Для того, чтобы вести дискуссию о программах по работе с графикой сначала нужно разобраться в понятиях и различиях между двумя основными типами 2D графики: растровые и векторные изображения. Это очень важный урок, тем более, если вы намереваетесь работать с графикой.

Понятие растрового изображения

Растровые изображения это изображения, которые состоят из крошечных прямоугольных точек индивидуального цвета — пикселей, объединенных воедино. Каждый пиксель имеет свое особое расположение на картинке и свое индивидуальное значение цвета.

Каждое изображение имеет фиксированное количество пикселов. Их вы можете видеть на экране монитора, большинство из которых отображают примерно от 70 до 100 пикселей на 1 дюйм (фактическое количество зависит от вашего монитора и настройки самого экрана).

Чтобы проиллюстрировать это, давайте взглянем на типичный значок на рабочем столе — Мой компьютер, который, как правило, состоит из 32 пикселей по ширине и 32 пикселей по высоте. Другими словами, существует 32 точки цвета в каждом направлении, которые в сочетании формируют изображение такого значка.

Когда вы увеличите этот рисунок, как в примере, вы сможете четко видеть каждый отдельный квадрат определенного цвета. Обратите внимание на то, что белые участки на фоне тоже являются отдельными пикселями, хотя они и отображают один сплошной цвет.

Размер изображения и его разрешение

Растровые изображения зависят от разрешения. Разрешение изображения это число пикселей в изображении на единицу длины. Оно является мерой четкости деталей растрового изображения и обычно обозначается как dpi (точек на дюйм) или ppi (пикселей на дюйм). Эти термины в некотором смысле синонимы, только ppi относится к изображениям, а dpi - к устройствам вывода. Именно поэтому dpi вы можете встретить в описании мониторов, цифровых фотоаппаратов и т. д.

Чем больше разрешение, тем меньше размер пиксела и тем больше их приходится на 1 дюйм, и соответственно тем лучше качество картинки.

Разрешение подбирается для каждого изображения индивидуально и зависит от того, где Вы планируете его использовать:

• если вы планируете использовать его для размещения в Интернете, то разрешение выбирается 72 ppi, поскольку основным критерием для Интернета является скорость загрузки изображений, а не их изумительное качество, именно поэтому выбираются соответствующие форматы сохранения файлов, где качество стоит далеко не на первом месте.
• если вы захотите напечатать изображение, то разрешение должно быть гораздо больше чем 72 ppi. Так, для того чтобы распечатать изображение в хорошем качестве разрешение его должно быть в диапазоне 150-300 ppi. Это основное требование для фототипографий, печатающих журналы, каталоги и малоформатную продукцию (буклеты, флаеры, рекламные листовки).

Как говорилось выше, растровые изображения очень зависят от их разрешения. Именно поэтому при масштабировании, в силу своей пиксельной природы, такие изображения всегда теряют в качестве. Однако, если Вы все таки решились на увеличение размера изображения то лучше всего использовать метод интерполяции, с помощью которого можно добиться весьма неплохих результатов. О данном методе мы поговорим в следующем уроке.

Размер изображения в растровой графике — это физический размер файла, в котором хранится это изображение. Он пропорционален размеру изображения в пикселах.

Программа Photoshop показывает соотношение между размером изображения и его разрешением. Это можно просмотреть, открыв диалоговое окно «Размер изображения», находящееся в меню «Изображение». При внесении изменений в одну из данных величин все остальные автоматически будут приведены в соответствии с измененной.

Подводя итоги можно сказать, что основными характеристиками растровых изображений выступают:

• размер изображения в пикселях
• битовая глубина
• цветовое пространство
• разрешение изображения

Примером растрового изображения может служить любая фотография или картинка, созданная путем сканирования, фотографирования или рисования в растровом редакторе, а также созданная путем преобразования векторного изображения в растровое.

Форматы растровых изображений

К самым распространенным форматам растровых изображений относятся:

• JPEG, JPG

Преобразование между форматами растровых изображений происходит очень легко, при этом используется команда «Сохранить как …», в меню которой после имени файла выбирается формат, в котором Вы хотите сохранить изображение.

