Какая цветовая модель используется для отображения изображения на ЖК-мониторе компьютера
Обновлено: 19.05.2024
Сочетание режимов отображения, поддерживаемых вашим графическим адаптером, и цветовые возможности вашего монитора определяют, сколько цветов он отображает. Например, дисплей, работающий в режиме SuperVGA (SVGA), может отображать до 16 777 216 цветов (обычно с округлением до 16,8 миллиона), поскольку он может обрабатывать 24-битное описание пикселя. Количество битов, используемых для описания пикселя, называется его разрядностью.
При глубине цвета 24 бита восемь бит выделяются для каждого из трех аддитивных основных цветов – красного, зеленого и синего. Эта битовая глубина также называется истинным цветом, потому что она может воспроизводить 10 000 000 цветов, различимых человеческим глазом, в то время как 16-битный дисплей способен воспроизводить только 65 536 цветов. Цвета дисплеев перешли от 16-битного к 24-битному цвету, потому что работа с восьмибитным шагом значительно упрощает работу разработчиков и программистов.
Проще говоря, битовая глубина цвета — это количество битов, используемых для описания цвета одного пикселя. Битовая глубина определяет количество цветов, которые могут отображаться одновременно. Здесь вы можете увидеть количество цветов, которые может воспроизводить разная глубина цвета:
Разрядность 1
Цвета: 2 (монохромный)
Разрядность 2
Разрядность 4
Разрядность 8
Разрядность 16
Цвета: 65 536 (High Color, XGA)
Разрядность 24
Цвета: 16 777 216 (True Color, SVGA)
Разрядность 32
Цвета: 16 777 216 (истинный цвет + альфа-канал)
Обратите внимание, что последняя запись предназначена для 32 бит. Это специальный графический режим, используемый цифровым видео, анимацией и видеоиграми для достижения определенных эффектов. По сути, 24 бита используются для цвета, а остальные восемь бит используются как отдельный слой для представления уровней прозрачности объекта или изображения. Почти каждый продаваемый сегодня монитор поддерживает 24-битный цвет при использовании стандартного разъема VGA.
Чтобы создать один цветной пиксель, ЖК-дисплей использует три субпикселя с красным, зеленым и синим фильтрами. Благодаря тщательному контролю и изменению приложенного напряжения интенсивность каждого субпикселя может варьироваться более чем в 256 оттенках. Объединение субпикселей дает возможную палитру из 16,8 миллионов цветов (256 оттенков красного, 256 оттенков зеленого, 256 оттенков синего).
Теперь, когда у вас есть общее представление о технологиях, лежащих в основе компьютерных мониторов, давайте подробнее рассмотрим ЖК-мониторы, ЭЛТ-мониторы, а также общие соображения о покупке обоих.
Цвета на экране компьютера
Цвет монитора компьютера или экрана телевизора является результатом процесса, отличного от процесса отражения или пропускания твердым телом или раствором. Экран монитора или телевизора генерирует три цвета света (красный, зеленый и синий), и разные цвета, которые мы видим, возникают из-за разных комбинаций и интенсивности этих трех основных цветов.
Каждый пиксель на экране компьютера состоит из трех маленьких точек соединений, называемых люминофорами, окруженных черной маской. Люминофоры излучают свет при попадании электронных лучей, производимых электронными пушками в задней части трубки. Три отдельных люминофора излучают красный, зеленый и синий свет соответственно.
| Эскиз пикселя, показывающий красный, зеленый и синий цвета, полученные три люминофора. |
Черный, белый и серый: ничего, все или немного
Когда электроны не ударяют по люминофорам экрана компьютера, люминофоры не излучают свет, и экран выглядит черным. На белом участке экрана все три люминофора возбуждаются и излучают свет примерно с той же относительной интенсивностью, что и при солнечном свете, поэтому свет кажется белым. В серых частях экрана все три люминофора излучают свет, но с гораздо меньшей интенсивностью. Образец цветового блока и эскиз пикселя из блока показаны ниже для каждого из этих трех цветов.
| Цвета черный, белый и серый с наброском пикселя из каждый. |
Красный, зеленый и синий: чистые цвета
| Цвета красный, зеленый и синий с эскизом пикселя из каждый. |
Голубой, фиолетовый и желтый: сочетания двух цветов
| Цвета голубой (голубой), фиолетовый и желтый с пикселем от каждого. |
Смеси трех цветов
Смеси двух или трех основных цветов с разной интенсивностью дают другие цвета.Комбинации оранжевого (красный с небольшим количеством зеленого), неоново-розового (красный с небольшим количеством зеленого и немного синего) и бирюзового (синий и зеленый с небольшим количеством красного) показаны ниже.
