Опубликован: 26.01.2012 | Доступ: свободный | Студентов: 3375 / 482 | Оценка: 4.51 / 4.26 | Длительность: 12:37:00
Лекция 1:

Теоретические основы компьютерной графики

Лекция 1: 123 || Лекция 2 >
Модель Grayscale

Изображения, представленные различным градациями серого, принято назвать полутоновыми. Для хранения информации о полутоновых образах используется обычно модель Grayscale (рис. 1.4). В ней на каждую точку картинки выделяется восемь двоичных разрядов (один байт). В особых случаях для изображений высокого качества используется шестнадцать двоичных разрядов (два байта) или более. При помощи кодового слова длины 8 можно представить 2^8=256 различных состояний или тоновых градаций. Нулевое значение соответствует черному цвету, максимальная величина кодового слова, равная 255, представляет белый цвет. Промежуточные значения кодируют различные по плотности оттенки серого. Максимальный диапазон значений 16-разрядных изображений намного больше; при помощи двухбайтовой кодировки можно представить 2^{16}=65*536 градаций серого цвета.

 Изображение в системе Grayscale

увеличить изображение
Рис. 1.4. Изображение в системе Grayscale

Только немногие современные сканеры способны создавать 16-битовые изображения и еще меньшее число редакторов могут их обрабатывать. Последнии редакции пакета Photoshop, включая версию CS5, полноценно поддерживают 16-разрядные графические файлы.

В некоторых растровых редакторах для изображений в градациях серого разрешается выбирать количество двоичных разрядов, приходящихся на один пиксел. Photoshop разрешает работать только с 8, 16 и 32-битовыми изображениями. Все изображения, содержащие менее 8 бит на пиксел, автоматически преобразуются в восьмибитовые, а оригиналы с большей глубиной - в 16 или 32-битовые.

Восьмибитовые изображения могут быть сохранены в любом растровом формате; для 16-битовых такой свободы нет. Такие оригиналы можно сохранить в форматах TIFF, PSD, PDF, RAW и PNG.

Изображения модели Grayscale обрабатываются в редакторе Photoshop как полноценные графические объекты. К ним могут быть применены любые инструменты и средства преобразования программы, которые имеют смысл для полутоновой графики.

Модель Indexed Color

Способ представления точек изображения, принятый в модели Indexed Color (Индексированный цвет), отчасти напоминает модель Grayscale. Здесь каждую точку представляет кодовое слово длиной восемь битов, но в нее записывается не информация о градациях серого, а данные о цвете. Набор всех доступных цветов образует палитру из 256 элементов, которые представляют собой выборку из полноцветного цветового пространства, которое иногда называют True Color.

 Примеры цветовых таблиц

Рис. 1.5. Примеры цветовых таблиц

В некоторых ситуациях даже ограниченный набор из 256 цветов оказывается избыточным, поэтому встречаются палитры и с меньшим множеством цветов (64, 32 и пр.). Для выбора цветов палитры используются самые разнообразные соображения и правила. Это могут быть стандартные цвета представления интерфейсных элементов в некоторой операционной среде или цвета, которые правильно отображаются определенными устройствами вывода и др. Часто палитру системы Indexed Color называют цветовой таблицей.

Набор в 256 цветов по сравнению 16-миллионным пространством True Color - это совсем немного, но для представления многих мультимедийных объектов и работы во всемирной сети приходится использовать эту весьма ограниченную палитру.

Редактор Photoshop поддерживает модель Indexed Color, но накладывает ряд серьезных ограничений на операции с такими объектами. Так, к ним не могут быть применены фильтры и инструменты тонирования, недоступны все операции со слоями и каналами и пр.

Существуют проблемы, связанные с передачей таких файлов формата Indexed Color, в другие приложения. Если цветовые таблицы программ обработки графики не совпадают, то возможно частичное или полное рассогласование цветов.

В программах сканирования и обработки растровой графики эта модель может именоваться Paletted, 256 Colors, Web Colors и др.

Модель RGB

Модель RGB - это самый популярный способ представления графики. По этому принципу работают телевизоры, компьютерные мониторы, видеопроекторы и многие другие устройства графического вывода. В этой системе все цветовое разнообразие формируется сочетанием красного (Red, R) зеленого (Green, G) и синего (Blue, B) цветов различной интенсивности.

 Принцип синтеза цветов в системе RGB

Рис. 1.6. Принцип синтеза цветов в системе RGB

Цветовое пространство модели RGB можно представить в виде куба в декартовой системе координат (рис. 1.6). Каждый цвет в этом кубе задается точкой и определяется как сумма трех основных цветов: красного, зеленого и синего. Главная диагональ куба с равными количествами каждого основного цвета представляет ахроматические (серые) цвета: черному цвету соответствует точка (0, 0, 0), а белому - точка (1, 1, 1). Нулевое значение соответствует отсутствию светимости цветовой координаты, единичное значение описывает ее максимальную интенсивность. Так, белый цвет дает смешение трех цветовых координат предельной силы.