Некоторые форматы, а именно GIF и PNG поддерживают прозрачность фона. При этом не стоит забывать о том, что прозрачный фон не будет таковым, если изображение формата GIF или PNG пересохранить в любой другой формат или же скопировать его и вставить в другое изображение.

Программы для работы с растровой графикой

Самые популярные программы для работы с растровой графикой:

• Adobe Photoshop
• Adobe Fireworks
• Corel Photo-Paint
• Corel Paint Shop Pro
• Corel Painter
• Paint

Как по мне, то редактор Adobe Photoshop – является самой лучшей из программ.

По сравнению от этого типа графики, векторная графика также имеет немало достоинств. Давайте их рассмотрим.

Что такое векторные изображения

Векторные это изображения , состоящие из множества отдельных, масштабируемых объектов (линий и кривых), которые определены с помощью математических уравнений.

Объекты могут состоять из линий, кривых и фигур. При этом изменение атрибутов векторного объекта не влияет на сам объект, т.е. Вы можете свободно менять любое количество атрибутов объекта, не разрушая при этом основной объект.

В векторной графике качество изображения не зависит от разрешения. Это все объясняется тем, что векторные объекты описываются математическими уравнениями, поэтому при масштабировании они пересчитываются и соответственно не теряют в качестве. Исходя из этого, Вы можете увеличивать или уменьшать размер до любой степени, и ваше изображение останется таким же четким и резким, это будет видно как на экране монитора, так и при печати. Таким образом, вектор – это лучший выбор для иллюстраций, выводимых на различные носители и размер которых приходится часто изменять, например логотипы.

Еще одно преимущество изображений является то, что они не ограничены прямоугольной формой, как растровые. Такие объекты могут быть размещены на других объектах (размещение на переднем или заднем плане выбирается лично Вами).

Для наглядности мной предоставлен рисунок, на котором нарисован круг в векторном и круг в растровом формате. Оба размещены на белых фонах. Но, когда вы размещаете растровый круг поверх другого такого же круга, то увидите, что этот круг имеет прямоугольную рамку, чего, как Вы видите на рисунке, нету в векторе.

На сегодняшний день векторные изображения становятся все более фотореалистичными, это происходит за счет постоянной разработки и внедрения в программы различных инструментов, например, таких как градиентная сетка.

Векторные изображения, как правило, создаются с помощью специальных программ. Вы не можете отсканировать изображение и сохранить его в виде векторного файла без использования преобразования путем трассировки изображения в программе Adobe Illustrator.

С другой стороны, векторное изображение может быть довольно легко преобразовано в растровое. Этот процесс называется растрированием. Также, при преобразовании Вы можете указать любое разрешение будущего растрового изображения.

Векторные форматы

К самым распространенным форматам вектора относятся:

• AI (Adobe Illustrator);
• CDR (CorelDRAW);
• CMX (Corel валютный);
• SVG (масштабируемая векторная графика);
• CGM Computer Graphics Metafile;
• DXF AutoCAD.

Самые популярные программы для работы с векторами: Adobe Illustrator, CorelDRAW и Inkscape.

Так чем же отличаются векторные и растровые изображения?

Подводя итоги статьи о растровых и векторных изображениях, можно с уверенностью сказать, что векторные изображения имеют очень много преимуществ над растровыми, а именно.

Если вы опытный дизайнер, эта статья вам не нужна, вы, наверняка, знаете разницу между растром и вектором, и попали сюда случайно. Для всех же новичков эта разница не то что не ясна, они даже не подозревают, что разница существует.

Попробуем разобраться. Растровое и векторное изображение в любом случае является графическим объектом.

Растровая графика.

Фото printcnx.com

Особенность растрового изображения в том, что оно, как мозаика, складывается из маленьких ячейковых кусочков – пикселей. И чем выше разрешение, тем большее количество пикселей умещается на единицу площади.

Пример: разрешение 600х800px.

Буквально это значит следующее: ваша картинка содержит 600 точек по вертикали и 800 по горизонтали. Если это изображение не увеличивать, рассматривать на экране, то, скорее всего, человеческий глаз не заметит ячеистость .

Если начать увеличивать или напечатать на бумаге, к примеру формата А4, – вы увидите мозаику. Картинка будет похожа на схемы для вышивания крестиком.

Растровые изображения используют для передачи плавного перехода цветов, множества оттенков. Наиболее распространенное применение – обработка фотографий, создание коллажей и т.п. Самый популярный редактор растровой графики – Photoshop.

Растровое изображение занимает больше места на диске чем такое же, но исполненное в векторе. Но, тут очень важно помнить, что это справедливо, если вы «отрисовали текст», а если вы сфотографировали любимую девушку на фоне красного Феррари – вектор тут бессилен, только растр.

Векторная графика.

Фото printcnx.com

В отличие от растрового изображения, векторное не состоит из отдельных точек – пикселей. Логика векторного изображения совсем другая. В векторных графических объектах существуют, так называемые, опорные точки, между ними – кривые. Кривизна этих кривых описывается математической формулой. Это не значит, что дизайнер должен быть гуру высшей математики и помнить формулы всевозможных гипербол и парабол, даже синусоиду описывать не придется. Все это за вас делает графический редактор. Дизайнер, знай себе, расставляет точки и «тягает» мышью кривую, что б добиться нужной формы.

Наиболее популярными редакторами векторной графики являются CorelDrow и Adobe Illustrator.

Векторная графика применяется зачастую в полиграфии: буклеты, листовки, визитки и пр. Т.е. продукты, в которых есть текст, логотип, узоры-орнаменты, — все, что не требует точной передачи всех 18 оттенков персикового цвета, и может быть описано с помощью кривых. Часто векторные изображения так и называют «в кривых».

Наибольшим плюсом векторных изображений, является то, что даже при сильном увеличении графического объекта, качество изображения не изменяется. Картинка будет одинаково хороша, если из вектора напечатать ее на визитке или ту же визитку напечатать размером с билборд.

В итоге имеем:

Растровое изображение:
Плюсы : очень четко и тонко передает изменение-перетекание цветов, оттенки, тени.
Минусы : потеря качества при увеличении: картинка рассыпается в цветные квадратики – пиксели; в большом разрешении занимает очень много места.
Сфера применения : обработка фотографий, создание макетов сайтов, создание графических объектов с большой цветовой гаммой

Векторное изображение:
Плюсы : легко масштабировать — изображение не теряет качество даже при очень большом увеличении.
Минусы : невозможно передать плавные цветовые переходы, как в растре.
Сфера применения : полиграфия, дизайн листовок, буклетов, рекламных материалов, визиток, логотипов и пр.

Как вы планируете использовать свой лого: онлайн, или на печатной продукции?

Больше не нужно выбирать. Ведь онлайн-сервис Логастер предлагает создать сразу несколько файлов логотпа, которые отлично адаптируются под любой носитель.

Часто так или иначе коснувшись вопроса веб или полиграфического дизайна мы встречаем понятия растровая и векторная графика. В этом посте я постараюсь максимально подробно и доходчиво объяснить что это такое, где применяется и зачем нужно.

Растровая графика

С примерами растровой графики мы постоянно сталкиваемся в жизни: картинка в телевизоре, мониторе ноута, дисплеи планшета или смартфона — все это примеры растровой графики. Но что же такое растровая графика с технической стороны? Представьте шахматную доску, каждая клетка это минимальная, не делимая единица. В растровой графики принято называть такую минимальную единицу “пиксель”. Любое растровые изображение состоит из множества таких пикселей, которые создают своеобразную мозаику. Т.к. пиксели очень маленькие и их много, наш глаз воспринимает эту мозаику как цельное изображение.

По расширению файлов часто можно сразу понять, что они содержат в себе растровые изображение.

