Каким образом формируется цвет растрового изображения и вспомним, что каждый пиксел цифрового изображения характеризуется определенным тоном или цветом. Это значит, что каждый пиксел - это прежде всего цифровой код тона и цвета.
Для черно-белого штрихового изображения достаточно иметь два кода (один - для черного цвета и один - для белого). В качестве кодов можно использовать две цифры: 0 и 1. Поскольку пиксел может иметь одно из двух значении, то говорят, что для кодирования штриховой графики достаточно одного разряда двоичного числа (или в терминах теории информации: одного бита
). У монитора фактически в этом режиме видеопиксель работает как лампочка — если на него подан ток, то он включается и горит белым светом, если ток отключили, то видеопиксель остается черным.
Для тонового изображения, в котором могут иметь место не только белый и черный, но и множество промежуточных серых оттенков (полутонов), одного разряда двоичного числа уже недостаточно. Каждому пикселу тонового изображения отводится восемь разрядов двоичного числа (один байт). С помошью восьми разрядов двоичного числа можно получить 256 кодов, следовательно, цифровое черно-белое тоновое изображение может включать 256 градации тона: от черного (в десятичном представлении - 0, в двоичном - 00000000) до белого (в десятичном представлении - 255, в двоичном - 11111111). Важно понимать, что 256 оттенков серого - это не количество оттенков, различаемых человеческим глазом, а только техническое требование передачи информации байтами.
Этот параметр в английской терминологии получил название «соlог depth», что дословно означает «цветовая глубина». В русском языке прижилась форма «глубина цвета». Но не следует путать компьютерную «глубину цвета» с похожими словосочетаниями из обихода живописцев и маляров - «глубокий тон», «глубокий цвет», отражающими особое впечатление от насыщенного цвета.
Понятие «глубина цвета» возникло из некоторого метафорического представления. Специалисты, которые ввели в оборот это понятие, представили мысленно, как дополнительные битовые карты располагаются («как бы») в глубину:
Вместе с тем. глубина цвета (color depth) - это важнейший параметр цифровой графики, который определяет количество разрядов (битов) для каждого пиксела изображения, что в свою очередь обеспечивает количество возможных тонов или оттенков цвета.
Глубина цвета у черно-белой штриховой графики равна 1 биту (два тона), поэтому такую графику иногда называют «однобитовой» («1-bit image», или просто «bitmap iniage»). В частности, в программе Adobe Photoshop такой режим называется Bitmap (Битовая карта).
Глубина цвета черно-белого полутонового изображения равна 8 битам (это обеспечивает 256 уровней тона). В программе Adobe Photoshop такой режим называется Grayscale (Серая шкала).
КАК ФОРМИРУТСЯ ЦВЕТ ЦИФРОЙ?
Цветные изображения составляют в настоящий период подавляющее большинство изображений - журналы, Web-сайты и даже газеты стремятся оформить свои страницы яркими цветовыми акцентами. Однако цвет представляет массу проблем с точки зрения технологии его ис¬пользования. Дело заключается в том, что не существует устройств, которые были бы способны непосредственно регистрировать цвет. Зато достаточно легко измерить интенсивность светового потока.
Поэтому для того, чтобы оцифровать и сохранить цветовую информацию, все технические системы используют цветные фильтры (красный, зеленый и синий), за каждым из которых регистрируется уровень тона. В результате создаются три независимых изображения в градациях серого (grayscale). Каждое из этих изображений сохраняется в соответствующем ЦВЕТОВОМ КАНАЛЕ (color channel); красном (red), зеленом (green) и синем (blue) со значениями яркости от 0 до 255. Совмещение тоновых градаций всех каналов и обеспечивает синтез цвета каждого конкретного пиксела цифрового изображения.
