1. Кодирование графической информации Пространственная дискретизация

1. Кодирование графической информацииПространственная дискретизацияГрафическая информация может быть представлена в аналоговой или дискретной форме. Примером аналогового представления графической информации может служить живописное полотно, цвет которого изменяется непрерыв­но, а дискретного - изображение, напечатанное с по­мощью струйного принтера, состоящее из отдельных точек разного цвета. Графические изображения из аналоговой (непрерыв­ной) формы в цифровую (дискретную) преобразуются путем пространственной дискретизации. Пространственную дис­кретизацию изображения можно сравнить с построением изображения из мозаики (большого количества маленьких разноцветных стекол). Изображение разбивается на отдель­ные маленькие фрагменты (точки, или пиксели), причем каждый элемент имеет свой цвет (красный, зеленый, синий и т. д.).Пиксель – минимальный участок изображения, для которого независимым образом можно задать цвет.В результате пространственной дискретизации графи­ческая информация представляется в виде растрового изо­бражения, которое формируется из определенного количес­тва строк, которые, в свою очередь, содержат определенное количество точек (рис. 1.1).Рис. 1.1. Растровое изображение эмблемы операционной системы LinuxРазрешающая способность. Важнейшей характеристи­кой качества растрового изображения является разрешаю­щая способность.^ Разрешающая способность растрового изобра­жения определяется количеством точек по горизон­тали и вертикали на единицу длины изображения.Чем меньше размер точки, тем больше разрешающая способность (так как больше количество строк и точек в строке) и, соответственно, выше качество изображения. Ве­личина разрешающей способности обычно выражается в dpi (dot per inch ­– точек на дюйм), т. е. в количестве точек в по­лоске изображения длиной один дюйм (1 дюйм = 2,54 см). Пространственная дискретизация непрерывных изо­бражений, хранящихся на бумаге, фото- и кинопленке, мо­жет быть осуществлена путем сканирования. В настоящее время все большее распространение получают цифровые фото- и видеокамеры, которые фиксируют изображения сразу в дискретной форме. Качество растровых изображений, полученных в результате сканирования, зависит от разрешающей спо­собности сканера, которую производители указывают двумя числами (например, 1200 х 2400 dpi). Сканирование производится путем перемещения полос­ки светочувствительных элементов вдоль изображения. Первое число является оптическим разре­шением сканера и определяется количеством свето­чувствительных элементов на одном дюйме полоски. Второе число является аппаратным разрешением и определяется количеством «микрошагов», которое может сделать полоска светочувствительных элемен­тов, перемещаясь на один дюйм вдоль изображения. Глубина цвета. В процессе дискретизации могут исполь­зоваться различные палитры цветов, т. е. наборы тех цветов, которые могут принимать точки изображения. Каждый цвет можно рассматривать как возможное состояние точки. Ко­личество цветов N в палитре и количество информации I, не­обходимое для кодирования цвета каждой точки, связаны между собой и могут быть вычислены по формуле: N=2I. В простейшем случае (черно-белое изображение без гра­даций серого цвета) палитра цветов состоит всего из двух цветов (черного и белого). Каждая точка экрана может при­нимать одно из двух состояний («черная» или «белая»). По формуле можно вычислить, какое количество инфор­мации необходимо, чтобы закодировать цвет каждой точки: 2 = 2I→ 21 = 2I → I = 1 бит. Количество информации, которое используется для кодирования цвета точки изображения, называется глубиной цвета. Наиболее распространенными значениями глубины цвета при кодировании цветных изображений являются 8, 16 или 24 бита на точку. Зная глубину цвета, по формуле можно вычислить количество цветов в палитре (табл. 1.1).Таблица 1. 1. Глубина цвета и количество цветов в палитре Глубина цвета, I (битов) Количество цветов в палитре, N 8 28 = 256 16 216 = 65 536 24 224 = 16 777 216 2. Растровые изображения на экране монитора^ Графические режимы экрана монитора. Качество изо­бражения на экране монитора зависит от величины про­странственного разрешения и глубины цвета. Эти два пара­метра задают графический режим экрана монитора. Пространственное разрешение экрана монитора опреде­ляется как произведение количества строк изображения на количество точек в строке. Монитор может отображать ин­формацию с различными пространственными разрешения­ми (800 х 600, 1024 х 768, 1400 х 1050 и выше). Глубина цвета измеряется в битах на точку и характери­зует количество цветов, которое могут принимать точки изображения. Количество отображаемых цветов может из­меняться в широком диапазоне, от 256 (глубина цвета 8 би­тов) до более чем 16 миллионов (глубина цвета 24 бита). Чем больше пространственное разрешение и глубина цве­та, тем выше качество изображения. В операционных систе­мах предусмотрена возможность выбора необходимого поль­зователю и технически возможного графического режима. Рассмотрим формирование на экране монитора растрово­го изображения, состоящего из 600 строк по 800 точек в каж­дой строке (всего 480 000 точек), с глубиной цвета 8 битов (рис. 1.3). Двоичные коды цветов всех точек хранятся в ви­деопамяти компьютера, которая находится на видеокарте. Видеопамять Номер Двоичный точки код цвета точки 1 01010101 2 10101010 … 800 11110000 ... 480000 11111111 Рис. 1.3. Формирование растрового изображения на экране монитора Рис. 1.3. Формирование растрового изображения на экране монитораПериодически, с определенной частотой, коды цветов точек считываются из видеопамяти и точки отображаются на экране монитора. Частота считывания изображения влияет на стабильность изображения на экране. В современных мониторах обновление изображения происходит с частотой 75 и более раз в секунду, что обеспечивает комфортность восприятия изображения пользователем компьютера (чело­век не замечает мерцания изображения). Для сравнения можно напомнить, что частота смены кадров в кино состав­ляет 24 кадра в секунду. Качество отображения информации на экране монитора зависит от размера экрана и размера пикселя. Зная размер диагонали экрана в дюймах (15", 17" и т. д.) и размер пикселя экрана (0,28, 0,24 мм или 0,20 мм), можно оценить максимально возможное пространственное разрешение экрана монитора.