Форматы растровой графики

BMP, GIF, JPG и JPEG, PNG, PICT, PCX, TIFF, PSD (с некоторыми исключениями см. ниже)

Редакторы растровой графики

Их достаточно много, но основные это Photoshop и Paint brush (программа по умолчанию установленная на Windows), так же специализированные редакторы растровой графики для цифрового рисунка (например Сorel Painter).

Недостатки и ограничения растровой графики

Самым главным недостатком растровой графики является потеря качества при увеличении изображения. Что происходит когда вы растягиваете растровые изображение: между существующими пикселями графический редактор растровой графики создает дополнительные, а цвет применяет средний с сопряженными пикселями. В итоге мы получаем “размытое”, не четкое изображение. Кроме того файлы с растровой графикой имеют больший размер по сравнению с файлами векторной графики.
Если говорить о фотографиях или изображениях в которых надо передать фотографическое качество с полутонами — альтернативы раствором формату нет.

Векторная графика

Если вы не дизайнер, то с примерами векторной графики вы сталкиваетесь гораздо реже. Чаще всего векторная графика используется для создания макетов, наиболее распространена в полиграфическом дизайне. Векторная графика не может передать тона и полутона, но гораздо более удобна если речь идет о простых формах, текстах, контурных фигур. Принцип векторной графики: любой контур задается с помощью опорных точек, а все пространство рабочей области представляет собой систему координат. Любая фигура в таком пространстве описывается координатами опорных точек, соединяющими отрезками между ними и характеристиками заливки (цвет, градиент, паттерн) поверхности внутри. Т.е. любое векторное изображение это прежде всего математическая формула.

Форматы векторной графики

CDR, EPS, Ai, CMX, SVG, PSD (в некоторых случаях)

Редакторы векторной графики

Самые распространенные редакторы векторной графики это CorelDraw и Illustrator. Но есть еще одно важное исключение, которое появилось всего несколько лет назад. В Photoshop (исконно растровый редактор), есть теперь возможность использовать вектор. Поэтому Photoshop можно одновременно отнести и к редакторам растровой графики и к редактору векторной графики. Об этом рекомендую почитать отдельный пост , где я подробно рассказываю о векторных инструментах.

Недостатки и ограничения векторной графики

Повторюсь, что векторная графика достаточно специализированная. Речи не может идти, что она сможет заменить растровый формат. Векторная графика не способна передавать тона и полутона как фотографическое изображение и служит для иных целей.

Преимущества векторного формата

Любое изображение в векторном формате можно легко масштабировать как в меньшую так и в большую сторону без потери качества. Что происходит при масштабирование векторного изображения: т.к. векторное изображение представляет собой математическое выражение, при увеличении или уменьшении программа пересчитывает координаты опорных точек и “перерисовывает” изображение по новой. Поэтому именно векторный формат обычно используется дизайнерами при разработке логотипа. Векторный логотип заказчик всегда сможет изменить в размене без потери в качестве (хоть увеличить до состояния баннера и обернуть свой офис 10 раз). Не маловажным преимуществом векторного формата так же является возможность быстрой коррекции цвета всего за пару кликов (т.к. цвет так же задается цифровым значением) и совсем небольшой размер файлов (математическая формула описывает только опорные точки, а не каждый пиксель рабочего пространства).

Новые перспективы открываются для векторных изображений с появлением формата SVG который начинает широко использоваться в веб дизайне. Современные браузеры уже поддерживают этот графический формат, который позволяет масштабировать изображения в SVG без потери качества, что актуально например при адаптивности сайта.

06. 07.2017

Блог Дмитрия Вассиярова.

Что такое растровая графика и где её применение?

Здравствуйте.

В этой статье мы поговорим о том, что такое растровая графика, каковы ее главные характеристики, где она встречается, и в каких форматах чаще всего представлена. Каждый человек ежедневно, так или иначе, сталкивается с этим видом компьютерной графики, поэтому стоит узнать о ней больше.

Разбираемся в понятиях

Начнем с определения такого понятия как растровая графика: это изображения, состоящие из множества мелких квадратиков, собранных в одну прямоугольную сеть.

Квадратиками являются пикселы (их еще называют точками) - наименьшая единица измерения цифровой картинки; и чем их численность выше, тем большее количество деталей содержит файл, а значит, тем лучшего он качества.

Как вы уже и сами догадались, к растровым изображениям в первую очередь можно отнести фотографии. Попробуйте их максимально увеличить, и вы увидите описанные квадратики.

Разница с пиксельной графикой

Несмотря на то, что основной элемент в растровой графике - пикселы, не стоит путать ее с пиксельной графикой. Последняя тоже формируется на их основе, но такие изображения создаются исключительно на компьютере с помощью растровых редакторов. Они имеют настолько малое разрешение, что пикселы четко просматриваются.

Если грубо обобщить, то растровую графику вы можете встретить в реалистичных изображениях, а пиксельную - в сделанных на компе, с четко выраженными квадратиками. Но в сути своей, это одно и тоже.

Отличие от векторной графики

Есть еще один вид компьютерной графики - - от которой вам стоит научиться отличать растровую. Векторные изображения состоят не из точек, а из линий и других примитивных геометрических элементов, формул и вычислений.

Они создаются в специальных программах, и находят применение в написании макетов, чертежей, схем, карт и пр.

При небольшой детализации векторные рисунки имеют гораздо меньший вес, чем растровые. Дело в том, что в файлах первых хранится не полная информация о содержимом, как у вторых, а лишь координаты картинки, по которым она заново воссоздается при открытии.

Допустим, чтобы нарисовать квадрат, вы задаете координаты углов, цвет заполнения и обводки. Закрывая редактор, в файле сохраняются только эти данные. И когда вы снова захотите его открыть, программа воспроизведет согласно им ваши труды.

Также в отличие от растровых картинок, векторные поддаются любому масштабированию без потери качества.

Характеристики растровых изображений

Основными свойствами растровых картинок являются:

• Разрешение. Показывает, сколько пикселов приходится на единицу площади. Измерение чаще всего производится в точках на дюйм - dpi. Чем больше эта цифра, тем качественнее изображение. Для размещения в интернете достаточно 72-100 dpi, а для печати на бумаге - минимум 300 dpi.

• Размер. Не путайте его с предыдущим параметром, как это делают многие. Эта характеристика указывает на общее количество пикселей в изображении или точное - по ширине и высоте. К примеру, картинка на 1600×1200px в общей сложности содержит 1 920 000 точек, что округленно составляет 2 мегапикселя.
  Как правило, в фотобанках принимают фото максимум на 4 Мп, а для иллюстрирования - 25 Мп.

• Цветовое пространство. Способ отображения цветов в координатах. То есть каждый цвет представлен точкой, имеющий свое расположение в палитре. Если вы имели дело с Фотошопом, могли заметить, что при выборе какого-то оттенка, выводятся его точные координаты. Об этом и речь.
  Цветовая модель бывает таких видов: RGB, CMYK, YCbCr, XYZ и пр.

• Глубина цвета. Вычисляется по формуле: N = 2ᵏ, где N - количество цветов, а k - глубина. Указывает, сколько бит приходится на цвет каждого пиксела. От этого зависит максимальное число оттенков, которое может содержать изображение. Чем оно больше, тем точнее будет картинка.

Плюсы и минусы

Растровая графика обладает такими преимуществами:

Реалистичность. С ее помощью создаются изображения любой сложности, включая множество деталей, плавных переходов от одного оттенка к другому.

• Популярность. Данный вид графики используется повсеместно.
• Возможность автоматизированного ввода информации. Например, когда вы с помощью сканера делаете из реальной фотографии цифровую копию.
• Быстрая обработка сложных картинок. Правда, за исключением случаев, когда требуется сильное увеличение.
• Адаптация под различные устройства ввода-вывода (мониторы, принтеры, фотоаппараты, телефоны и пр.), а также под множество программ для просмотра. Кстати, создать и редактировать растровые файлы вы можете в таких прогах как Adobe PhotoShop, Corel PhotoPaint, Ulead PhotoImpact GIMP и т. п.