Красный, зеленый и синий принято называть первичными цветами или цветовыми координатами, а их представление в программах обработки графики - каналами. Каналы, по сути дела, представляют собой полутоновые версии изображения, где градации серого цвета показывают вклад или интенсивность каждой цветовой координаты.

Как и изображения в системе Grayscale, каналы описываются 8 двоичными разрядами. Поскольку в системе RGB три канала, то на один пиксел приходится 8+8+8 = 24 двоичных разрядов. Иногда говорят, что глубина цвета в этой системе составляет 24 бита. Это позволяет представить более 16 миллионов цветов (2^8*2^8*2^8) - этого количества вполне достаточно для точной передачи полноцветных фотографий или художественных полотен.

Изображения, заданные системе RGB с глубиной цвета в 24 бита, - это полноценные объекты, которые не имеют ограничений на обработку в растровых редакторах. Большинство цветных сканеров продуцирует именно такие изображения. Только устройства оцифровки самого высокого класса способны выдавать изображения в системе CMYK.

  • Внешний вид изображения не предопределяет выбор цветовой модели; он служит только предпосылкой для этого. Текстовый документ, где присутствуют только черная и белая краски, может быть сохранен в любой из перечисленных цветовых моделей. Выбор способа представления зависит от тех мероприятий, которые будут проводиться с изображением. Например, если требуется распознать некачественный текстовый документ, то иногда целесообразно сканировать его в режиме RGB. К таким оригиналам могут быть применены любые инструменты и средства растрового редактора, поэтому плохой образец можно подготовить для успешного распознавания.
Модель HSB

Цветовая модель HSB возникла как попытка преодолеть аппаратную зависимость модели RGB. В модели HSB все цвета определяются тремя координатами: оттенком (Hue), насыщенностью (Saturation), и яркостью (Brightness). Название модели образовано по первым буквам английских названий цветовых координат.

Необходимо различать цветность и яркость света. Эту разницу должны хорошо понимать опытные пользователи цветных телевизионных приемников, у которых за эти настройки отвечают различные органы настройки. Цветовым тоном или оттенком (Hue) называется спектрально-чистый цвет определенной длины волны, например чистый красный или чистый зеленый. Цветовой тон - это объективная характеристика, поскольку ее можно измерить по длинам преобладающих в световом пучке волн.

Яркость (Brightness) характеризует интенсивность, энергию цвета. Изменение яркости можно представить как смешение чистого тона и черного цвета. Большое содержание черного делает цвет затененным, неинтенсивным. С уменьшением процента черного освещенность увеличивается. Солнечный луч - это пример яркого света, свечение, исходящее от светлячка, имеет очень низкую яркость. Черный цвет имеет нулевую яркость, а белый - абсолютную.

Насыщенность (Saturation) описывает чистоту цвета. Один и тот же тон может быть тусклым или насыщенным. Изменение насыщенности можно представить как разбавление чистого цвета белым или серым. Чем больше содержание белого, тем более блеклым становится цвет. Насыщенность иногда называют хроматической гаммой.

Существует несколько разновидностей системы HSB, в которых яркостная и цветовая характеристики рассматриваются отдельно, например, HSI, HLS, YUV. Во всех этих моделях цвет задается не как смешение трех цветов, а по значениям цветового тона, насыщенности и интенсивности. Например, в модели HIS используется тон (Hue), .насыщенность (Saturation) и интенсивность (Intensity), в модели HLS - тон (Hue), насыщенность (Saturation) и светлота (Lightness).

Photoshop поддерживает систему HSB в ее классическом исполнении; эта модификация получила наибольшее распространение в различных программах растровой и векторной графики.

Модель HSB дает оператору графической программы очень удобный и интуитивно ясный способ синтеза цветов, поэтому рассмотрим ее более подробно. Для описания ее свойств воспользуемся наглядной геометрической аналогией в виде цветового круга (рис. 1.7).

 Цветовой круг

Рис. 1.7. Цветовой круг

Пусть цвета видимого спектра располагаются по кругу, как цифры на циферблате часов. Каждому оттенку соответствует точка на окружности. Чтобы указать положение спектрального цвета достаточно задать угол поворота радиуса-вектора (см. рис. 1.7). В большинстве графических программ принято начинать отсчет от красного цвета и располагать основные и дополнительные цвета с приращением в 60 градусов. Величина насыщенности описывается как длина радиуса-вектора. Чем менее насыщенным является цвет, тем ближе к центру окружности располагается представляющая его точка. Центр круга соответствует черному цвету.

Обычно насыщенность измеряется в процентах: минимальная насыщенность равна 0, максимальная - 100. Чтобы учесть в нашей модели яркость, надо добавить третью координату. Тогда все цветовое пространство системы HSB можно представить в виде стопки цветовых кругов, каждый из которых соответствует своему значению яркости. Яркость в большинстве графических программ изменяют в процентах в диапазоне от 0 (минимальная) до 100 (максимальная).

