любое изображение можно закодировать с помощью чего

Любое изображение можно закодировать с помощью чего

У нас получился так называемый растровый рисунок, состоящий из квадратиков-пикселей.

Пиксель (англ. pixel = picture element, элемент рисунка) – это наименьший элемент рисунка, для которого можно задать свой цвет.

Разбив «обычный» рисунок на квадратики, мы выполнили его дискретизацию – разбили единый объект на отдельные элементы. Действительно, у нас был единый и неделимый рисунок – изображение ромба. В результаты мы получили дискретныйобъект – набор пикселей.Двоичный код для черно-белого рисунка, полученного в результате дискретизации можно построить следующим образом:

выписываем строки полученной таблицы одну за другой.

Покажем это на простом примере:

а для всего рисунка: 1A2642FF425A5A7E₁₆.

Разрешение – это количество пикселей, приходящихся на дюйм размера изображения.

	заменяем белые пиксели нулями, а черные – единицами;
Ширина этого рисунка – 8 пикселей, поэтому каждая строчка таблицы состоит из 8 двоичных разрядов – бит. Чтобы не писать очень длинную цепочку нулей и единиц, удобно использовать шестнадцатеричную систему счисления, закодировав 4 соседних бита (тетраду) одной шестнадцатеричной цифрой. Например, для первой строки получаем код 1A16:

Разрешение обычно измеряется в пикселях на дюйм (используется английское обозначение ppi = pixels per inch). Например, разрешение 254 ppi означает, что на дюйм (25,4 мм) приходится 254 пикселя, так что каждый пиксель «содержит» квадрат исходного изображения размером 0,1×0,1 мм. Если провести дискретизацию рисунка размером 10×15 см с разрешением 254 ppi, высота закодированного изображения будет 100/0,1 = 1000 пикселей, а ширина – 1500 пикселей.Чем больше разрешение, тем точнее кодируется рисунок (меньше информации теряется), однако одновременно растет и объем файла.

Кодирование цвета

Что делать, если рисунок цветной? В этом случае для кодирования цвета пикселя уже не обойтись одним битом. Например, в показанном на рисунке изображении российского флага 4 цвета: черный, синий, красный и белый. Для кодирования одного из четырех вариантов нужно 2 бита, поэтому код каждого цвета (и код каждого пикселя) будет состоять из двух бит. Пусть 00 обозначает черный цвет, 01 – красный, 10 – синий и 11 – белый. Тогда получаем такую таблицу:

Проблема только в том, что при выводе на экран нужно как‐то определить, какой цвет соответствует тому или другому коду. То есть информацию о цвете нужно выразить в виде числа (или набора чисел).Человек воспринимает свет как множество электромагнитных волн. Определенная длина волны соответствуют некоторому цвету. Например, волны длиной 500‐565 нм – это зеленый цвет. Так называемый «белый» свет на самом деле представляет собой смесь волн, длины которых охватывают весь видимый диапазон.Согласно современному представлению о цветном зрении (теории Юнга-Гельмгольца) глаз человека содержит чувствительные элементы трех типов. Каждый из них воспринимает весь поток света, но первые наиболее чувствительны в области красного цвета, вторые – области зеленого, а третьи – в области синего цвета. Цвет – это результат возбуждения всех трех типов рецепторов. Поэтому считается, что любой цвет (то есть ощущения человека, воспринимающего волны определенной длины) можно имитировать, используя только три световых луча (красный, зеленый и синий) разной яркости. Следовательно, любой цвет (в том числе и «белый») приближенно раскладывается на три составляющих – красную, зеленую и синюю. Меняя силу этих составляющих, можно составить любые цвета. Эта модель цвета получила название RGB по начальным буквам английских слов red (красный), green (зеленый) и blue(синий).

