Кодирование изображений. Понятие разрешения изображения, монитора, принтера. Понятие размера изображения, глубины цвета.

Информация о состоянии каждого пикселя хранится в закодированном виде в памяти компьютера. Код может быть однобитовым, двухбитовым и т.д»

Код пикселя — это информация о цвете пикселя

Для получения черно-белого изображения (без полутонов) пиксель может находиться в одном из двух состояний: светится — не светится (белый — черный). Тогда для его кодирования достаточно одного бита памяти: 1 — белый, 0 — черный.

Пиксель на цветном дисплее может иметь различную окраску. Поэтому одного бита на пиксель недостаточно.

Для кодирования четырехцветного изображения требуется двухбитовый код, поскольку с помощью двух битов можно выразить 4 различных значения (отобразить 4 различных состояния). Может использоваться, например, такой вариант кодирования цветов:

Из трех базовых цветов — зеленого, красного, синего — можно получить восемь комбинаций трехбитового кода:

В этом коде каждый базовый цвет обозначается его первой буквой (к — красный, с — синий, з — зеленый). Черточка означает отсутствие цвета Следовательно, для кодирования восьмицветного изображения требуются 3 бита памяти на один видеопиксель. Если наличие базового цвета обозначить единицей, а отсутствие — нулем, то получается таблица кодировки восьмицветной палитры.

Изображение на экране состоит из маленьких ячеек. Каждая из них может иметь определенный цвет. Такая ячейка получила названиепикселя (pixel). Совокупность пикселов составляет матрицу и образует изображение на экране. В зависимости отмодели монитора параметры матрицы в пикселях могут изменяться: 640х480, 800х600, 1024х768,1600х1200...

Величина матрицы не влияет на физический размер экрана и не зависит от него. Чем больше матрица на одном и том же экране, тем размер ячейки меньше, а, стало быть, качество изображения лучше.

Следует четко различать:

разрешение экрана

разрешение печатающего устройства

разрешение изображения.

Все эти понятия относятся к разным объектам. Друг с другом эти виды разрешения никак не связаны, пока не потребуется узнать, какой физический размер будет иметь картинка на экране монитора, отпечаток на бумаге или файл на жестком диске.

Разрешение экрана — это свойство компьютерной системы (зависит от монитора и видеокарты) и операционной системы (зависит от настроекWindows). Разрешение экрана измеряется в пикселях и определяет размер изображения, которое может поместиться на экране целиком.

Разрешение принтера — это свойство принтера, выражающее количество отдельных точек, которые могут быть напечатаны на участке единичной длины. Оно измеряется в единицах dpi (точки на дюйм) и определяет размер изображения при заданном качестве или, наоборот, качество изображения при заданном размере.

Разрешение изображения — это свойство самого изображения. Оно тоже измеряется в точках на дюйм и задается при создании изображения в графическом редакторе или с помощью сканера. Значение разрешения изображения хранится в файле изображения и неразрывно связано с другим свойством изображения — его физическим размером.

Физический размер изображения может измеряться как в пикселях, так и в единицах длины (миллиметрах, сантиметрах, дюймах). Он задается при создании изображения и хранится вместе с файлом.

Если изображение готовят для демонстрации на экране, то его ширину и высоту задают в пикселях, чтобы знать, какую часть экрана оно занимает.

Если изображение готовят для печати, то его размер задают в единицах длины, чтобы знать, какую часть листа бумаги оно займет.

7. Представление цвета в компьютерной графике. Характеристики цветовых моделей (RGB, CMYK, Lab, HSB). Типы изображений (монохромные, полутоновые, полноцветные и т.д.) и их характеристики

Понятия света и цвета в компьютерной графике являются основополагающими. Свет можно рассматривать двояко: либо как поток частиц различной энергии, либо как поток электромагнитных волн.

Понятие цвета тесно связано с тем, как человек воспринимает свет. Можно сказать, что ощущение света формируется человеческим мозгом в результате анализа светового потока, попадающего на сетчатку глаз.

Источник или объект является ахроматическим, если наблюдаемый свет содержит все видимые длины волн в приблизительно равных количествах. Ахроматическими цветами являются белый, черный, градации серого цвета. Например, белыми выглядят объекты ахроматически отражающие более 80 % света белого источника, а черными – менее 3 %.

Если воспринимаемый свет содержит длины волн в неравных количествах, то он называется хроматическим.

Считается, что в глазе человека существует три группы цветовых рецепторов (колбочек), каждая из которых чувствительна к определенной длине световой волны. Каждая группа формирует один из трех основных цветов: красный, зеленый, синий.