Модель HSB очень удобна для пользователя. В ней можно синтезировать новые цвета и получать различные варианты заданного цвета, опираясь на интуицию. Например, мы знаем, что чистый синий цвет лежит на цветовом круге под углом 240 градусов. Если требуется сместить тон в сторону пурпурного оттенка, то для этого достаточно увеличить угол поворота. Цвет кажется слишком насыщенным? Решение известно. Надо сместить точку в радиальном направлении ближе к центру. Велика яркость? Уменьшаем соответствующую координату. Подобную стратегию синтеза цвета невозможно реализовать в системе RGB, поскольку трудно предвидеть последствия даже небольших изменений цветовых координат. Еще одним несомненным достоинством системы HSB является ее независимость от аппаратуры.

Модели CMY и CMYK

Модель CMY описывает способ получения цветов не сложением, как в RGB, а вычитанием базовых цветовых координат. В этой модели опорными являются краски голубая (Cyan, C), пурпурная (Magenta, M), желтая (Yellow, Y). Принцип действия этой модели показан на рис. 1.8.

 Синтез цветов в системе CMY

Рис. 1.8. Синтез цветов в системе CMY

Если, как это часто делается, измерять интенсивность цвета числами в диапазоне от 0 (минимальная интенсивность), до 1 (максимальная интенсивность), то в модели RGB черный цвет получит координаты (0,0,0), а белый - (1,1,1). Координаты одного цвета в моделях RGB и CMY - взаимно зависящие величины, соотношение между ними задается простой формулой (R,G,B) = (1,1,1) - (C,M,Y). В частности, в CMY белый цвет кодируется вектором (0,0,0), а черный - (1,1,1).

Цветовые координаты модели CMY являются дополнительными к координатам RGB, т. е. сложение каждой дополнительной пары дает чистый белый. Поэтому модель CMY можно представить в виде куба, начало отсчета которого находится в точке, соответствующей белому цвету (рис. 1.9).

 Цветовой куб модели CMY

Рис. 1.9. Цветовой куб модели CMY

Если нанести на белый лист бумаги красители пурпурного, желтого и голубого цветов, то они поглотят все три составляющие падающего света и такой лист должен выглядеть черным. В это теоретически правильное заключение практика вносит свои поправки. Существующие красители по своим химическим свойствам далеки от идеала и часто содержат примеси. Смешение таких красителей дает не черный цвет, а грязно-коричневый темного оттенка. Свой вклад вносит и бумага, поверхность и цвет которой никогда не бывают идеальными. Для повышения качества печати применяется специальный черный краситель, позволяющий получить ровный и глубокий черный цвет. Большинство современных репродуцирующих устройств (принтеров и типографских машин) печатают в четыре краски, и только самые дешевые струйные принтеры, сегодня практически вышедшие из употребления, используют только три краски.

Модель CMY с дополнительной черной составляющей называется моделью CMYK. Черный цвет (Black) представлен в названии последней буквой для того, чтобы не путать его в сокращениях с синим (Blue). Эта система служит теоретической основой цифровой печати. Во многих графических пакетах цветовые координаты рассматриваются как красители, которые наносятся на поверхность бумаги, поэтому интенсивность каждой координаты измеряется в процентах от 0 (отсутствие краски) до 100 (максимальная интенсивность краски).

Любая модель является идеализацией. Даже самое точное формальное описание представляет реальные процессы и ситуации лишь приблизительно, передавая суть явления, она отбрасывает многие второстепенные детали. Практика показала, что модель CMYK адекватно описывает принцип действия классической типографской печати, где цветные изображения получаются нанесением на бумажный лист четырех красок разной плотности.

Философские споры по поводу преимуществ и недостатков систем RGB и CMYK не получили своего окончательного разрешения. На страницах специализированных журналов до сих пор ведется оживленная полемика по этому вопросу. Можно дать только самые общие рекомендации по выбору цветовой модели. Для отображения на экране компьютерного монитора или телевизора лучше подходит система RGB. Для передачи в типографию или вывода на цветное печатающее устройство высокого класса следует предпочесть систему CMYK.

Если RGB-изображение можно сохранить в любом формате, то для CMYK эта свобода значительно ограничена. Перечислим все форматы, доступные для CMYK-изображения в редакторе Photoshop: PSD, EPS, DCS, JPEG, PDF, RAW, Scitex CT, TIFF. Изображения в модели CMYK занимают больше места по сравнению с их полными аналогами в модели RGB.

Лекция 1: 123 || Лекция 2 >
Карина Полуэктова
Карина Полуэктова

В курсе "Обработка растровых изображений в Adobe Photoshop" отсутствуют рисунки к лекции 1 (к следующим, думаю, тоже), виден только номер рисунка и значок. В связи с чем это может быть? Программа просмотра установлена. Ведь рисунки в данном курсе важны для представления информации. Кроме того, ссылка "Скачать материалы курса можно здесь" не работает.