Эволюция мегапикселей

Мы говорили о разрешениях экрана, а в предыдущих разделах также обсуждали, как создаются компьютерные изображения. Очевидно, что если вам нужно изображение с мелкими деталями, потребуется огромное количество отдельных элементов изображения (пикселей), чтобы предоставить вам эту точную детальную информацию.
Большинство домашних пользователей не слишком заботятся о технических деталях своего экрана, пока они могут делать все, что хотят, и видеть. Но с тех пор, как цифровые камеры стали дешевым массовым продуктом, почти каждый, кто живет в развитой части мира, видел термин «мегапиксель».
Теперь, Мега, очевидно, является приставкой из метрической системы, означающей Миллион, поэтому нетрудно понять, что «Мегапиксель» относится к разрешению, которое измеряется в миллионах пикселей. Рассматриваемое разрешение, очевидно, является разрешением изображения, которое может захватить цифровая камера. Поскольку нет (химической) пленки для захвата света, как в старых камерах, цифровая камера полагается на качество датчика для «записи» информации. Я не буду подробно описывать, как работают датчики цифровых камер, но позвольте мне кратко сказать, что сегодня на рынке есть два основных типа датчиков. В более дешевых камерах используются датчики CMOS (дополнительный металлоксид-полупроводник), а в более дорогих камерах используются датчики CCD (устройство с зарядовой связью). CCD дороже, но дает лучшее качество с точки зрения светочувствительности и низкой зернистости. Тем не менее, КМОП-сенсоры становятся лучше, потому что существует большой рынок дешевых цифровых камер, а это означает, что в этой области проводится много исследований.
Если вы видели солнечные панели, то знаете, что свет может быть преобразован в электроны (электричество). Возможно, вы также знаете о светочувствительных диодах. Типичным примером может быть дверь, которая открывается, когда вы прерываете луч света, потому что датчик освещенности зафиксировал изменение условий освещения. Во всяком случае, это основной принцип датчиков, используемых в цифровых камерах. Они получают удары фотонами (светом) и преобразуют эту энергию в электрические сигналы, которые заканчиваются как 1 и 0, которые ваш компьютер может понять. Информация о цвете обычно получается с помощью красно-зеленого и синего фильтров (точный способ применения этих фильтров сильно различается в зависимости от производителя и ценового диапазона камер. Если вы видите камеру с этикеткой 3xCCD, это означает, что она имеет специальную ПЗС-матрицу. для каждого из 3 фильтров/цветов (красный, зеленый, синий), что обычно означает превосходные цвета и качество.

Битовая глубина — это информация о цвете, хранящаяся в изображении. Чем выше разрядность изображения, тем больше цветов оно может сохранить. Самое простое изображение, 1-битное изображение, может отображать только два цвета, черный и белый. Это потому, что бит 1 может хранить только одно из двух значений: 0 (белый) и 1 (черный). 8-битное изображение может хранить 256 возможных цветов, а 24-битное изображение может отображать более 16 миллионов цветов. По мере увеличения битовой глубины размер файла изображения также увеличивается, поскольку для каждого пикселя изображения необходимо хранить больше информации о цвете.

При сохранении (или экспорте) изображения в формате GIF или PNG можно выбрать разрядность результирующего файла. С некоторыми типами изображений, которые обычно имеют мало цветов, таких как логотипы или простые рисунки, вы можете значительно уменьшить размер файла изображения без ухудшения качества изображения. Для других изображений (особенно с градиентами) уменьшение количества цветов в изображении серьезно ухудшит качество изображения.

Примеры ниже демонстрируют взаимосвязь между битовой глубиной и качеством изображения. Мы взяли небольшую деталь нашей любимой иллюстрации робота-жонглера и экспортировали ее с различной глубиной цвета. Изменения будут наиболее заметны в цветовых градациях шляпы.

24-битный цвет: 2 24 = 16 777 216 цветов, 45 КБ

7-битный цвет: 2 7 = 128 цветов, 13 КБ

6-битный цвет: 2 6 = 64 цвета, 10 КБ

5-битный цвет: 2 5 = 32 цвета, 8 КБ

4-битный цвет: 2 4 = 16 цветов, 6 КБ

3-битный цвет: 2 3 = 8 цветов, 5 КБ

2-битный цвет: 2 2 = 4 цвета, 4 КБ

1-битный цвет: 2 1 = 2 цвета, 3 КБ

Пример изображения из коллекции иллюстраций роботов FCIT на веб-сайте TIM.

