Как называется прямоугольная сетка, которую образуют пиксели

Обновлено: 21.11.2024

Основное внимание в этой книге уделяется трехмерной (3D) графике, где большая часть работы уходит на создание трехмерной модели сцены. Но в конечном итоге почти во всех случаях конечным результатом проекта компьютерной графики является двумерное изображение. И, конечно же, непосредственное создание и обработка 2D-изображений сама по себе является важной темой. Кроме того, многие идеи переносятся из двух измерений в трехмерные. Итак, имеет смысл начать с графики в 2D.

В любом случае значения цвета для всех пикселей на экране хранятся в большом блоке памяти, известном как кадровый буфер. Изменение изображения на экране требует изменения значений цвета, которые хранятся в буфере кадра. Экран перерисовывается много раз в секунду, так что почти сразу после изменения значений цвета в буфере кадра цвета пикселей на экране будут изменены в соответствии с ними, и отображаемое изображение изменится.

Экран компьютера, используемый таким образом, является базовой моделью растровой графики. Термин «растр» технически относится к механизму, используемому в старых компьютерных мониторах с электронными лампами: электронный луч перемещался по рядам пикселей, заставляя их светиться. Луч перемещался по экрану с помощью мощных магнитов, которые отклоняли траекторию движения электронов. Чем сильнее луч, тем ярче свечение пикселя, поэтому яркостью пикселей можно было управлять, модулируя интенсивность электронного луча. Значения цвета, хранящиеся в буфере кадров, использовались для определения интенсивности электронного луча. (Для цветного экрана каждый пиксель имел красную точку, зеленую точку и синюю точку, которые освещались лучом по отдельности.)

Современный компьютерный монитор с плоским экраном не является растровым в том же смысле. Нет движущегося электронного луча. Механизм, управляющий цветами пикселей, отличается для разных типов экранов. Но экран по-прежнему состоит из пикселей, и значения цвета для всех пикселей по-прежнему хранятся в буфере кадра. Идея изображения, состоящего из сетки пикселей с числовыми значениями цвета для каждого пикселя, определяет растровую графику.

Хотя изображения на экране компьютера представлены в пикселях, указание цвета отдельных пикселей не всегда является лучшим способом создания изображения. Другой способ — указать основные геометрические объекты, которые он содержит, такие формы, как линии, круги, треугольники и прямоугольники. Это идея, которая определяет векторную графику: представление изображения в виде списка геометрических фигур, которые оно содержит. Чтобы сделать вещи более интересными, фигуры могут иметь атрибуты, такие как толщина линии или цвет, заполняющий прямоугольник. Конечно, не каждое изображение можно составить из простых геометрических фигур. Этот подход определенно не сработает для изображения красивого заката (или для большинства других фотографических изображений). Однако он хорошо подходит для многих типов изображений, таких как архитектурные чертежи и научные иллюстрации.

На самом деле, в начале истории вычислений векторная графика использовалась даже непосредственно на экранах компьютеров. Когда были разработаны первые графические компьютерные дисплеи, растровые дисплеи были слишком медленными и дорогими, чтобы их можно было использовать. К счастью, можно было использовать технологию электронных ламп другим способом: электронный луч можно было заставить непосредственно рисовать линию на экране, просто проводя лучом вдоль этой линии. Дисплей с векторной графикой будет хранить список строк, которые должны отображаться на экране. Поскольку точка на экране после освещения электронным лучом будет светиться лишь очень короткое время, графический дисплей будет снова и снова просматривать список отображения, постоянно перерисовывая все строки в списке. Чтобы изменить изображение, достаточно было бы изменить содержимое списка отображения. Конечно, если список отображения станет слишком длинным, изображение начнет мерцать, потому что линия может заметно исчезнуть до того, как ее следующий ход будет перерисован.

Но вот в чем суть: для изображения, которое может быть задано как достаточно небольшое количество геометрических фигур, объем информации, необходимой для представления изображения, намного меньше при использовании векторного представления, чем при использовании растрового представления. Рассмотрим изображение, состоящее из тысячи отрезков. Для векторного представления изображения вам нужно только сохранить координаты двух тысяч точек, конечных точек линий. Это займет всего несколько килобайт памяти. Для сохранения изображения в кадровом буфере для растрового отображения потребуется гораздо больше памяти. Точно так же векторный дисплей может рисовать линии на экране быстрее, чем растровый дисплей может копировать то же изображение из кадрового буфера на экран. (Однако, как только растровые дисплеи стали быстрыми и дешевыми, они быстро вытеснили векторные дисплеи из-за их способности достаточно хорошо отображать все типы изображений.)

Разрыв между растровой и векторной графикой сохраняется в нескольких областях компьютерной графики. Например, это можно увидеть в разделении между двумя категориями программ, которые можно использовать для создания изображений: программы рисования и программы рисования. В программе рисования изображение представлено в виде сетки пикселей, и пользователь создает изображение, назначая цвета пикселям. Это можно сделать с помощью «инструмента рисования», который действует как кисть художника, или даже с помощью инструментов, которые рисуют геометрические фигуры, такие как линии или прямоугольники. Но суть программы рисования заключается в том, чтобы раскрашивать отдельные пиксели, и сохраняются только цвета пикселей. Чтобы было понятнее, предположим, что вы используете программу для рисования, чтобы нарисовать дом, а затем нарисовать дерево перед домом. Если вы затем сотрете дерево, вы обнаружите только пустой фон, а не дом. На самом деле изображение вообще не содержало «дома» — только отдельные цветные пиксели, которые зритель мог воспринимать как составляющие изображение дома.

В программе для рисования пользователь создает изображение, добавляя геометрические фигуры, и изображение представляется в виде списка этих фигур. Если вы поместите форму дома (или набор фигур, составляющих дом) на изображение, а затем поместите фигуру дерева поверх дома, дом все еще будет там, поскольку он хранится в списке фигур, которые изображение содержит. Если вы удалите дерево, дом останется на изображении, как и до того, как вы добавили дерево. Кроме того, у вас должна быть возможность выбрать одну из фигур на изображении и переместить ее или изменить ее размер, поэтому программы для рисования предлагают богатый набор операций редактирования, которые недоступны в программах для рисования. (Однако верно и обратное.)

Практическая программа для создания и редактирования изображений может сочетать элементы рисования и рисования, хотя обычно доминирует тот или иной. Например, программа рисования может разрешить пользователю включать растровое изображение, рассматривая его как одну форму. Программа рисования может позволить пользователю создавать «слои», представляющие собой отдельные изображения, которые можно накладывать друг на друга для создания конечного изображения. Затем слоями можно манипулировать так же, как фигурами в программе для рисования (так что вы можете держать и свой дом, и свое дерево в отдельных слоях, даже если на изображении дом находится позади дерева).

Двумя широко известными графическими программами являются Adobe Photoshop и Adobe Illustrator. Photoshop относится к категории программ для рисования, а Illustrator больше подходит для рисования. В мире бесплатного программного обеспечения программа обработки изображений GNU, Gimp, является хорошей альтернативой Photoshop, а Inkscape — довольно эффективная программа. бесплатная программа для рисования. Краткое введение в Gimp и Inkscape можно найти в Приложении C.

Разница между растровой и векторной графикой проявляется и в форматах графических файлов. Существует множество способов представления изображения в виде данных, хранящихся в файле. Если исходное изображение должно быть восстановлено из битов, хранящихся в файле, представление должно соответствовать какой-то точной известной спецификации. Такая спецификация называется форматом графического файла. Некоторые популярные форматы графических файлов включают GIF, PNG, JPEG, WebP и SVG. Большинство изображений, используемых в Интернете, имеют формат GIF, PNG или JPEG, но большинство браузеров также поддерживают изображения SVG и более новый формат WebP.

GIF, PNG, JPEG и WebP в основном представляют собой форматы растровой графики. изображение определяется путем сохранения значения цвета для каждого пикселя. GIF — это более старый формат файла, который в значительной степени был вытеснен PNG, но вы все еще можете найти изображения GIF в Интернете. (Формат GIF поддерживает анимированные изображения, поэтому GIF часто используются для простой анимации на веб-страницах.) GIF использует индексированную цветовую модель с максимальным количеством цветов 256. PNG может использовать как индексированный, так и полный 24-битный цвет, а JPEG предназначен для полноцветных изображений.

Объем данных, необходимых для представления растрового изображения, может быть довольно большим. Однако данные обычно содержат много избыточности, и данные можно «сжать», чтобы уменьшить их размер. GIF и PNG используют сжатие данных без потерь, что означает, что исходное изображение может быть полностью восстановлено из сжатых данных. JPEG использует алгоритм сжатия данных с потерями, что означает, что изображение, восстановленное из файла JPEG, не совсем совпадает с исходным изображением; часть информации утеряна. Это может показаться не очень хорошей идеей, но на самом деле разница часто не очень заметна, а использование сжатия с потерями обычно позволяет значительно уменьшить размер сжатых данных. JPEG обычно хорошо подходит для фотографических изображений, но не так хорошо для изображений с резкими границами между разными цветами. Это особенно плохо для штриховых рисунков и изображений, содержащих текст; PNG является предпочтительным форматом для таких изображений. WebP может использовать как сжатие без потерь, так и сжатие с потерями.

SVG, с другой стороны, по своей сути является форматом векторной графики (хотя изображения SVG могут включать растровые изображения). SVG на самом деле представляет собой основанный на XML язык для описания двумерных изображений векторной графики. «SVG» означает «масштабируемая векторная графика», а термин «масштабируемый» указывает на одно из преимуществ векторной графики: при увеличении размера изображения не происходит потери качества. Линия между двумя точками может быть представлена в любом масштабе, и это все та же идеальная геометрическая линия. С другой стороны, если вы попытаетесь значительно увеличить размер растрового изображения, вы обнаружите, что у вас недостаточно значений цвета для всех пикселей в новом изображении; каждый пиксель исходного изображения будет расширен, чтобы покрыть прямоугольник пикселей в масштабированном изображении, и вы получите многопиксельные блоки однородного цвета. Масштабируемость изображений SVG делает их хорошим выбором для веб-браузеров и графических элементов на рабочем столе вашего компьютера. И действительно, некоторые среды рабочего стола теперь используют изображения SVG для своих значков на рабочем столе.

