На экране монитора нужно получить 1024 оттенка серого, какой должна быть глубина цвета
Обновлено: 04.07.2024
В этой статье мы рассмотрим градации, возникающие в результате максимального количества отображаемых цветов, и справочной таблицы (LUT). Хотя эти факторы выходят за рамки того, что обычные пользователи учитывают при выборе продуктов, они оказывают существенное влияние на цветопередачу. Пользователям рекомендуется учитывать эти факторы, особенно при выборе ЖК-монитора для приложений с интенсивным использованием цвета, таких как ретушь фотографий или дизайнерские работы.
Примечание. Ниже приводится перевод с японского языка статьи ITmedia «Максимальное количество цветов дисплея и справочные таблицы: два момента, которые следует учитывать при выборе монитора», опубликованной 18 февраля 2009 г. Copyright ITmedia Inc., 2011. Все Права защищены.
Внимательно посмотрите на максимальное количество цветов, которое может отображать ЖК-монитор
Хотя в большинстве каталогов ЖК-мониторов указано максимальное количество цветов, которое может отображать каждая модель, мало кто обращает внимание на эту цифру. Это связано с тем, что сегодня большинство продуктов могут отображать ошеломляющее количество цветов — более 16 миллионов. Пользователи вряд ли будут недовольны тем, что продукт отображает слишком мало цветов. Однако цифра максимального количества цветов связана с некоторыми неожиданными ловушками.
ЖК-мониторы, доступные в настоящее время для использования на ПК, должны точно отображать полноцветные видеосигналы с количеством цветов, генерируемых при использовании восьми битов для каждого цвета RGB (всего 24 бита), поступающих с ПК. Используя восемь бит для каждого цвета RGB, мы можем сгенерировать примерно 16,77 миллиона цветов на основе следующих расчетов:
Необходимо помнить о двух моментах. Во-первых, не все ведущие ЖК-мониторы могут воспроизводить полный цветовой диапазон, насчитывающий примерно 16,77 миллиона цветов. Во-вторых, этот полный цветовой диапазон из 16,77 миллионов цветов можно получить разными способами. Доступные в настоящее время ЖК-мониторы обычно делятся на следующие три категории в отношении максимального количества цветов и метода цветопередачи.
Только ЖК-дисплеи типа 1 в приведенной выше таблице обеспечивают полный цвет в истинном смысле этого слова, воспроизводя каждый цвет RGB с восемью битами на ЖК-панели, работающей с восемью битами. Продукты, относящиеся к типам 2 или 3, предлагают так называемый виртуальный полноцветный режим. Виртуальные полноцветные продукты обходятся дешевле, но, как правило, предлагают меньшие возможности для выражения градации, чем настоящие восьмибитные ЖК-панели.
 |
| Фото: 22-дюймовый широкоэкранный FlexScan S2243W, работающий на восьми бит и отображает приблизительно 16,77 миллионов цветов |
Когда мы смотрим на характеристики монитора, легко идентифицировать модель типа 3: количество цветов будет указано как 16,19 или 16,20 миллиона. Однако, поскольку оба типа 1 и 2 отображают примерно 16,77 миллионов цветов, может быть сложно определить применимый тип по каталогу. ЖК-панель, работающая с восемью битами, в некоторых отношениях превосходит качество изображения, и пользователям рекомендуется быть осторожными при выборе мониторов для графических приложений. (Обратите внимание, что в некоторых случаях вместо этого используется цифра 24 бита — восемь для каждого цвета RGB.)
Некоторые ЖК-телевизоры и ЖК-мониторы для коммерческого использования основаны на ЖК-панелях, которые воспроизводят каждый цвет RGB с разрядностью 10 бит. Теоретически эти мониторы могут генерировать 1 073 741 824 (или примерно 1,073 миллиарда) цветов; но им также требуются графические ускорители и программное обеспечение, способное обрабатывать 10-битный цвет. По этим причинам они еще не получили широкого распространения в индустрии ПК.
Давайте рассмотрим простое описание управления частотой кадров (FRC). FRC — это система для увеличения количества видимых цветов путем управления частотой кадров с использованием эффектов остаточного изображения в человеческом глазу. Например, быстрое переключение между белым и красным цветом создаст то, что человеческий глаз воспринимает как розовый цвет.