Цветные дисплеи
Цветные мониторы для настольных микрокомпьютеров основаны на электронно-лучевых трубках (ЭЛТ) или плоскоэкранных технологиях с задней подсветкой. Поскольку мониторы пропускают свет, в дисплеях используется аддитивная цветовая модель красно-зелено-синяя (RGB). Модель RGB называется "аддитивной", потому что комбинация трех чистых цветов: красного, зеленого и синего "суммируется" с белым светом:
Операционная система компьютера упорядочивает экран дисплея в виде сетки координат x и y наподобие шахматной доски. Каждая маленькая ячейка на экране называется «пикселем» (сокращение от «элемент изображения»). Текущие дисплеи Macintosh и Windows состоят из этих сеток пикселей.
Пиксели и глубина цвета
Для управления цветом каждого пикселя на экране операционная система должна выделять каждому пикселю небольшой объем памяти. В совокупности эта память, предназначенная для экрана дисплея, часто называется «видео RAM» или «VRAM» (видео оперативная память). В простейшей форме черно-белых компьютерных дисплеев каждому пикселю назначается один бит памяти. Поскольку каждый бит памяти либо положительный, либо отрицательный (0 или 1), 1-битная система отображения может управлять только двумя цветами (черным или белым) для каждого пикселя на экране:
Если выделить еще больше памяти для каждого пикселя, на экране компьютера можно добиться почти фотографического цвета. Цветные дисплеи «True-color» или «24-bit» могут отображать миллионы уникальных цветов одновременно на экране компьютера. Изображения в истинном цвете создаются путем выделения 24 битов памяти каждому пикселю; по 8 красных, зеленых и синих компонентов (8 + 8 + 8 = 24):
Объем видеопамяти, выделенный каждому пикселю экрана на дисплее, обычно называется «глубиной цвета» монитора. Большинство микрокомпьютеров Macintosh и Windows, проданных в последние годы, могут легко отображать глубину цвета в тысячи (16-бит) или миллионы (24-бит) одновременных цветов. Чтобы проверить доступный вам диапазон глубины цвета в вашей компьютерной системе, используйте панель управления "Экран" (Windows) или панель управления "Мониторы" (Macintosh):
Глубина цвета и графические файлы
Современные компьютерные мониторы способны отображать широкий спектр цветов с высоким разрешением. Они могут создавать фотореалистичные изображения, практически неотличимые от реальности. Но как эти устройства воспроизводят богатые цветовые детали природы?
Чтобы понять это, мы сначала рассмотрим природу света, объясним цветовую модель, используемую компьютерными мониторами, а затем опишем технологию, лежащую в основе ЖК-дисплеев.
Свет состоит из спектра электромагнитной энергии с различными длинами волн. Человеческий глаз может воспринимать только часть этих длин волн. Фиолетовый — самая короткая длина волны света, которую может различать человек, а красный — самая длинная. Все видимые цвета лежат между фиолетовым и красным в электромагнитном спектре. Помимо фиолетового, за пределами видимого диапазона длин волн, находятся ультрафиолетовые и рентгеновские лучи, а за красным — микроволны и радиоволны.
Аддитивная цветовая модель RGB
В цветовой модели RGB смесь трех основных цветов — красного, зеленого и синего — создает широкий спектр цветов.
Свет, создаваемый компьютерными мониторами, основан на аддитивной цветовой модели RGB. В этой системе три основных цвета — красный, зеленый и синий — смешиваются вместе, образуя различные оттенки цвета, которые мы воспринимаем. Вторичные аддитивные цвета голубой, пурпурный и желтый представляют собой смеси трех основных цветов. Смешивание зеленого и синего дает голубой; красный плюс синий равняется пурпурному; а зеленый, добавленный к красному, дает желтый. Сочетание всех основных цветов дает белый цвет.