Такое изображение называется по названиям цветовых каналов - «RGB-image» (изображение в цветовой модели RGB). В них каждый пиксел описывается восемью двоичными разрядами для каждого из трех цветов, в сумме это составит 3 * 8 = 24 бита, то есть полноцветные изображения имеют глубину цвета 24 бита, что позволяет получить 16 777 216 кодов и, следовательно, столько же потенциальных цветовых оттенков..
Если использовать 16 бит на канал, то глубина такого полноцветного изображения составит 3*16=48 бит, что позволяет передать уже 2,81 в 14ой степени оттенков цвета.
Итак, глубина цвета изменяется скачками: 1 бит - для штриховых ч/б изображений, 8 или 16 бит - для тоновых черно-белых изображений и 24 (и больше) бита - для полноцветных изображений.
На изображении внизу видно, что полноцветное изображение состоит из независимых тоновых изображений, каждое из которых в фотошопе выделено в отдельный канал в палитре «Каналы».
ПРЕОБРОЗОВАНИЕ ЦВЕТОВЫХ РЕЖИМОВ
При преобразовании цветовых режимов важно не забывать, что уменьшить глубину цвета можно, например превратив цветное изображение в черно-белое, а вот наоборот — нельзя. Вернее можно, но бесполезно. Ведь если черно-белое изображение, для передачи которого достаточно 256 градаций серого, перевести в цвет, то оно конечно станет 24-битным, но цветным оно от этого не станет. И наоборот, при переводе цветного изображения в градации серого, информация о цвете теряется безвозвратно, поскольку ей просто негде поместиться. Это происходит потому же, почему нельзя 3 литра воды налить в литровую банку — вода прольется через край безвозвратно.
Поэтому все эти преобразования нужно делать с осторожностью.
Эти преобразования в фотошопе делаются командой меню «Изображение + Режим» (Image + Mode).
Очень часто можно услышать дискуссии по поводу положительных качеств форматов JPEG и RAW. Основой предпочтения RAW формата многими фотографами является достаточно большая глубина бита, то есть глубина цвета. Этот формат дает возможность иметь снимки с большим технологическим качеством, чем снимки в формате JPEG.
Что же такое глубина цвета?
Во всех компьютерах, а также устройствах, что управляются с помощью встроенных компьютеров, в основе лежит двоичная система исчисления. Она основывается лишь на двух цифрах – 0 и 1. И одну цифру в этой системе принято называть «бит».
В данной системе восьмибитное число имеет вид: 10110001. А восьмибитное число, которое максимально вероятно — 11111111. Даная цифра является очень весомой для всех фотографов, ведь возникает практически в каждой программе, что предназначена для постобработки фотографий.
Цифровая фотосъемка
Абсолютно все пиксели на цифровом снимке имеют соответствие определенному элементу на сенсоре вашей камеры. А все эти элементы, когда на них попадают световые лучи, начинают генерировать электрический ток малой мощности, что измеряет ваша фотокамера и записывает в JPEG, либо RAW файл.
JPEG файлы
Эти файлы сохраняют все данные о цвете всех пикселей отдельно с помощью трех восьмиразрядных чисел. Одно число отвечает за зеленый, синий, либо красный канал.
Существует и шкала записи для каждого восьмибитного канала: 0-255, что выделяет теоретический максимум в 16,777,216 оттенках. Для сравнения, наш глаз имеет возможность выделять примерно 10-12 миллионов цветов.
Файлы RAW
Данные файлы могут присвоить каждому пикселю снимка большее количество бит. А значит, каждому каналу попадает больше тонов. Каждый из цветов сохраняется со значительно меньшей границей между тонами. О таком снимке фотографы говорят, что у него есть существенная глубина цвета.
Настройка камеры
При настройке фотокамеры на режим JPEG, во время снимка процессор камеры получает данные от сенсора и редактирует эти данные в целесообразности с поставленными настройками, а затем сохраняет их как файл 8-битный JPEG. Остальные данные, которые были получены сенсором камеры, теряются. И у вас остается только 8 бит, а не 12, либо 14, что способен зафиксировать сенсор.