Если длины волн светового потока сконцентрированы у верхнего края видимого спектра (около 700 Нм), то свет воспринимается как красный. Если длины волн сконцентрированы у нижнего края видимого спектра (около 400 Нм), то свет воспринимается как синий. Если длины волн сконцентрированы в середине видимого спектра (около 550 Нм), то свет воспринимается как зеленый.

С помощью экспериментов, построенных на этой гипотезе, были получены кривые реакции глаза, показанные на рис.1.6.

Физические характеристики светового потока определяются параметрами мощности, яркости и освещенности. Визуальные параметры ощущения цвета характеризуются светлотой, насыщенностью и цветовым тоном.

Светлота – это различимость участков, сильнее или слабее отражающих свет. Минимальную разницу между яркостью различимых по светлоте объектов называют порогом.

Насыщенность цвета показывает, насколько данный цвет отличается от монохроматического («чистого») излучения того же светового тона. Насыщенность характеризует степень ослабления (разбавления) данного цвета белым и позволяет отличать розовый от красного, голубой от синего.

Цветовой тон позволяет различать основные цвета, такие, как красный, зеленый, синий.

СMY(K), RGB, Lab, HSB - это цветовая модель. Цветовая модель — термин, обозначающий абстрактную модель описания представления цветов в виде кортежей чисел, обычно из трёх или четырёх значений, называемых цветовыми компонентами или цветовыми координатами. Вместе с методом интерпретации этих данных множество цветов цветовой модели определяет цветовое пространство.

RGB - аббревиатура английских слов Red, Green, Blue — красный, зелёный, синий. Аддитивная (Add, англ. - добавлять) цветовая модель, как правило, служащая для вывода изображения на экраны мониторов и другие электронные устройства. Как видно из названия – состоит из синего, красного и зеленого цветов, которые образуют все промежуточные. Обладает большим цветовым охватом.

Главное, что нужно понимать, это то, что аддитивная цветовая модель предполагает, что вся палитра цветов складывается из светящихся точек. То есть на бумаге, например, невозможно отобразить цвет в цветовой модели RGB, поскольку бумага цвет поглощает, а не светится сама по себе. Итоговый цвет можно получить, прибавляя к исходномой черной (несветящейся) поверхности проценты от каждого из ключевых цветов.

MYK - Cyan, Magenta, Yellow, Key color - субтрактивная (subtract, англ. - вычитать) схема формирования цвета, используемая в полиграфии для стандартной триадной печати. Обладает меньшим, в сравнении с RGB, цветовым охватом.

CMYK называют субстрактивной моделью потому, что бумага и прочие печатные материалы являются поверхностями, отражающими свет. Удобнее считать, какое количество света отразилось от той или иной поверхности, нежели сколько поглотилось. Таким образом, если вычесть из белого три первичных цвета - RGB, мы получим тройку дополнительных цветов CMY. «Субтрактивный» означает «вычитаемый» — из белого вычитаются первичные цвета.

Key Color (черный) используется в этой цветовой модели в качестве замены смешению в равных пропорциях красок триады CMY. Дело в том, что только в идеальном варианте при смешении красок триады получается чистый черный цвет. На практике же он получится, скорее, грязно-коричневым - в результате внешних условий, условий впитываемости краски материалом и неидеальности красителей. К тому же, возрастает риск неприводки в элементах, напечатанных черным цветом, а также переувлажнения материала (бумаги).

В цветовом пространстве Lab значение светлоты отделено от значения хроматической составляющей цвета (тон, насыщенность). Светлота задана координатой L (изменяется от 0 до 100, то есть от самого темного до самого светлого), хроматическая составляющая — двумя декартовыми координатами a и b. Первая обозначает положение цвета в диапазоне от зеленого до пурпурного, вторая — от синего до желтого.

В отличие от цветовых пространств RGB или CMYK, которые являются, по сути, набором аппаратных данных для воспроизведения цвета на бумаге или на экране монитора (цвет может зависеть от типа печатной машины, марки красок, влажности воздуха на производстве или производителя монитора и его настроек), Lab однозначно определяет цвет. Поэтому Lab нашел широкое применение в программном обеспечении для обработки изображений в качестве промежуточного цветового пространства, через которое происходит конвертирование данных между другими цветовыми пространствами (например, из RGB сканера в CMYK печатного процесса). При этом особые свойства Lab сделали редактирование в этом пространстве мощным инструментом цветокоррекции.

Благодаря характеру определения цвета в Lab появляется возможность отдельно воздействовать на яркость, контраст изображения и на его цвет. Во многих случаях это позволяет ускорить обработку изображений, например, при допечатной подготовке. Lab предоставляет возможность избирательного воздействия на отдельные цвета в изображении, усилиения цветового контраста, незаменимыми являются и возможности, которые это цветовое пространство предоставляет для борьбы с шумом на цифровых фотографиях.