Мы чувствуем цвет, когда видимый свет активирует цветочувствительные клетки в наших глазах, известные как колбочки. Сигналы от этих клеток поступают в наш мозг, где делается интерпретация на основе интенсивности сигнала от каждой из красных, зеленых и синих колбочек. Мы видим желтый свет в результате того, что наш мозг интерпретирует комбинированные сигналы от красных и зеленых колбочек как желтый цвет.
Экран жидкокристаллического дисплея (ЖК-монитора) состоит из миллионов элементов, известных как пиксели (элементы изображения). Каждый пиксель состоит из трех отдельных субпикселей: красного субпикселя, зеленого субпикселя и синего субпикселя. Каждый из этих субпикселей контролирует количество света, проходящего через них, регулируя количество каждого цвета, излучаемого пикселем. Смесь трех основных цветов определяет окончательный цвет, воспринимаемый глазом для данного пикселя. Глаз не может различить каждый из субпикселей, потому что они очень маленькие и расположены близко друг к другу. Виден только общий цвет пикселя.
Структура ЖК-дисплея
Увеличенное изображение пикселей на ЖК-мониторе, показывающее отдельные красные, зеленые и синие субпиксели. Источник: Дэйв Пейп / CC BY 2.0
Чтобы понять, как пиксели генерируют цвет, рассмотрим структуру ЖК-дисплея. ЖК-дисплей состоит из слоев фильтров, жидких кристаллов и транзисторов. Для каждого субпикселя свет, излучаемый подсветкой, проходит через поляризационный стеклянный фильтр, проходит через скрученные нематические жидкие кристаллы и продолжается через другой поляризующий стеклянный фильтр.
Первый стеклянный фильтр поляризует свет таким образом, что блокируются все световые волны, кроме тех, которые колеблются горизонтально. Свет проходит к слою жидких кристаллов, где жидкие кристаллы по умолчанию скручиваются в правильную ориентацию, чтобы позволить проходить горизонтально вибрирующему свету. Затем свет попадает на второй стеклянный фильтр, конструкция которого позволяет проходить только свету, вибрирующему вертикально. Поскольку весь свет в этой точке вибрирует горизонтально, ни один из них не может пройти через второй фильтр, что приводит к темному субпикселю.
Чтобы осветить один и тот же субпиксель, достаточно повернуть жидкие кристаллы в нужном направлении. Это достигается за счет использования транзисторов. Каждый из субпикселей управляется транзистором, который включается и выключается для управления потоком электричества через каждый из жидких кристаллов. Когда через жидкие кристаллы протекает ток, они закручивают и поворачивают световые волны, проходящие через них, на 90 градусов. Поворот горизонтально вибрирующего света на 90 градусов заставляет его вибрировать вертикально, позволяя ему проходить через второй стеклянный фильтр. В результате получается подсвеченный субпиксель. Цветовой фильтр над каждым субпикселем придает каждому элементу свой цвет. Интенсивность света, генерируемого каждым субпикселем, можно регулировать, изменяя степень, в которой жидкие кристаллы вращают световые волны. Изменение интенсивности каждого субпикселя создает разные оттенки цвета.
Цвет в цветовой модели RGB описывается тремя значениями компонентов (R, G, B).
Компьютерные мониторы используют цветовую модель RGB. Эта модель представляет цвета, используя три компонента с различными значениями (R, G, B), чтобы указать количество каждого из основных цветов, составляющих цвет. Значение каждого компонента определяет интенсивность каждого субпикселя.
Информация о цвете для каждого пикселя обычно хранится в 24-битном формате; восемь битов информации посвящены каждому основному цвету, красному, зеленому и синему. Восемь битов информации для каждого цветового канала обеспечивают 256 различных возможных интенсивностей для каждого цвета (2 8 = 2 x 2 x 2 x 2 x 2 x 2 x 2 x 2 = 256). В совокупности 24-битная глубина цвета дает 16 777 216 цветовых вариаций (2 24 или 256 3 ), больше цветов, чем может различить человеческий глаз.
Эта информация о цвете отправляется на монитор, который настраивает свои субпиксели в соответствии с интенсивностью, создавая точный набор цветов и графики на экране.
Читайте также: