Загрузка...Всем привет! Сегодня мы рассмотрим основные свойства и характеристики цифровых изображений, такие как пиксели, разрешение и глубина цвета.
В момент создания цифрового изображения необходимо было как-то разумно изображать данные, упорядочить их и сохранить. Возник, следовательно, уже почти легендарный пиксель - наименьшая единица информации цифровых изображений. Пиксель является аббревиатурой от picture element, где слово picture рассматривают обычную как аббревиатуру pix, она означает один сплошной цвет точки цифрового изображения. Пиксель сам по себе не определяет форму, его форма может быть квадратной, круглой или любой, но на практике полезно представить его в виде прямоугольника, который возникает при разделении изображения на горизонтальные и вертикальные сегменты.
Разрешение. Если разрезать реальную картину на определенное количество вертикальных и горизонтальных элементов, то вы создаёте на самом деле мозаику цифрового изображения. Каждый сегмент (прямоугольник) в этой мозаике при этом содержит подробные данные, однако, нам нужно этот один сегмент описать только одним пикселем - одним цветом. Пиксель выражает средний цвет каждого сегмента мозаики и в результате происходит упрощение изображения. Логично, чем больше пикселей, тем более мягко, более точно картину мы описываем. Зная размеры изображения и его разрешение в пикселях можно вычислить площадь одного пикселя.
Цвет пикселя. Наиболее распространенным представлением цвета, используемым в цифровых камерах для создания цифрового изображения и в компьютерах для отображения данных, является RGB модель, где каждый пиксель описывается тройкой чисел RGB - Red, Green, Blue. Те выражают красную, зеленую и синюю составляющие каждого пикселя. Смешивая эти цвета можно получить дополнительные. Однако, есть и другие цветовые схемы, RGB-модель, при этом только одна из них, другими являются, модель CMYK, HSB или L*a*b.
Цифровое изображение – глубина цвета и размер данных
Глубина цвета. Цвет каждого пикселя в RGB представлении закодирован 3 номерами, которые выражают яркость красного (Red), зеленого (Green) и синего (Blue) компонентов. Каждый цвет пикселя кодируется в байтах. Байт является основной единицей компьютерной информации и состоит из 8 бит, где бит-это элементарная ячейка способная нести только информацию "0" или "1". Байт информационный, но относительно „бедный“ и может кодировать только целые числа от 0 до 255 - таким образом, в общей сложности 256 уровней.
Глубина определяет общее количество возможных цветов в цифровом изображении. Низкое количество возможных цветов приводит к прерывистым пересечениям.
Таким образом, если для каждого пикселя из RGB-компонента резервировать всего лишь 1 байт, то цвет пикселя кодируется в общей сложности 3 байтами, каждая цветовая составляющая имеет только 256 уровней своей яркости от 0 (выключен) до 255 (максимум). В таком случае говорят о глубине цвета 8 бит на канал, или 3x8=24 бита на пиксель. В профессиональной практике, однако, это часто мало, и поэтому используется даже более высокая глубина цвета в цифровом изображении, таким образом, 16 бит (2 байт) на канал, следовательно, 3x16=48 бит на пиксель (bpp).
Размер одной фотографии. Возьмем для примера реальную фотографию, составленную из, например, 6 миллионов пикселей (6 Mpix), чьё разрешение 3000 x 2000 пикселей. Если каждый пиксель поместили в 24-битную глубину цвета на пиксель (3 байта на пиксель), то цифровое изображение должно иметь размер 3x6=18 Мегабайт = 18 МБ. Если мы используем более высокую глубину цвета, размер фотографии поднимется в два раза (36 МБ). Это реальная картина, при условии, что не используется сжатие. Картина, таким образом, сохраняется полностью без сжатия, как это, например, происходит при сохранении в формате TIFF. Поскольку не всегда целесообразно хранить фотографии в полном качестве, прибегают к сжатию цифровых изображений.
Почему цифровые изображения в RAW формате меньше?
Принцип создания изображения с помощью фильтра Байера
Возможно, возникнет вопрос, почему размер RAW файла, в котором хранятся сырые данные с датчика, меньше, чем 36 МБ. Ответ состоит в фильтре Байера и реальной глубине цвета датчика (или его A/D конвертера).
Фильтр Байера или Шаблон Байера — двумерный массив цветных фильтров, которыми накрыты фотодиоды матриц (фото), и состоящий из 25 % красных элементов, 25 % синих и 50 % зелёных элементов.
Естественно полагать, что 6 MPix камера имеет свой датчик оснащенный 6 миллионами RGB пикселей. Следовательно, она имеет 6 миллионов чувствительных элементов на красный цвет, 6 миллионов на зеленый и 6 миллионов на синий. Такой датчик должен, следовательно, содержать 6x3=18 миллионов пикселей. К сожалению, реальность сложнее и далеко не так всё просто.
6 MPix камера на самом деле содержит только 6 миллионов пикселей на датчике, но только черно-белых, следовательно, неспособных увидеть цвет. Чтобы датчик видел цвет, перед каждым пикселей цветовой RGB маски, цвета расположены в виде матрицы и зеленая маска занимает места в два раза больше чем остальные (это имитирует повышенную чувствительность глаза к зеленому цвету). Из этого следует, что 6 MPix камера имеет "всего лишь" 1.5 миллиона красных пикселей, 1.5 млн. синих и 3 миллиона зеленых.
К сожалению, техническая сторона вопроса намного сложнее, и большинство цифровых камер используют дополнительные алгоритмы сжатия, так что, реальный размер цифрового изображения в RAW формате будет всегда меньше, чем дают математические расчёты.
Спасибо за внимание. Автор блога Владимир Баталий
