Кодування графічних даних

Опрацюйте теоретичний матеріал:

Колірна модель — це спосіб кодування кольорів у вигляді упорядкованого набору числових значень певних базових компонентів.

Колірна модель RGB

Модель RGB — це апаратно-орієнтована модель, в якій кольори описуються за допомогою складання трьох базових кольорів – червоного, зеленого, синього – в різних пропорціях.

Тому модель RGB називають адитивною (від англ. «add» складати, додавати). Модель названа за першими буквами англійських слів: R (RED) – червоний; G (GREEN) – зелений; B (BLUE) – синій.

Кожен з базових кольорів може приймати інтенсивність (насиченість) у діапазоні від 0 до 255. Повна кількість кольорів, які представляються цією моделлю, дорівнює 256256256 = 16 777 216. За допомогою моделі RGB описуються кольори, що отримуються змішуванням світлових променів. Дану модель використовують монітори, телевізори, сканери, слайд-проектори, кольорові лампи реклами і інші пристрої, в яких колір виходить шляхом змішування світлових пучків. Вона також використовується для опису кольорів на сторінках Інтернету в спеціальному шістнадцятковому вигляді (#RRGGBB).

Змінюючи інтенсивність свічення кольорових крапок, можна створити велике різноманіття відтінків. Якщо інтенсивність кожного з них максимальна (255), то виходить білий колір. Відсутність всіх трьох кольорів дає чорний колір. Якщо змішуються всі кольори з однаковою інтенсивністю (але не максимальною і не мінімальною), отримуємо сірий колір.

Рис.1 Комбінації базових кольорів моделі RGB

Початок відліку (0,0,0) відповідає чорному кольору. Максимальне значення RGB (1,1,1) відповідає білому кольору. (1,0,0) — червоному, (0,1, 0) — зеленому, (0,0,1) синьому. Недолік моделі RGB полягає в тому, що не всі кольори, утворені в ній, можна вивести на друк.

Колірна модель CMY (CMYК)

Модель CMY — це модель, що використовується для підготовки друкованих зображень, тобто для пристроїв, які реалізують принцип поглинання (віднімання) кольорів.

Друковані зображення відрізняються від екранних зображень тим, що їх бачать не у світлі, що проходить, а у відбитому світлі, оскільки аркуш паперу не випромінює світло.

Базовими кольорами моделі CMY є кольори, які виходять у результаті віднімання основних кольорів RGB від білого. Звідси назва моделі субтрактивна (від англ. «to subtract» – віднімати). Базові кольори моделі CMY:

• C (CYAN) – блакитний = білий — червоний = зелений + синій;

• M (MAGENTA) – пурпурний = білий — зелений = червоний + синій;

• Y (YELLOW) – жовтий = білий — синій = червоний + зелений.

Наприклад, коли на поверхню паперу нанести блакитний (cyan) колір, тоді червоне світло, що падає на папір, повністю поглинатиметься. Отже, блакитна фарба, так би мовити, віднімає червоний колір від білого, який є сумою червоного, зеленого і синього кольорів, тобто відбивається лише зелена та синя складові світла, що і дає блакитний колір. Аналогічно жовта фарба (Yellow) поглинає синій колір, а пурпурна (Мagenta) — зелений. Білий папір виглядає білим тому, що він відбиває всі кольори і жоден не поглинає.

Отже, модель CMY використовує як первинні складові кольору Cyan, Magenta, Yellow (блакитний, пурпуровий, жовтий), які є додатковими до Red, Green, Blue. Відтінки кольору виходять шляхом "віднімання" з падаючого світла хвиль певної довжини. Комбінація параметрів (0,0,0) відповідає білому кольору, а (1,1,1) — чорному. Зв'язок між значеннями (R,G,B) і (C,M,Y) для одного і того ж кольору виражається формулою

На рис. 2 показано, як різні комбінації блакитного, жовтого і пурпурного кольорів, що дають червоний, синій і зелений кольори.

Рис.2 Комбінації базових кольорів моделі CMYK

У принтерах до базових фарб CMY додається ще й фарба чорного кольору (blacK). Така модель кольору називається CMYK.

Модель HSB

Системи кольорів RGB і СМУК базуються на обмеженнях, які накладаються апаратним забезпеченням (моніторами комп'ютерів у разі використання RGB і друкарських фарб у разі СМУК). Більш інтуїтивним способом опису кольору є представлення його у системі НSВ .

Модель HSB — це система кодування цілими числами таких характеристик кольору: відтінок кольору (Hue); насиченість кольору (Saturation); яскравість кольору (Brightness).

Перевага НSВ перед іншими моделями полягає в тому, що вона більше відповідає природі кольору і добре узгоджується з моделлю сприйняття кольорів людиною. Відтінок є еквівалентом довжини хвилі світла, насиченість — інтенсивності хвилі, а яскравість — загальної кількості світла.

Відтінок — це основний колір, який можна виділити в кольорі (довжина хвилі, яка переважає при випромінюванні).

Насиченість кольору характеризує його «чистоту»: чим вона більша, тим колір «чистіший» (тобто ближче до тонової хвилі). Нульова насиченість відповідає сірому кольору, а максимальна насиченість — найбільш яскравому варіанту даного кольору. Можна вважати, що зменшення насиченості відповідає додаванню білої фарби. У білому кольорі насиченість дорівнює 0, оскільки неможливо виділити його колірний тон.

Під яскравістю розуміється ступінь освітленості. При нульовій яскравості колір стає чорним. Максимальна яскравість при максимальній насиченості дають найбільш виразний варіант даного кольору. Можна вважати, що яскравість показує величину чорного відтінку, доданого до кольору. Яскравість чорного кольору — 0, а білого — 1.

Графічно модель HSB можна представити у вигляді кільця, уздовж якого розташовуються відтінки кольорів (рис.3). Кожному відтінку відповідає свій градус, тобто всього налічується 360 варіантів (червоний — 0, жовтий — 60, зелений — 120 градусів і так далі). На зовнішньому краю круга знаходяться чисті спектральні кольори або колірні тони (параметр Н вимірюється в кутових градусах, від 0 до 360). Чим ближче до центру круга розташований колір, тим менше його насиченість, тим він більш бляклий, пастельний (параметр S вимірюється у відсотках). Яскравість (освітленість) відображується на лінійці, перпендикулярній площині колірного круга (параметр В вимірюється у відсотках). Всі кольори на зовнішньому крузі мають максимальну яскравість.

Рис.3

Модель HSB не є орієнтованою на технічні пристрої відтворення кольорів, тому її називають апаратно незалежною. Недолік НSВ полягає в тому, що для роботи на моніторах комп'ютерів її необхідно перетворювати на систему RGB, а для чотирьох кольорового друку — в систему СМУК.

Побачити код вибраного кольору можна під час роботи в різних програмних засобах. Наприклад, у програмах Word і Excel під час вибору кольору для заливки об'єктів подається код кольору в моделі RGB або HSB (рис.4, а), а в програмі LibreOffice Draw — RGB, HSB та CMYK (рис.4, б).

Рис.4

Кодування кольору

Щоб закодувати двоколірне (наприклад, чорно-біле) зображення, достатньо позначити колір кожного пікселя числом 0 (перший колір) або числом 1 (другий колір).

Для зберігання коду пікселя буде достатньо одного біта, тому говорять, що двоколірне зображення має глибину кольору 1 біт (рис. 3).

Рис.3

Зображення будиночка складається з пікселів восьми кольорів, які утворюють 32 рядки по 35 пікселів у кожному (рис. 4).

Рис.4

Для кодування восьми кольорів достатньо десяткових чисел від 0 до 7, які можна подати двійковими послідовностями довжиною 3 біти, оскільки 2³ = 8. Отже, глибина кольору становить 3 біти.

Побудуємо таблицю десяткових і двійкових кодів цих кольорів:

Закодуємо зображення будиночка послідовністю чисел, зазначивши його ширину й висоту (в пікселях) і коди кольорів пікселів, перелічені зліва направо зверху вниз: 35 32 7 7 7 7 7 5 5 7 1 1 7 і т. д. Таким чином, за глибини кольору 3 біти довжина двійкового коду кольорів пікселів цього зображення становитиме:

35 · 32 · 3 = 3360 (бітів), або 3360 : 8 = 420 (байтів).

За глибини кольору 8 бітів (або 1 байт) можна закодувати = 256 різних кольорів, а за глибини кольору 16 бітів (або 2 байти) — , що дорівнює 65 536 кольорам. Проте для досягнення фотографічної якості потрібна більша глибина кольору — 24 біти (= 16 777 216 кольорів).

Виконайте інтерактивні вправи.

Скріни виконаних вправ прикріпіть до цього завдання.