3. Основы растровой графики

Растровая графика (raster, bitmapped graphics) - это область цифровой графи­ки, в которой изображение представляется совокупностью пикселов (рис. 6).

Рис. 6. Пример растрового изображения

3.1. Общие сведения

Компьютерное растровое изображение представляет собой прямоугольную матрицу, каждая ячейка которой имеет вид цветно­го «квадратика» и называется битовой картой (bitmap). Битова якарта представляет собой набор (массив) троек чисел: две коорди­наты пиксела на плоскости и его цвет.

Один из основных параметров этого вида графики - разре­шение.

Разрешение (resolution) - количество дискретных элементов изображения, размещенных в определенную стандартную единицу длины (обычно дюйм).

Оно является категорией качества и определяет минимальный элемент, с помощью которого создается изображение.

Единицами измерения разрешения для растрового изображе­ния обычно является ppi (pixels per inch - «пикселов на дюйм»), для печатающих устройств -dpi (dots per inch - «точек на дюйм»).

Чем выше разрешение, тем большее количество пикселов содержит изображение и соответственно тем меньше размер от­дельного пиксела (изображение с более высоким пространствен­ным разрешением характеризуется большим количеством деталей). Однако более высокое разрешение имеет и негативную сторону - больший размер файла изображения.

За нормальное сейчас принято разрешение 72 пиксела на один линейный дюйм. Оно обычно используется в электронных до­кументах и Интернете. В газетной печати - разрешение до 150 пик­селов на дюйм, для качественной полиграфии обычно около 300.

Часто на стадии редактирования изображения возникает не­обходимость изменения его размера или разрешения. Для реали­зации изменения в большинстве современных графических редакторов предусмотрена возможность использования операции Resampling, которая может быть реализована двумя способами: с фиксированным разрешением и с переменным разрешеним.

При увеличении или уменьшении размера и/или разрешения изображения число пикселов в изображении увеличивается или уменьшается. В обоих случаях качество изображения ухудшается.

В основе выполнения операции Resampling лежит использо­вание методов интерполирования.

Интерполирование - это совокуп­ность математических приемов для оп­ределения промежуточных значений функции, если известны только началь­ные и конечные значения. В программах растровой графики некоторые методы (или алгоритмы) интерполирования применяются для дописывания компь­ютером недостающих пикселов (для присвоения им значений тона или цве­та) при изменении их количества.

Следующим важным параметром битовой карты изображе­ния является глубина цвета (количество бит, которые отводятся на задание цвета пиксела).

Глубина цвета (или яркостное разрешение) характеризует количество уровней яркости, которые может принимать отдельный пиксел.Чем выше яркостное разрешение, тем большее число уровней яркости (или оттенков цвета) будет содержать файл изображения.

Исходя из значений глубины цвета, различают следующие типы изображений:

• черно-белые штриховые изображения (bitmap);

На каждый пиксел такого изображения отводится один бит, а одним битом можно закодировать только два цвета: черный (0) или белый (1) - рис. 7. Промежуточных состояний не бывает.

Бит (bit) - это минимальное количе­ство информации, составляющее выбор одного из двух возможных вариантов: «О» или «1». В компьютерной графике служит в качестве единицы глубины цвета.

Количество цветов можно определить как 2^п, где п - количество бит на пиксел.

Рис. 7. Пример черно-белого изображения (Bitmap)

• изображения в градациях серого (grayscale);

Если каждый пиксел кодировать восемью битами, то можно получить 2⁸ =256 градаций серого, или так называемую серую шкалу (grayscale).

Каждый пиксел характеризуется значением яркости, которое изменяется в диапазоне от 0 (черный) до 255 (белый). Такого числа уровней вполне достаточно, чтобы правильно отобразить черно-белое полутоновое изображение.

• полноцветные изображения (truecolor).

В этих изображениях каждый пиксел описывается восемью двоичными разрядами, в сумме это составит 24 бита. Это дает воз­можность закодировать 16,7 млн оттенков, что достаточно много.

Существуют также их варианты:

• дуплексные изображения (duotone);

Классическое дуплексное изображение - это печать одноц­ветного изображения двумя красками, одна из которых черная, а другая цветная (коричневая, голубая или зеленая). Может исполь­зоваться и несколько дополнительных красок. Дополнительные цвета применяются в данном случае для компенсации недостаточного количества тонов, которые может обеспечить печать толь­ко одним цветом. При этом дуплексы рассматривают как разновидность полутоновых (не цветных) изображений.

• изображения с индексированными цветами (indexed colors).

Индексированные цвета кодируются в виде так называемых цветовых таблиц (color lookup table, LUT), т.е.серий таблиц цветовых ссылок (индексов), в которых цвета уже предопределены как мелки в коробке пастели.

Индексированные цветные изображения обычно характеризуются глубиной цвета от 2 до 8 бит на пиксел, поэтому используемая палитра может содержать от 2²=4 до 2⁸=256 цветов и оттенков соответственно.

Файл с индексированным изображением содержит заголовок, поясняющий прикладным программам структуру таблицы и способ цветового кодирования для каждого пиксела.

Несмотря на ограниченность палитры индексированные цвета используются в изображениях для Web-страниц.

С разрешением и глубиной цвета непосредственно связан и размер графического файла.

Объем файла растровой графики зависит от трех параметров: от геометрических размеров, от значения разрешения и от значения глубины цвета. Объем файла в байтах равняется произведению длины изображения (в дюймах) на разрешение (в ррі), ширины изображения (в дюймах) на разрешение (в ррі) и на глубину цвета (в байтах на пиксел).