Кодування графічної інформації

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Кодування графічної інформації

У середині 50-х років для великих ЕОМ, що застосовувались в наукових і військових дослідженнях, вперше в графічному вигляді було реалізовано подання даних. В даний час широко використовуються технології обробки графічної інформації за допомогою ПК. Графічний інтерфейс користувача став стандартом "де-факто" для забезпечення різних класів, починаючи з операційних систем. Ймовірно, це пов'язано з властивістю людської психіки: наочність сприяє більш швидкому розумінню. Широке застосування одержала спеціальна область інформатики, що вивчає методи і засоби створення та обробки зображень за допомогою програмно-апаратних обчислювальних комплексів, - комп'ютерна графіка. Без неї важко уявити вже не тільки комп'ютерний, але і цілком матеріальний світ, так як візуалізація даних застосовується в багатьох сферах людської діяльності. Як приклад можна навести дослідно-конструкторські розробки, медицину (комп'ютерна томографія), наукові дослідження та ін

Особливо інтенсивно технологія обробки графічної інформації за допомогою комп'ютера стала розвиватися в 80-х роках. Графічну інформацію можна представляти у двох формах: аналогової або дискретною. Живописне полотно, колір якого змінюється безперервно - це приклад аналогового подання, а зображення, надруковане за допомогою струменевого принтера і складається з окремих точок різного кольору - це дискретне подання. Шляхом розбивки графічного зображення (дискретизації) відбувається перетворення графічної інформації з аналогової форми в дискретну. При цьому проводиться кодування - присвоєння кожному елементу конкретного значення у формі коду. При кодуванні зображення відбувається його просторова дискретизація. Її можна порівняти з побудовою зображення з великої кількості маленьких кольорових фрагментів (метод мозаїки). Всі зображення розбивається на окремі точки, кожному елементу ставиться у відповідність код його кольору. При цьому якість кодування буде залежати від наступних параметрів: розміру точки і кількості використовуваних кольорів. Чим менше розмір точки, а, значить, зображення складається з більшої кількості точок, тим вище якість кодування. Чим більшу кількість кольорів використовується (тобто точка зображення може приймати більше можливих станів), тим більше інформації несе кожна точка, а, значить, збільшується якість кодування. Створення та збереження графічних об'єктів можливе в декількох видах - у вигляді векторного, фрактального або растрового зображення. Окремим предметом вважається 3D (тривимірна) графіка, в якій поєднуються векторний і растровий способи формування зображень. Вона вивчає методи і прийоми побудови об'ємних моделей об'єктів у віртуальному просторі. Для кожного виду використовується свій спосіб кодування графічної інформації.

Растрове зображення

За допомогою збільшувального скла можна побачити, що чорно-біле графічне зображення, наприклад з газети, складається з найдрібніших крапок, складових певний візерунок - растр. У Франції в 19 столітті виник новий напрям в живописі - пуантилізм. Його техніка полягала в тому, що на полотно малюнок наносився пензлем у вигляді різнокольорових пікселів. Також цей метод здавна застосовується в поліграфії для кодування графічної інформації. Точність передачі малюнка залежить від кількості точок та їх розміру. Після розбиття малюнка на точки, починаючи з лівого кута, рухаючись по рядках зліва направо, можна кодувати колір кожної точки. Далі одну таку точку будемо називати пікселем (походження цього слова пов'язане з англійською абревіатурою "picture element" - елемент малюнка). Обсяг растрового зображення визначається множенням кількості пікселів (на інформаційний обсяг однієї точки, який залежить від кількості можливих кольорів. Якість зображення визначається роздільною здатністю монітора. Чим вона вища, тобто більше кількість рядків растра і точок в рядку, тим вище якість зображення. У сучасних ПК в основному використовують наступні роздільні здатності екрану: 640 на 480, 800 на 600, 1024 на 768 і 1280 на 1024 крапки. Оскільки яскравість кожної точки і її лінійні координати можна виразити за допомогою цілих чисел, то можна сказати, що цей метод кодування дозволяє використовувати двійковий код для того, щоб обробляти графічні дані.

Якщо говорити про чорно-білих ілюстраціях, то, якщо не використовувати півтони, то піксель буде приймати одне з двох станів: світиться (білий) і не світиться (чорний). А так як інформація про колір пікселя називається кодом пікселя, то для його кодування досить одного біта пам'яті: 0 - чорний, 1 - білий. Якщо ж розглядаються ілюстрації у вигляді комбінації точок з 256 градаціями сірого кольору (а саме такі нині загальноприйняті), то досить восьмирозрядного двійкового числа для того щоб закодувати яскравість будь-якої точки. У комп'ютерній графіці надзвичайно важливий колір. Він виступає як засіб посилення зорового враження та підвищення інформаційної насиченості зображення. Як формується відчуття кольору людським мозком? Це відбувається в результаті аналізу світлового потоку, що потрапляє на сітківку ока від відбивають або випромінюючих об'єктів. Прийнято вважати, що колірні рецептори людини, які ще називають колбочками, поділяються на три групи, причому кожна може сприймати всього один колір - червоний, або зелений, або синій.

Колірні моделі

Якщо говорити про кодування кольорових графічних зображень, то потрібно розглянути принцип декомпозиції довільного кольору на основні складові. Застосовують кілька систем кодування: HSB, RGB і CMYK. Перша колірна модель проста і інтуїтивно зрозуміла, тобто зручна для людини, друга найбільш зручна для комп'ютера, а остання модель CMYK-для друкарень. Використання цих колірних моделей пов'язане з тим, що світловий потік може формуватися випромінюваннями, що представляють собою комбінацію "чистих" спектральних кольорів: червоного, зеленого, синього або їх похідних. Розрізняють адитивна цветовоспроизведением (характерно для випромінюючих об'єктів) та субтрактівниє цветовоспроизведением (характерно для відображають об'єктів). Як приклад об'єкта першого типу можна навести електронно-променеву трубку монітора, другого типу - поліграфічний відбиток.

1) Модель HSB характеризується трьома компонентами: відтінок кольору (Hue), насиченість кольору (Saturation) і яскравість кольору (Brightness). Можна отримати велику кількість довільних квітів, регулюючи ці компоненти. Цю колірну модель краще застосовувати в тих графічних редакторах, в яких зображення створюють самі, а не обробляють вже готові. Потім створене свій твір можна перетворити в колірну модель RGB, якщо її планується використати як заставку ілюстрації, або CMYK, якщо в якості друкованої, Значення кольору вибирається як вектор, що виходить з центру кола. Напрямок вектора задається в кутових градусах і визначає колірний відтінок. Насиченість кольору визначається довжиною вектора, а яскравість кольору задається на окремій осі, нульова точка якої має чорний колір. Точка в центрі відповідає білому (нейтрального) кольору, а точки по периметру - чистим кольорам.

2) Принцип методу RGB полягає в наступному: відомо, що будь-який колір можна представити у вигляді комбінації трьох кольорів: червоного (Red, R), зеленого (Green, G), синього (Blue, B). Інші кольори і їх відтінки виходять за рахунок наявності або відсутності цих складових. За першими літерами основних кольорів система й одержала свою назву - RGB. Дана колірна модель є адитивною, тобто будь-який колір можна отримати поєднання основних кольорів у різних пропорціях. При накладанні одного компонента основного кольору на інший яскравість сумарного випромінювання збільшується. Якщо поєднати всі три компоненти, то отримаємо ахроматичний сірий колір, при збільшенні яскравості якого відбувається наближення до білого кольору.

При 256 градаціях тону (кожна точка кодується 3 байтами) мінімальні значення RGB (0,0,0) відповідають чорному кольору, а білому - максимальні з координатами (255, 255, 255). Чим більше значення байта колірної складової, тим цей колір яскравіше. Наприклад, темно-синій кодується трьома байтами (0, 0, 128), а яскраво-синій (0, 0, 255).

3) Принцип методу CMYK. Ця колірна модель використовується при підготовці публікацій до друку. Кожному з основних кольорів ставиться у відповідність додатковий колір (доповнює основний до білого). Отримують додатковий колір за рахунок підсумовування пари інших основних кольорів. Значить, додатковими кольорами для червоного є голубий (Cyan, C) = зелений + синій = білий - червоний, зеленого - пурпурний (Magenta, M) = червоний + синій = білий - зелений, для синього - жовтий (Yellow, Y) = червоний + зелений = білий - синій. Причому принцип декомпозиції довільного кольору на складові можна застосовувати як для основних, так і для додаткових, тобто будь-який колір можна представити або у вигляді суми червоною, зеленою, синьою складової або ж у вигляді суми блакитний, пурупурной, жовтої складової. В основному такий метод прийнятий в поліграфії. Але там ще використовують чорний колір (BlacК, оскільки буква У вже зайнята синім кольором, то позначають буквою K). Це пов'язано з тим, що накладення один на одного додаткових кольорів не дає чистого чорного кольору.

Розрізняють декілька режимів представлення кольорової графіки:

а) повнокольоровий (True Color);

б) High Color;

в) індексний.

При повнокольоровому режимі для кодування яскравості кожної з складових використовують по 256 значень (вісім двійкових розрядів), тобто на кодування кольору одного піксела (у системі RGB) треба затратити 8 * 3 = 24 розряду. Це дозволяє однозначно визначати 16500000 кольорів. Це досить близько до чутливості людського ока. При кодуванні за допомогою системи CMYK для подання кольорової графіки треба мати 8 * 4 = 32 двійкових розряду. Режим High Color - це кодування за допомогою 16-розрядних двійкових чисел, тобто зменшується колічестко двійкових розрядів при кодуванні кожної точки. Але при цьому значно зменшується діапазон кодованих квітів. При індексному кодуванні кольору можна передати ВСГО лише 256 колірних відтінків. Кожен колір кодується за допомогою восьми біт даних. Але так як 256 значень не передають увесь діапазон кольорів, доступний людському оку, то мається на увазі, що до графічних даними додається палітра (довідкова таблиця), без якої відтворення буде неадекватною: море може вийти червоним, а листя - синіми. Сам код точки растра в даному випадку означає не сам по собі колір, а тільки його номер (індекс) в палітрі. Звідси і назва режиму - індексний.

Відповідність між кількістю відображуваних кольорів (К) і кількістю біт для їх кодування (а) перебувати за формулою: К = 2а.

А

До

Достатньо для ...

4

24 = 16


8

28 = 256

Мальованих зображень типу тих, що бачимо в мультфільмах, але недостатньо для зображень живої природи

16 (High Color)

216 = 65536

Зображень, які на картинках у журналах і на фотографіях

24 (True Color)

224 = 16777

216

Обробки і передачі зображень, які не поступаються за якістю спостерігаються в живій природі



Двійковий код зображення, що виводиться на екран, зберігається у відеопам'яті. Відеопам'ять - це електронний енергозалежна запам'ятовуючий пристрій. Розмір відеопам'яті залежить від роздільної здатності дисплея і кількості квітів. Але її мінімальний обсяг визначається так, щоб помістився один кадр (одна сторінка) зображення, тобто як результат добутку роздільної здатності на розмір коду пікселя.

Vmin = M * N * a.

Двійковий код восьмикольоровій палітри

Колір

Складові


до

З

З

Червоний

1

0

0

Зелений

0

1

0

Синій

0

0

1

Блакитний

0

1

1

Пурпуровий

1

0

1

Жовтий

1

1

0

Білий

1

1

1

Чорний

0

0

0

Шестнадцатіцветная палітра дозволяє збільшити кількість використовуваних кольорів. Тут буде використовуватися 4-розрядна кодування пікселя: 3 біти основних кольорів + 1 біт інтенсивності. Останній керує яскравістю трьох базових кольорів одночасно (інтенсивністю трьох електронних пучків).

Двійковий код шестнадцатіцветной палітри

Колір

Складові


до

З

З

Інтенс

Червоний

1

0

0

0

Зелений

0

1

0

0

Сінній

0

0

1

0

Блакитний

0

1

1

0

Пурпуровий

1

0

1

1

Яскраво-жовтий

1

1

0

1

Сірий (білий)

1

1

1

0

Темно-сірий

0

0

0

1

Яскраво-блакитний

0

1

1

1

Яскраво-синій

0

0

1

0

...





Яскраво-білий

1

1

1

1

Чорний

0

0

0

0

При роздільному управлінні інтенсивністю основних кольорів кількість одержуваних квітів збільшується. Так для отримання палітри при глибині кольору в 24 біта на кожен колір виділяється по 8 біт, тобто можливі 256 рівнів інтенсивності (К = 28).

Двійковий код 256-кольорової палітри

Колір

Состовляющие


До

З

З

Червоний

11111111

00000000

00000000

Зелений

00000000

11111111

00000000

Синій

00000000

00000000

11111111

Блакитний

00000000

11111111

11111111

Пурпуровий

11111111

00000000

11111111

Жовтий

11111111

11111111

00000000

Білий

11111111

11111111

11111111

Чорний

00000000

00000000

00000000

Векторне і фрактальну зображення

Векторне зображення - це графічний об'єкт, що складається з елементарних відрізків і дуг. Базовим елементом ізораженія є лінія. Як і будь-який об'єкт, вона володіє властивостями: формою (пряма, крива), товщиною., Кольором, шрифтом (пунктирна, суцільна). Замкнуті лінії мають властивість заповнення (або іншими об'єктами, або вибраним кольором). Всі інші об'єкти векторної графіки складаються з ліній. Так як лінія описується математично як єдиний об'єкт, то й обсяг даних для відображення об'єкта засобами векторної графіки значно менше, ніж в растровій графіці. Інформація про векторному зображенні кодується як звичайна буквено-цифрова і обробляється спеціальними програмами.

До програмних засобів створення та обробки векторної графіки відносяться наступні ГР: CorelDraw, Adobe Illustrator, а також векторизатор (трассировщик) - спеціалізовані пакети перетворення растрових зображень у векторні.

Фрактальна графіка грунтується на математичних обчисленнях, як і векторна. Але на відміну від векторної її базовим елементом є сама математична формула. Це призводить до того, що в пам'яті комп'ютера не зберігається ніяких об'єктів і зображення будується тільки за рівняннями. За допомогою цього способу можна будувати найпростіші регулярні структури, а також складні ілюстрації, які імітують ландшафти.

Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Програмування, комп'ютери, інформатика і кібернетика | Реферат
56.2кб. | скачати


Схожі роботи:
Апаратні засоби виведення графічної інформації Засоби візуального відображення графічної інформації
Технології обробки графічної інформації
Пристрої введення графічної інформації
Відображення на екрані дисплея графічної інформації
Кодування інформації
Представлення та кодування інформації
Кодування інформації Код Ріда Малера
Метод словникового кодування Зеева Лемпела Диференціальне кодування
Метод словникового кодування Зеева-Лемпела Диференціальне кодування
© Усі права захищені
написати до нас