HSB - модель, которая в принципе является аналогом RGB, она основана на её цветах, но отличается системой координат.

Любой цвет в этой модели характеризуется тоном (Hue), насыщенностью (Saturation) и яркостью (Brightness). Тон - это собственно цвет. Насыщенность - процент добавленной к цвету белой краски. Яркость - процент добавленной чёрной краски. Итак, HSB - трёхканальная цветовая модель. Любой цвет в HSB получается добавлением к основному спектру чёрной или белой, т.е. фактически серой краски. Модель HSB не является строгой математической моделью. Описание цветов в ней не соответствует цветам, воспринимаемых глазом. Дело в том, что глаз воспринимает цвета, как имеющие различную яркость. Например, спектральный зелёный имеет большую яркость, чем спектральный синий. В HSB все цвета основного спектра (канала тона) считаются обладающими 100%-й яркостью. На самом деле это не соответствует действительности.

Хотя модель HSB декларирована как аппаратно-независимая, на самом деле в её основе лежит RGB. В любом случае HSB конвертируется в RGB для отображения на мониторе и в CMYK для печати,а любая конвертация не обходится без потерь.

Полутоновые изображения широко используются для хранения черно-белых (в традиционном, фотографическом смысле) фотографий и в тех случаях, когда без цвета можно обойтись. Каждая точка такого изображения может иметь один из 256 оттенков (градаций) серого с яркостью от черного (0) до белого (255). Этот диапазон значений называют серой шкалой (grayscale). Для кодировки одного пиксела в серой шкале необходимо 8 бит (8 бит == I байт). Таким образом, глубина цвета полутонового изображения — 8 бит, что означает 256 (28) возможных значений для каждого его пиксела. Этого вполне достаточно, чтобы правильно отобразить черно-белое полутоновое изображение, например, черно-белую фотографию.

Наиболее простой случай — монохромное, или черно-белое изображение (bitmap). Этот самый экономный тип изображений прекрасно подходит для штриховых иллюстраций, чертежей, гравюр, простых логотипов и т. д. Такие изображения можно получить, непосредственно сканируя их в режимеBlackandWhite илиLineArt (в программном обеспечении различных сканеров этот режим назван по-разному).

Каким образом может быть закодировано монохромное изображение? Наименьшей единицей информации является бит. Он может принимать всего 2' = 2 значения (да/нет, 1/0, черное/белое и т. п.). Каждая точка изображения имеет только один из двух цветов (скажем, черный или белый). Для кодирования информации о цвете каждой точки хватит одного бита.

 

8. Особенности публикации изображений. Характеристика основных графических форматов (BMP, TIFF, PDF). Форматы файлов для Web (JPEG, GIF, PNG). Оптимизация объёма файла.

Формат BMP (Bitmap) предназначен для Windows, и поэтому поддерживается всеми приложениями, работающими в этой среде. Позволяет хранить полноцветные изображения в цветовой модели RGB и индексированные изображения. Не поддерживает цветовых профилей и обтравочных контуров. Не применяется в издательской деятельности, но широко используется в оформлении прикладных программ.

При сохранении файлов в этом формате предоставляется дополнительная возможность выбора глубины цвета для индексированных изображений и целевой операционной системы (MicrosoftWindows или IBM OS/2) (рис. 2.22).

Формат JPEG (JointPhotographicExpertsGroup) предназначен для сохранения растровых файлов со сжатием. Сжатие по этому методу уменьшает размер файла от десятых долей процента до ста раз (практический диапазон — от 5 до 15), но при этом происходит потеря качества (в большинстве случаев эти потери находятся в пределах допустимых). Распаковка JPEG-файла происходит автоматически во время его открытия. Формат поддерживает только полутоновые и полноцветные изображения в моделях RGB и CMYK. Допускается сохранение контуров обтравки и цветовых профилей.

Потери, о которых идет речь, не существенны при создании графики для Internet и принтерных распечаток, но катастрофически сказываются на качестве типографской продукции. Очень эффективный алгоритм сжатия обусловил широчайшее распространение JPEG в среде WorldWideWeb. Использование этого формата в полиграфии не рекомендуется (подробно о нем рассказывается в главе 11).

Формат GIF.

Другим широко распространенным в Internet форматом является GIF (GraphicsInterchangeFormat). Более того, он был создан компанией CompuServe специально для передачи изображений в глобальных сетях. К моменту появления формат обладал самым эффективным методом сжатия, что необходимо для сокращения времени передачи изображений и нагрузки на сеть. "Второе дыхание" формат обрел с появлением версии 89а. В этом варианте он допускает хранение в одном файле нескольких изображений. Чаще всего такая возможность используется на страницах Web. Web-браузер демонстрирует изображения, находящиеся в файле GIF 89a, последовательно. Если каждое изображение представляет собой фазу мультипликации, то вы увидите маленький мультфильм.