Между количеством цветов, придаваемых растровой точке, и количеством информации, которое необходимо выделить для хранения цвета точки, существует зависимость, определяемая соотношением (формула Р. Хартли):

где

I- количество информации

N – количество цветов, присвоенных точке.

Таким образом, если для точки изображения задано количество цветов N= 256, то количество информации, необходимой для ее хранения (глубина цвета) в соответствии с формулой Р. Хартли, будет равно до I= 8 бит.

Компьютеры используют различные режимы графического отображения для отображения графической информации. Здесь следует отметить, что кроме графического режима монитора существует еще и текстовый режим, при котором экран монитора условно разбит на 25 строк по 80 символов в строке. Эти графические режимы характеризуются разрешением экрана монитора и качеством цвета (глубиной цвета).

Для реализации каждого из графических режимов экрана монитора необходим определенный информационный объем видеопамяти компьютера (V), который определяется из соотношения

где

ТО- количество точек изображения на экране монитора (К=А Б)

НО- количество горизонтальных точек на экране монитора

IN- количество точек по вертикали на экране монитора

I– количество информации (глубина цвета), т.е. количество бит на пиксель.

Так, если экран монитора имеет разрешение 1024 на 768 пикселей и палитру, состоящую из 65536 цветов, то

глубина цвета будет равна I = log 2 65 538 = 16 бит,

количество пикселей изображения будет равно K = 1024 x 768 = 786432

Требуемый информационный объем видеопамяти в соответствии будет равен V = 786432 16 бит = 12582912 бит = 1572864 байт = 1536 КБ = 1,5 МБ.

Файлы, созданные на основе растровой графики, предполагают хранение данных о каждой отдельной точке изображения. Отображение растровой графики не требует сложных математических расчетов, достаточно получить данные о каждой точке изображения (ее координаты и цвет) и отобразить их на экране монитора компьютера.

Выбирая цветы, каждый человек задумывается о том, сколько цветов должно быть в букете. Ведь кроме вида и оттенка растений большую роль в букете играет их количество. С помощью специальных разработок ученым удалось выяснить, что уже в V-VI веках до нашей эры наблюдалась определенная числовая символика. Этот факт говорит о том, что цифры имеют давно проверенное значение, поэтому к количеству цветов для подарка стоит отнестись серьезно.

Четные и нечетные числа

Согласно древним славянским традициям, четное количество цветов в букете имеет траурное значение и заряжает букет негативной энергией.

Поэтому на похороны, на могилы или памятники везут парную сумму. А вот жители восточных, европейских стран и США имеют на этот счет совершенно иную точку зрения. Их четное количество является символом удачи, счастья и любви.

Самое счастливое число в немецком букете – восемь, несмотря на то, что оно четное.

В США чаще всего дарят вместе 12 цветов. Жители Токио спокойно отреагируют, если вы подарите им по 2 цветка, главное не 4 - эта цифра считается для них символом смерти.

У японцев вообще свой язык растений, и каждое число имеет свое значение. Например, одна роза — это знак внимания, три — уважения, пять — любви, семь — страсти и обожания, девять — преклонения. Японцы преподносят букет из 9 цветов своим кумирам, а из 7 – любимым женщинам. В нашей стране также можно дарить четное количество растений, если их больше 15 в одном наборе.

Язык цветов

Мало кто знает, что язык цветов определяет количество бутонов в букете. Этот язык нужно знать и учитывать тому, кто делает подарок, чтобы не жалеть о своих поступках в будущем. Неожиданно для получателя имеет значение количество цветов в букете.

О чем говорят цифры

Исключением из правила, запрещающего дарить четное количество цветов, являются розы, их может быть даже два.

Для этих красивых растений существует отдельный язык, определяющий значение каждого из их чисел:

Как подарить девушке розу

Конечно, каждая женщина мечтает хотя бы раз в жизни получить от любимого большое количество роз, которое будет даже сложно сосчитать.

Но не всегда композиция из сотен элитных растений важнее в плане любви к избраннику, чем одна прекрасная красная роза, особенно если ее правильно преподать.