Есть и отрицательные стороны:

• Большой вес изображений.
• Невозможность увеличения без снижения качества (проявляются пикселы);
• Невозможность уменьшения без потери деталей.

Форматы растровых картинок

Форматом, по сути, является то, что вы видите в названии изображения после точки (.jpeg, .png, .raw и пр.). Также его еще называют расширением, которое многие путают с разрешением из-за схожести в звучании.

Расскажу об основных форматах растровой графики:

• JPEG (Joint Photographic Experts Group - наименование производителя).Наиболее распространенное расширение. Именно в нем чаще всего сохраняются фотографии. Но JPEG не годится для хранения чертежей и других рисунков с резкими переходами, так как в них будет проявляться сильный контраст. Также не сохраняйте в нем недоделанные до конца работы, потому что при каждом новом редактировании будете теряться качество.

• RAW. Переводится с английского как «сырой», что отображает суть этого формата. В нем чаще всего снимают профессиональные фотографы, чтобы потом можно было проводить глубокую обработку кадров. RAW является как бы отпечатком в палитре RGB (красном, зеленом и синем канале) на матрице фотоаппарата.
  При выводе на компьютер через специальную программу этот «негатив» указывает, с какой интенсивностью нужно передать упомянутые цвета для тех или иных пикселов, определяет баланс белого, хранит настройки фототехники в момент съемки экспортируемого кадра и пр.

• TIFF (Tagged Image File Format). Альтернатива предыдущему варианту. Некоторые фотоаппараты, которые не поддерживают RAW, могут делать кадры в этом формате. В нем сохраняются изображения очень высокого качества с любыми цветовыми моделями. Но за это приходиться платить слишком большим весом файлов (от 8 до 20 Мб).

Все больше вытесняет предыдущий формат, так как использует тот же алгоритм сжатия, но при этом не снижает качество и отображает все цвета.

Однако не поддерживает анимацию.

На этом всё. Что такое растровая графика понятно я думаю освятил?

До встречи на страницах моего блога.

Растры, пиксели, дискретизация, разрешение

Как и все виды информации, изображения в компьютере закодированы в виде двоичных последовательностей. Используют два принципиально разных метода кодирования, каждый из которых имеет свои достоинства и недостатки.

И линия, и область состоят из бесконечного числа точек. Цвет каждой из этих точек нам нужно закодировать. Если их бесконечно много, мы сразу приходим к выводу, что для этого нужно бесконечно много памяти. Поэтому «поточечным» способом изображение закодировать не удастся. Однако, эту все-таки идею можно использовать.

Начнем с черно-белого рисунка. Представим себе, что на изображение ромба наложена сетка, которая разбивает его на квадратики. Такая сетка называется растром. Теперь для каждого квадратика определим цвет (черный или белый). Для тех квадратиков, в которых часть оказалась закрашена черным цветом, а часть белым, выберем цвет в зависимости от того, какая часть (черная или белая) больше.

Рисунок 1.

У нас получился так называемый растровый рисунок, состоящий из квадратиков-пикселей.

Определение 1

Пиксель (англ. pixel = picture element, элемент рисунка) – это наименьший элемент рисунка, для которого можно задать свой цвет. Разбив «обычный» рисунок на квадратики, мы выполнили его дискретизацию – разбили единый объект на отдельные элементы. Действительно, у нас был единый и неделимый рисунок – изображение ромба. В результаты мы получили дискретный объект – набор пикселей.

Двоичный код для черно-белого рисунка, полученного в результате дискретизации можно построить следующим образом:

• заменяем белые пиксели нулями, а черные – единицами;
• выписываем строки полученной таблицы одну за другой.

Пример 1

Покажем это на простом примере:

Рисунок 2.