ЖК-панель с шестибитной операцией плюс FRC фактически может генерировать всего 262 144 цвета (шесть бит [26 = 64] в третьей степени [для каждого цвета RGB]). Мы можем применить FRC к каждому цвету RGB и изменить интервал отображения между каждым из исходных цветов ЖК-панели (в случае четырехбитного FRC), чтобы сгенерировать три смоделированных цвета между каждой парой отдельных цветов. Для каждого цвета RGB добавляется следующее количество смоделированных цветов: (6 бит — 1) * 3 = 189 цветов. Мы получаем общее количество цветов, вычисляя (6 бит + 189 = 253) в третьей степени (каждый цвет RGB) = 16 194 277 цветов (≈ примерно 16,19 или 16,20 миллиона цветов).
Все больше и больше новейших продуктов оснащены технологиями, которые продвигают FRC еще на один шаг вперед. Эти технологии позволяют воспроизводить около 16,77 миллионов цветов, оперируя числом битов, превышающим число битов, используемых в традиционном FRC, для создания еще более стимулированных цветов, а затем беря из них восьмибитную (256 градаций) шкалу, необходимую для достижения полного цвета на ЖК-монитор.
В реальных условиях другие факторы, помимо панели, например качество интегральных схем для управления изображением, также могут существенно влиять на качество изображения. Разница в качестве изображения между восемью битами и шестью битами плюс FRC часто не заметна при визуальном осмотре. Сведение к минимуму окружающего освещения (например, путем приглушения света) может облегчить обнаружение таких различий. Отображение шаблонов градации, которые изменяются линейно, от тени к свету, также может выделить такие различия. Такие тенденции отображения в равной степени применимы к неподвижным изображениям, движущимся изображениям, играм и другим приложениям.
Важность справочной таблицы с более чем восемью битами
Мы отметили, что шестибитная операция плюс FRC уступает восьмибитной операции с точки зрения возможностей отображения градаций. Однако это не означает, что восьмибитный режим всегда лучше в отношении цветопередачи и градации. Справочная таблица (LUT) является ключевым фактором способности ЖК-монитора отображать тональные оценки и переходы.
LUT — это таблица, содержащая результаты вычислений. Когда системе необходимо обработать стандартное вычисление, мы можем повысить производительность, заставив ее искать значение LUT вместо выполнения вычислений.
В контексте ЖК-мониторов термин LUT относится к компоненту, который вычисляет входные сигналы от ПК (восемь бит на цвет RGB) и сопоставляет их с выходными сигналами, подходящими для ЖК-монитора (также с восемью битами на цвет RGB). цвет). В недорогом ЖК-мониторе будет использоваться таблица LUT с восемью битами на цвет RGB; ЖК-монитор, предназначенный для приложений цветопередачи, будет включать LUT с более чем восемью битами (т. е. 10 или 12 бит) на цвет RGB и использовать внутренние вычисления с 10 или более битами для преобразования входных сигналов в выходные сигналы.
 |
| Схема процедурного потока от ввода видеосигнала до отображения на экране для ЖК-монитора с LUT и внутренней точностью более восьми бит. Целевые параметры гаммы (например, 1,8 или 2,2) определяются заранее на основе расчетов, предполагающих отсутствие различий между отдельными ЖК-панелями. Поскольку определение только атрибутов целевой гаммы не приведет к правильным цветовым температурам, цветовое пространство вычисляется с точностью более восьми бит, и настраивается цветовая гамма, охватывающая цветовую температуру белого цвета. Корректировки на стороне вывода смещают различия между отдельными ЖК-панелями и приводят к плавной кривой тона. LUT более восьми бит позволяет отображать цвета с более тонкими тональными вариациями. |
Как LUT с более чем восемью битами улучшает качество отображения? Если в каталоге указано, что ЖК-монитор способен отображать «примерно 16,77 миллиона (из 1 064 330 000)» цветов, устройство включает LUT из 10 бит на цвет RGB (1024 градации в третьей степени = 1 064 330 000 цветов). В частности, входной сигнал от ПК с восемью битами на цвет RGB подвергается мультиградации на ЖК-мониторе по 10 битам на цвет RGB, а затем выводится с оптимальными цветами дисплея с восемью битами на цвет RGB. Это приводит к значительно более плавным тональным переходам и улучшает расхождение оттенков за счет улучшения гамма-кривой каждого цвета RGB на выходе. 12-битная LUT генерирует примерно 16,77 миллиона оптимальных цветов из примерно 68 миллиардов, улучшая цветопередачу и градацию даже по сравнению с 10-битной LUT.
Далее давайте рассмотрим расчеты мультиградации восьмибитного входного сигнала цвета RGB при 10 или более битах каждого цвета RGB на ЖК-мониторе. Даже если мы используем 10- или 12-битную LUT, вычисление мультиградации на 14 или 16 битах приведет к еще более точным конечным тональным переходам. Потребность в 16-битной точности, когда окончательный результат составляет всего восемь бит, может быть неочевидной, но особенно когда мы стремимся отобразить тонкие различия между цветами в гамме с низкой градацией (теневой гамме), точность внутренних вычислений чрезвычайно важна. . По сути, чем выше количество битов, используемых во внутренних вычислениях, тем ближе гамма-кривая в гамме с низкой градацией к теоретической кривой.
Анализ текущего ассортимента ЖК-мониторов показывает, что даже в недорогих категориях растет число продуктов, предлагающих 10-битные LUT. Тем не менее, только продукты на вершине своего класса имеют битрейт больше, чем битрейт LUT. В частности, модели, обрабатывающие цвета в соответствии с самыми строгими требованиями, с использованием 12-битных LUT и 14- или 16-битных внутренних вычислений, идеально подходят для управления цветом, ориентированного на приложения, которым требуется высокопроизводительный цвет.
Визуальное сравнение монитора, использующего восьмибитную LUT и восьмибитные внутренние вычисления, с монитором, включающим 10 или более бит LUT и внутренние вычисления из 10 или более бит, показывает неожиданные различия. Поскольку продукты последнего класса, как правило, имеют высокопроизводительные ИС для управления изображением, различия в качестве изображения, вероятно, будут даже более очевидны для взыскательного зрителя, чем для продуктов начального уровня, связанных с непостоянной производительностью. Когда мы изучаем диаграмму в градациях серого, модели с большим числом LUT и внутренними вычислениями, как правило, дают более плавные тональные переходы и лучшее представление тонов в теневых областях. Такие продукты почти не имеют скачков тона или расхождения оттенков и обеспечивают стабильный контраст, в котором светлые и темные градации отображаются естественно. По всем этим причинам мы рекомендуем продукт как минимум с 10-битной таблицей преобразования — не только для приложений, требующих высокой точности цветопередачи, но и для обычных пользователей ПК, которым требуется более высокое качество изображения.
 < br /> |
| Изображение улучшений градации после корректировки с использованием LUT 10 или более бит и внутренних вычислений 10 бит или более. Гамма-кривая ближе к идеальной, с более плавным отображением оттенков серого. |
3D-LUT, еще больше повышающая точность таблицы преобразования
В некоторых высококачественных ЖК-мониторах используется 3D-LUT, что еще больше расширяет концепцию LUT. Традиционная система LUT имеет одну LUT для каждого цвета RGB и ссылается на LUT для каждого цвета RGB при отображении определенного цвета и вычислении целевого цвета с использованием трех цветов RGB из каждой LUT.
Напротив, 3D-LUT представляет собой трехмерную LUT, смешивающую каждый цвет RGB (т. е. трехмерную таблицу, в которой R, G и B назначаются каждой из трех осей). Поскольку LUT включает точки промежуточных градаций, смешивающих R, G и B, он обеспечивает улучшенное представление цветов для промежуточных градаций и повышенную точность шкалы серого.
В качестве примера возьмем широкоэкранные ЖК-мониторы EIZO. Модель CG242W из серии ColorEdge оснащена 3D-LUT. Разница между теоретическими значениями и фактическими измеренными значениями в промежуточных градациях меньше, чем при использовании традиционных LUT.
 |
| ColorEdge CG242W, 24,1-дюймовый дюймовый широкоэкранный ЖК-монитор от Eizo Nanao для управления цветом (включая 3D-LUT) |
Трехмерные LUT также отлично подходят для преобразования цветовых гамм в среде управления цветом. Они позволяют с высокой точностью перераспределять приблизительно 16,77 миллионов цветов, отнесенных к одной цветовой гамме, в другую цветовую гамму, сводя к минимуму потерю информации из исходной цветовой гаммы. Кроме того, поскольку 3D-LUT предлагает улучшенную цветопередачу за счет смешивания RGB, пользовательские манипуляции и настройки цвета обычно дают ожидаемые результаты в отношении таких параметров, как яркость, цветность и оттенок. Возможно, это самый важный аспект производительности ЖК-монитора, используемого для управления цветом, который прежде всего требует точной цветопередачи.
Число бит, с которым работает ЖК-панель, ее LUT и точность внутренних вычислений — все это существенно влияет на возможности цветопередачи ЖК-монитора. Во многих случаях даже продукты с похожими на первый взгляд характеристиками могут неожиданно отличаться в тенденциях отображения. Оценить качество изображения монитора только по каталожным характеристикам нереально; пользователи должны осмотреть настоящий монитор своими глазами перед покупкой.
Глубина цвета, также известная как битовая глубина или глубина пикселя, относится к количеству битов на пиксель на мониторе компьютера и используется для представления определенного цвета. Чем больше бит на пиксель, тем выше цветовое разнообразие и, соответственно, качество монитора. В то время как первоначальные мониторы и графические карты поддерживали только 1-битные или черно-белые цвета, большинство компьютерных предложений на текущем рынке предлагают по крайней мере 32-битные или 16,7 миллионов цветов. Благодаря более высокой глубине цвета пользователям доступны более визуально и эстетически привлекательные параметры, такие как тени, прозрачность и градиенты. Кроме того, многие люди сообщают о менее напряженном просмотре фотографий с более высокой глубиной цвета, чем с более низкой.
Что такое пиксель?
В цифровом изображении слово "пиксель" является сокращением от элемента изображения. Это наименьший возможный элемент во всех точках изображения на устройстве отображения. Другими словами, это наименьший управляемый элемент изображения, отображаемый на экране. Если увеличить изображение, можно увидеть отдельные пиксели или маленькие цветные квадратики.
Как рассчитать пиксели?
Знать, как рассчитать количество пикселей на дисплее, необходимо по целому ряду причин. Одна из причин — понять разрешение экрана. Видеоредакторы часто обращают внимание на разрешение экрана. Определение разрешения экрана для изображений и видео — это тот же способ расчета разрешения дисплея в следующий раз, когда вы будете искать телевизор с большим экраном.
Количество пикселей на любом экране зависит от размера дисплея. Например, дисплей на устройстве может отображать 1080X1920. Это уравнение означает, что дисплей или монитор представляет собой сетку высотой 1080 пикселей и шириной 1920 пикселей. Если вы пытаетесь подсчитать количество пикселей на данном устройстве, вы просто умножаете высоту на ширину. Если учесть приведенное выше разрешение экрана 1080 x 1920, это означает, что на экране всего 2 073 600 пикселей.
Как квадратные пиксели создают бесшовный цвет?
Из-за того, что многие люди представляют цифровое изображение как набор маленьких квадратов, можно предположить, что пиксели будут представлены в виде блоков. Есть две основные причины, почему этого не происходит. Одной из таких причин является ваше зрение. Наши глаза обладают фантастической способностью смешивать цвета за нас, потому что пиксели очень маленькие. Вторая причина заключается в том, что принцип работы пикселей заключается в том, что каждая отдельная точка смешивается с точками вокруг нее, создавая иллюзию плавного перехода цвета.
Почему важны биты?
Даже при покупке новых мониторов и телевизоров с большим экраном потребители часто обращают внимание на четкость изображения. Легко определить, сколько цветов может быть индивидуально отображено на одном экране. Количество бит указывает на разрешение, а количество бит определяет, сколько цветов может отображать экран.
Как пиксели влияют на разрешение экрана?
Пиксели влияют на разрешение экрана. Чем плотнее пиксели на данном экране, тем четче и красочнее изображение. Разрешение измеряется в пикселях на дюйм PPI. Чем выше значение PPI, тем выше разрешение.
Что такое глубина цвета?
Глубина цвета эквивалентна битовой глубине или глубине пикселей, и эти термины часто используются взаимозаменяемо. Глубина цвета относится к количеству цвета, которое может отображать каждый пиксель. Он измеряется количеством цветов, которые может отображать каждый пиксель изображения. Чем выше глубина цвета, тем больше цветов может отображать изображение. Пиксели хранят информацию о цвете в определенном количестве компьютерных битов, в диапазоне от одного бита до 48 бит. Пиксель с одним битом может отображать только один из двух цветов — черный или белый. По мере увеличения разрядности увеличивается и количество цветов, доступных для отображения.