Цифровое изображение, независимо от его формата, задается с помощью системы координат. Система координат устанавливает соответствие между числами и геометрическими точками. В двух измерениях каждой точке присваивается пара чисел, которые называются координатами точки. Две координаты точки часто называют ее координатой x и координатой y, хотя имена «x» и «y» произвольны.

Растровое изображение представляет собой двумерную сетку пикселей, организованных в строки и столбцы. Таким образом, он имеет естественную систему координат, в которой каждый пиксель соответствует паре целых чисел, задающих номер строки и номер столбца, содержащего пиксель. (Даже в этом простом случае существуют некоторые разногласия относительно того, следует ли нумеровать строки сверху вниз или снизу вверх.)

Для векторного изображения естественно использовать действительные координаты. Система координат для изображения в некоторой степени произвольна; то есть одно и то же изображение может быть указано с использованием разных систем координат. Я не хочу много говорить здесь о системах координат, но им будет посвящена большая часть книги, и они даже более важны в трехмерной графике, чем в двухмерной.

Несмотря на то, что были приложены все усилия для соблюдения правил стиля цитирования, могут быть некоторые расхождения. Если у вас есть какие-либо вопросы, обратитесь к соответствующему руководству по стилю или другим источникам.

Наши редакторы рассмотрят то, что вы отправили, и решат, нужно ли пересматривать статью.

растровая графика, также называемая растровой графикой, тип цифрового изображения, в котором используются крошечные прямоугольные пиксели или элементы изображения, расположенные в виде сетки для представления изображения. Поскольку формат может поддерживать широкий диапазон цветов и отображать тонкие градуированные тона, он хорошо подходит для отображения изображений с непрерывными тонами, таких как фотографии или затененные рисунки, наряду с другими детализированными изображениями.

Растровая графика возникла в телевизионных технологиях, а изображения построены так же, как изображения на экране телевизора. Растровая графика состоит из набора крошечных пикселей одинакового размера, которые расположены в двумерной сетке, состоящей из столбцов и строк. Каждый пиксель содержит один или несколько битов информации, в зависимости от степени детализации изображения. Например, черно-белое изображение содержит только один бит на пиксель (двоичный бит может находиться в одном из двух состояний; таким образом, один бит может представлять белый или черный цвет); изображение с затенением и цветом обычно содержит 24 бита информации на пиксель — с 2 24 или более чем 16 миллионами возможных состояний на пиксель. 24-битный цвет, известный как «истинный цвет», может реалистично отображать цветные изображения. Количество битов, хранящихся в каждом пикселе, называется глубиной цвета. Количество пикселей на дисплее, называемое разрешением, влияет на то, сколько деталей может быть изображено на изображении. Разрешение часто выражается как произведение количества пикселей в столбце на количество пикселей в строке (например, 800 × 600).

Детальные изображения часто приводят к большому размеру файла, хотя размер файла можно уменьшить за счет сжатия данных. Сжатие может быть как с потерями (что означает, что некоторые данные отбрасываются), так и без потерь (данные не теряются). Популярные форматы растровых файлов включают GIF (формат обмена графикой) и JPEG (объединенная группа экспертов по фотографии), которые являются форматами с потерями, а также BMP (битмап Windows) и TIFF (формат файлов изображений с тегами), которые не содержат потерь.

Несмотря на то, что растровая графика использовалась в 1970-х и 80-х годах, в основном она ограничивалась дорогостоящими графическими рабочими станциями (т. е. высокопроизводительными компьютерами, специально оптимизированными для работы с графикой). По мере улучшения графических возможностей персональных компьютеров в 1990-х годах растровая графика стала широко использоваться. Изображения, полученные с помощью оптических сканеров и цифровых камер, представляют собой растровую графику, как и большинство изображений в Интернете.Широко используемой графической программой для работы с растровыми изображениями является Adobe Photoshop.

Редакторы Британской энциклопедии Эта статья была недавно отредактирована и обновлена Эриком Грегерсеном.

Контексты в исходной публикации

<р>. столбцы существующей прямоугольной сетки и ее подвыборка. Все остальные пиксели прямоугольной сетки, не имеющие никакого соответствия шестиугольным аналогам, подавляются до нуля. При обработке этого субдискретизированного изображения подавленные пиксели не учитываются при расчете [12]. Шестиугольная сетка с субдискретизацией показана на рис. 4. В методе сдвига на половину пикселя для каждой нечетной строки находят среднюю точку между двумя соседними пикселями с помощью простой линейной интерполяции [12]. Уравнение для средней точки показано в уравнении 1. Отбросьте левое и правое значения, оставив только средние значения. Это дает нам шестиугольное отображение из обычной квадратной или прямоугольной сетки. На рис. 5 показан .

<р>. В этом разделе описывается алгоритм имитации псевдогексагонального пикселя с использованием квадратных пикселей. Шестиугольный пиксель построен с использованием квадратных пикселей. Процедура построения шестиугольного пикселя с использованием квадратных пикселей выглядит следующим образом. Каждый квадратный пиксель представлен в виде матрицы 9X8, как показано на рис. 4. То есть 72 пикселя генерируются из одного пикселя, а значение шкалы серого каждого пикселя такое же, как и у исходного выбранного пикселя. Из этих 72 пикселей только 56 пикселей используются для создания шестиугольной структуры, как показано на рис. 9. Квадратные пиксели, используемые для создания шестиугольного пикселя, помечены как «1», а остальные .

Цитаты

<р>. Другой метод, при котором данные встраиваются в красную плоскость представления с помощью квадратных пикселей, встраиваются в изображение обложки, представленное с использованием псевдогексагональной структуры. Псевдогексагональная структура разработана с использованием нашего собственного алгоритма, называемого алгоритмом JK [25] (где J представляет первую букву Дживана, имя первого автора, а К представляет первую букву имени Кришнакумара, второго автора), который описан в следующий раздел. .

<р>. Псевдогексагональный пиксель создается с использованием квадратного пикселя исходного изображения. Процедура построения шестиугольного пикселя с использованием квадратных пикселей выглядит следующим образом [25] . Каждый квадратный пиксель представлен в виде матрицы 9 × 8, как показано на рисунке 1. .

В этой статье мы предложили метод стеганографии изображений, в котором изображение обложки, представленное с помощью псевдогексагональной структуры, используется для сокрытия секретного изображения. Как мы знаем, традиционный метод представления цифрового изображения использует квадратные пиксели. Использование пикселей шестиугольной формы для представления цифрового изображения — это новый подход из-за его различных преимуществ, таких как симметрия, более высокое угловое разрешение, постоянная связность и более высокая эффективность выборки. В этой статье описывается метод сокрытия изображения с использованием изображения обложки псевдогексагональной структуры. В этом методе обычное секретное изображение с квадратными пикселями встраивается в обложку с псевдогексагональной структурой. Используя этот метод, мы можем скрыть изображение, сохранив его качество, и экспериментальные результаты показывают, что среднеквадратическая ошибка между секретным изображением и изображением, полученным из стеганографического изображения, равна нулю.

<р>. Значения такой структуры заключаются в равноудаленном и 60-градусном пересечении точек отбора проб. В Yabushita et al. [5] псевдогексагональные элементы состоят из небольших квадратных пикселей с соотношением сторон 12:14, что позже было реализовано Дживаном и др. с другим соотношением 9:8 [13] . В спиральной архитектуре He et al. [14] четыре квадратных пикселя усредняются и генерируют шестиугольный пиксель. .

Расположение и форма датчика изображения имеют фундаментальное влияние на любую дальнейшую операцию обработки изображения и визуализацию изображения. В этой статье мы представляем программный метод изменения расположения и формы пиксельных датчиков, которые генерируют шестиугольные формы пикселей на шестиугольной сетке. Мы оцениваем четыре различных формы и структуры датчика изображения, включая предложенный метод. Набор из 23 пар изображений; выбранные случайным образом, из базы данных 280 пар изображений используются для оценки. Каждая пара изображений имеет одинаковое смысловое значение и общий вид, главное различие между ними заключается в резких переходах их контуров. Вариация криволинейности оценивается по влиянию градиентных операций первого и второго порядка, матрицы Гессе и обнаружения критических точек на сформированных изображениях; наличие различных структур сетки, различных форм пикселей и виртуального увеличения коэффициента заполнения в качестве трех основных свойств характеристик сенсора. Результаты показывают, что структура сетки и форма пикселя являются первым и вторым наиболее важными свойствами. Представлено несколько параметров несходства для количественной оценки кривизны, в которых использование точки экстремума показало получение отличительных результатов. Результаты также показывают, что шестиугольное изображение лучше всего подходит для различения контуров на изображениях.

Вопросы по цифровым изображениям

В: Что такое пиксель?

A: В цифровых изображениях пиксель (или элемент изображения) – это наименьший элемент информации в изображении.Пиксели располагаются в двумерной сетке, представленной квадратами. Каждый пиксель представляет собой образец исходного изображения, при этом большее количество образцов обычно обеспечивает более точное представление оригинала. Интенсивность каждого пикселя является переменной; в цветовых системах каждый пиксель обычно содержит три или четыре компонента, например красный, зеленый и синий или голубой, пурпурный, желтый и черный.

Слово пиксель основано на сокращении слов pix ("изображения") и el ("элемент").

В: Что такое разрешение изображения?

О: Термин разрешение часто используется для обозначения количества пикселей в цифровых изображениях. Когда количество пикселей называется разрешением, принято описывать разрешение в пикселях набором из двух чисел. Первое число — это количество столбцов в пикселях (ширина), а второе — количество строк в пикселях (высота), например, 640 x 480. Другим популярным соглашением является указание разрешения как общего количества пикселей в изображении, обычно задаваемого как количество мегапикселей, которое можно рассчитать путем умножения столбцов пикселей на строки пикселей и деления на один миллион. Изображение шириной 2048 пикселей и высотой 1536 пикселей имеет общий размер 2048×1536 = 3 145 728 пикселей или 3,1 мегапикселя. Его можно обозначить как 2048 на 1536 или 3,1-мегапиксельное изображение. Другие соглашения включают описание пикселей на единицу длины или пикселей на единицу площади, например пикселей на дюйм или на квадратный дюйм.

Ниже показано, как одно и то же изображение может выглядеть с разным разрешением в пикселях.

По мере увеличения количества мегапикселей в камере увеличивается и способность камеры создавать более крупные изображения; 5-мегапиксельная камера способна снимать изображение большего размера, чем 3-мегапиксельная камера.

Большие экраны мониторов обычно имеют более высокое разрешение экрана, измеряемое в пикселях.

В: Что такое DPI/PPI?

A: DPI означает количество точек на дюйм при использовании чернильного принтера. Это мера разрешения или качества изображения. Как правило, чем выше число точек на дюйм, тем лучше качество печати. Этот термин до сих пор используется при обсуждении качества цифрового изображения; однако это неправильный термин.

PPI описывает разрешение в пикселях изображения, которое будет напечатано в пределах заданного пространства. Например, можно сказать, что изображение размером 100x100 пикселей, напечатанное в виде квадрата размером 1 дюйм, имеет 100 пикселей на дюйм, независимо от разрешения принтера. При таком использовании измерение имеет смысл только при печати изображения. Для фотографий хорошего качества обычно требуется разрешение 300 пикселей на дюйм при печати.

В: Как определяется размер файла цифрового изображения?

В: Что такое сжатие файлов?

A: При обсуждении качества цифровых файлов на основе размера файла сравнения следует проводить только на основе несжатого размера. Алгоритмы сжатия будут изменять каждое изображение по-разному в зависимости от предмета изображения. Поэтому невозможно точно сравнить размер файла двух цифровых изображений после их сжатия.

Существует два типа сжатия файлов: "с потерями" и "без потерь". Сжатие с потерями фактически изменяет некоторые исходные пиксели, а некоторые детали теряются. Наиболее распространенным форматом сжатия с потерями является JPEG. В то время как исходное изображение JPEG с цифровой камеры в порядке, каждый раз, когда файл сохраняется снова, детали теряются. Если один и тот же файл сохраняется в формате JPEG несколько раз, существенно теряется качество, и его невозможно восстановить. Ценные оригиналы всегда следует сохранять в формате без потерь, таком как TIFF или PSD. Файлы TIFF можно редактировать и сохранять любое количество раз без потери деталей, поскольку сжатие не изменяет пиксели. Компромисс заключается в том, что файлы TIFF не сжимаются так же хорошо, как JPG.

В: В каком формате можно сохранить изображение?

A: Форматы файлов изображений — это стандартизированные средства организации и хранения изображений. Файлы изображений состоят из пиксельных или векторных данных, которые растрируются в пиксели при отображении на мониторе компьютера. Пиксели, из которых состоит изображение, упорядочены в виде сетки (столбцы и строки); каждый пиксель состоит из чисел, представляющих величины яркости и цвета. Включая проприетарные типы, существуют сотни типов файлов изображений. Форматы JPEG, PNG и GIF чаще всего используются для отображения изображений в Интернете. Цифровые камеры обычно сохраняют изображения в формате JPEG, который является форматом с потерями, что означает сжатие изображений для экономии места в памяти и увеличения количества файлов, которые можно поместить на карту памяти или жесткий диск. Другие форматы включают TIFF, PSD, RAW и BMP.

В: Какого размера в мегапикселях должен быть цифровой файл, чтобы получить качественную печать заданного размера в дюймах?

A: Каждая цветная рамка представляет собой определенное количество мегапикселей.Цифры вверху и слева — это размеры печати в дюймах при плотности 300 пикселей на дюйм (пикселей на дюйм). Большинство книг и журналов требуют 300 пикселей на дюйм для фотографического качества. Например, на диаграмме показано, что с 3-мегапиксельной камеры можно сделать отпечаток фотографического качества размером 5 x 7 дюймов.

