Видеосистема персонального компьютера

Видеосистема персонального компьютера состоит из монитора (дисплея) и видеоадаптера (видеокарты).

Экран дисплея представляет собой прямоугольную матрицу пикселей (pixel от англ. picture element - элемент изображения), обладающих благодаря люминофору, которым покрыт экран, свойством светимости, при попадании на них электронного луча, который построчно слева направо и сверху вниз пробегает по экрану, изменяя свою яркость и цвет.

Экран сохраняет изображение сотые доли секунды.

Потерю яркости светимости в люминофоре устраняют регенерацией с частотой 50 Гц.

Электронный луч, формирующий изображение, фактически представляет собой совокупность трех лучей красного (red), зеленого (green) и синего (blue) цвета. Каждый из них высвечивает только частицу люминофора пикселя своего цвета. Сумма интенсивностей свечения каждой из трех компонент, называемых RGB-составляющими, определяет яркость и цвет пикселя.

Размеры пикселей и расстояния между ними подбираются таким образом, что если светится группа соседних пикселей, то они воспринимаются, как сплошной светящийся участок.

Качество изображения определяется разрешающей способностью экрана - количеством пикселей на единицу длины по вертикали и горизонтали. Каждому пикселю соответствует некоторое число битов в оперативной памяти компьютера.

Часть памяти, соответствующая пикселям монитора называется видеопамятью. Управляет работой монитора видеоадаптер. Видеопамять одновременно является частью видеоадаптера. Адаптер обеспечивает чтение этой памяти с частотой 50 Гц.

Конструктивно видеоадаптер представляет собой отдельную плату, связанную с центральным процессором через общую шину. На плате видеоадаптера также размещена микросхема специальной памяти - видеобуфера, куда заносится информация о выводимом изображении.

В первых моделях PC IBM использовался цветной графический режим CGA. Выводимое изображение имело довольно низкое качество. Разрешающая способность 620´200 с четырехцветной палитрой из 16 возможных цветов или 640´200 с двухцветной палитрой.

Позднее (в 1984 году) появился улучшенный графический адаптер EGA, позволяющий работать при разрешающей способности 640´ 350 16-цветной палитрой из 64 цветов, двумя видеостраницами и в монохроматическом режиме с 8 видео страницами при низком разрешении 320´200.

В 1987 IBM начала выпускать компьютеры, оснащенные видеоадаптерами VGA (видеографический массив), обеспечивающими при разрешении 320´200 работу с 256 цветами из палитры в миллион цветовых оттенков и с 16-цветовой палитрой при разрешении 640´480.

Модификация этого адаптера Super VGA позволяет использовать 256 цветов при разрешении 640´480 и 16 цветов при разрешении 1024´768.

Каждый из перечисленных более поздних адаптеров поддерживал все режимы предыдущих. В последние годы IBM предложила в качестве стандарта для высокопроизводительных компьютеров адаптер XGA.

Цвет

Цвет - свойство света вызывать определенное зрительное ощущение в соответствии с его спектральным составом.

В основе цветового восприятия лежит свойство света вызывать определенное зрительное ощущение в соответствии со спектральным составом отражаемого или испускаемого излучения. Видимая часть спектра светового излучения образована волнами различной длины, которые воспринимаются глазом в виде семи основных цветов, выделяемых в зависимости от длины волны света в три группы. Длинноволновое световое излучение вызывает ощущение красного и оранжевого цвета, средневолновое — желтого и зеленого, коротковолновое — голубого, синего и фиолетового. Цвета разделяют на хроматические и ахроматические. Хроматические цвета обладают тремя основными качествами: цветовым тоном, который зависит от длины волны светового излучения; насыщенностью, зависящей от доли основного цветового тона и примесей других цветовых тонов; яркостью цвета, т.е. степенью близости его к белому цвету. Различное сочетание этих качеств дает большое разнообразие оттенков хроматического цвета. Ахроматические цвета (белый, серый, черный) различаются лишь яркостью. При смешении двух спектральных цветов с разной длиной волны образуется результирующий цвет. Каждый из спектральных цветов имеет дополнительный цвет, при смешении с которым образуется ахроматический цвет — белый или серый. Многообразие цветовых тонов и оттенков может быть получено оптическим смешением всего трех основных цветов — красного, зеленого и синего. Количество цветов и их оттенков, воспринимаемых глазом человека, необычайно велико и составляет несколько тысяч.

Физиология цветового зрения недостаточно изучена. Из предложенных гипотез и теорий наибольшее распространение получила трехкомпонентная теория, основные положения которой впервые были высказаны М.В. Ломоносовым в 1756 г., а в дальнейшем развиты Юнгом (Т. Young, 1802) и Гельмгольцем (Н.L.F. Helmholtz, 1866) и подтверждены данными современных исследований. Согласно этой теории в сетчатке глаза имеется три вида воспринимающих рецепторов, расположенных в колбочковом аппарате сетчатки, каждый из которых возбуждается преимущественно одним из основных цветов — красным, зеленым или синим, однако в определенной степени реагирует и на другие цвета. Изолированное возбуждение одного вида рецепторов вызывает ощущение основного цвета. При равном раздражении всех трех видов рецепторов возникает ощущение белого цвета. В глазу происходит первичный анализ спектра излучения рассматриваемых предметов с раздельной оценкой участия в них красной, зеленой и синей областей спектра. В коре головного мозга происходит окончательный анализ и синтез светового воздействия.

Распознавание цвета человеком зависит от освещения, объекта, отражающего свет, от глаз и мозга наблюдателя. Свет, попадая в глаз, преобразуется в сигналы нейронов, находящихся в сетчатке глаза, и по оптическому нерву пересылается в мозг.

A: роговая оболочка глаза

B: хрусталик

C: стекловидное тело

D: сетчатка

E: оптический нерв

Человеческий глаз может воспринимать огромное количество цветов, в то время как монитор и принтер в состоянии воспроизводить лишь ограниченную часть этого диапазона. Причем диапазон воспроизводимых цветов и способ их отображения для монитора и принтера тоже различны.

Существует две схемы воспроизведения цветов: аддитивная и субтрактивная.

Аддитивный цвет получается при соединении света разных цветов. В этой схеме отсутствие всех цветов представляет собой чёрный цвет, а присутствие всех цветов - белый. Схема аддитивных цветов работает с излучаемым светом, например, монитор компьютера.

В схеме субтрактивных цветов происходит обратный процесс. Здесь получается какой-либо цвет при вычитании других цветов из общего луча света. В этой схеме белый цвет появляется в результате отсутствия всех цветов, тогда как их присутствие даёт чёрный цвет. Схема субтрактивных цветов работает с отражённым светом, например, принтер.

Для описания различных физических процессов воспроизведения цвета, были разработаны различные цветовые модели.

Цветовые модели описывают цветовые оттенки с помощью смешивания нескольких основных цветов.

RGB.В основе лежит воспроизведение любого цвета путем сложения трех основных цветов: красного (Red), зеленого (Green) и синего (Blue). Именно на такой модели построено воспроизведение цвета современными мониторами.

И именно на такой модели устроено воспроизведение цветов органами зрения человека.

CMYK.В качестве основных цветов здесь также принимаются три: Cyan (голубой), Magenta (розовый или его еще называют пурпурный), Yellow (желтый). K (черный от слова blacK) используется для повышения контрастности напечатанных изображений.

HSB и HSL. Системы цветов HSB и HSL базируются на ограничениях, накладываемых аппаратным обеспечением.

В системе HSB описание цвета представляется в виде тона, насыщенности и яркости.

В другой системе HSL задаётся тон, насыщенность и освещённость. Тон представляет собой конкретный оттенок цвета. Насыщенность цвета характеризует его относительную интенсивность или частоту. Яркость или освещённость показывают величину чёрного оттенка добавленного к цвету, что делает его более тёмным.

Между этими моделями нет однозначного соответствия, то есть некоторые оттенки цвета одной модели не могут быть в принципе воспроизведены в другой модели и наоборот. Именно этим вызвана необходимость калибровки оборудования (сканера, монитора и принтера) на предмет соответствия цветов.

Кроме различных цветовых моделей в графических редакторах используются индексированные палитры цветов. Индексированные палитры цветов - это наборы цветов, из которых можно выбрать необходимый цвет.

Компьютер создаёт палитру цветов и присваивает каждому цвету номер от 1 до 256. Затем при сохранении цвета отдельного пикселя или объекта компьютер просто запоминает номер, который имел этот цвет в палитре.

Для запоминания числа от 1 до 256 компьютеру необходимо всего 8 бит. Для сравнения полный цвет в системе RGB занимает 24 бита, а в системе CMYK - 32.