Для оптимальной глубины цвета рекомендуется использовать высококачественную цифровую камеру и сохранять изображение в формате RAW. Это также потребует больше места на жестком диске. Если вы собираетесь редактировать их, потребуется больше системной памяти для отображения или редактирования. Многие программы для редактирования фотографий предлагают следующие цвета:
- 1 бит — 2 цвета
- 4 бита — 16 цветов
- 8 бит — 256 цветов
- 8 бит на канал RGB. Наличие 8 бит RGB означает, что у вас есть 8 бит на каждый цветовой канал (красный, зеленый и синий).
- 8 бит позволяют закодировать 256 различных состояний; это означает, что у вас может быть 256 различных оттенков каждого цвета или 256 ^ 3 = 16,777. Всего 216 цветов.
16 бит на канал RGB. Использование 16 бит на цветовой канал дает 48 бит, 281 474 976 710 656 цветов.
16 бит на канал Серый. Как и в предыдущем случае, это позволяет использовать 281 474 976 710 656 оттенков черного и белого.
Почему важна глубина цвета?
Все это необходимо учитывать при форматировании изображений для веб-приложений. Еще одна проблема, с которой могут столкнуться редакторы изображений и видео, заключается в том, что многие команды эффектов и коррекции, доступные в таких приложениях, как Photoshop, работают только с изображениями с большей глубиной цвета. После внесения изменений можно сохранить изображение в другом формате.
Глубина цвета имеет большое значение, поскольку она описывает объем данных, которые могут храниться в отдельном квадрате или пикселе. Информация в нескольких битах представляет, сколько цветов может отображать пиксель. Чем больше цветов может отображать пиксель, тем лучше тон и четкость фотографии. Он будет казаться более ярким и реалистичным с более высокими числами. Качество изображения определяется не только глубиной цвета, но и количеством пикселей в изображении. True Color известен как 24-битный цвет. Это уровень, необходимый для фотореалистичных изображений и видео. Многие современные видеокарты поддерживают эту разрядность.
Как эти факторы влияют на разрешение видео?
Поскольку человеческий глаз улавливает широкий спектр и множество цветов при просмотре видео или изображения, очень желательно иметь фотографию с самым высоким уровнем глубины цвета или видео с максимальным уровнем битов. Хотя эти факторы играют огромную роль в создании наиболее ярких и привлекающих внимание визуальных средств массовой информации, существует множество других факторов. Наши статьи, посвященные битрейту, разрешению видео и частоте кадров, предоставят вам дополнительную информацию, необходимую для более глубокого и тонкого понимания качества видео и изображения.
Доступный объем ОЗУ для кадрового буфера может ограничивать разрешение, которое можно получить на цветных или полутоновых дисплеях. Вероятно, это не влияет на дисплеи, которые имеют только два цвета: белый и черный, без промежуточных оттенков серого.
Для 256-цветных дисплеев требуется байт видеопамяти для отображения каждой видимой точки. Этот байт содержит информацию, которая определяет, какое сочетание красного, зеленого и синего генерируется для его точки. Чтобы получить требуемый объем памяти, умножьте количество видимых точек в строке на количество видимых строк. Для дисплея с разрешением 1024x768 это будет 1024x768 = 786432, то есть количество видимых точек на дисплее. Это также, по одному байту на точку, количество байтов видеопамяти, которое потребуется на вашей плате адаптера.
Таким образом, требования к памяти обычно составляют (HR * VR)/1024 Кбайт видеопамяти, округленное в большую сторону (в данном примере это будет 768 Кбайт). Если у вас больше памяти, чем требуется, у вас будет дополнительная память для панорамирования виртуального экрана.
Однако, если на вашей видеокарте установлено только 512 КБ, вы не сможете использовать это разрешение. Даже если у вас хороший монитор, без достаточного количества видеопамяти вы не сможете воспользоваться его потенциалом. С другой стороны, если ваш SVGA имеет один мегабайт, но ваш монитор может отображать не более 800x600, то высокое разрешение в любом случае вам недоступно (возможное решение проблемы см. в разделе Использование чересстрочных режимов).
Не беспокойтесь, если у вас больше памяти, чем требуется; X-сервер будет использовать его, позволяя вам прокручивать область просмотра (см. документацию файла Xconfig о параметре размера виртуального экрана). Помните также, что на карте с 512 КБ памяти на самом деле установлено не 512 000 байт, а 512 x 1024 = 524 288 байт.
Если вы используете X/Inside с картой S3 и готовы работать с 16 цветами (4 бита на пиксель), вы можете установить глубину 4 в Xconfig и фактически удвоить разрешение, которое может поддерживать ваша карта. Карты S3, например, обычно имеют разрешение 1024x768x256. Вы можете сделать их 1280 x 1024 x 16 с глубиной 4.
Основы работы с цифровыми изображениями
Содержание:
1) Мотивы использования цифровых изображений.
2) Требования к генерации и хранению цвета (RGB).
3) Апплет для смешивания цветов.
4) Дизеринг.
5) Расчет места для хранения.
6) Уменьшение глубины цвета
7) Стандартные отраслевые форматы (GIF, JPEG, TIFF, BMP, PICT).
Носители для хранения и срок годности
Традиционно визуальная информация записывалась художником с использованием различных носителей или фотографами с помощью фотопленки. Каждый носитель имеет свой набор преимуществ, привлекательных для конкретного художника или фотографа. Каждая среда также имеет свой собственный набор ограничений. Например, камень, используемый скульптором, ограничен в цветовой гамме. В меньшей степени пленка и краска не всегда могут иметь желаемый цветовой диапазон. Однако скульптура продлевает жизнь, если ее должным образом защитить от непогоды. И краска, и фотопленка более подвержены разрушительному действию времени, теряя яркость цвета и четкость изображения. В частности, кинематографические изображения со временем исчезают до неузнаваемости.Срок службы черно-белой фотографии обычно составляет от 100 до 150 лет, если отпечатки и негативы хранятся в темноте при контролируемой температуре и влажности, когда их не просматривают. Большинство красок и пленок разлагаются (выцветают) в присутствии света. Срок годности цветной фотографии гораздо короче, возможно, всего от 40 до 80 лет. Большая часть ранних цветных фотодокументов эпохи президента Джона Ф. Кеннеди (1961–1963) была утеряна. Эти разрушительные действия можно предотвратить, если хранить носители (отпечатки, негативы, картины, письменные документы) в условиях с регулируемым освещением, температурой и влажностью, но не предотвращать их.
С другой стороны, цифровые изображения не подвержены старению в смысле потери цвета или резкости. Однажды записанный, он существует без потери качества в течение всего срока службы носителя. Кроме того, в отличие от других носителей, возможно изготовление точных копий. Возможность делать копии без потери качества — важная характеристика цифровых носителей. Если бы потолок Сикстинской капеллы работы Микеланджело был записан в цифровом виде после завершения, его реставраторам не пришлось бы сегодня задаваться вопросом, восстановили ли они его в точных цветах и линиях, созданных художником.
Вернуться к содержанию.
Требования к цвету и памяти
Традиционные телевизоры используют аналоговые сигналы для отображения изображений (синусоидальные сигналы). Компьютерные мониторы цифровые по своей природе. Изображение на мониторе состоит из рядов маленьких точек, называемых пикселями. С каждым пикселем связан цвет. с этим. Когда точки достаточно малы и расположены достаточно близко друг к другу, глаз воспринимает не точки, а непрерывное изображение. Типичная плотность записи для мониторов персональных компьютеров (ПК) включает 640 (по горизонтали) на 480 (по вертикали, стандартный VGA), 800 на 600 и 1024 на 768 (SVGA). Как правило, чем больше вы платите, тем выше разрешение и потенциальное качество изображения. Еще одним важным соображением является количество цветов, связанных с каждым пикселем. Монохромные экраны, например черно-белые или янтарно-черные, ассоциируют только два цвета с каждым пикселем. Другие распространенные ассоциации: 256 цветов на пиксель; 32 768 цветов; 65 536 цветов и 16 777 216 цветов на пиксель. Диапазон доступных цветов называется палитрой. Основное ограничение на размер палитры (количество цветов) традиционно было связано с объемом памяти, необходимой для хранения и/или отображения изображения. Компьютеры используют двоичную систему счисления для записи информации. Базовой единицей информации является «бит», который может хранить только два значения. Таким образом, для монохромных экранов требуется только один