Ширина этого рисунка – $8$ пикселей, поэтому каждая строчка таблицы состоит из $8$ двоичных разрядов – битов. Чтобы не писать очень длинную цепочку нулей и единиц, удобно использовать шестнадцатеричную систему счисления, закодировав $4$ соседних бита (тетраду) одной шестнадцатеричной цифрой.

Рисунок 3.

Например, для первой строки получаем код $1A_{16}$:

а для всего рисунка: $1A2642FF425A5A7E_{16}$.

Замечание 1

Очень важно понять, что мы приобрели и что потеряли в результате дискретизации. Самое важное – мы смогли закодировать рисунок в двоичном коде. Однако при этом рисунок исказился - вместо ромба мы получили набор квадратиков. Причина искажения в том, что в некоторых квадратиках части исходного рисунка были закрашены разными цветами, а в закодированном изображении каждый пиксель обязательно имеет один цвет. Таким образом, часть исходной информации при кодировании была потеряна. Это проявится, например, при увеличении рисунка - квадратики увеличиваются, и рисунок еще больше искажается. Чтобы уменьшить потери информации, нужно уменьшать размер пикселя, то есть увеличивать разрешение.

Определение 2

Разрешение – это количество пикселей, приходящихся на дюйм размера изображения.

Разрешение обычно измеряется в пикселях на дюйм (используется английское обозначение $ppi$ = pixels per inch). Например, разрешение $254$ $ppi$ означает, что на дюйм ($25,4$ мм) приходится $254$ пикселя, так что каждый пиксель «содержит» квадрат исходного изображения размером $0,1×0,1$ мм. Чем больше разрешение, тем точнее кодируется рисунок (меньше информации теряется), однако одновременно растет и объем файла .

Кодирование цвета

Что делать, если рисунок цветной? В этом случае для кодирования цвета пикселя уже не обойтись одним битом. Например, в показанном на рисунке изображении российского флага $4$ цвета: черный, синий, красный и белый. Для кодирования одного из четырех вариантов нужно $2$ бита, поэтому код каждого цвета (и код каждого пикселя) будет состоять из двух бит. Пусть $00$ обозначает черный цвет, $01$ – красный, $10$ – синий и $11$ – белый. Тогда получаем такую таблицу:

Рисунок 4.

Проблема только в том, что при выводе на экран нужно как-то определить, какой цвет соответствует тому или другому коду. То есть информацию о цвете нужно выразить в виде числа (или набора чисел).

Человек воспринимает свет как множество электромагнитных волн. Определенная длина волны соответствуют некоторому цвету. Например, волны длиной $500-565$ нм – это зеленый цвет. Так называемый «белый» свет на самом деле представляет собой смесь волн, длины которых охватывают весь видимый диапазон.

Согласно современному представлению о цветном зрении (теории Юнга-Гельмгольца), глаз человека содержит чувствительные элементы трех типов. Каждый из них воспринимает весь поток света, но первые наиболее чувствительны в области красного цвета, вторые – области зеленого, а третьи – в области синего цвета. Цвет – это результат возбуждения всех трех типов рецепторов. Поэтому считается, что любой цвет (то есть ощущения человека, воспринимающего волны определенной длины) можно имитировать, используя только три световых луча (красный, зеленый и синий) разной яркости. Следовательно, любой цвет приближенно раскладывается на три составляющих – красную, зеленую и синюю. Меняя силу этих составляющих, можно составить любые цвета. Эта модель цвета получила название RGB по начальным буквам английских слов red (красный), green (зеленый) и blue (синий).

В модели RBG яркость каждой составляющей (или, как говорят, каждого канала) чаще всего кодируется целым числом от $0$ до $255$. При этом код цвета – это тройка чисел (R,G,B), яркости отдельных каналов. Цвет ($0,0,0$) – это черный цвет, а ($255,255,255$) – белый. Если все составляющие имеют равную яркость, получаются оттенки серого цвета, от черного до белого.

Рисунок 5.

Чтобы сделать светло-красный (розовый) цвет, нужно в красном цвете ($255,0,0$) одинаково увеличить яркость зеленого и синего каналов, например, цвет ($255, 150, 150$) – это розовый. Равномерное уменьшение яркости всех каналов делает темный цвет, например, цвет с кодом ($100,0,0$) – тёмно-красный.

Всего есть по $256$ вариантов яркости каждого из трех цветов. Это позволяет закодировать $256^3= 16 777 216$ оттенков, что более чем достаточно для человека. Так как $256 = 2^8$, каждая из трех составляющих занимает в памяти $8$ бит или $1$ байт, а вся информация о каком-то цвете – $24$ бита (или $3$ байта). Эта величина называется глубиной цвета.

Определение 3

Глубина цвета – это количество бит, используемое для кодирования цвета пикселя.

$24$-битное кодирование цвета часто называют режимом истинного цвета (англ. True Color – истинный цвет). Для вычисления объема рисунка в байтах при таком кодировании нужно определить общее количество пикселей (перемножить ширину и высоту) и умножить результат на $3$, так как цвет каждого пикселя кодируется тремя байтами. Например, рисунок размером $20×30$ пикселей, закодированный в режиме истинного цвета, будет занимать $20×30×3 = 1800$ байт.

Кроме режима истинного цвета используется также $16$-битное кодирование (англ. High Color – «высокий» цвет), когда на красную и синюю составляющую отводится по $5$ бит, а на зеленую, к которой человеческий глаз более чувствителен – $6$ бит. В режиме High Color можно закодировать $2^{16} = 65 536$ различных цветов. В мобильных телефонах $12$-битное кодирование цвета ($4$ бита на канал, $4096$ цветов).

Кодирование с палитрой

Как правило, чем меньше цветов используется, тем больше будет искажаться цветное изображение. Таким образом, при кодировании цвета тоже есть неизбежная потеря информации, которая «добавляется» к потерям, вызванным дискретизацией. Очень часто (например, в схемах, диаграммах и чертежах) количество цветов в изображении невелико (не более $256$). В этом случае применяют кодирование с палитрой.

Определение 4

Цветовая палитра – это таблица, в которой каждому цвету, заданному в виде составляющих в модели RGB, сопоставляется числовой код.

Кодирование с палитрой выполняется следующим образом:

• выбираем количество цветов $N$ (как правило, не более $256$);
• из палитры истинного цвета ($16 777 216$ цветов) выбираем любые $N$ цветов и для каждого из них находим составляющие в модели RGB;
• каждому из цветов присваиваем номер (код) от $0$ до $N–1$;
• составляем палитру, записывая сначала RGB-составляющие цвета, имеющего код $0$, затем составляющие цвета с кодом $1$ и т.д.

Цвет каждого пикселя кодируется не в виде значений RGB-составляющих, а как номер цвета в палитре. Например, при кодировании изображения российского флага (см. выше) были выбраны $4$ цвета:

• черный: RGB-код ($0,0,0$); двоичный код $002$;
• красный: RGB-код ($255,0,0$); двоичный код $012$;
• синий: RGB-код ($0,0,255$); двоичный код $102$;
• белый: RGB-код ($255,255,255$); двоичный код $112$.

Поэтому палитра, которая обычно записывается в специальную служебную область в начале файла (ее называют заголовком файла), представляет собой четыре трехбайтных блока:

Рисунок 6.

Код каждого пикселя занимает всего два бита.

Палитры с количеством цветом более $256$ на практике не используются.

Достоинства и недостатки растрового кодирования

Растровое кодирование имеет достоинства :

• универсальный метод (можно закодировать любое изображение);
• единственный метод для кодирования и обработки размытых изображений, не имеющих четких границ, например, фотографий.

И недостатки :

• при дискретизации всегда есть потеря информации;
• при изменении размеров изображения искажается цвет и форма объектов на рисунке, поскольку при увеличении размеров надо как-то восстановить недостающие пиксели, а при уменьшении – заменить несколько пикселей одним;
• размер файла не зависит от сложности изображения, а определяется только разрешением и глубиной цвета.

Как правило, растровые рисунки имеют большой объем.