Умскул учебник стремится стать лучше! Если вы наткнулись на ошибку или неточность в нашем материале - просто сообщите нам, мы будем благодарны!
Информатика

Кодирование изображения

1.5.2022
152

На этой странице вы узнаете

  • Какие изображения сделаны из “математики” и “квадратиков”?
  • RGB — много кто слышал, но немногие знают. Что это такое?
  • В чем суть разрешения изображения?

Это изображение эталона одного килограмма, который прямо сейчас находится во французском Международном бюро мер и весов.

А сколько весит картинка, на которой изображен идеальный килограмм? Давайте разбираться.

Понятие пикселя

Итак, мы уже с вами знаем, что дискретизация — это разбиение целостного массива информации на отдельные составляющие. Подробнее об этом читаем в статье «Дискретное представление информации». 

Давайте теперь разберемся на конкретных примерах, как дискретизация проявляется, чем будет являться результат ее работы и как считать “вес” конкретных данных.

Начнем с изображений. Нам незачем хранить полный градиент оттенков каждого существующего цвета. Это так же бессмысленно, как раскрашивать детскую раскраску профессиональной палитрой. Но мало говорить про цвет, у изображения есть и формы, линии, фигуры. Как и на что делить их?

И на этот вопрос придумали два ответа — векторная графика и растровые изображения.

Какие изображения сделаны из “математики” и “квадратиков”?

В случае растровых изображений вся картинка будет делиться на отдельные маленькие квадраты, хранящие в себе свой цвет — пиксели.

Векторная графика пошла другим путем. В ней изображение изначально состоит из геометрических фигур, описанных математическими формулами и имеющими конкретный цвет. 

Плюсы и минусы растровых и векторных изображений

Каким бы качественным ни казалось растровое изображение – оно все равно будет состоять из пикселей, нужно лишь достаточно сильно приблизить. Растровые изображения поддерживают такие форматы, как jpg, bmp.

Плюсы:

  • При достаточно большом количестве пикселей, изображение будет достаточно четким, чтоб их не замечать.
  • Раскрашивая изображение пикселями, мы никак не ограничены, и можем нарисовать с их помощью любые формы.

Минусы:

  • При недостаточном количестве пикселей, они будут хорошо видны, и изображение не будет качественным.
  • При таком подходе кодируется цвет каждого отдельного пикселя, из-за чего размер такого изображения будет большим.

А что с векторными изображениями?

Основным форматом векторной графики является svg.

Плюсы:

  • Такое изображение не содержит пикселей, только математически описанные фигуры. Поэтому оно будет четким всегда, как бы сильно мы его не увеличивали.
  • Из-за кодирования цветов целых фигур, а не отдельных пикселей, такое изображение будет весить меньше.

Минусы:

  • В возможностях создания изображений мы ограничены наборами геометрических фигур. Поэтому такой формат хорош для рисования, например, логотипов или простеньких рисунков, но не более.

Растровые изображения используются чаще засчет возможности детального, попиксельного редактирования. Сейчас мы остановимся на них.

Кодирование цветов

Каждый пиксель хранит в себе информацию о своем цвете в виде двоичного кода. Вес одного кода, а также общее количество цветов в палитре, будет зависеть от глубины кодирования цвета — количества бит, выделенного на хранение кода цвета (то есть длину одного кодового слова).

Количество цветов в палитре N зависит от глубины кодирования цвета i как:
N = 2 ^ i.

Например:

  • Если выделить всего 1 бит на глубину цвета, то мы сможем использовать только коды длиной 1, и получим черно-белое монохромное изображение, так как цветов будет всего два – черный с кодом 0 и белый с кодом 1.
  • Если выделить уже 3 бита, и каждому поставить в соответствие свой основной цвет, комбинируя их и “смешивая” можно получать до 8 новых цветов и оттенков.
RGB — много кто слышал, но немногие знают. Что это такое?

Похожей схемой кодирования пользуется одна из самых популярных цветовых моделей RGB. Она использует глубину кодирования 24 бита, по 8 из которых выделяется на хранение оттенков основных цветов — красного, зеленого и синего (red, green, blue). Именно в честь этих цветов код и получил название. 