бит на пиксель. Для хранения более двух цветов на пиксель используются группы связанных битов. Например, чтобы связать 256 цветов с пикселем, требуется 8 бит (2**8 = 2 * 2 * 2 * 2 * 2 * 2 * 2 * 2 = 256); Для 32 766 цветов требуется 16 бит. На самом деле ситуация немного сложнее. Для представления цвета на экране каждый пиксель фактически состоит из трех цветовых компонентов: красного, зеленого и синего. Их часто называют значением RGB пикселя. Например, предположим, что значение (интенсивность) красного, зеленого и синего может принимать 256 значений (от 0 до 255) для пикселя. Значение RGB (255, 0, 0) будет означать красный пиксель, значение RGB (0, 255, 0) будет зеленым, а значение RGB (0, 0, 255) будет синим. RGB (255, 255, 255) — белый, (0, 0, 0) — черный. Изменение значения RGB трех цветовых элементов заставляет глаз воспринимать широкий диапазон цветов. Это означает, что (3 цвета) * (8 бит на цвет) = 24 бита для записи цвета для каждого пикселя. Общий диапазон цветов при 24 битах на пиксель (8 на значение RGB) составляет 256 * 256 * 256 = 16 777 216 цветов. Кроме того, многие мониторы сохраняют значение непрозрачности изображения, для которого требуется еще больше битов (обычно 8 бит). Непрозрачность указывает, какая часть изображения ниже текущего изображения может просвечиваться. В дополнение к предоставлению художнику свободы выражения, непрозрачность позволяет использовать цифровые водяные знаки для защиты материала от интеллектуальной кражи.
Вернуться к содержанию.
Вы можете поэкспериментировать со смешением цветов со следующим апплетом Java. Ваш дисплей может не поддерживать 16 777 216. Если он поддерживает меньше максимального количества цветов, он сопоставит указанный вами цвет с ближайшим цветом в его ограниченной палитре. Квадрат на экране должен быть розовым (RGB = 255, 175, 175), если ваш монитор настроен правильно и розовый цвет находится в палитре. Введите нужные значения для красного, зеленого и синего (от 0 до 255), а затем нажмите клавишу возврата, чтобы обновить экран.
Вернуться к содержанию.
Дизеринг
Многие программные пакеты используют процесс, называемый дизерингом, для создания большего количества цветов, чем позволяет текущая цветовая палитра. Основной процесс заключается в смешивании блоков пикселей разных цветов на вкус в чередующихся узорах. Вблизи эффект кажется лоскутным.На расстоянии глаз смешивает цвета, создавая эффект желания. Например, предположим, что монитор поддерживает только черный и белый цвета, а нам нужен серый. Чередование пикселей черного и белого может повлиять на желаемый оттенок серого. Больше черных пикселей для темно-серого, больше белых пикселей для более светлых оттенков серого. Если смотреть с достаточного расстояния, следующий рисунок будет казаться серым.
Вернуться к содержанию.
Разрешение и место для хранения
Вернемся к идее хранилища, необходимого для изображения. Старые компьютерные мониторы допускают всего 256 цветов в палитре. Предположим, у вас монитор с разрешением 640 на 480 пикселей и 256 цветами на пиксель. Отсюда следует 640 * 480 = 307 200 пикселей. Напомним, что для 256 значений требуется 8 бит памяти компьютера. Следовательно (307 200 пикселей) * (8 бит на пиксель) = 2 457 600 бит памяти. Обычный метод продажи компьютерной памяти — 8-битные группы, называемые байтами. Следовательно, для изображения потребуется (2 457 600 бит) / (8 бит на байт) = 307 200 байт компьютерной памяти. Если предположить, что 24 бита на пиксель (часто называемый истинным цветом), то для разрешения 800 на 600 потребуется 24 * 800 * 600 = 11 520 000 бит памяти или 11 520 000 / 8 = 1 440 000 байт памяти. Изображение, отображаемое или сохраняемое с разрешением 1024 на 768 и 24-битным цветом, потребует 2 359 296 байт памяти. Поскольку для отображения изображения требуется дополнительная информация, компьютерным графическим картам обычно требуется минимум 4 мегабайта памяти для получения удовлетворительных изображений. Высокопроизводительным системам может потребоваться 8 или даже 16 мегабайт памяти на изображение. Чем выше качество желаемого изображения, тем больше требуется места для хранения и, следовательно, выше стоимость записи изображения. В большинстве цифровых камер низкой и средней стоимости используется разрешение 640 * 480 = 307 200 пикселей или 800 * 600 = 480 000 пикселей с 24 битами на пиксель для записи цвета. Сканеры и принтеры обычно оцениваются по количеству точек (пикселей) на дюйм, которое они поддерживают.
