Графика точечная или векторная

⇐ ПредыдущаяСтр 14 из 17Следующая ⇒

Принципы обоих видов графики предполагают как достоинства, так и недостатки (по отдельности они описаны выше). Теперь необходимо рассмотреть их сущности в сравнении. Точечная графика оперирует элементами (пикселами), имеющими определенное цветовое значение и однозначное расположение в сетке битовой карты. Векторная графика оперирует математическими объектами, которые независимы от параметров внешнего устройства (монитора, принтера).

При редактировании точечной графики изменяется цвет определенной совокупности пикселов. Изменение цвета влечет за собой изменение формы изображаемых предметов. Цвет и форма в этом виде графики неотделима друг от друга, но в смысле технологии цвет первичен, а форма является производным от цвета. В чистом виде (без цвета в широком понимании) форма не существует. Процесс создания изображений точечной графики, если не считать компьютерной специфики, практически идентичен работе традиционного художника, который за счет расположения на плоскости мазков краски создает иллюзорную действительность (пространство, объем, освещение, материальность, фактурность).

При редактировании векторной графики изменяется в первую очередь форма объекта, а цвет играет второстепенную роль. Цвет и форма в этом виде графики независимы друг от друга, и в смысле технологии форма первична, а цвет — просто заполнитель формы (что и отражает термин " заливка" (fill)). В чистом виде (без контурной формы как сосуда) цвет не существует.

Точечные изображения хороши для создания фотореалистичных изображений с тонкими цветовыми переходами и нюансами — это портрет, пейзаж, живописный коллаж.

Векторные изображения используются для отображения объектов с четкой границей и ясными деталями — это шрифт, логотип, графический знак, орнамент, декоративная композиция в рекламе и полиграфической продукции.

57 Форматы: BMP, GIF, JPEG, TIFF, RAW, EPS. (км)

Формат BMP

Формат предназначен для Windows, и поэтому поддерживается всеми приложениями, работающими в этой среде. Он использует только индексированные цвета, не зависит от платформы, не поддерживает каналы. Все изображение хранится в виде битовой карты (массива) с определенной битностью или индексом цвета. Формат пикселей – RGB. Поддерживает сжатие.

Формат CompuServe GIF

Формат CompuServe Graphics Interchange Format (GIF) обычно используется» для отображения изображений с индексированными цветами и изображений, включаемых в документы HTML для сети WWW. Палитра до 256 цветов до 8 битов на пиксель. Формат предусматривает сжатие. Прозрачность. Анимация (хранение нескольких изображений). Interlace (чередование).

Формат JPEG

Формат JPEG (Joint Photographic Experts Group) (файл с расширением JPG) предназначен для сохранения точечных изображений со сжатием. Сжатие по методу этого формата уменьшает размер файла от десятых долей процента до ста (практически от 5 до 15 раз), но происходит с потерями (в большинстве случаев эти потери находятся в допустимых пределах). Распаковка JPG-файла происходит автоматически во время его открытия. При сохранении в этом формате можно регулировать соотношение уровней качества изображения и сжатия. Чем выше уровень сжатия, тем хуже качество и с большими потерями происходит распаковка изображения и наоборот.

Progressive-формат используется для создания изображения, которое отображается в несколько проходов, число которых выбирается в списке Scans (Чередование строк) в диапазоне от 3 до 5.

Формат пикселей – RGB и YCbCr.

Формат PNG

Формат PNG (Portable Network Graphics) предназначен для передачи графической информации через Интернет. Сжатие без потерь. 48 бит/пиксел (8 и 16 бит для RGB). Поддерживает палитру, альфа-канал для прозрачности. Чередование.

Формат TIFF

Формат TIFF (Tagged Image File Format) был создан в качестве универсального формата для изображений с цветовыми каналами (файл с расширением.TIF). Важным достоинством этого формата является его переносимость на разные платформы (при сохранении можно создать документ, доступный для чтения на компьютерах, совместимых с IBM PC или Macintosh), он импортируется во всех программах настольных издательских систем, его можно открыть и с ним работать практически в любой программе точечной графики. Кроме того, формат может включать и схемы сжатия для уменьшения размера файла. В формате TIFF могут сохраняться сопроводительные подписи, для идентификации передаваемых текстов и изображений. (File Info). Изображение может храниться по отдельным цветовым каналам RGB и CMYK;

Формат EPS

Формат EPS (Encapsulated PostScript) поддерживается большинством графических векторных редакторов и программ верстки. Этот формат наиболее предпочтителен при интеграции точечных изображений в эти программы, особенно если конечной целью является вывод на PostScript-принтеры или фотонаборные автоматы.

Истинные файлы типа EPS обычно интерпретируются как «черный ящик». По завершении импорта содержащиеся в файле данные остаются неразвернутыми, а на экране отображается вместо этого прообраз рисунка с низким разрешением. При последующей отправке такого документа на принтер выводиться будут истинные данные формата EPS. Однако в том случае, когда печать производится и принтере, не отвечающем стандарту PostScript, вместо истинного содержимого файла напечатан будет также только прообраз низкого разрешения.

Формат RAW

Само название (RAW – сырой) подразумевает, что файлы данного формата хранят «сырые» данные, предназначенные для последующей обработки. Сейчас это в основном данные с ПЗС-матриц цифровых фотоаппаратов (байеровская матрица). Название формата RAW файла соответственно меняется в зависимости производителя устройства. Adobe пытается стандартизировать файлы введя формат DNG (Digital NeGative). Поддерживают сжатие.

58. Методы сжатия графических файлов.

Кодирование длин серий RLE (Run Length Encoding). Последовательность пикселов с одинаковым значением кодируются с помощью пары чисел – длина серии и значение пиксела. 6 повторяющихся пикселов со значением 8 кодируются как 06₁₆08₁₆вместо 08₁₆08₁₆08₁₆08₁₆08₁₆08₁₆.

Кодирование LZ Программа ведет словарь повторяющихся последовательностей пикселов. Сжатый поток содержит коды указывающие на элементы словаря. GIF PNG

Кодирование Хаффмана Вместо использования для представления значений компонентов фиксированного числа битов, используются коды переменной длинны. Значениям которые повторяются чаще присваиваются более короткие коды. PNG JPEG

Метод DCT (Discrete Cosine Transform) Блоки пикселей представляются с помощью косинусных функций с разными частотами. Высокие частоты которые вносят маленький вклад в изображение отбрасываются. (метод с потерями) JPG

Применительно к файлам:

BMP RLE8

Данные разбиваются на двухбайтовые пары. Первый байт количество повторений, второй – значение повторяющегося пиксела. Счетчик повтора = 00 используется как управляющий код:

00 00 – переход на новую строку; 00 01 – конец изображения;

00 02 – изменение положение в изображении. Следующие два байта – положение на которое надо перейти. (позволяет пропускать большое кол-во нулевых байт)

04₁₆15₁₆00₁₆00₁₆02₁₆11₁₆02₁₆03₁₆00₁₆01

15₁₆15₁₆15₁₆15₁₆

11₁₆11₁₆03₁₆03₁₆

BMP RLE4

Отличие – кодируется два значения четные и нечетные.

05₁₆56₁₆

5 6 5 6 5

Все управляющие коды совпадают с RLE8.

JPEG

Последовательный	Прогрессивный	Без потерь	Иерархический
Хаффмана	Арифметический	Хаффмана	Арифметический	Оригинальный	JPEG-LS

Последовательный – простейший режим в один проход (скан) для каждой цветовой компоненты и два альтернативных процесса кодирования энтропии (хафман и арифметический)

Прогрессивный – несколько проходов (сканов). От 2-х до 896. При декодировании позволяют постепенно просматривать изображение.

Иерархический – супер-прогрессивный режим – изображение разбивается на кадры. Каждый кадр – изображение с разным разрешением сжатия.

Без потерь – практически не используется - JPEG-LS – самый последний метод.

Частота дискретизации:

При применении YCbCr – можно сжимать различные компоненты с разной частотой дискретизации.

Этапы кодирования JPEG:

Дискретизация (Sampling) – RGB -> СYbYrи субдискретизация (downsmpling)

DCT – Изображение сжимается в блоки 8X8 пикселей – единицы данных (data units). Просисходит преобразование единиц данных в сумму косинусных функций.

Квантизация (Quantization) – отбрасываются коэффициенты DCT несущественные для восстановления. (основная потеря данных)

Кодирование Хаффмана – Кодируются коэффициенты DCT. Исключаются серии нулевых значений. Называется кодированием энтропии, так как вместо Хаффмана может использоваться арифметическое кодирование.

59. Текущее положение и будущее графических файлов. Модель зрения. Динамический диапазон. Сопоставление.

Текущее положение

Сейчас универсальной моделью описания изображений является аддитивная аппаратно-зависимая модель RGB (Red, Green, Blue), которая разрабатывалась для устройств отображения таких, как CRT (Cathode Ray Tube) – то есть, обычный компьютерный монитор. В соответствии с этой моделью, произвольный цвет можно представить как сумму трех основных цветов – красного (Red), зеленого (Green) и синего (Blue) с правильно подобранными интенсивностями. Интенсивность каждого основного цвета представляется в виде 256 оттенков (градаций интенсивности). Число 256, в принципе, довольно произвольно и появилось в результате компромисса между производительностью графической подсистемы компьютера, требованием фотореалистичности изображений и двоичной природой компьютерных вычислений. В частности, в результате исследований было выяснено, что 16, 7 миллионов оттенков (256х256х256) вполне достаточно для передачи изображений фотографического качества, к тому же, 256 довольно просто кодируется в двоичной системе как 2⁸, т.е. один байт.

Итак, согласно модели RGB, черный цвет представляется как (0, 0, 0), то есть полное отсутствие интенсивности, а белый – как (255, 255, 255), т.е. цвет с максимальной интенсивностью трех основных цветов. Очевидно, что произвольный цвет в RGB описывается триадой целых чисел, использование вещественных чисел (чисел с плавающей запятой – например, 1.6 или 25.4) в рамках этой модели недопустимо, а сами числа являются " фиктивными", то есть, не имеют ничего общего с реальными физическими величинами освещенности.

Еще одно интересное свойство 8-битного представления интенсивности – дискретность. Известно, что максимальная светимость экранов современных мониторов составляет около 100-120 cd/m²(кандела). Если разделить эту величину на 256 оттенков, получим приблизительно 0, 47 cd/m² – такой интервал яркости разделяет два соседних оттенка. Таким образом, изменение яркости на мониторе дискретно и величина дискретизации (можно ее еще назвать порогом чувствительности к градациям яркости) составляет 0, 47 cd/m², если выкрутить регулировку яркости монитора на максимум и около 0, 4 cd/m², если регулировка яркости установлена на 70-80% яркости.

Используя термин " произвольный цвет", на самом деле вовсе не имелось в виду любой различаемый человеческим глазом оттенок света. Человек видит гораздо больше, чем могут воспроизводить многие технические устройства. Если говорить о CRT, то основным, ограничивающим воспроизводимую световую гамму фактором, являются физико-химические свойства люминофоров, используемых для покрытия экрана. В частности, свойства излучения света люминофорами при бомбардировании их пучком электронов. И основными ограничивающими свойствами здесь являются максимально доступная люминофору яркость и монохромность цвета основных каналов. Увеличение яркости свечения люминофора достигается увеличением напряжения (энергии бомбардирующих электронов), но яркость возрастает не беспредельно. При достижении некоторой пороговой величины увеличение напряжения больше не увеличивает яркость (а только риск сжечь монитор: ). Эта пороговая величина носит название величины насыщения и является верхней границей динамического диапазона яркостей устройства отображения. Порог насыщения монитора гораздо меньше, чем предельная для человеческого глаза яркость. Таким образом, существует целая область яркостей с высокой интенсивностью, и соответственно – цветов, доступных восприятию человека и недоступных для отображения на мониторе, каким бы хорошим он ни был.

С другой стороны, разрешающей способности монитора по яркости недостаточно вблизи темной области цветов (цветов с малой интенсивностью от 0 до 10 cd/m²). Другими словами, глаз человека способен замечать гораздо более тонкие изменения яркости малой интенсивности, чем это доступно монитору. Монитор слишком " груб" при малых интенсивностях света и слишком " ограничен" в светлой области света по отношению к человеческому зрению.

Динамический диапазон

Отношение самой большой интенсивности к самой малой, доступных для отображения данным устройством, называется его динамическим диапазоном. Таким образом, динамический диапазон обычного монитора составляет 256: 1 в " фиктивных" единицах градации яркости или 100: 1 cd/m² в абсолютных радиометрических единицах. На самом деле, динамический диапазон монитора в реальных условиях несколько меньше. Во-первых, редко кто выставляет яркость монитора на максимум – себе дороже. Во-вторых, в реальных рабочих условиях всегда присутствует окружающий свет (дневное освещение или искусственное освещение в офисе), который добавляется к свечению монитора. Это, в частности, приводит к тому, что черный цвет на экране монитора – это всегда интенсивность и цвет окружающего света.

Еще одним важным свойством отображения на мониторе является его нелинейность – яркость свечения монитора не пропорциональна приложенному напряжению. Закон, связывающий подаваемое на монитор напряжение u и вызываемую им интенсивность свечения люминофора I выглядит следующим образом: I=k*u ^(1/g)

где g – гамма - коэффициент, типичная величина которого для монитора составляет 2.5, k – некоторое постоянное число. Очевидно, что нелинейность устройства отображения также необходимо учитывать при описании изображений, например линейными величинами реальной светимости. Гамма-коррекция изображения может приводить к тому, что RGB описание изображения, по причине своей аппаратной зависимости, может содержать значение гамма – коэффициента конкретного монитора, на котором выполнялась коррекция цвета.

Разрешение по яркости, нелинейность, насыщение, динамический диапазон – все эти свойства присущи не только монитору, но и другим техническим устройствам записи и отображения – фотокамерам, сканерам, принтерам. Правда, их численные значения, естественно, будут другими. Например, динамический диапазон фотослайда составляет 1000: 1, а газетной черно-белой печати – 10: 1.

Подведем итог. Принятая сегодня модель использует для представления изображений три основных канала (R, G, B) с дискретными интенсивностями низкого динамического диапазона (256: 1 или 100: 1 для CRT), описываемого целыми числами (8 бит на канал), не являющимися реальными (радиометрическими) линейными величинами светимости. Такое описание получило название LDRI – Low Dynamic Range Image.

Модель зрения человека

Зрение человека является предметом пристального изучения уже довольно длительное время и сейчас накоплена обширная база экспериментальных данных о его свойствах. Хотя этих данных все еще недостаточно для построения исчерпывающей математической модели зрения, имеющиеся данные позволяют делать ряд важных и интересных заключений в тех или иных конкретных ситуациях.

Динамический диапазон зрения человека лежит в пределах от 10^-6 до 10⁸ cd/m², то есть, составляет 100 000 000 000 000: 1, или 14 порядков величины. Правда, глаз не может видеть свет из всего этого диапазона одновременно – максимальный диапазон интенсивностей, доступных глазу человека " зараз" составляет что-то около 10000: 1, а поскольку зрение человека фиксирует по отдельности интенсивность света и его цвет, вся доступная глазу одновременно гамма светов составляет: 10 000 оттенков яркости х 10 000 оттенков цвета, то есть, 10⁸ цветов. Приспосабливание зрения к более широкому диапазону освещенности осуществляется посредством механизма, известного как адаптация. Когда вы входите с улицы в темное помещение (например, в кинозал, где уже началась демонстрация фильма), потребуется некоторое время, чтобы глаза вновь обрели способность видеть. Аналогично, при смене темного окружения на светлое, зрению также потребуется время для адаптации.

Далее, известно, что человек может раздельно фиксировать интенсивность и цвет света. Это обусловлено двумя типами рецепторов сетчатки глаза – палочками и колбочками. Палочки регистрируют изменение интенсивности освещения и практически нечувствительны к цвету – это так называемое ахроматическое или " ночное" зрение. Палочки активны при малых интенсивностях цвета в диапазоне от 10^-6 до 10 cd/m², получившим название в литературе scotopic. Колбочки отвечают за чувствительность к цвету и очень слабо реагируют на изменение его интенсивности – это хроматическое, или цветное зрение, которое активно в диапазоне интенсивности освещения в пределах от 10^-2 до 10⁸ cd/m². Этот интервал интенсивностей получил название photopic. И наконец, область, в которой активны оба типа рецепторов, а зрение одинаково хорошо фиксирует и цвет и его интенсивность, лежит в пределах от 0.01 до 10 cd/m² и называется mesopic. Таким образом, для человека цвет практически неразличим при темном освещении (помните – " ночью все кошки серы"? ), а при ярком свете мы очень плохо различаем его интенсивность – одна из причин того, что мы не можем видеть звезды днем.

Еще одно важное свойство зрения – порог чувствительности, или минимальное изменение интенсивности освещения различаемое глазом (разрешающая способность по яркости). Величина порога чувствительности зависит от интенсивности света и возрастает с ее увеличением. В пределах от до 0.01 до 100 cd/m² отношение интенсивности к величине порога есть величина постоянная (закон Вебера), равная 0.02. То есть, для интенсивности света в 1 cd/m² порог чувствительности составляет 0.02 cd/m², для 10 – 0.2 cd/m², для 50 – 1 cd/m² и для 100 – 2 cd/m². Для остальной части диапазона интенсивностей это, вообще говоря, не так и зависимость описывается более сложным законом.

⇐ Предыдущая 8 9 10 11 12 131415 16 17 Следующая ⇒