Формат способен хранить только индексированные изображения. В издательских целях не применяется, однако очень широко распространен на Web. Стандартный фильтр экспорта в. форматGIF поддерживает единственную • особенность формата— чересстрочную развертку (рис. 2.23). Чересстрочная развертка используется браузерами: по мере загрузки в изображении появляется все больше деталей. Это дает возможность пользователю еще в процессе загрузки изображений решить, стоит ли дожидаться ее завершения или перейти к следующей странице.

В Photoshop есть особый и весьма мощный фильтр экспорта в форматы GIF, JPEG и PNG, названныйSaveforWeb (Сохранить для Web),

Формат PNG

Само название формата, PortableNetworkGraphics, говорит о его предназначении — для передачи изображений в сетях. Поддерживает полноцветные изображения RGB и индексированные изображения. Возможно использование единственного дополнительного канала для хранения маски прозрачности. Имеет эффективный алгоритм сжатия без потери информации. Этот формат тоже применяется на Web, и речь о нем пойдет также в главе 11.

Формат TIFF (TaggedImageFileFormat) был создан в качестве универсального для хранения сканированных изображений с цветовыми каналами (файл с расширением tif). Важным достоинством формата является его переносимость на разные платформы (при сохранении вы можете создать документ, доступный для чтения на компьютерах, совместимых с IBM или Macintosh). Его импортируют все программы настольных издательских систем, а также открывают и обрабатывают практически любые программы растровой графики.

Формат позволяет хранить изображения с любой глубиной цвета и цветовой моделью. Поддерживаются и многочисленные алгоритмы сжатия без потерь качества, что немаловажно для работы с полноцветными изображениями большого размера.

Новая спецификация формата TIFF, появившаяся в Photoshop 6.0, позволяет хранить в файле всю информацию об изображении, как в формате PSD (изображения любого типа и в любой цветовой модели, слои, альфа-каналы, контуры, цветовые профили, параметры растрирования). По сути, PSD иTIFF сравнялись по возможностям. Фирма Adobe ныне является "хозяйкой" формата TIFF и сама определяет его развитие. Пока программы только этой фирмы могут использовать появившиеся расширенные возможности новой спецификации, поэтому лучше не использовать их, если изображение предполагается импортировать в программы других фирм. В традиционном виде TIFF можно считать предпочтительным форматом для изготовления макетов, ориентированных на типографскую печать и другие способы тиражирования.

Для формата TIFF есть ряд дополнительных параметров, собранных в диалоговом окнеTIFFOptions(Параметры TIFF).

В областиCompression (Сжатие) задается алгоритм сжатия. Это могут быть либо алгоритмыLZW илиZIP, обеспечивающие сжатие без потерь качества, либо алгоритмJPEG. В последнем случае следует выбрать желаемое качество изображения. Оно задается численно в поле вводаQuality (Качество). С ним связаны список и ползунок, расположенные по соседству. Для настройки можно воспользоваться любым из этих трех элементов управления. Установленный переключательNone (Нет) в областиCompression (Сжатие) сохраняет изображение без сжатия. Заметим, что наиболее типичный алгоритм сжатия для формата TIFF — это LZW. Именно его мы советуем использовать из соображений совместимости с другими программами. Алгоритм ZIP распространен несколько меньше, чем LZW, а сжатие JPEG способны "понять" только очень немногие программы.

В областиByteOrder (Порядок байтов) выберите целевую компьютерную платформу IBMPC илиMacintosh.

Примечание

Память компьютеров PC и Macintosh организована по-разному. Числа, занимающие несколько байт, в памяти PC размещаются "в обратном порядке": старшие байты занимают младшие адреса. В компьютерах Macintosh принят "нормальный" порядок байтов.

ФлажокSaveImagePyramid (Сохранить пирамиду изображений) устанавливает сохранение в файле изображения сразу в нескольких разрешениях. Текущая версия AdobePhotoshop не позволяет выбирать разрешение при открытии файла. Планируется, что эту возможность будет использовать очередная версия издательской системы InDesign.

ФлажокSaveTransparency (Сохранять прозрачность) адресован другим программам. Если он установлен, то издательская система или программа иллюстрирования получит данные о прозрачных областях изображения. Сам Photoshop всегда учитывает прозрачность, независимо от положения этого флажка.

Оптимизация файлов как правило уменьшение размера без потерь качества или с небольшими потерями.