Дюймы при разрешении 300 пикселей на дюйм (числа в цветных прямоугольниках – это мегапиксели)

Обратите внимание, что при удвоении размера отпечатка требуемое количество мегапикселей увеличивается в геометрической прогрессии. Вы можете делать хорошие отпечатки 8 x 10 дюймов с помощью 6- или 8-мегапиксельной камеры, но для получения снимков с истинным фотографическим качеством 16 x 20 дюймов вам потребуется от 24 до 30 мегапикселей. Не верьте заявлениям производителей о том, что вы можете делать отпечатки размером 16 x 20 дюймов с 8-мегапиксельной камеры. Хотя вы, безусловно, можете сделать отпечаток такого размера, это не будет истинным фотографическим качеством при разрешении 300 пикселей на дюйм. Используя программное обеспечение для редактирования изображений, такое как Photoshop, можно «обмануть», добавив пиксели к изображению, чтобы увеличить его размер. Однако четкость изображения не улучшится, так как все новые пиксели будут созданы путем усреднения значений исходных пикселей.

Оба пиксельных изображения выглядят довольно плохо, но я не уверен, что здесь есть какое-либо преимущество квадратов над шестиугольниками.

Шестиугольники также красиво делятся на 3 цвета:

Так в чем же преимущество квадратов на ЖК/ЭЛТ-дисплеях?

Пожалуйста, уточните контекст. Вы имеете в виду дисплеи, форматы изображений или распечатки? И даже в этом случае этот вопрос может быть слишком широким.

Пиксели являются безразмерными логическими единицами и на самом деле никогда не бывают квадратными, как предполагает @DanielB, каждый растеризатор обрабатывает их по-своему. Google изображения "экранных пикселей", например.

В ваших изображениях с низким разрешением используется другой алгоритм. Ваше изображение "квадратный пиксель" должно использовать интерполяцию ближайшего соседа, чтобы сделать справедливое сравнение.

12 ответов 12

Пиксели на экранах квадратные, но я не знаю почему.

Они не обязательно должны быть квадратными.

Некоторые утверждают, что они никогда не бывают квадратными ("Пиксель — это точечный образец. Он существует только в точке").

Так в чем преимущество квадратов на ЖК/ЭЛТ-дисплеях?

Другие варианты расположения (такие как треугольники, шестиугольники или другие многоугольники, заполняющие пространство) требуют больших вычислительных ресурсов.

Каждый формат изображения основан на пикселях (независимо от их формы), расположенных в виде прямоугольного массива.

Если бы мы выбрали другую форму или макет, пришлось бы переписать много программного обеспечения.

Все фабрики, производящие в настоящее время дисплеи с прямоугольной компоновкой пикселей, должны быть переоборудованы для какой-либо другой компоновки.

Практика использования гексагональной системы координат

Преобразование изображений. Аппаратное обеспечение, способное захватывать изображения из реального мира непосредственно на шестиугольную решетку, является высокоспециализированным и поэтому обычно недоступно для использования. Поэтому перед выполнением какой-либо обработки требуются эффективные средства преобразования стандартного изображения с квадратной решеткой в шестиугольное.
Адресация и хранение. Любые манипуляции, выполняемые с изображениями, должны иметь возможность индексировать и получать доступ к отдельным пикселям (в данном случае шестиугольникам, а не квадратам), и любое изображение в шестиугольной форме должно храниться в шестиугольной форме (в противном случае преобразование изображения выполняться каждый раз при доступе к изображению). Более того, очень ценной была бы система индексации, которой легко следовать и которая упрощает арифметику некоторых функций.
Операции обработки изображений. Чтобы эффективно использовать шестиугольную систему координат, операции должны быть разработаны или преобразованы таким образом, чтобы использовать сильные стороны системы, в частности сильные стороны системы адресации, используемой для индексации и хранения. .
Отображение изображения. Как и при получении изображения, устройства отображения обычно не используют шестиугольные решетки. Следовательно, преобразованное изображение должно быть возвращено в форму, которую можно отправить на устройство вывода (будь то монитор, принтер или какой-либо другой объект), при этом результирующее изображение будет отображаться в естественных пропорциях и масштабе. Точный характер этого преобразования зависит от используемого метода индексации. Это может быть простое изменение первоначального процесса преобразования или более значительная свертка.

Проблемы с гексагональной системой координат

Необходимость преобразования квадратов в шестиугольники и обратно умаляет полезность работы с шестиугольными решетками.
Поскольку такие решетки более плотные, чем эквивалентные квадратные решетки того же видимого размера, если только изображения не загружаются с преднамеренно более высоким разрешением, чем требуется для обработки, преобразованные изображения должны экстраполировать расположение некоторых пикселей (что как правило, менее желательно, чем предоставление всех пикселей непосредственно из источника).
Возврат к квадратной решетке приведет к слиянию некоторых пикселов друг с другом, что приведет к потере кажущейся детализации (что может привести к ухудшению качества изображения по сравнению с исходным изображением).

Испытывались ли какие-либо другие формы или макеты?

Дисплей XO-1 обеспечивает один цвет для каждого пикселя. Цвета выравниваются по диагоналям, которые проходят от верхнего правого угла к нижнему левому. Чтобы уменьшить цветовые артефакты, вызванные такой геометрией пикселей, цветовая составляющая изображения размывается контроллером дисплея при отправке изображения на экран.

Сравнение дисплея XO-1 (слева) с типичным жидкокристаллическим дисплеем (ЖКД). Изображения показывают 1×1 мм каждого экрана. Типичный ЖК-дисплей адресует группы из 3 мест как пиксели. ЖК-дисплей OLPC XO обращается к каждому местоположению как к отдельному пикселю:

Другие дисплеи (особенно OLED) используют другие макеты, такие как PenTile:

Макет состоит из quincunx, состоящего из двух красных субпикселей, двух зеленых субпикселей и одного центрального синего субпикселя в каждом блоке. клетка.

Это было вдохновлено биомимикрией сетчатки человека, которая имеет почти одинаковое количество колбочек L и M типа, но значительно меньше колбочек S. Поскольку S-колбочки в первую очередь отвечают за восприятие синих цветов, которые не оказывают заметного влияния на восприятие яркости, уменьшение количества синих субпикселей по отношению к красным и зеленым субпикселям на дисплее не снижает качество изображения.

Этот макет специально разработан для работы и зависимости от субпиксельного рендеринга, который использует в среднем только один с четвертью субпиксель на пиксель для рендеринга изображения. То есть любой заданный входной пиксель сопоставляется либо с логическим пикселем с красным центром, либо с логическим пикселем с зеленым центром.

Простое определение пикселя

Любая из очень маленьких точек, которые вместе образуют изображение на экране телевизора, мониторе компьютера и т. д.

Пиксели

В цифровых изображениях пиксель, пиксель или элемент изображения — это физическая точка в растровом изображении или наименьший адресуемый элемент в устройстве отображения с адресацией по всем точкам; так что это наименьший управляемый элемент изображения, представленного на экране.

Пиксель не нужно отображать в виде маленького квадрата. На этом изображении показаны альтернативные способы восстановления изображения из набора значений пикселей с использованием точек, линий или плавной фильтрации.

Соотношение сторон пикселей

Большинство цифровых систем обработки изображений отображают изображение в виде сетки крошечных квадратных пикселей. Однако некоторые системы обработки изображений, особенно те, которые должны быть совместимы с телевизионными кинофильмами стандартной четкости, отображают изображение в виде сетки прямоугольных пикселей, в которых ширина и высота пикселя различны. Соотношение сторон пикселя описывает эту разницу.

Пиксель — это не маленький квадрат!

Пиксель — это точечный образец. Он существует только в точке.

Для цветного изображения пиксель может фактически содержать три образца, по одному для каждого основного цвета, влияющего на изображение в точке образца. Мы все еще можем думать об этом как о точечном образце цвета. Но мы не можем думать о пикселе как о квадрате или чем-либо другом, кроме точки.

Есть случаи, когда вклад в пиксель можно смоделировать в низком порядке маленьким квадратом, но не всегда сам пиксель.

Источник Пиксель — это не маленький квадрат! (Техническая записка Microsoft 6, Элви Рэй Смит, 17 июля 1995 г.)

Требуется ссылка на пункт "более затратный в вычислительном отношении". В идеале ссылка на исследовательскую работу, рассматривающую, например, шестиугольную мозаику и вычислительный анализ. Похоже, вы просто называете несколько правдоподобно звучащих объяснений.

@djechlin В настоящее время все характеристики видео/изображения основаны на прямоугольном массиве пикселей. Отображение любого видео или изображения потребует преобразования прямоугольной (декартовой) системы координат в шестиугольную систему координат. Вычисления для рисования линий в прямоугольной системе координат проще, чем для рисования в шестиугольной системе координат (это базовая математика). Нужно ли мне объяснять дальше?

Я хотел бы предложить альтернативу хорошо продуманному ответу Дэвида Постилла. В своем ответе он подошел к вопросу о квадратных пикселях, как и предполагалось в заголовке. Однако в своем ответе он сделал очень проницательный комментарий:

Некоторые утверждают, что они никогда не бывают квадратными («Пиксель — это точечный образец. Он существует только в точке».

Эта позиция может привести к совершенно другому ответу. Вместо того, чтобы сосредотачиваться на том, почему каждый пиксель является квадратным (или нет), он может сосредоточиться на том, почему мы склонны организовывать эти точечные выборки в прямоугольные сетки. На самом деле так было не всегда!

Чтобы обосновать этот аргумент, мы собираемся воспроизвести изображение как абстрактные данные (например, сетку точек) и его аппаратную реализацию. Иногда одно представление имеет большее значение, чем другое.

Для начала давайте вернемся довольно далеко назад. В традиционной пленочной фотографии вообще не было «сетки», и это одна из причин, по которой изображения всегда выглядели такими четкими по сравнению с современными цифровыми изображениями. Вместо этого у него было «зерно», которое представляло собой случайное распределение кристаллов на пленке. Это было примерно однородно, но это не был красивый прямолинейный массив. Организация этих зерен возникла в процессе производства пленки с использованием химических свойств. В результате у фильма действительно не было «направления». Это был просто двумерный разброс информации.