Постобработка
Отличие RAW от JPEG файлов в том, что они содержат в себе всю информацию, что смог зафиксировать сенсор фотокамеры. При обработке файлов RAW формата лучше воспользоваться программами, что предназначены для преобразования RAW. Для осуществления преобразования, подобные преобразованиям осуществляемым процессором фотокамеры при съемке в JPEG.
Во время постобработки вы заметите преимущество глубины бита в формате RAW. Применять JPEG лучше, если вы не намеренны, осуществлять постобработку и для вас будет удовлетворительно указать правильные настройки камеры при съемке.
После съемки многие хотят внести хоть малейшие поправки в свои фотографии. Тут JPEG файлы дают уступки файлам RAW. У вас, возможно, получиться оптическое разделение оттенков, а также тонов после исправления контраста, яркости, либо цветового баланса, так как имеется меньшее количество информации на один пиксель. А на изображении будет заметно расслоение по цветовым полосам.
При работе с RAW форматом есть возможность вносить большие изменений в цвета изображения, а также оттенки.
TIFF 16-битные файлы
После обработки RAW файлов, ваши программные средства предоставят возможность сохранить изображение как 16 или 8-битный файл. Если же вы больше не будете включать изменения, и вас устраивает обработка, то можете сохранять фотографию как файл 8-битный. Никаких отличных особенностей меж 16- и 8-битным файлом заметно не будет ни во время распечатки, ни во время просмотра на мониторе.
Исключением может стать случай, если вы имеете принтер, который распознает 16 — битные файлы.
При осуществлении обработки в Photoshop, лучше сохранять фотографии, как 16 – битные файлы. Так у вас будет возможность обрести наибольшее качество фото, имея прибавочную глубину цвета. После обработки можно сохранять фото, как 8-битное.
Причины использования фотографами JPEG
Профессиональные спортивные, а также свадебные фотографы часто снимают в формате JPEG. Фотографы, снимающие свадьбы делают тысячи кадров на торжестве, и формат JPEG уменьшает их время на постобработке. Для спортивных фотографов съемка в формате JPEG – это возможность отсылать работы графическим редакторам еще во время мероприятия.
Компьютерные экраны и глубина цвета
К глубине цвета, что может воспроизвести монитор, напрямую относится и глубина бита.
Естественно, что у вас не получится отредактировать фото на компьютере с 16 цветами. А помогли сталь реальностью цифровой фотографии 24-битные дисплеи с реалистичным цветовоспроизведением. Такие дисплеи также как и JPEG файлы основываются на трех цветах, которые имеют по 256 оттенков и записываются на 8-битную цифру.
Теперешние мониторы оснащены 24 или 36-битными графическими устройствами, также с реалистичным цветовоспроизведением.
HDR файлы
Программные средства могут формировать 32-дитное изображение, которое имеет больше 4 миллиардов тональных значений для каждого из пикселей и каналов. Это огромная разница, если сравнивать с 256 оттенками.
Однако файлы HDR нельзя корректно отобразить при распечатке фотографии, либо на мониторе компьютера. С помощью процесса компрессии их урезают до 16, либо 8-битный файлов.
До сих пор, говоря о переводе изображений в цифровую форму, мы не касались способа кодировки цвета, отделываясь замечанием о том, что компьютер "запомает цвета". В действительности вопрос кодирования принципиально важен и трует более подробного рассмотрения.
Максимальное количество цветов, которое может быть использовано в изобрении данного типа, называется глубиной цвета . Существуют типы изображений с различной глубиной цвета - черно-белые штриховые, в оттенках серого, с индеированным цветом, полноцветные. Тип изображения определяется при создании документа и отображается в списке Mode (Режим) меню Image (Изображение), с помощью которого можно изменить и тип изображения.
Битовая глубина или глубина пиксела , также называемая глубиной цвета, хараеризует количество информации, содержащейся в пикселе изображения на экране или в пикселе печатного оттиска. Чем больше битовая глубина, т. е. чем больше битов информации используется для описания пиксела, тем больше информации о цвете передает цифровое изображение (табл. 4.1).
Таблица 4.1. Количество оттенков цветов в зависимости от глубины пиксела
В настоящее время глубина пиксела может варьироваться в пределах от 1 до 64 битов. В большинстве случаев в моделях Lab, RGB, Grayscale и CMYK изображие содержит 8 бит информации для каждого цветового канала. Это означает, что для моделей Lab и RGB битовая глубина равна 24 (8 бит 3 канала), для 8-битной модели Grayscale битовая глубина равна 8 (8 бит 1 канал), для модели CMYK - 32 бита (8 бит 4 канала). Программа Adobe Photoshop CS5 может работать c Lab-, RGB-, Multichannel-, Grayscale- и CMYK-изображениями, которые содержат 16 бит данных на каждый цветовой канал. Модель Multichannel при конвертации моделей RGB или CMYK использует 256 градаций серого в каждом канале.
Например, изображение с глубиной, равной 1 бит, имеет два возможных значения цвета: черный и белый. Изображение с глубиной, равной 8 бит, имеет 28 или 256 знений возможных цветов. Модель изображений в градациях серого, имеющая глубу 8 бит, отображает 28 или 256 значений возможных цветов, оттенков серого.
RGB-изображения моделируются тремя цветовыми каналами. RGB-изобрения имеют глубину, равную 8 бит, и отображают 28 или 256 значений возможных цветов для каждого канала и приблизительно 16 миллионов оттенков для всего изображения. RGB-изображения с 8-bits per channel (битами на каждый канал (bpc)) называются 24-битными изображениями.
Программа Photoshop, в дополнение к 8 bpc изображениям, может работать с изражениями, битовая глубина которых равна 16 или 32 bpc. Изображения с битой глубиной 32 bpc так же известны, как изображения с высоким динамическим диапоном HDR (High dynamic range).
Черно-белые штриховые изображения
Самый простой случай - это монохромное или черно-белое изображение (bitmap). Этот самый экономный тип изображений прекрасно подходит для штровых иллюстраций, чертежей, гравюр, простых логотипов и т. п. Изображения этого типа можно получить, непосредственно сканируя изображения в режиме Black and White (Черный и белый) или Line Art (Искусство линий) (в программном обеспечении различных сканеров этот режим назван по-разному).
Каким образом может быть закодировано монохромное изображение? Наименей единицей информации является бит . Он может принимать всего 21 = 2 значия (да/нет, 1/0, черное/белое и т. п.). Каждая точка изображения может иметь один из двух цветов (скажем, черный или белый). Для кодирования информации о цвете каждой точки хватит одного бита.
Восемь бит составляют байт. Байтом может кодироваться 28 = 256 состояний. Десятиые приставки, используемые для этих единиц, имеют некоторое отличие от традициоых. В килобайте (Кбайт) 1024 байта, а в мегабайте (Мбайт) - 1024 Кбайт.
В математической теории информации считается, что 1 бит - объем информации тако сообщения, которое уменьшает неопределенность знания в два раза.
Этот тип изображения называется Bitmap (Битовый). Глубина цвета такого изображения - один бит. Зная это, нетрудно рассчитать, сколько памяти требуется для хранения любого изображения такого типа. Например, если размер изображия составляет 800 600 пикселов, то оно займет в памяти 800 пикселов 600 пиелов 1 бит = 480000 бит = (480000: 8) : 1024 = 58,59375 Кбайт.
Выполним пример с монохромным изображением.
1. Откройте документ ПЕЛИКАН.tif с прилагаемого диска. Выберите список Mode (Режим) меню Image (Изображение). В списке режимов напротив пункта Grayscale (Градации серого) проставлена галочка. Перед вами темно-серый рунок на светло-сером фоне (рис. 4.4, а ).
2. Откройте список Mode (Режим) и щелкните на пункте Bitmap (Монохромный).
3. В появившемся диалоговом окне Bitmap (Монохромный) в поле Method (Мод) установите опцию 50% Threshold (Порог 50%). Тогда все пикселы, имеющие яркость более 50%, станут белыми, имеющие меньшую яркость - черными (рис. 4.4, б ).
Для монохромного изображения разрешение должно быть равно разрешению устройса вывода. Эта особенность связана с отсутствием растрирования монохромных изражений. Значит, если вы собираетесь печатать черно-белое изображение на принтере с разрешением 600 dpi, его и нужно задать. Заниженное значение разрешения при пероде изображения в черно-белое приведет к тому, что гладкие линии будут украшены некрасивыми зазубринами (рис. 4.4, в ).
4. Щелкните по кнопке OK . Серый цвет фона заменился на белый, а черный цвет рисунка сохранился неизменным.
а б в
Рис. 4.4. Исходное полутоновое изображение (а ), достаточное (б ) и заниженное (в ) разрешение монохромного изображения
5. Черно-белое изображение является одноканальным. Откройте палитру Channels (Каналы). Вы видите пиктограмму только одного канала (рис. 4.5). Сохраните файл ПЕЛИКАН.tif в рабочей папке и закройте его.
Рис. 4.5. Вид палитры Channels
для черно-белого документа
Любое полутоновое изображение можно конвертировать в черно-белое. Также возможно непосредственно отсканировать изображение в черно-белом режиме. Превращая изображение в черно-белое, программа анализирует каждую точку изражения и сравнивает ее с пороговым значением. Например, порог равен 50%. Если данная точка темнее, чем 50%-й серый цвет, она становится черной. Если цвет точки светлее порога, она становится белой. Если таким образом обработать сканированный рисунок тушью, результат будет отличным, особенно если разре-
шение сканирования было достаточно велико. Почему? Да потому что тушь имеет очень однородный черный цвет. Если в качестве оригинала выступает карандаый рисунок, также можно добиться хорошего результата (нужно только отрегуловать значение порога). Однако при переводе могут быть потери в художествеом плане. Рисунок карандашом вовсе не черный. Он серый, причем тон серого меняется в зависимости от нажима.
1. Откройте документ МЕДВЕДЬ.tif, с которым мы работали ранее. Выберите рим Bitmap (Монохромный) в списке Mode (Режим) меню Image (Изображие), в диалоговом окне оставьте в поле Method (Метод) включенной опцию 50% Threshold (Порог 50%).
2. Нажмите кнопку OK . Внимательно осмотрите рисунок - часть изображения оказалась залита черным. Закройте документ без сохранения.
Однако автоматический перевод полутонового изображения в монохромное все же возможен, и часто применяется для достижения специальных эффектов. Для этого используются гораздо более сложные алгоритмы. В главе 12 рассматриваюя фильтры, некоторые из них предназначены именно для преобразования полутового (в градациях серого цвета) изображения в черно-белое.
Лицо человека состоит из очень тонких деталей (складки кожи, ямочки, морщинки, коуры глаз, губ и носа и пр.). Человеческий глаз очень чувствителен к деталям лица. Певод портретов в монохромные изображения удаляет большинство деталей, а остаиеся делает грубее. Это может привести к удивительным (и не всегда лестным) переменам в выражении лица, возрасте и даже чертах лица модели.
Инструкция
Первый и самый простой шаг – это чисто визуальное восприятие. Однобитный, восьмибитный, шестнадцатибитный и тридцатидвухбитный рисунки будут отличаться друг от друга по насыщенности. Однобитный, или монохромный, рисунок состоит из двух цветов – черный и белый. Никаких промежуточных оттенков серого. При взгляде издалека может показаться, что на изображении присутствуют серые цвета, однако при максимальной увеличении будет видно, что этот серый оттенок создан из чередования черных и белых пикселей.
Восьмибитный рисунок обладает спектром в двести пятьдесят шесть цветов. Чтобы не проводить долгих аналогий, вспомните изображение, которое было на играх приставки Dendy. Наличие цветов не дает плавных переходов.
Шестнадцатибитные изображение может состоять максимум из шестидесяти пяти тысяч пятиста тридцати шести цветов. Теперь можно вспомнить приставку Sega с ее изображением. Наличие большого количества цветов делает картинку максимально приближенной к нормальному зрительному восприятию. Если на подобном изображении присутствуют довольно контрастные цвета, его можно спутать с 32-х битным. Однако переходы из оттенка в оттенок будут ступенчатыми и не будут плавными. 16-тибитная палитра часто использовалась на компьютерах с ОС Windows 9x.
В 32-х битном изображении может быть 4294967296 цветов. Это глубина цвета, наиболее приближенная к естественному отображению цветов.
На сегодняшний день технологии и устройства позволяют сделать настолько яркое и насыщенное изображение, что оно будет даже красивее, чем его реальный прототип. Качество передаваемого изображения зависит сразу от нескольких показателей: количества мегапикселей, разрешения изображения, его формата и так далее. К ним относится еще одно свойство - глубина цвета. Что же это такое, и как его определять и исчислять?
Общие сведения
Глубина цвета - это максимальное число оттенков цвета, которое только может содержать в себе изображение. Это количество измеряется в битах (число двоичных бит, определяющих цвет каждого пикселя и оттенка в изображении). К примеру, один пиксель, глубина цвета которого равна 1 бит, может принимать два значения: белый и черный. И чем большее значение будет иметь глубина цвета, тем многообразнее будет изображение, включающее в себя множество цветов и оттенков. Также она отвечает за точность передачи изображения. Тут все обстоит аналогичным образом: чем выше, тем лучше. Еще один пример: рисунок формата GIF с глубиной цвета, равной 8 битам, будет содержать в себе 256 цветов, в то время как изображение формата JPEG с глубиной 24 бита будет включать в себя 16 миллионов цветов.
Немного об RGB и CMYK
Как правило, все изображения данных форматов имеют глубину цвета, равную 8 битам на один канал (цветовой). Но ведь в изображении может присутствовать и несколько цветовых каналов. Тогда уже рисунок RGB с тремя каналами будет иметь глубину 24 бита (3х8). Глубина цвета изображений CMYK может достигать 32 бит (4х8).
Еще немного битов
Глубина цвета - количество оттенков одного цвета, которое устройство, контактирующее с изображениями, способно воспроизвести или создать. Данный параметр отвечает за плавность перехода оттенков в изображениях. Все цифровые изображения кодируются посредством единиц и нулей. Ноль - единица - белый. Хранятся и содержатся они в памяти, измеряющейся в байтах. Один байт содержит в себе 8 бит, в которых и обозначается глубина цвета. Для фотоаппаратов существует еще одно определение -глубина цвета матрицы. Это показатель, определяющий то, насколько полные и глубокие изображения в плане оттенков и цветов способен производить фотоаппарат, а точнее его матрица. Благодаря высокому значению данного параметра фотографии получаются объемными и плавными.
Разрешение
Связующим звеном между глубиной цвета и качеством изображения является его разрешение. Например, 32-битное изображение с разрешением 800х600 будет значительно хуже, чем аналогичное с 1440х900. Ведь во втором случае задействовано гораздо большее количество пикселей. В этом довольно легко убедиться самостоятельно. Все, что нужно сделать - это зайти на ПК в "настройки изображения" и попробовать последовательно уменьшать или увеличивать В ходе этого процесса вы наглядно убедитесь в том, насколько сильно разрешение влияет на качество передаваемой картинки. Независимо от того, сколько цветов включает в себя то или иное изображение, оно будет ограничено максимальным значением, которое способен поддерживать монитор. В качестве примера можно взять монитор с глубиной цвета 16 бит и изображение с 32 битами. Данное изображение на таком мониторе будет показываться с глубиной цвета 16 бит.