Не стоит заворачивать цветок в обертку, а также добавлять к нему лишние ветки и растения, это только удешевит его внешний вид.

Намного лучше будет смотреться роза, украшенная бархатной или атласной лентой. Иногда можно упаковать в прозрачную обертку, но только без лишнего блеска. То же самое можно сказать и о букете из трех бутонов. Если в наборе более 7 цветов, то их необходимо упаковать и перевязать ленточками, чтобы букет смотрелся красиво и не осыпался.

При заказе печати на упаковках рекомендуется наносить простые изображения для исполнения не более чем в один-три цвета. Стоит отметить, что при создании макета хорошим дизайнером это никак не отразится на качестве и восприятии рекламной информации, предоставляемой потребителем, а кроме того, уменьшит стоимость и сроки изготовления заказа. Также следует учитывать возможность комбинирования цветов в технологическом плане и подбирать соответствующее оборудование. Ведь не все наносимые изображения геометрически независимы друг от друга, часто некоторые цвета жестко связаны между собой и их нужно стыковать.

Если вам все же нужен рисунок с большим количеством разных цветов, то лучше использовать специальное оборудование, позволяющее выполнять полноцветную печать на пакетах. Принцип таких машин – наличие УФ-сушки, так как для полноцветной печати можно использовать только УФ-отверждаемые краски. Конечно, эта технология подразумевает не только высокую стоимость нанесения полноцветных изображений на упаковку, но и печать более крупных точек, поэтому не стоит ожидать такого качества картинки, как на бумаге.

Зайдите практически на любой форум фотографии, и вы обязательно наткнетесь на обсуждение преимуществ файлов RAW и JPEG. Одной из причин, по которой некоторые фотографы предпочитают формат RAW, является большая битовая глубина (глубина цвета)*, содержащаяся в файле. Это позволяет делать фотографии более высокого технического качества, чем то, что вы можете получить из файла JPEG.

*Битглубина(разрядность), или цветглубина(глубина цвета, по-русски это определение чаще используется) — количество битов, используемых для представления цвета при кодировании одного пикселя растровой графики или видеоизображения. Часто выражается в битах на пиксель (bpp). Википедия

Что такое глубина цвета?

Компьютеры (и устройства, управляемые встроенными компьютерами, такие как цифровые зеркальные камеры) используют двоичную систему. Двоичная нумерация состоит из двух цифр — 1 и 0 (в отличие от десятичной системы, включающей 10 цифр). Одна цифра в двоичной системе называется «бит» (англ. «бит», сокращение от «двоичная цифра», «двоичная цифра»).

Максимально возможное восьмибитное число – 1 111 1111, или 255 в десятичном формате. Это важное число для фотографов, поскольку оно присутствует во многих программах обработки изображений, а также в старых дисплеях.

Цифровая съемка

Каждый из миллионов пикселей на цифровой фотографии соответствует элементу (также называемому "пикселем") на датчике (массиве датчиков) камеры. Эти элементы при воздействии света генерируют небольшой электрический ток, который измеряется камерой и записывается в файл JPEG или RAW.

Файлы JPEG

Файлы JPEG записывают информацию о цвете и яркости для каждого пикселя в виде трех восьмизначных чисел, по одному для красного, зеленого и синего каналов (это те же самые цветовые каналы, которые вы видите при построении цветовой гистограммы в Photoshop). или на камеру).

Этот градиент был сохранен в 24-битном файле (8 бит на канал), что достаточно для передачи мягких цветовых градаций.

Этот градиент был сохранен как 16-битный файл. Как видите, 16 бит недостаточно для передачи мягкого градиента.

RAW-файлы

Файлы RAW назначают больше битов каждому пикселю (большинство камер имеют 12- или 14-битные процессоры). Больше битов означает больше чисел и, следовательно, больше тонов на канал.

Это не означает большее количество цветов — файлы JPEG уже могут записывать больше цветов, чем может воспринять человеческий глаз. Но каждый цвет сохраняется с гораздо более тонкой градацией тонов. В этом случае говорят, что изображение имеет большую глубину цвета. В таблице ниже показано, как битовая глубина соотносится с количеством оттенков.