Обратите внимание, что разрешение экрана (количество пикселей и цветов) определяет объем памяти, необходимый для "снимка экрана" из Интернета. Окончательный размер документа, содержащего изображения из Интернета, цифровых камер и сканеров, зависит от того, на какой скорости был снят или создан материал. Эти же аргументы применимы к определению требований к памяти для цифровых камер. Что происходит, когда изображение, первоначально снятое с разрешением 800 на 600 и 32 766 цветов, отображается на экране с разрешением 1024 на 768 и 16 777 216 цветов. Компьютер расширяет изображение, чтобы заполнить необходимое пространство. Как правило, более крупное изображение несколько теряет в качестве. Аналогичный эффект наблюдается при увеличении фотографии за пределами качества негатива.
Вернуться к содержанию.
Уменьшение глубины
-
Многие художественные программы позволяют пользователю уменьшить «глубину» изображения. В качестве типичного примера изображение из 16 777 216 цветов может быть уменьшено до изображения, содержащего 32 766 цветов или 256 цветов. В зависимости от изображения пользователь может не заметить разницу в качестве изображения. Это часто делается для уменьшения размера хранимого изображения или уменьшения объема информации, которая должна быть передана в удаленное место по средству связи. Обратите внимание, что после уменьшения и сохранения качество исходного изображения невозможно восстановить. В качестве примера рассмотрим две версии приведенной выше картинки. Картинка слева содержит 128 246 уникальных цветов. Изображение справа было получено путем сохранения исходного изображения с использованием палитры из 256 цветов. Программное обеспечение пыталось сопоставить каждый пиксель в палитре из 128 246 цветов с ближайшим соответствием в палитре из 256 цветов. Потеря цвета (детали) наиболее заметна на лепестках в правом нижнем углу изображения. При необходимости измените размер изображений, чтобы они располагались рядом в окне просмотра для сравнения.
Вернуться к содержанию.
Стандартные отраслевые форматы хранения
Файлы изображений хранятся на компьютерах в универсальных форматах, поэтому их можно передавать и интерпретировать различными типами аппаратного и программного обеспечения. Наиболее популярными форматами, используемыми в настоящее время в Интернете, являются формат обмена графикой (GIF или .jpg), Объединенная группа экспертов по фотографии (JPEG или .jpg) и формат файла изображения с тегами (TIFF или .tif). JPEG и GIF особенно популярны в Интернете. Как в формате GIF, так и в формате JPEG существует несколько вариантов хранения информации. Также существуют специальные форматы поставщиков, такие как BMP (битовое отображение, .bmp) на компьютерах с Microsoft Windows и PICT (.pic) на компьютерах Apple. Целью большинства форматов записи является уменьшение размера сохраняемого изображения. Например, многие программные пакеты, работающие под Microsoft Windows, поддерживают RLE (кодирование длин серий). В качестве конкретного примера (если вы позволите несколько вольностей с техническими деталями), строка или 20 красных пикселей в строке могут храниться как 20R, а не как RRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRR.Чем больше избыточности в изображении, тем больше места можно сэкономить. Многие методы кодирования зависят от числовых процедур для уменьшения памяти. Хотя эти числовые процедуры намного эффективнее уменьшают размер хранимого изображения, они часто делают это за счет точности. Как показано на приведенных выше изображениях, потерю точности может быть трудно предсказать. Если бит время от времени теряется, человеческий глаз может не заметить эту потерю. Обратите внимание, что уменьшение количества цветов в изображении для экономии места не всегда может помочь. Изображение с менее или равным 256 цветам может быть сохранено в формате BMP, используя только 8 бит на пиксель. Если 0 < количество цветов < 16 777 216, BMP использует 24 бита на пиксель. Однако JPEG имеет тенденцию использовать 24 бита на пиксель независимо от количества сохраненных цветов. Тем не менее, вам может потребоваться меньше места для хранения, поскольку алгоритм сжатия имеет дело с уменьшенным количеством цветов.
Читайте также: