Представление графический данных в двоичном коде

Есть два основных способа представления изображений.

Первый — графические объекты создаются как совокупности линий, векторов, точек — называется векторной графикой.

Второй — графические объекты формируются в виде множества точек (пикселей) разных цветов и разных яркостей, распределенных по строкам и столбцам, — называется растровой графикой.

Модель RGB. Чтобы оцифровать цвет, его необходимо измерить. Немецкий ученый Грасман сформулировал три закона смешения цве­тов:

1) закон трехмерности — любой цвет может быть представлен ком­бинацией трех основных цветов;

2) закон непрерывности – к любому цвету можно подобрать беско­нечно близкий;

3) закон аддитивности — цвет смеси зависит только от цвета состав­ляющих.

За основные три цвета приняты красный (Red), зеленый (Green), синий (Blue). В модели RGB любой цвет получается в результате сло­жения основных цветов. Каждый составляющий цвет при этом ха­рактеризуется сноси яркостью, поэтому модель называется аддитив­ной. Эта схема применяется для создания графических образов в устройствах, излучающих свет, — мониторах, телевизорах.

Модель CMYK. В полиграфических системах напечатанный на бумаге графический объект сам не излучает световых волн. Изобра­жение формируется на основе отраженной волны от окрашенных поверхностей. Окрашенные поверхности, на которые падает белый свет (т.е. сумма всех цветов), должны поглотить (т.е. вычесть) все составляющие цвета, кроме того, цвет которой мы видим. Цвет по­верхности можно получить красителями, которые поглощают, а не излучают. Например, если мы видим зеленое дерево, то это означа­ет, что из падающего белого цвета, т.е. суммы красного, зеленого, синего, поглощены красный и синий, а зеленый отражен. Цвета кра­сителей должны быть дополняющими:

голубой (Cyan = В + G), дополняющий красного;

пурпурный (Magenta = R + В), дополняющий зеленого;

желтый (Yellow = R + G), дополняющий синего.

Но так как цветные красители по отражающим свойствам не одинаковы, то для повышения контрастности применяется еще чер­ный (black). Модель CMYK названа по первым буквам слов Cyan, Magenta, Yellow и последней букве слова black. Так как цвета цычи-таются. модель называется субстрактивной.

Оцифровка изображения.При оцифровке изображение с помощью объектива проецируется на светочувствительную матрицу т строк и п столбцов, называемую растром. Каждый элемент матрицы – мель­чайшая точка, при цветном изображении состоящая из трех свето­чувствительных (т.е. регистрирующих яркость) датчиков красного, зе­леного, желтого цвета. Далее оцифровывается яркость каждой точки по каждому цвету последовательно по всем строкам растра.

Если для кодирования яркости каждой точки использовать по одному байту (8 бит) на каждый из трех цветов (всего 3 × 8 = 24 бита), то система обеспечит представление 2²⁴ ~ 16,7 млн распознаваемых цветов, что близко цветовосприятию человеческого зрения. Режим представления цветной графики двоичным кодом из 24 разрядов на­зывается полноцветным или True Color. Очевидно, графические дан­ные, также как и звуковые, занимают очень большие объемы на но­сителях. Например, скромный по современным меркам экран монитора имеет растр 800 х 600 точек, изображение, представлен­ное в режиме True Color, займет 800 х 600 х 3 = 1 440 000 байт.

В случае, когда не требуется высокое качество отображения цве­та, применяют режим High Color, который кодирует одну точку рас­тра двумя байтами (16 разрядов дают 2¹⁶ = 65,5 тысячи цветов).

Режим, который при кодировании одной точки растра исполь­зует один байт, называется индексным, в нем различаются 256 цве­тов. Этого недостаточно, чтобы передать весь диапазон цветов. Код каждой точки при этом выражает собственно не цвет, а некоторый номер цвета (индекс) из таблицы цветов, называемой палитрой. Па­литра должна прикладываться к файлам с графическими данными и используется при воспроизведении изображения..

Понятие сжатия информации

Еще одна проблема, тесно связанная с моделями представления информации — сжатие информации.

При архивировании и передаче по каналам связи объем информации является основным параметром. Поэтому модели представле­ния дополняются процедурами сжатия, т.е. плотной упаковкой ин­формации.

Разработаны и применяются два типа алгоритмов сжатия: сжатие с изменением структуры данных (оно происходит без потери данных) и сжатие с частичной потерей данных. Алгоритмы первого типа пре­дусматривают две операции: сжатие информации для хранения, пе­редачи и восстановление данных точно в исходном виде, когда их требуется использовать. Такой тип сжатия применяется, например, для хранения текстов (наиболее известны алгоритмы Хаффмена и Лемпеля-Зива). Алгоритмы второго типа не позволяют полностью вос­становить оригинал и применяются для хранения графики или зву­ка; для текстов, чисел или программ они неприменимы.