Перенесемся к телевизору, особенно к старым сканирующим ЭЛТ. ЭЛТ требовалось нечто отличное от фотографий: они должны были иметь возможность представлять свой контент в виде данных. В частности, это должны были быть данные, которые могли бы передаваться в аналоговом виде по проводу (обычно в виде непрерывно изменяющегося набора напряжений). Фотография была двухмерной, но нам нужно было превратить ее в одномерную структуру, чтобы она могла изменяться только в одном измерении (времени). Решение состояло в том, чтобы разрезать изображение по строкам (не по пикселям!). Изображение кодировалось построчно. Каждая строка представляла собой аналоговый поток данных, а не цифровую выборку, но строки были отделены друг от друга. Таким образом, данные были дискретными по вертикали, но непрерывными по горизонтали.

Телевизоры должны были отображать эти данные с использованием физических люминофоров, а цветному телевизору требовалась сетка для разделения их на пиксели. Каждый телевизор мог делать это по-разному в горизонтальном направлении, предлагая больше или меньше пикселей, но у них должно было быть одинаковое количество строк. Теоретически они могли смещать каждый второй ряд пикселей, как вы предполагаете. Однако на практике в этом не было необходимости. На самом деле они пошли еще дальше. Вскоре стало понятно, что человеческий глаз обрабатывает движение таким образом, что на самом деле он может передавать только половину изображения в каждом кадре! В одном кадре они отправляли строки с нечетными номерами, а в следующем — строки с четными номерами и соединяли их вместе.

С тех пор оцифровка этих изображений с чересстрочной разверткой стала довольно сложной задачей. Если бы у меня было изображение из 480 строк, у меня фактически была бы только половина данных в каждом кадре из-за чересстрочной развертки. Результат этого очень заметен, когда вы пытаетесь увидеть, как что-то быстро перемещается по экрану: каждая строка временно смещается на 1 кадр относительно другой, создавая горизонтальные полосы на быстро движущихся объектах. Я упоминаю об этом, потому что это довольно забавно: ваше предложение смещает каждую вторую строку в сетке на полпикселя вправо, в то время как чересстрочная развертка смещает каждую вторую строку в сетке наполовину по времени!

Честно говоря, проще сделать эти милые прямоугольные сетки для вещей. Не имея технической причины сделать что-то лучше, он застрял. Затем мы вступили в компьютерную эру. Компьютеры должны были генерировать эти видеосигналы, но у них не было аналоговых возможностей для записи аналоговой линии. Решение было естественным, данные были разбиты на пиксели. Теперь данные были дискретными как по вертикали, так и по горизонтали. Осталось только выбрать, как сделать сетку.

Создать прямоугольную сетку было очень естественно. Во-первых, все телевизоры уже делали это! Во-вторых, математика для рисования линий на прямоугольной сетке намного проще, чем на шестиугольной. Вы можете сказать: «Но вы можете рисовать ровные линии в 3 направлениях на шестиугольной сетке, но только в 2 на прямоугольной». Однако прямоугольные сетки позволяли легко рисовать горизонтальные и вертикальные линии. Шестиугольные сетки можно создавать только для рисования одного или другого. В то время немногие люди использовали шестиугольные формы для любых своих задач, не связанных с вычислениями (прямоугольная бумага, прямоугольные двери, прямоугольные дома и т. д.). Возможность делать плавные горизонтальные и вертикальные линии намного превосходит ценность создания плавных полноцветных изображений. особенно с учетом того, что первые дисплеи были монохромными, и пройдет много времени, прежде чем гладкость изображений станет играть важную роль в мышлении.

Отсюда у вас есть очень сильный прецедент для прямоугольной сетки.Графическое оборудование поддерживало то, что делало программное обеспечение (прямоугольные сетки), а программное обеспечение ориентировалось на аппаратное обеспечение (прямоугольные сетки). Теоретически какое-то оборудование могло попытаться создать шестиугольную сетку, но программное обеспечение просто не вознаграждало его, и никто не хотел платить за вдвое большее оборудование!

Это перенесет нас в сегодняшний день. Нам по-прежнему нужны красивые ровные горизонтальные и вертикальные линии, но с дисплеями Retina высокого класса это становится все проще и проще. Тем не менее, разработчиков все еще учат думать в терминах старой прямоугольной сетки. Мы видим, что некоторые новые API поддерживают «логические координаты» и выполняют сглаживание, чтобы создать впечатление, что есть полное непрерывное 2D-пространство, с которым можно играть, а не сетка из жестких 2D-пикселей, но это медленно. В конце концов, мы можем увидеть шестиугольные сетки.

Мы действительно видим их, но не на экранах. В печати очень часто используется шестиугольная сетка. Человеческий глаз воспринимает шестиугольную сетку гораздо быстрее, чем прямоугольную. Это связано с тем, как строки «псевдонимы» в разных системах. Шестиугольные сетки используются менее резким образом, что более удобно для глаза (если гексагональной сетке нужно перейти на одну строку вверх или вниз, они могут сделать это плавно по диагональному переходу. Прямоугольные сетки должны пропускать, создавая очень явный разрыв)

Читайте также: