§3.2. Растровый подход
При использовании растровой графики с помощью определенного числа бит кодируется цвет каждого мельчайшего элемента изображения – пикселя. Изображение представляется в виде большого числа мелких точек, называемых пикселями. Каждый из них имеет свой цвет, в результате чего и образуется рисунок. При использовании растрового способа в ЭВМ под каждый пиксель отводится определенное число бит, называемое битовой глубиной. Каждому цвету соответствует определенный двоичный код (т.е. код из нулей и единиц). Например, если битовая глубина равна 1, т.е. под каждый пиксель отводится 1 бит, то 0 соответствует черному цвету, 1 -белому, а изображение может быть только черно-белым. Если битовая глубина равна 2, т.е. под каждый пиксель отводится 2 бита, 00- соответствует черному цвету, 01- красному , 10 - синему , 11- черному, т.е. в рисунке может использоваться четыре цвета. Далее, при битовой глубине 3 можно использовать 8 цветов, при 4 – 16 и т.д. Поэтому, графические программы позволяют создавать изображения из 2, 4, 8, 16 , 32, 64, ... , 256, и т.д. цветов. Понятно, что с каждым увеличением возможного количества цветов (палитры) вдвое, увеличивается объем памяти, необходимый для запоминания изображения (потому что на каждый пиксель потребуется на один бит больше).
Основным недостатком растровой графики является большой объем памяти, требуемый для хранения изображения. Это объясняется тем, что нужно запомнить цвет каждого пикселя, общее число которых может быть очень большим. Например, одна фотография среднего размера в памяти компьютера занимает несколько Мегабайт, т.е. столько же, сколько несколько сотен (а то и тысяч) страниц текста.
Еще одним недостатком растровых изображений является их искажение, возникающее при изменении размеров, вращении и других преобразованиях. Картинка, которая прекрасно выглядела при одном размере, после масштабирования или вращения может потерять свою привлекательность. Например, в областях однотонной закраски могут появиться ненужные узоры; кривые и прямые линии могут приобрести пилообразную форму.
Для сжатия такой графической информации существуют специальные методы, позволяющие сократить её объем в десятки раз.
Дополнительно (школьная информация):
Информация, в основном, взята из школьного учебника «Угринович Н.Д. Информатика и информационные технологии. 10 – 11.». Также использована информация из других школьных учебников.
Пространственная дискретизация.
В процессе кодирования изображения производится его пространственная дискретизация. Пространственную дискретизацию изображения можно сравнить с построением изображения из мозаики. Изображение разбивается на отдельные маленькие фрагменты (точки), причем каждому фрагменту присваивается значение его цвета, то есть код цвета.
Качество кодирования изображения зависит от двух параметров. Во-первых, качество кодирования изображения тем выше, чем меньше размер точки и соответственно большее количество точек составляет изображение.
Во-вторых, чем большее количество цветов, то есть большее количество возможных состояний точки изображения, используется, тем более качественно кодируется изображение (каждая точка несет большее количество информации). Совокупность используемых в наборе цветов образует палитру цветов.
Формирование растрового изображения.
Растровое изображение состоит из точек – пикселей, которые образуют растр.
Определение: Одна точка носит название «видеопиксель» (обычно говорят пиксель).
Слово «пиксель» происходит от английского «picture element» – элемент рисунка.
Точки располагаются в строках, а совокупность точечных строк образует графическую сетку (растр).
Определение: Растр (графическая сетка) – это совокупность точечных строк.
Чем больше точек в одной строке (а значит и во всех строках), тем лучше качество изображения.
Определение: Размер растра – это произведение числа точек в горизонтальной строке на число строк:
M × N.
Например, 640 × 480, 1024 × 768, 1280 × 1024. Обратите внимание, что сначала называется количество столбцов, а потом количество строк. Это связано с тем, что графическая система координат (оси X и Y) имеет точку отсчета в левом верхнем углу экрана. Ось Х направляется из этого угла: слева направо. Ось У направляется из этого угла сверху вниз.
Определение: Код пикселя – это информация о цвете пикселя.
Если один пиксель закодировать 1 битом (1 или 0), то рисунок черно-белый (1 – белый пиксель, 0 - черный пиксель).
Если один пиксель закодировать 2 битами (00, 01, 10 или 11), то рисунок содержит 4 цвета (00 - черный, 01 – красный, 10 – зеленый, 11 - коричневый).
Все разнообразие красок получается из сочетания ТРЕХ БАЗОВЫХ ЦВЕТОВ: красного (к, Red), зеленого (з, Green), синего (с, Blue).
Из этих цветов можно получить восемь сочетаний, которые зависят от наличия (к, з, с) или отсутствия ( – ) каждого из базовых цветов.
– – – |
Черный |
к – – |
Красный |
– – с |
Синий |
к – с |
Розовый |
– з – |
Зеленый |
к з – |
Коричневый |
– з с |
Голубой |
к з с |
Белый |
Каждое сочетание кодируется 3 битами (0 – отсутствие цвета, 1 – наличие цвета).
К |
З |
С |
Цвет |
0 |
0 |
0 |
Черный |
0 |
0 |
1 |
Синий |
0 |
1 |
0 |
Зеленый |
0 |
1 |
1 |
Голубой |
1 |
0 |
0 |
Красный |
1 |
0 |
1 |
Розовый |
1 |
1 |
0 |
Коричневый |
1 |
1 |
1 |
Белый |
Кроме цвета можно задать интенсивность (яркость) свечения базовых цветов.
Если добавить 1 бит – интенсивность цвета, то вместо 8 цветов будет 16.
И |
К |
З |
С |
Цвет |
0 |
0 |
0 |
0 |
Черный |
0 |
0 |
0 |
1 |
Синий |
0 |
0 |
1 |
0 |
Зеленый |
0 |
0 |
1 |
1 |
Голубой |
0 |
1 |
0 |
0 |
Красный |
0 |
1 |
0 |
1 |
Розовый |
0 |
1 |
1 |
0 |
Коричневый |
0 |
1 |
1 |
1 |
Серый (или Белый) |
1 |
0 |
0 |
0 |
Темно-серый |
1 |
0 |
0 |
1 |
Ярко-синий |
1 |
0 |
1 |
0 |
Ярко-зеленый |
1 |
0 |
1 |
1 |
Ярко-голубой |
1 |
1 |
0 |
0 |
Ярко-красный |
1 |
1 |
0 |
1 |
Ярко-розовый |
1 |
1 |
1 |
0 |
Ярко-желтый |
1 |
1 |
1 |
1 |
Ярко-белый |
Также можно добавлять интенсивность на каждый цвет по-отдельности. Причем интенсивность может быть двух уровней, если для кодирования каждого из базовых цветов выделять больше одного бита.
Формула: Количество различных цветов К и количество битов для их кодировки b связаны между собой формулой: К = 2 b
Например:
Пусть дан черный экран, разбитый на пиксели. Также изобразим графическую систему координат (оси Х и У).
Каждый пиксель закодируем одним битом (0 – черный цвет, 1 – белый цвет). В данном случае, все пиксели черные. Значит, рисунок будет кодироваться следующим образом:
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
Раскрасим часть пикселей белым цветом и закодируем изображение (1 пиксель – 1 бит).
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
Для кодирования черно-белого изображения понадобилось
7 (столбцов) * 9 (строк) * 1 (бит) = 63 бита.
Если бы изображение было закодировано иначе, например 1 пиксель – 3 бита, то:
7 (столбцов) * 9 (строк) * 3 (бит) = 189 бит.
Если бы изображение было закодировано с учетом яркости пикселя, например 1 пиксель – 4 бита, то: 7 (столбцов) * 9 (строк) * 4 (бит) = 252 бита.
Если добавляются характеристики яркости, то есть 1 пиксель – n бит, то в общем виде формула выглядит следующим образом:
Количество столбцов * количество строк * n бит