6.3. Основные типы растровых изображений
Изображения разных типов отличаются друг от друга количеством и устройством цветовых каналов. Различают следующие типы изображений:
Монохромные изображения.
В них присутствуют только два цвета: чёрный и белый.
Это одноканальные изображения.
Полутоновые изображения.
В них присутствуют 256 оттенков серого цвета. Это одноканальные изображения.
Полноцветные изображения.
Это цветные изображения, использующие цветовые модели RGB, CMYK, Lab и т. п.
Они состоят из нескольких цветовых каналов, каждый из которых представляет собой полутоновое изображение, содержащее 256 оттенков.
Индексированные изображения.
Это одноканальные цветные изображения, содержащие от 4 до 256 точно определённых цветов. Применение для описания цвета пикселей подобных изображений палитры фиксированных цветов позволяет получать яркие цветные, но не полноцветные изображения (подобные иллюстрациям, выполненным фломастерами, а не смесью красок). Поскольку максимальное количество оттенков в палитре подобных изображений 256, значит для кодирования цвета пикселя требуется указать номер цвета от 0 до 255. Таким образом, глубина цвета подобных изображений не превышает 8 бит. Подобные изображения применяются в web-дизайне, т. к. размер индексированных изображений меньше, чем аналогичных полноцветных.
Многоканальные изображения.
Это изображения, содержащие произвольное число каналов. К подобному типу относятся документы с изображениями, созданными для распечатывания на полиграфическом оборудовании. В многоканальном изображении, например, помимо данных о содержимом четырёх полутоновых CMYK-каналов, может присутствовать также информация о дополнительных монохромных каналах, где указаны участки для нанесения на изображение металлизированной (золотистой) краски и лакового покрытия.
Контрольные вопросы
Объясните необходимость точного описания цвета цифрового изображения. Какие цветовые модели используются в компьютерной графике?
Расскажите об устройстве цветовых моделей, областях их применения.
Дайте определения цветового пространства, цветового охвата цветовой модели. Расскажите о различиях цветового охвата моделей RGB, CMYK, Lab.
Как происходит кодирование цвета цифровых изображений? Дайте понятие глубины цвета. Объясните зависимость размера файла цифрового изображения от применённой в нём цветовой модели.
Расскажите об областях применения и особенностях растровых изображений следующих типов: монохромные, полутоновые, полноцветные, индексированные, многоканальные.
7. Изображение в памяти компьютера
7.1. Принципы представления изображения в памяти компьютера
Изображения растровой, векторной и фрактальной графики имеют свои характерные особенности и внешне легко отличаются друг от друга. Но прежде всего они различаются способом представления изображения в памяти компьютера.
Как вы уже знаете, документы фрактальной графики не хранят в памяти компьютера информацию об отдельных элементах изображения, а значит, не нуждаются в специальном её представлении. Фрактальная картинка выстраивается по сохранённой в документе формуле. Таким образом, уместно говорить, что в компьютерной графике существуют два подхода к представлению (кодированию) графической информации – растровый и векторный.
Суть растрового подхода заключается в том, что всякое изображение рассматривается как совокупность точек разного цвета и, следовательно, представление в цифровом виде растрового изображения сводится к кодированию информации о цвете каждого пикселя.
Векторный подход представляет изображение как совокупность простых элементов: прямых линий, дуг, окружностей, эллипсов, прямоугольников и пр., которые называются графическими примитивами. Кодирование векторного изображения предполагает однозначное определение (задание) положения, формы а также цветовых характеристик всех графических примитивов, составляющих рисунок.
Можно рассмотреть разницу в кодировании графической информации на примере представления одного и того же фрагмента изображения в растровом или векторном виде. Пусть для изображения буквы «К» используется «маленький монитор» с растровой сеткой размером 10x10 и черно-белым изображением (рис. 15).
Р
ис.
15. Имитация изображения буквы на экране,
где каждая клетка соответствует
одному пикселю
Представим этот код в виде битовой матрицы, в которой строки и столбцы соответствуют строкам и столбцам растровой сетки. Пусть «1» обозначает чёрный пиксель, а «0» – белый. В итоге матрица изображения будет выглядеть следующим образом:
0000000000
0001000100
0001001000
0001010000
0001100000
0001010000
0001001000
0001000100
0000000000
0000000000.
Поскольку первым элементом матрицы обычно считается элемент первой строки первого столбца, то положение пикселей всех растровых изображений (в том числе и на экране монитора) задаётся в системе графических координат, где начало координат расположено в верхнем левом углу экрана, горизонтальная ось X направлена слева направо, а вертикальная ось Y – сверху вниз.
В отличие от пиксельной модели, в векторной модели структуры данных соответствуют не пикселям, а более крупным и семантически нагруженным объектам изображения. В векторном представлении буква «К» – это три линии. Всякая прямая линия описывается указанием координат ее концов в таком виде:
ПРЯМАЯ ЛИНИЯ (X1, Y1, X2, Y2).
Таким образом, изображение буквы «К» можно описать так:
ПРЯМАЯ (4, 2, 4, 8)
ПРЯМАЯ (5, 5, 8, 2)
ПРЯМАЯ (5, 5, 8, 8).
При выполнении построений в программах векторной графики положение и форма графических примитивов задаются в системе графических координат, где, как правило, начало координат находится в нижнем левом углу изображения, горизонтальная ось X направлена слева направо, а вертикальная ось Y – снизу вверх.
Безусловно, при создании изображений в программах растровой или векторной графики пользователь не составляет никаких матриц и уравнений, графические редакторы автоматически преобразовывают созданное пользователем изображение в соответствующую форму для обработки и хранения в памяти компьютера. Совокупность значений параметров, фиксирующих цвет пикселя или свойства векторного объекта, составляет дескриптор. Совокупность дескрипторов, соответствующих всем элементам изображения, приведённых в фиксированной последовательности, образует информационную модель изображения. Объём и количество дескрипторов, содержащих полную информацию об изображении, в конечном итоге определяют размер файла графического документа.
В построении информационной модели растрового изображения решающую роль играет выбор цветовой модели, соответствующей типу изображения. Именно её выбор в значительной степени определяет внешний вид документа и влияет на размер файла изображения.
Дескрипторы объектов, составляющих векторную модель, неодинаковы – их структура и размеры зависят от типа объекта, которому соответствует дескриптор, и значений его атрибутов. Например, описание контура, проходящего через три точки, займёт в памяти меньше места, чем описание контура, проходящего через триста точек. Для назначения цвета векторным объектам используются те же принципы представления цвета, что и для растровой модели, но цветовые характеристики изображения практически не оказывают влияния на размер его векторной модели.