Код
Основные		Red	#FF0000
	Green	#00FF00
	Blue	#0000FF
Дополнительные		Cyan	#00FFFF
	Magenta	#FF00FF
	Yellow	#FFFF00
Черный		Black	#000000

Белый цвет будет иметь код #FFFFFF.

 

Цветовые модели

Способ разделения цветового оттенка на составляющие компоненты называется цветовой моделью. В компьютерной графике применяются три цветовые модели: RGB, CMYK, HSB.

Цветовая модель RGB.

Используется для излучаемого цвета, т.е. при подготовке экранных документов. Любой цвет можно представить в виде комбинации трех основных цветов: красного (Red), зеленого (Green), синего (Blue).

Эти цвета называются цветовыми составляющими. При кодировке цвета точки изображения с помощью трех байтов, первый байт кодирует красную составляющую, второй - зеленую, третий – синюю.

Чем больше значение байта цветовой составляющей, тем ярче этот цвет. При наложении одной составляющей на другую яркость суммарного цвета также увеличивается. Поэтому цветовая модель RGB, использующаяся для излучаемого цвета, называется аддитивной.

 

Лиловый (255, 0, 255)

Красный Синий (0, 0,255)

(255, 0, 0)

Белый (255, 255, 255)

Желтый

255, 255, 0) Голубой (0, 255, 255)

 

Зеленый (0, 255, 0)

 

Цветовая модель CMYK

Используется при работе с отраженным цветом, т.е. для подготовки печатных документов. Цветовыми составляющими этой модели являются цвета: голубой (Cyan), лиловый (Magenta), желтый (Yellow) и черный (Black).

Эти цвета получаются в результате вычитания основных цветов модели RGB из белого цвета. Черный цвет задается отдельно.

Увеличение количества краски приводит к уменьшению яркости цвета. Поэтому цветовая модель CMYK использующаяся для отраженного цвета, называется субтрактивной.

Системы цветов RGB и CMYK связаны с ограничениями, накладываемыми аппаратным обеспечением (монитор компьютера в случае RGB и типографские краски в случае CMYK).

 

Красный

Лиловый Желтый

 

Черный\

Синий

Зеленый

 

Голубой

 

Используется при работе с отраженным цветом, т.е. для подготовки печатных документов. Цветовыми составляющими этой модели являются цвета: голубой (Cyan), лиловый (Magenta), желтый (Yellow) и черный (Black). Для представления цветной графики в этой системе надо иметь 32 двоичных разряда. Такой режим тоже называется полноцветным (True Color).

Существуют сложные механизмы пересчёта цвета каждого пикселя из одной формулы в другую, и нужно следить за тем, чтобы при таком конвертировании получить приемлемый результат. Вот как, к примеру, изменяются цвета при конверсии из RGB в CMYK:

 

Цветовые охваты моделей RGB и CМYK несколько отличаются: самые яркие цвета модели RGB невозможно передать с помощью цветовой модели CMYK, а для самых темных цветов модели CMYK нет аналогов в цветовой модели RGB.

 

Цветовая модель HSB

Наиболее удобна для человека, т.к. она хорошо согласуется с моделью восприятия цвета человекам. Компонентами модели являются: тон (Hue), насыщенность (Saturation), яркость (Brightness).

Тон – это конкретный оттенок цвета.

Насыщенность характеризует его интенсивность, или чистоту.

Яркость зависит от примеси черной краски, добавленной к данному цвету.

Модель HSB удобно применять при создании собственно изображения, а по окончании работы изображения можно преобразовать в модель RGB или CMYK.

Оттенок характеризуется положением на цветовом круге и определяется величиной угла о 0 до 359 градусов. Например, для красного цвета (R) угол - 0, жёлтый (Y) - 60, зелёный (G) - 120, голубой (C) - 180, синий (B) - 240 и пурпурный (M) - 300. В HSB цветовой модели все одинаково насыщенные цвета располагаются на концентрических окружностях и чем ближе к центру круга, тем всё более разбеленные цвета получаются. В самом центре любой цвет становится белым цветом.

Один из вариантов графического представления модели HSB. В данном примере, цветовое колесо HSB можно представить в виде прямоугольника, который - аналог цветового колеса.

 

Многие, сами того не замечая, постоянно используют HSB цветовую модель, работая, например, в Microsoft Office.

В данной цветовой модели три координатных оси. Первая ось - линия окружности основания конуса, вторая ось - диаметр, соединяющий любую точку на окружности с центром, третья ось - высота конуса.

Количество цветов в данной цветовой модели рассчитывается следующим образом. В окружности 359 секторов по количеству спектральных цветов. Каждый сектор содержит по 100 уровней яркости. Учитывая, что площадь сечения конуса равна половине произведения радиуса на высоту, делённого пополам, получается 5000 цветов. Умножая это число на 359 получается 1 795 000 цветов.

Цветовая модель LAB

Цветовая модель LAB (еще ее называют CIELAB) была принята в качестве международного цветового стандарта Международной Комиссией по Освещению (CIE), Достоинством этой модели является ее независимость от способа производства цвета, в ее системе измерения можно описывать как цвета печати, так и цвета, излучаемые монитором. Она создавалась как аппаратно-независимая модель, то есть определяющая цвета независимо от типа устройства (монитора, принтера и т. п.).

Если модель HSB оперирует понятиями Тон, Насыщенность и Яркость; модель RGB понятиями Красный, Зеленый и Голубой, то цветовая модель LAB использует понятия Яркость (Lightness) и Интенсивность (Chroma), которые вместе составляют информацию об Освещенности (Luminance). Цвет в данной модели определяется тремя параметрами. Это освещенность (L от Luminance) и два хроматических компонента: а — параметр, который изменяется от пурпурного до зеленого, и b — параметр, изменяющийся от синего до желтого. Значения параметров а и b задаются числами, находящимися в пределах от –128 до 127. Освещенность изменяется в диапазоне от 0 до 100 %. Максимальное значение освещенности соответствует максимальной яркости цвета.

Данная цветовая модель используется во многих программах как промежуточное звено при переходе из одной цветовой модели в другую, поскольку модель Lab имеет наибольший цветовой охват по сравнению с иными моделями.