В модели RBG яркость каждой составляющей (или, как говорят, каждого канала) чаще всего кодируется целым числом от 0 до 255. При этом код цвета – это тройка чисел (R,G,B), яркости отдельных каналов. Цвет (0,0,0) – это черный цвет, а (255,255,255) – белый. Если все составляющие имеют равную яркость, получаются оттенки серого цвета, от черного до белого.

Чтобы сделать светло-красный (розовый) цвет, нужно в красном цвете (255,0,0) одинаково увеличить яркость зеленого и синего каналов, например, цвет (255, 150, 150) – это розовый.

Равномерное уменьшение яркости всех каналов делает темный цвет, например, цвет с кодом (100,0,0) – тёмно-красный.

Вот коды некоторых цветов:

Цвет Код (R,G,B) Код на веб-странице Красный (255,0,0) #FF0000 Зеленый (0,255,0) #00FF00 Синий (0,0,255) #0000FF Белый (255,255,255) #FFFFFF Черный (0,0,0) #000000 Серый (128,128,128) #808080 Фиолетовый (255,0,255) #FF00FF Голубой (0,255,255) #00FFFF Желтый (255,255,0) #FFFF00 Тёмно-фиолетовый (128,0,128) #800080 Светло-желтый (255,255,128) #FFFF80

Глубина цвета – это количество бит, используемое для кодирования цвета пикселя.

24-битное кодирование цвета часто называют режимом истинного цвета (англ. True Color – истинный цвет). Для вычисления объема рисунка в байтах при таком кодировании нужно определить общее количество пикселей (перемножить ширину и высоту) и умножить результат на 3, так как цвет каждого пикселя кодируется тремя байтами. Например, рисунок размером 20×30 пикселей, закодированный в режиме истинного цвета, будет занимать 20×30×3 = 1800 байт. Конечно, здесь не учитывается сжатие, которое применяется во всех современных форматах графических файлов. Кроме того, в реальных файлах есть заголовок, в котором записана служебная информация (например, размеры рисунка).

Очень часто (например, в схемах, диаграммах и чертежах) количество цветов в изображении невелико (не более 256). В этом случае применяют кодирование с палитрой.

Цветовая палитра – это таблица, в которой каждому цвету, заданному в виде составляющих в модели RGB, сопоставляется числовой код.

Кодирование с палитрой выполняется следующим образом:

красный: RGB-код (255,0,0); двоичный код 01 2 ;

синий: RGB-код (0,0,255); двоичный код 10 2 ;

белый: RGB-код (255,255,255); двоичный код 11 2 ;

Поэтому палитра, которая обычно записывается в специальную служебную область в начале файла (ее называют заголовком файла), представляет собой четыре трехбайтных блока:

Код каждого пикселя занимает всего два бита.Чтобы примерно оценить объем рисунка с палитрой, включающей N цветов (без учета сжатия), нужно

определить размер палитры, 3×N байт или 24×N бит;

определить глубину цвета (количество бит на пиксель), то есть найти наименьшее

натуральное число k, такое что 2 k ≥ N;

вычислить общее количество пикселей M, перемножив размеры рисунка;

определить информационный объем основной части M×k бит.

В таблице приведены данные по некоторым вариантам кодирования с палитрой:

RGB-кодирование лучше всего описывает цвет, который излучается некоторым устройством, например, монитором или экраном ноутбука. Когда же мы смотрим на изображение, отпечатанное на бумаге, ситуация совершенно другая. Мы видим не прямые лучи источника, попадающие в глаз, а отраженные от поверхности. «Белый свет» от какого-то источника (солнца, лампочки), содержащий волны во всем видимом диапазоне, попадает на бумагу, на которой нанесена краска. Краска поглощает часть лучей (их энергия уходит на нагрев), а оставшиеся попадают в глаз, это и есть тот цвет, который мы видим.

На трех дополнительных цветах – голубом, фиолетовом и желтом –строится цветовая модель CMY (англ. Cyan – голубой, Magenta – фиолетовый,Yellow – желтый), которая применяется для вывода на печать. Значения C=M=Y=0 говорят о том, что на белую бумагу не наносится никакая краска, поэтому все лучи отражаются, это белый цвет.

Если добавить голубого цвета, красные лучи поглощаются, остаются только синие и зеленые. Если сверху нанести еще желтую краску, которая поглощает синие лучи, остается только зеленый.

Строго говоря, цвет, кодируемый в моделях RGB, CMYK и HSV, зависит от устройства, на котором этот цвет будет изображаться. Для кодирования «абсолютного» цвета применяют модель Lab (англ. Lighntess – светлота, a и b – параметры, определяющие тон и насыщенность цвета), которая является международным стандартом. Эта модель используется, например, для перевода цвета из RGB в CMYK и обратно.

Цвет, который мы видим на мониторе, зависит от характеристик и настроек монитора.

Это значит, что, например, красный цвет (R=255, G=B=0) на разных мониторах будет разным. Наверняка вы видели этот эффект в магазине где продают телевизоры и мониторы – одна и та же картинка на каждом из них выглядит по-разному. Что же делать?

Во-первых, выполняется калибровка монитора – настройка яркости, контрастности, белого, черного и серого цветов. Во-вторых, профессионалы, работающие с цветными изображениями, используют цветовые профили мониторов, сканеров, принтеров и других устройств. В профилях хранится информация о том, каким реальным цветам соответствуют различные RGB-коды или CMYK-коды. Для создания профиля используют специальные приборы – калибраторы (колориметры), которые «измеряют» цвет с помощью трех датчиков, принимающих лучи в красном, зеленом и синем диапазонах. Современные форматы графических файлов (например, формат.PSD программы Adobe Photoshop) вместе с кодами пикселей содержат и профиль монитора, на котором создавался рисунок.

Проблема состоит в том, что не все цвета RGB-модели могут быть напечатаны. В первую очередь это относится к ярким и насыщенным цветам. Например, ярко-красный цвет (R=255, G=B=0) нельзя напечатать, ближайший к нему цвет в модели CMYK (C=0, M=Y=255, K=0) при обратном переводе в RGB может дать значения в районе R=237, G=28, B=26. Поэтому при преобразовании ярких цветов в модель CMYK (и при печати ярких рисунков) они становятся тусклее. Это обязательно должны учитывать профессиональные дизайнеры.

Растровое кодирование

Векторное кодирование

Самый главный недостаток этого метода – он практически непригоден для кодирования размытых изображений, например, фотографий.

1. Постройте двоичные коды для черно-белых рисунков и запишите их в шестнадцатеричной системе счисления:

Какие сложности у вас возникли? Как их можно преодолеть?

2. Постройте черно-белый рисунок шириной 8 пикселей, закодированный шестнадцатеричной последовательностью 2466FF6624₁₆.

3. Постройте черно-белый рисунок шириной 5 пикселей, закодированный шестнадцатеричной последовательностью 3A53F88₁₆.

4. Рисунок размером 10×15 см кодируется с разрешением 300 ppi. Оцените количество пикселей в этом рисунке. (Ответ: около 2 мегапикселей)

5. Постройте шестнадцатеричный код для цветов, имеющих RGB-коды (100,200,200), (30,50,200), (60,180, 20), (220, 150, 30). (Ответ: #64C8C8, #1E32C8, #3CB414, #DC961E)

7. Что такое глубина цвета? Как связаны глубина цвета и объем файла?

8. Какова глубина цвета, если в рисунке используется 65536 цветов? 256 цветов? 16 цветов? (Ответ: 16 бит; 8 бит; 4 бита)

9. Для желтого цвета найдите красную, зеленую и синюю составляющие при 12-битном кодировании. (Ответ: R=G=15, B=0)

10. Сколько места занимает палитра в файле, где используются 64 цвета? 128 цветов?

11. Сколько байт будет занимать код рисунка размером 40×50 пикселей в режиме истинного цвета? при кодировании с палитрой 256 цветов? при кодировании с палитрой 16 цветов? в черно-белом варианте (два цвета)? (Ответ: 6000, 2000, 1000, 250)

12. Сколько байт будет занимать код рисунка размером 80×100 пикселей в кодировании с глубиной цвета 12 бит на пиксель? (Ответ: 12000)

13. Для хранения растрового изображения размером 32×32 пикселя отвели 512 байтов памяти. Каково максимально возможное число цветов в палитре изображения? (Ответ: 16)

14. Для хранения растрового изображения размером 128 x 128 пикселей отвели 4 килобайта памяти. Каково максимально возможное число цветов в палитре изображения? (Ответ: 4)

15. В процессе преобразования растрового графического файла количество цветов уменьшилось с 1024 до 32. Во сколько раз уменьшился информационный объем файла? (Ответ: в 2 раза)

16. В процессе преобразования растрового графического файла количество цветов уменьшилось с 512 до 8. Во сколько раз уменьшился информационный объем файла?(Ответ: в 3 раза)

17. Разрешение экрана монитора – 1024 х 768 точек, глубина цвета – 16 бит. Каков необходимый объем видеопамяти для данного графического режима? (Ответ: 1,5 Мбайт)

19. Сколько памяти нужно для хранения 64-цветного растрового графического изображения размером 32 на 128 точек? (Ответ: 3 Кбайта)

20. Какова ширина (в пикселях) прямоугольного 64-цветного неупакованного растрового изображения, занимающего на диске 1,5 Мбайт, если его высота вдвое меньше ширины? (Ответ: 2048)

21. Какова ширина (в пикселях) прямоугольного 16-цветного неупакованного растрового изображения, занимающего на диске 1 Мбайт, если его высота вдвое больше ширины? (Ответ: 1024)

Источник

• ← что такое дот в вузе
• что такое оуг в amazing rp →

Количество цветов Размер палитры (байт) Глубина цвета (бит на пиксель) 2 6 1 4 12 2 16 48 4 256 768 8

Палитры с количеством цветом более 256 на практике не используются.

Итак, при растровом кодировании рисунок разбивается на пиксели (дискретизируется). Для каждого пикселя определяется единый цвет, который чаще всего кодируется с помощью RGB-кода. На практике эти операции выполняет сканер(устройство для ввода изображений) и цифровой фотоаппарат.

Растровое кодирование имеет достоинства:

универсальный метод (можно закодировать любое изображение); единственный метод для кодирования и обработки размытых изображений, не имеющих четких границ, например, фотографий;

и недостатки:

при дискретизации всегда есть потеря информации; при изменении размеров изображения искажается цвет и форма объектов на рисунке, поскольку при увеличении размеров надо как-то восстановить недостающие пиксели, а при уменьшении – заменить несколько пикселей одним; размер файла не зависит от сложности изображения, а определяется только разрешением и глубиной цвета; как правило, растровые рисунки имеют большой объем.

Существует много разных форматов растровых рисунков. Чаще всего встречаются следующие:

BMP (англ. bitmap – битовая карта, файлы с расширением .bmp) – стандартный формат в операционной системе Windows; поддерживает кодирование с палитрой и в режиме истинного цвета;

JPEG (англ. Joint Photographic Experts Group – объединенная группа фотографов-экспертов, файлы с расширением .jpg или .jpeg) – формат, разработанный специально для кодирования фотографий; поддерживает только режим истинного цвета; для уменьшения объема файла используется сильное сжатие, при котором изображение немного искажается, поэтому не рекомендуется использовать его для рисунков с четкими границами;

GIF (англ. Graphics Interchange Format – формат для обмена изображениями, файлы с расширением .gif) – формат, поддерживающий только кодирование с палитрой (от 2 до 256 цветов); в отличие от предыдущих форматов, части рисунка могут быть прозрачными, то есть на веб-странице через них будет «просвечивать» фон; в современном варианте формата GIF можно хранить анимированные изображения; используется сжатие без потерь, то есть при сжатии изображение не искажается; PNG (англ. Portable Network Graphics – переносимые сетевые изображения, файлы с расширением .png) – формат, поддерживающий как режим истинного цвета, так и кодирование с палитрой; части изображения могут быть прозрачными и даже полупрозрачными (32-битное кодирование RGBA, где четвертый байт задает прозрачность); изображение сжимается без искажения; анимация не поддерживается. Свойства рассмотренных форматов сведены в таблицу:

Формат Истинный цвет С палитрой Прозрачность Анимация BMP да да — – JPEG да – – – GIF – да да да PNG да да да –

Вы уже знаете, что все виды информации хранятся в памяти компьютера в виде двоичных кодов, то есть цепочек из нулей и единиц. Получив такую цепочку, абсолютно невозможно сказать, что это – текст, рисунок, звук или видео. Например, код 110010002 может обозначать число 200, букву ‘И’, одну из составляющих цвета пикселя в режиме истинного цвета, номер цвета в палитре для рисунка с палитрой 256 цветов, цвета 8 пикселей черно-белого рисунка и т.п. Как же компьютер разбирается в двоичных данных? В первую очередь нужно ориентироваться на расширение имени файла. Например, чаще всего файлы с расширением .txt содержат текст, а файлы с расширениями .bmp, .gif, .jpg, .png – рисунки.

Однако расширение файла можно менять как угодно. Например, можно сделать так, что текстовый файл будет иметь расширение .bmp, а рисунок в формате JPEG – расширение .txt. Поэтому в начало всех файлов специальных форматов (кроме простого текста, .txt) записывается заголовок, по которому можно «узнать» тип файла и его характеристики. Например, файлы в формате BMP начинаются с символов «BM», а файлы в формате GIF – с символов «GIF».

Кроме того, в заголовке указывается размер рисунка и его характеристики, например, количество цветов в палитре, способ сжатия и т.п. Используя эту информацию, программа «расшифровывает» основную часть файла и выводит его на экран.

Для чертежей, схем, карт применяется другой способ кодирования, который позволяет не терять качество при изменении размеров изображения. Рисунок хранится как набор простейших геометрических фигур (графических примитивов): линий, многоугольников, сглаженных кривых, окружностей, эллипсов. Такой рисунок называется векторным.

Векторный рисунок – это рисунок, который закодирован в виде набора простейших геометрических фигур, параметры которых (размеры, координаты вершин, углы наклона, цвет контура и заливки) хранятся в виде чисел.

Векторный рисунок можно «разобрать» на части, растащив мышкой его элементы, а потом снова собрать полное изображение:

При векторном кодировании для отрезка хранятся координаты его концов, для прямоугольников и ломаных – координаты вершин. Окружность и эллипс можно задать координатами прямоугольника, в который вписана фигура. Сложнее обстоит дело со сглаженными кривыми. На рисунке изображена линия с опорными точками.

У каждой из этих точек есть «рукоятки» (управляющие линии), перемещая концы этих рукояток можно регулировать наклон касательной и кривизну всех участков кривой. Если обе рукоятки находятся на одной прямой, получается сглаженный узел, если нет – то угловой узел. Таким образом, форма этой кривой полностью задается координатами опорных точек и координатами рукояток. Кривые, заданные таким образом, называют кривыми Безье в честь их изобретателя французского инженера Пьера Безье.

Векторный способ кодирования рисунки обладает значительными преимуществамив сравнении с растровым тогда, когда изображение может быть полностью разложено на простейшие геометрические фигуры (например, чертеж, схема, карта, диаграмма). В этом случае при кодировании нет потери информации.

Объем файлов напрямую зависит от сложности рисунка – чем меньше элементов, тем меньше места занимает файл. Как правило, векторные рисунки значительно меньше по объему, чем растровые.

При изменении размера векторного рисунка не происходит никакого искажения формы элементов, при увеличении наклонных линий не появляются «ступеньки», как при растровом кодировании:

а) б) в)