По итогу в ней лежит по 2^8 = 256 оттенков этих цветов, а суммарно — 2^24 = 16777216 различных цветов.

Под экраном вашего телефона или монитора компьютера находится множество лампочек, также разделенных на пиксели. Получая код цвета, монитор понимает, какие именно лампочки надо зажечь и с какой интенсивностью, чтобы получить нужный цвет и оттенок.

Вес каждого отдельного пикселя равен глубине кодирования i. Тогда вес всего изображения будет состоять из суммы размеров всех его пикселей:

V = x * y * i, где
V — вес изображения,
х и у — высота и ширина изображения (в пикселях),
i — глубина цвета.

Например, имеем следующее условие задачи:

  • размер изображения — 640х640 пикселей;
  • количество цветов в палитре изображения — 256.

Найдем вес этого изображения:

  1. Из количества цветов найдем глубину кодирования цвета: 
    1. N = 2 ^ i 
    2. 256 = 2 ^ i 
    3. i = 8;
  1. Имея все необходимые значения, найдем вес всего изображения:
    V = x * y * i = 640 * 640 * 8 = 3276800 бит = 400 кбайт.

Разрешение изображения

Размер изображения, находящегося на компьютере, измеряется в пикселях. Но иногда бывает важно знать и его физический размер. Например, чтобы оценить качество изображения при печати или его размер в пикселях при сканировании.

В чем суть разрешения изображения?

Разрешение — параметр, отвечающий за перевод между физическими единицами измерения изображения и цифровыми. 

Измеряется в ppi (pixels per inch — пиксели на дюйм) или dpi (dots per inch — точки на дюйм). 

  • При печати разрешение покажет, насколько качественным будет напечатанное изображение.
  • При сканировании мы сможем заранее узнать, какой размер в пикселях будет у отсканированного изображения, так как будем знать, сколько пикселей будет использоваться для передачи каждого дюйма изображения.

Например, имея фотографию 3х4 дюйма и сканируя ее с разрешением 100 dpi, мы будем знать, что каждый дюйм изображения будет передан с помощью 100 пикселей. Поэтому размер изображения в пикселях будет 300х400.

Фактчек

  • В растровом изображении в качестве мельчайшей части изображения выступает пиксель.
  • Пиксель хранит в себе информацию о собственном цвете. Количество цветов, которое может приобрести пиксель, а также его вес, зависят от глубины кодирования цвета
  • Количество цветов N, используемых в изображении, зависит от глубины кодирования цвета i как N = 2 ^ i. Полный вес изображения V равен произведению его сторон в пикселях х и у на глубину кодирования цвета i: V = x * y * i.
  • Разрешение — это отношение цифрового размера изображения в пикселях к физическим единицам измерения (к дюймам). Оно определяет размер, вес и четкость изображения при печати и сканировании.

Проверь себя

Задание 1.
Пиксели используются в…

  1. векторной графике
  2. растровых изображениях
  3. в обоих типах изображений

Задание 2.
Количество цветов в палитре зависит от…

  1. разрешения
  2. размера изображения
  3. глубины кодирования цвета
  4. ни от чего

Задание 3.
В разрешении изображения к какой физической единице измерения относится количество пикселей?

  1. к дюймам
  2. к метрам
  3. к сантиметрам
  4. к световым годам

Задание 4.
Какое количество цветов используется в изображении размером 1024х1024 пикселей размером 1 мбайт?

  1. 8
  2. 16
  3. 64
  4. 256

Задание 5.
Сколько места на компьютере будет занимать фотография 10х12 дюймов, если при сканировании использовалось разрешение 256 dpi и 4096 цветов палитры? Ответ дайте в кбайтах.

  1. 11520
  2. 94371840
  3. 11
  4. 256

Ответы: 1. — 2; 2. — 3; 3. — 1; 4. — 4; 5. — 1.

Понравилась статья? Оцени:
Читайте также:

Читать статьи — хорошо, а готовиться к экзаменам
в самой крупной онлайн-школе — еще эффективнее.

50 000
Количество
учеников
1510
Количество
стобальников
>15000
Сдали на 90+
баллов