Вопрос. Кодирование информации

Изображение может храниться и обрабатываться в любой модели (векторной, растровой, трехмерной), но перед воспроизведением оно всегда преобразуется растровое. Это связано с конструкцией и принципом действия большинства экранных и печатающих устройств. Физически и экран и принтер являются растровыми устройствами. Поэтому в автоматизированном информационном обмене растровые изображения играют особую роль.

Схема кодирования растровых изображений - табличная. Кодирование выполняется в два этапа: сначала прямоугольное изображение представляется прямоугольной матрицей цветных точек, потом цвет каждой точки записывается числом или группой чисел.

Кодирование растрового изображения начинают с представления его в виде прямоугольной матрицы точек. Параметр, характеризующий частоту следования точек, называется разрешающей способностью изображения или оптическим разрешением. Оно измеряется количеством элементов изображения (в данном случае - пикселов), приходящимся на единицу длины изображения.

Системной единицей измерения длины является, как известно, метр (см, мм). Однако в вычислительной технике традиционно используется внесистемная единица – дюйм, и оптическое разрешение измеряется количеством точек, приходящихся на один дюйм[2] длины изображения – dpi, (dots per inch, англ). Это грубое отступление от международных стандартов имеет столь прочные корни, что в большинстве случаев целесообразнее принять его к сведению, чем преодолевать. Так, например, максимальное оптическое разрешение технических устройств, выраженное в единицах dpi, являетсяих стандартной технической характеристикой. Некоторые характерные значения для распространенных устройств приведены в таблице

Оптическое разрешение	Характеристика разрешения	Характеристика устройств
72…250dpi	Экранное	Устройства экранного воспроизведения
300 dpi	Низкое	Принтеры и сканеры бюджетного класса, предназначенные для обслуживания внутреннего документооборота предприятий
600 dpi	Средне	Принтеры и сканеры экономического класса
1200 dpi	Высокое	Принтеры и сканеры представительского класса, предназначенные для обслуживания внешнего документооборота предприятий
2400 dpi	Полиграфическое	Полиграфические устройства
4800 dpi	Сверхвысокое	Репродукционные устройства

Суть растрового подхода заключается в том, что всякое изображение рассматривается как совокупность точек разного цвета.

Векторный подход представляет изображение как совокупность простых элементов: прямых, линий, дуг, окружностей, эллипсов, прямоугольников, закрасок и пр., которые называются графическими примитивами.

В растровой графике графическая информация - это совокупность данных о цвете каждого пикселя на экране. В векторной графике графическая информация – это данные, однозначно определяющие все графические примитивы, составляющие рисунок. Положение и форма графических примитивов задаются в системе графических координат, связанных с экраном. Обычно начало координат расположено в верхнем левом углу экрана. Сетка

Пикселей совпадает с координатной сеткой. Горизонтальная ось Х направлена слева направо, а вертикальная ось У – сверху вниз.

Для примера рассмотрим «маленький монитор» с растровой сеткой размером 10х10 и черно-белым изображением.

-

Для кодирования в растровой форме на таком экране требуется 100 бит (1 бит на пиксель). Представим этот код в виде битовой матрицы, в которой строки и столбцы соответствуют строкам и столбцам растровой сети. Пусть «1» обозначает закрашенный пиксель, а «0» - не закрашенный. Вот как будет выглядеть такая матрица:

В векторном представлении буква «К» - это три линии. Всякая линия описывается указанием координат её концов в таком виде:

ЛИНИЯ (Х1,У1,Х2,У2)

Изображение буквы «К» можно описать следующим образом:

ЛИНИЯ (4,2,4,8)

ЛИНИЯ (5,5,8,2)

ЛИНИЯ (5,5,8,8)

 

Вопрос. Цветовые модели.

Субъективная оценка изображения зависит не только от его количества точек, но и от количества различимых цветов. Монохромное изображение имеет два различимых цвета: цвет фона и цвет красителя. Если краситель – черный, а бумага – белая, то изображение - черно-белое.

Цвет – это ощущение, которое испытывает человек при воздействии на его органы зрения электромагнитных волн определенной длины (от 375 нм[3] до 780 нм). Характер этого ощущения таков, что каждой длине электромагнитной волны соответствует условное представление об определенном цвете: (400 нм - фиолетовый, 500нм – зеленый, 700 нм – красный и т.п.). Электромагнитные излучения с длиной волны короче 375 нм или длиннее 780 нм не воспринимаются органами зрения, то есть невидимы. В первом случае их называют ультрафиолетовыми, а во втором случае - инфракрасными.

Опытным путем была установлена неравномерность чувствительности здорового глаза к лучам света разной длины волн. В диапазоне видимого света были выявлены три максимума, соответствующие синему, зеленому и красному цветам. Трехцветность зрения является основой кодирования информации о цвете.

Красный, синий и зеленый цвета играют особую роль. Их называют основными и обозначают первыми буквами английских названий: R(Red - красный ), G(Green - зеленый ) и B(Blue - синий ). Сумма трех лучей основных цветов, взятых в равной пропорции, дает луч нейтрального цвета.

Представление цвета в виде комбинаций нескольких базовых цветов называется цветовой моделью.

Веб-дизайнеры и разработчики мультимедиа-приложений, как правило, применяют модель RGB, а в полиграфии используется модель CMYK.

Цветовая модель RGB описывает излучаемые цвета. Она осно­вана на трех основных цветах: красный (Red), зеленый (Green) и синий (Blue). Остальные цвета получаются сочетанием базовых цветов. Цвета такого типа называются аддитивными. Каждому цвету соответствует один канал. Каждый канал может принимать значения от 0 до 255.

Цветовые модели CMY и CMYK описывают поглощаемые цвета. Цвета, которые используют белый свет, вычитая из него определенные участки спектра, называются субтрактивными (вы-читательными). Именно такие цвета и используются в модели CMY. Они получаются путем вычитания из белого аддитивных цветов модели RGB. Основными цветами в CMY являются: голубой (Cyan), пурпурный (Magenta) и желтый (Yellow). Смешение всех цветов модели CMY дает не черный, а грязно-коричневый цвет. В модели CMYK был введен один дополнительный цвет - черный. Он является ключевым цветом при печати, поэтому последняя буква в названии модели — К (Key).

На рис. 3.40 представлены графические иллюстрации цвето­вых моделей RGB и CMY.

При записи черно-белых изображений цвет точки регистрируется одним битом:

1 – черный цвет;

0 – белый цвет.

Чем больше двоичных разрядов выделено для записи каждого цвета, тем большее количество различимых цветов можно записать. В частности, одним байтом можно закодировать любой цветовой оттенок из 256 цветовой палитры. Глаз человека способен различать свыше 30000 цветовых оттенков. Теоретически, это означает, что 16-ти (два байта) разрядной палитры (65 536 различимых цветов) должно быть достаточно, описать все богатство различимых красок. Однако на самом деле это не так. Чтобы гарантированно выразить все различимые оттенки во всех тоновых диапазонах, нужна более представительная палитра. Обычно применяют 24-разрядное (три байта) кодирование, что позволяет представить более 16,5 млн цветов. Количество различимых цветов, содержащихся в палитре изображения, называется глубиной цвета или цветовым разрешением изображения

Модель RGB неплохо работает на практике. Телевизоры, мониторы, цифровые фото- и видеокамеры, мультимедийные проекторы и множество других устройств выпускают в расчете на работу именно в этой модели. Есть только одна проблема – совместимость устройств. Так, если фотокамера записала некий цвет как зеленый, необходимо, чтобы и устройство воспроизведения тоже сочло его зеленым. Для обеспечения совместимости между разными устройствами из общего пространства цветов RGB выбрали некоторое подпространство и назвали его «стандартным» - s RGB(standart RGB). Если изображение получено устройством, соответствующим стандарту s RGB, его можно смело переносить на иные устройства, поддерживающие этот стандарт, - цвета всех точек в достаточной мере сохраняться.

Сложнее обстоит дело с моделью CMY, потому что она реализуется не устройствами, а материалами: красками, чернилами и бумагой. Не существует ни идеальных красителей, ни идеальной бумаги. Кроме того, заранее не известно, при каком освещении зритель будет рассматривать изображение: при солнечном освещении, свете ламп накаливания или люминесцентных светильников. Цветопередача печатных изображений чрезвычайно сильно зависит от условий освещения. Особенно трудно получить чистый черный цвет., поэтому модель CMY на практике не применяют. В неё вводят дополнительную краску – черную (K, blacK) – применяют четырехкомпонентную модель CMYK (читается согласно правилам французского языка:ЦМИК). Свое применение эта модель нашла в полиграфии.