Обработка внутри камеры

постобработка

Файл RAW отличается от JPEG тем, что содержит все данные, полученные датчиком камеры в течение периода экспозиции.Когда вы обрабатываете файл RAW с помощью программного обеспечения для преобразования RAW, программное обеспечение выполняет преобразование, аналогичное тому, что делает внутренний процессор камеры при съемке в формате JPEG. Разница в том, что вы задаете параметры внутри используемой вами программы, а те, что заданы в меню камеры, игнорируются.

Преимущество дополнительной разрядности файла RAW становится очевидным при постобработке. Файл JPEG стоит использовать, если вы не собираетесь выполнять какую-либо постобработку, а вам нужно просто установить экспозицию и все остальные настройки во время съемки.

Однако на самом деле большинству из нас хочется внести хотя бы несколько корректировок, даже если это просто яркость и контрастность. И это как раз тот момент, когда файлы JPEG начинают уступать. Благодаря меньшему количеству информации на пиксель при настройке яркости, контрастности или цветового баланса оттенки можно визуально разделить.

Результат наиболее заметен в областях с плавными и длинными переходами оттенков, например на голубом небе. Вместо мягкого градиента от светлого к темному вы увидите наслоение цветных полос. Этот эффект также известен как постеризация. Чем больше вы настраиваете, тем больше это проявляется на изображении.

С файлом RAW вы можете значительно изменить цветовой оттенок, яркость и контрастность, прежде чем заметите ухудшение качества изображения. Он также позволяет выполнять некоторые функции конвертера RAW, такие как настройка баланса белого и восстановление «переэкспонированных» областей (восстановление засветки).

Эта фотография была взята из файла JPEG. Даже при таком размере видны полосы на небе в результате постобработки.

При ближайшем рассмотрении на небе виден эффект постеризации. Работа с 16-битным файлом TIFF может устранить или, по крайней мере, свести к минимуму эффект полос.

16-битные файлы TIFF

Однако, если вы планируете выполнять постобработку в Photoshop, рекомендуется сохранить изображение как 16-битный файл. В этом случае изображение, полученное с 12- или 14-битного сенсора, будет «растянуто», чтобы заполнить 16-битный файл. После этого вы можете поработать над ним в Photoshop, зная, что дополнительная глубина цвета поможет вам добиться максимального качества.

Это изображение, которое я сделал с настройкой RAW+JPEG на камеру EOS 350D. Камера сохранила две версии файла: файл JPEG, обработанный процессором камеры, и файл RAW, содержащий всю информацию, записанную 12-битным датчиком камеры.

Здесь вы можете увидеть сравнение правого верхнего угла обработанного файла JPEG и файла RAW. Оба файла были созданы камерой с одинаковыми настройками экспозиции, и единственная разница между ними — глубина цвета. Мне удалось «вытянуть» в JPEG «переэкспонированные» детали, которые не различимы в файле RAW. Если бы я хотел продолжить работу с этим изображением в Photoshop, я мог бы сохранить его как 16-битный файл TIFF, чтобы обеспечить наилучшее качество изображения во время обработки.

Почему фотографы используют JPEG?

Тот факт, что не все профессиональные фотографы постоянно используют формат RAW, ничего не значит. Например, свадебные и спортивные фотографы часто работают с форматом JPEG.

Для свадебных фотографов, которые могут сделать тысячи кадров на свадьбе, это экономит время на постобработке.

Спортивные фотографы используют файлы JPEG, чтобы отправлять фотографии в свои фоторедакторы во время мероприятия. В обоих случаях скорость, эффективность и меньший размер файла формата JPEG делают его логичным для использования.

Глубина цвета на экранах компьютеров

Битовая глубина также относится к глубине цвета, которую способны отображать компьютерные мониторы. Читателю, использующему современные дисплеи, может быть трудно поверить в это, но компьютеры, которыми я пользовался в школе, могли воспроизводить только 2 цвета — белый и черный. «Обязательный» компьютер того времени — Commodore 64, способный воспроизводить целых 16 цветов. По информации из Википедии, продано более 12 единиц этого компьютера.

Компьютер Commodore 64. Фото Билла Бертрама

Файлы HDR

Многие из вас знают, что изображения с расширенным динамическим диапазоном (HDR) создаются путем объединения нескольких версий одного и того же изображения, снятых с разными настройками экспозиции. Но знаете ли вы, что программное обеспечение генерирует 32-битное изображение с более чем 4 миллиардами тональных значений на канал на пиксель — всего лишь скачок по сравнению с 256 тонами в файле JPEG.

Файлы True HDR не могут правильно отображаться на мониторе компьютера или на печатной странице. Вместо этого они обрезаются до 8- или 16-битных файлов с помощью процесса, называемого тональной компрессией, который сохраняет характеристики исходного изображения с высоким динамическим диапазоном, но позволяет воспроизводить его на устройствах с узким динамическим диапазоном.

Заключение

Пиксели и биты — это основные элементы для создания цифрового изображения. Если вы хотите получить максимально возможное качество изображения с камеры, вам необходимо понимать концепцию глубины цвета и причины, по которым формат RAW обеспечивает наилучшее качество изображения.

Решение задач по кодированию графической информации.

Растровая графика.

Векторная графика.

Введение

Данное электронное пособие содержит группу заданий по теме «Кодирование графической информации». Коллекция заданий разделена на типы заданий по заданной теме. Каждый вид заданий рассматривается с учетом дифференцированного подхода, т. е. рассматриваются задания минимального уровня (оценка «3»), общего уровня (оценка «4»), продвинутого уровня (оценка «5»). Данные задания взяты из различных учебников (список прилагается). Подробно рассматриваются решения всех задач, даются методические рекомендации по каждому типу задач, дается краткий теоретический материал. Для удобства руководство содержит ссылки на закладки.

Растровая графика.

1. Определение объема видеопамяти

В задачах этого типа используются следующие понятия:

· объем видеопамяти

· графический режим,

· глубина цвета,

· разрешение экрана,

Во всех подобных задачах нужно найти ту или иную величину.

Видеопамять - это специальная оперативная память, в которой формируется графическое изображение. Другими словами, чтобы картинка попала на экран монитора, ее надо где-то хранить. Вот для чего нужна видеопамять. Чаще всего его значение составляет от 512 Кб до 4 Мб для лучших ПК с 16,7 млн ​​цветов.

Объем видеопамяти рассчитывается по формуле: V=I*X*Y, где I — глубина цвета одной точки, x,Y — размеры экрана по горизонтали и вертикали (произведение x и y — разрешение экрана) .

Экран дисплея может работать в двух основных режимах: текстовом и графическом.

В графическом режиме экран делится на отдельные светящиеся точки, количество которых зависит от типа дисплея, например 640 по горизонтали и 480 по вертикали. Светящиеся точки на экране обычно называют пикселями, их цвет и яркость могут различаться. Именно в графическом режиме все сложные графические изображения, созданные компьютером, появляются на экране компьютера. специальные программы, управляющие настройками каждого пикселя на экране. Графические режимы характеризуются такими показателями, как:

- разрешение (количество точек, с которым изображение воспроизводится на экране) - в настоящее время типовые уровни разрешения составляют 800*600 точек или 1024*768 точек. Однако для мониторов с большой диагональю можно использовать разрешение 1152*864 пикселей.

- глубина цвета (количество бит, используемое для кодирования цвета точки), например, 8, 16, 24, 32 бита. Каждый цвет можно рассматривать как возможное состояние точки, Тогда количество отображаемых на экране монитора цветов можно рассчитать по формуле K=2 I, где K- количество цветов I– глубина цвета или разрядность.

Кроме вышеперечисленных знаний, учащийся должен иметь представление о палитре:

- палитра (количество цветов, которые используются для воспроизведения изображения), например 4 цвета, 16 цветов, 256 цветов, 256 оттенков серого, 216 цветов в режиме High color или 224, 232 цвета в режиме True цветовой режим.

Учащийся также должен знать взаимосвязь между единицами информации, уметь переводить из мелких единиц в более крупные, Кбайты и Мбайты, пользоваться обычным калькулятором и Wise Calculator.

Уровень "3"

1. Определить необходимый объем видеопамяти для разных графических режимов экрана монитора, если известна глубина цвета на одну точку. (2.76)

Глубина цвета (бит на точку)

Читайте также:

  
• Как собрать компьютер самостоятельно полное руководство от а до я
  
• Рейтинг компьютерных очков
  
• Как очистить кеш на Android 8
  
• В чем разница между led и ips
  
• Как открыть рег-файл