Теоретическая Информатика

Глава 4

Мультимедиа

50%

25%

Уровни

1

2

Отсчеты

§1. Цвет

1.Цвет. Пиксель

1°. П и к с е л ь . Р а з р е ш е н и е Как известно, компьютер имеет дело с конечным количест-

вом чисел (впрочем, с бесконечностью имеют дело только ма- тематики или богословы), с конечным числом объектов. Это приводит к тому, что в компьютерах информация представ- лена в виде конечного числа объектов малых размеров.

В частности, в наиболее распространенных устройствах ввода/вывода, имеющих дело с графикой,— мониторе, скане- ре и принтере,— графическое изображение представляется в виде матрицы «атомов», маленьких элементарных объектов.

Пиксель (pixel, PICture ELement) — элементарная единица изображения.

Матрица пикселей — представление пиксельного изображе- ния в виде матрицы — рядов и столбцов пикселей (рис. 4.1).

Пиксель еще называют зерном изображения, или просто зерном, а матрицу пикселей — просто матрицей.

Рис. 4.1. Схематические изображения матрицы пикселей

Изображение состоит из пикселей. Из пикселей составлены как сами объекты изображении, так и контуры этих объектов.

На самом деле отделить цветовую составляющую изображения от контурной, формообразующей можно только условно, за счет контраста. Кстати, биологиче- ский глаз устроен довольно сложно: одними рецепто- рами глаз воспринимает цветовую составляющую изо- бражения, а другими — контурную, контрастную.

Четкость и детальность изображения улучшается при:

1)уменьшении размера пикселей;

2)увеличении количества пикселей на единице длины. Разрешение изображения — количество пикселей на единице

длины. Точнее, количество центров пикселей, приходящийся на американский дюйм, причем измерение проводится вдоль го- ризонтальной или вертикальной стороны матрицы пикселей.

Дюйм — единица длины, часто используемая в компьюте- рах. Американский, или английский, дюйм равен 2,54 см.

Разрешение аппаратуры — разрешение изображений, кото- рое может осуществлять это оборудование.

Разрешение изображения называется просто разрешением. Точка по-английски «dot» («дот»), дюйм — «inch» («инч»), точек на дюйм — «dot per inch», поэтому выражение «точек на

дюйм» сокращается как «dpi» («дэ-пэ-и», или «ди-пи-ай»). Разрешение современной аппаратуры обычно одинаково

по горизонтали и вертикали и обозначается одним числом в единицах dpi. Все пиксели в изображении одного размера.

Упаковка пикселей — расположение пикселей в изображении так, что расстоянию между их центрами равно их размеру.

Перекрытие пикселей — расположение пикселей в изображе- нии так, что расстояния между их центрами больше их размера.

Схематически разрешение, например, 10 dpi для картинки 30 × 20 пикселей, можно изобразить, как на рис. 4.2.

Рис. 4.2. Разрешение 10 dpi для упаковки (слева) и перекрытия (справа) пикселей

Пиксель — это также цветовая единица изображения: цвет изображения получается из цветов пикселей.

С цветами не все так просто, как кажется. Например, в зави- симости от ситуации черный цвет может быть самым темным оттенком любого цвета, а белый — самым светлым.

В смысле качества цветов цветовой гаммы изображения бы- вают следующих трех видов.

Цветное изображение (color, colour, цвет, читается «кáлэ») —

изображение из пикселей по крайней мере двух цветов, при- чем черный и белый цвета не считаются.

Монохромное изображение (monochrome, читается «моно-

хром») — изображение, состоящее из пикселей разной яркости одного цвета: от черного или темного до белого или светлого данного цвета.

Черно-белое изображение (black and white, черный и белый,

читается «блэк энд уайт») — изображение, состоящее из пик- селей только двух цветов: черного и белого.

За счет чего получается цвет пикселя? Вместе с пикселем в данных хранится его цвет, точнее, код цвета. Под это число может отводиться различный объем памяти.

Глубина цвета — количество битов в коде цвета. Количество цветов, приходящихся на один пиксель, равно два в степени глубины.

Глубина цвета также называется разрядностью, или битно-

стью, цвета, или просто палитрой.

Меньше всего памяти требуется пикселям черно-белого или любого двуцветного изображения. Тогда пиксель может быть только 2 цветов, и для его кодировки достаточно 1 бита.

Стандартное количество цветов на первых цветных компь- ютерах и в стандартных языках программирования — 16, т. е. просто удвоенное количество основного набора компьютер- ных цветов. 16 цветов кодируются, конечно, 4 битами.

16 цветами передать цветную фотографию невозможно, а 256 — можно (но плохо). Это следующий стандарт цветного компьютера. 256 цветов кодируются 8 битами, или 1 байтом.

140 Глава 4. Мультимедиа

Следующий цветной стандарт — это 16-битный, или 2- байтный, цвет. Здесь получается 216 цветов, что достаточно для вполне адекватной передачи цветной фотографии.

Современный стандарт компьютера и Интернета — 24-бит- ный, или 3-байтный цвет (по байту на каждый из трех основных цветов), которого более чем достаточно для передачи цветных фотографий. На мониторах вместо 24-битного цвета может при- сутствовать 32-битный, что не мешает показывать 24-битный.

1-битный цвет — глубина 2-цветного пикселя, 4-битный цвет — 16-цветного, 8-битный цвет — 256-цветного.

16-битный цвет, или High Color (читается «хай калэ», хоро- ший цвет) — глубина 216 -цветного пикселя.

24-битный или 32-битный цвет, или True Color (читается «тру калэ», истинный цвет) — глубина 224 - или 232 -цветного пик- селя.

3°. У п р а ж н е н и я

1.Графическая картинка занимает на экране монитора площадь 15 × 15 см2 и содержит 360 тысяч пикселей. Найдите разрешение экрана.

2.Некоторая графическая картинка имеет ширину 600 пикселей. При измерении на экране она имеет ширину 15 см,

апри измерении на бумаге после печати — 2,5 см. Определите разрешение экрана и принтера.

3.Монитор имеет размер по диагонали 17" и разрешение экрана 1024 × 768. Найдите разрешение его изображения.

4.Цифровой фотоаппарат имеет светочувствительную мат- рицу размером 2288 × 1712, а при видеосъемке получается кар- тинки размером 320 × 240. Определите размеры матрицы фи- зических пикселей, приходящихся на один видеопиксель.

5.Страница формата А4 имеет размер примерно 8 × 11 дюймов. Определите объем файла в Мб, который получился при сохранении рисунка формата А4, сканированного с раз- решением 300 точек на дюйм и глубиной цвета 24 бита.

Человек воспринимает цвета рецепторами восприятия цве- та. Имеется три таких рецептора: один воспринимает в основ- ном красный цвет, другой — зеленый и третий — синий. Если на глаз падает свет одного из этих цветов, то работает один рецептор из трех (см. рис. 4.3). Таким образом, получаем три основных цвета восприятия цветов.

красный красный зеленый зеленый синий синий

Рис. 4.3. Схема восприятия трех основных цветов человеком

Основные цвета восприятия цветов — следующие три цвета:

1)красный, R (red, читается «рэд»);

2)зеленый, G (green, читается «грин»);

3)синий, B (blue, читается «блю»).

Пиксель на экране цветного монитора состоит из этих трех цветов, на монохромном — из одного цвета.

Пиксель монитора состоит из трех точек трех основных цветов восприятия (см. рис. 4.4).

Подпиксель — составная часть цветного пикселя. Цветной пиксель монитора имеет три подпикселя трех основных цве- тов: красного, зеленого и синего.

R G

B

Рис. 4.4. Схематическое изображение цветного пикселя и его подпикселей

Как и мониторы, сканеры работают с теми же тремя цвета- ми, имея три рецептора, перед которыми стоят соответствую- ще фильтры. Красный рецептор сканера воспринимает только красную составляющую изображения, зеленый — зеленую и синий — синюю.

Красный, зеленый и синий цвета можно также назвать ос- новными цветами монитора и сканера.

Цветовая модель (color model) — математическое описание получения всех цветов из нескольких основных.

Аддитивная цветовая модель — цветовая модель, основанная на сложении цветов, когда цвета при смешивании осветляются.

Цветовая схема RGB (Red, Green, Blue, читается «эр-гэ-бэ») —

аддитивная модель с тремя цветами: красным, зеленым и синим. Проще всего смоделировать белый и черный цвета.

Белый цвет пикселя (white) моделируется сложением всех трех основных цветов восприятия.

Черный цвет пикселя (black) моделируется отсутствием цветов. Осталось рассмотреть восприятие пар цветов (см. рис. 4.5).

Рис. 4.5. Схема восприятия пар основных цветов восприятия

Голубой цвет пикселя, C (синезеленый, бирюзовый, циан, cyan) моделируется сложением зеленого и синего цветов.

Фиолетовый цвет пикселя, M (пурпурный, лиловый, магента, magenta) — сложением красного и синего цветов.

Желтый цвет пикселя, Y (yellow) — красного и зеленого цве- тов.

Восемь основных цветов схемы RGB изображают в следую- щем виде.

M

R B

W

Y C

G

K

Рис. 4.6. Цветовая схема RGB (монитора и сканера)

При работе с изображениями в графических редакторах и подготовке веб-страниц накладывают изображения друг на друга или на фон. Удобно, когда некоторые пиксели наклады- ваемого изображения прозрачные. Прозрачный пиксель заме- щает на изображении пиксель любого указанного цвета.

Прозрачный пиксель, или альфа-пиксель (alpha) — это пиксель изображения, который имеет цвет того пикселя, на который он попал при наложении этого изображения на другое или на цветной фон.

Цветовая схема RGBA (Red, Green, Blue, Alpha, читается «эр-

гэ-бэ-а») — цветовая модель RGB с прозрачным пикселем.

Все разнообразие цветов, которое человек видит на экране монитора или вводит в компьютер со сканера, получается как комбинация трех основных цветов разной яркости.

Яркость подпикселя — степень свечения подпикселя, когда его цвет может меняться от черного до яркого цвета подпикселя.

Разнообразие цветов — следствие глубины цвета: чем больше глубина цвета подпикселей, тем точнее можно моде- лировать цвет. Стандарт Интернета является глубина цвета 24 бита, когда на каждый подпиксель приходится 1 байт, т. е. цвет пикселя кодируется шестизначным 16-ричным числом.

Шесть цветов цветовой модели, кроме белого и черного, образуют цветовой круг перехода цветов (рис. 4.7).

красный

желтый фиоле- товый

зеленый синий

голубой

Рис. 4.7. Цветовой круг

Приведенный цветовой круг универсален и работает не только для цветовых моделей монитора, но также и для цвето- вых моделей принтера. Все разнообразие цветов вписывается в этот круг.

Цвет изображения на бумаге получается в результате по- глощения, вычитания составляющих падающего белого цвета. При смешивании цветов на бумаге поглощаемые цвета склады- ваются. Поэтому цвета печати состоят из цветов, полученных при поглощении красителем минимального количества цве- тов, воспринимаемых рецепторами человека, т. е. одного ос- новного цвета восприятия (см. рис. 4.8).

Рис. 4.8. Схема образования трех основных цветов печати

Основные цвета печати — следующие три цвета красителей:

1)голубой, C (cyan, читается «циан»);

2)фиолетовый, M (magenta, читается «магента»);

3)желтый, Y (yellow, читается «елоу»).

Офисные принтеры работают с субтрактивными моделями

CMY и CMYK.

Сначала рассмотрим цветовую модель CMY.

Субтрактивная цветовая модель — цветовая модель вычита-

ния цветов, когда цвета при смешивании темнеют.

Цветовая модель CMY (Cyan, Magenta, Yellow, читается

«цми») — субтрактивная имитация всех воспринимаемых цве- тов на основе трех основных цветов красителей: голубого, фио- летового и желтого.

Как и для RGB, белый и черный цвета моделируются просто. Белый цвет пикселя (white) моделируется отсутствием всех цветных красителей. Черный цвет пикселя (black) моделируется

наложением всех трех основных цветов красителей.