при кодирование растровой графической информации
Кодирование графической информации
Всего получено оценок: 250.
Всего получено оценок: 250.
Графическая информация может представлять в растровом и векторном виде. Для кодирования цвета изображения используются разные модели. Кратко о кодировании графической информации можно прочитать в данной статье.
Кодирование графической информации
Графическая информация, хранящаяся на бумажных или иных физически существующих носителях, носит аналоговый характер. Для представления графики в ЭВМ используют дискретный формат.
Как известно, изображения создаются в двух форматах:
Растровое изображение состоит из большого количества точек, которые расположены строго по строкам и столбцам, причем каждой точке свойственно иметь свои координаты расположения на экране, цветовой оттенок и степень яркости. Чем больше таких точек, тем точнее и качественнее изображение. Сколько точек помещается на экране монитора, показывает его характеристика – пространственное разрешение. Параметр разрешения состоит из двух величин: число строк и число пикселей в каждой строке.
Векторное изображение строится из совокупности геометрических фигур, характеристики которых представлены в числовом формате. Так, кодируются размеры геометрических объектов, координаты их вершин, толщина контуров объектов, цвет заливки.
Цветовые модели
Из школьного курса физики известно об электромагнитной природе света, который представляет собой спектр излучения с длиной волны от 400 до 700 нанометров. Тема, в которой раскрывается зависимость цвета от длины волны видимого спектра, изучается в 9 классе.
Изучением вопросов физической природы цвета ученые занимаются уже давно. Исаак Ньютон первым обнаружил, что белый свет при преломлении через призму раскладывается на семь цветов. М. В. Ломоносов обратил внимание, что добиться любого цветового оттенка можно посредством комбинирования в разных соотношениях только трех цветов: синего, желтого и красного. Теория цвета как отдельная дисциплина изучается будущими дизайнерами.
В технике реализуются три цветовые модели, используемые при кодировании графической информации:
Цветовая модель RGB
Модель RGB получила называние от английского названия цветов:
В основе выбора базовых цветов лежит свойство глаза человека, которое заключается в наличии в глазной сетчатке колбочек, наиболее чувствительных к красному, синему и зеленому цветам. Не следует выбор базовых цветов модели RGB путать с основными цветами в изобразительном искусстве: желтый – синий – красный.
В данной модели цвет пикселя формируется из трех элементов в порядке: R, G, B. Для черной точки компоненты цвета равны нулю, то есть (0, 0, 0). Белый цвет кодируется единицами (1, 1, 1). Для красного, зеленого и синего цветов в отдельности работают только по одной компоненте, соответственно: (1, 0, 0), (0, 1, 0) и (0, 0, 1).
Хранение информации в модели RGB возможно в режимах:
Палитры цветов в этих режимах очень большие и включают до нескольких десятков тысяч оттенков.
Количество битов для кодирования цветового решения изображения, называется глубиной цвета. Если цвет кодируется тремя битами как в режиме True Color, то глубина цвета будет составлять 3 * 8 = 24 бита. А количество цветовых оттенков будет составлять 2 24 = 16777216.
Для двухбайтового режима High Color глубина цвета составляет 16 бит, а палитра включает 2 16 = 65536 оттенков.
Цветовая модель HSB
Цветовая модель CMYK
В отличие от модели RGB, которая реализуется в устройствах отображения информации где свет излученный, модель CMYK ориентирована на отраженный свет, который человеческий глаз видит при просмотре бумажных изображений.
Название модели исходит от английских названий цветов:
Что мы узнали?
Существуют растровые и векторные форматы изображений. Для кодирования цвета также используются разные механизмы. Модель RGB используется в мониторах, модель CMYK реализуется в устройствах печати.
Урок 9
Растровое кодирование графической информации
Изображения в памяти компьютера
Последовательностями нулей и единиц можно закодировать и графическую информацию.
Существует два способа представления изображений в цифровом виде.
Первый способ состоит в том, чтобы графический объект, подлежащий представлению в цифровом виде, разделить вертикальными и горизонтальными линиями на крошечные фрагменты — пиксели, и закодировать цвет каждого пикселя в виде двоичного числа. Такой способ называется растровым кодированием.
Второй способ состоит в том, что некоторый графический объект записывается как закодированная в цифровом виде последовательность команд для его создания. Этот способ называется векторным кодированием.
Способ 1. Растровое кодирование
Графический объект, подлежащий представлению в цифровом виде, делится вертикальными и горизонтальными линиями на крошечные фрагменты — пиксели. Цвет каждого пикселя кодируется двоичным числом. Такой способ называется растровым кодированием.
Рассмотрим простую черно-белую картинку:
Каждую пустую (белую) клеточку рисунка, заключенного в рамку, мы закодировали нулем, а закрашенную (черную) — единицей.
Попробуем решить обратную задачу — восстановить рисунок по его коду, причем код будет десятичным. Представим имеющиеся десятичные числа в двоичном коде и закрасим клеточки, соответствующие 1:
В рассмотренных примерах каждый пиксель кодировался 1 битом. При цифровом представлении цветных изображений каждый пиксель кодируется цепочкой из 24 нулей и единиц, что позволяет различать более 16 миллионов цветовых оттенков.
Необычайно богатая цветовая палитра современных компьютеров получается смешением взятых в определенной пропорции трех основных цветов: красного, синего и зеленого. На кодирование каждого из них чаще всего отводится по 8 битов, в которых можно записать двоичные коды 256 различных оттенков основного цвета.
Проведем небольшой эксперимент
2. В открывшемся диалоговом окне Изменение палитры щелкните на кнопке Определить цвет; обратите внимание на информацию в правой нижней части экрана.
3. Задайте несколько раз по своему усмотрению значения в полях ввода для основных цветов и проследите за изменениями в окне Цвет\3аливка.
4. Установите, какие цвета получатся при следующих значениях основных цветов:
Точное число различных оттенков вы можете получить, если с помощью приложения Калькулятор вычислите значение произведения 256 • 256 • 256.
Проведем еще один эксперимент
1. Запустите графический редактор Paint, находящийся в группе программ Стандартные.
4. Самостоятельно увеличьте исходную картинку в 8 раз (переключатель 800%).
6. Выберите инструмент Заливка и с его помощью попытайтесь внести изменения в рисунок, перекрашивая отдельные области.
Растровое кодирование
Вы будете перенаправлены на Автор24
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.
У нас получился так называемый растровый рисунок, состоящий из квадратиков-пикселей.
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:
Готовые работы на аналогичную тему
Покажем это на простом примере:
Разрешение – это количество пикселей, приходящихся на дюйм размера изображения.
Кодирование цвета
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).
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).
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.
Глубина цвета – это количество бит, используемое для кодирования цвета пикселя.
Кодирование с палитрой
Цветовая палитра – это таблица, в которой каждому цвету, заданному в виде составляющих в модели RGB, сопоставляется числовой код.
Кодирование с палитрой выполняется следующим образом:
Поэтому палитра, которая обычно записывается в специальную служебную область в начале файла (ее называют заголовком файла), представляет собой четыре трехбайтных блока:
Код каждого пикселя занимает всего два бита.
Достоинства и недостатки растрового кодирования
Растровое кодирование имеет достоинства:
И недостатки:
Как правило, растровые рисунки имеют большой объем.
Класс: 6
Презентация к уроку
Цель урока: познакомить учащихся с принципами кодирования черно-белых и цветных растровых изображений.
1.1.Постановка проблемного вопроса.
2.Объяснение нового материала
2.1.Сообщение темы урока.
2.2Постановка целей и задач.
2.3.Рассмотрение двоичного растрового кодирования графической информации.
3.Закрепление изученного материала
Ход урока
Актуализация знаний.
– На прошлых уроках мы говорили о кодировании числовой и текстовой информации в компьютере. Сегодня мы поговорим о кодировании графической информации. [Слайд 1]
– Что такое графическая информация?
– Изображения, рисунки и т.д.
– Вспомните, в каких программах мы с вами рисовали?
– Paint, Word, PowerPoint.
– Тогда скажите мне, чем отличаются эти две картинки? [Слайд 2]
– Первая картинка состоит из точек, а вторая – из отдельных частей.
– Все верно. Первая картинка является растровым изображением, а вторая векторным. Сегодня мы поговорим о растровом способе кодирования графической информации. Откройте тетради, запишите число и тему урока. [Слайд 3]
– Сегодня на уроке мы познакомимся с принципами кодирования черно-белых и цветных растровых изображений. [Слайд 4]
Объяснение нового материала.
– Перед вами черно-белое растровое изображение. [Слайд 5]
– Скажите, из каких элементов состоит данный рисунок?
– Из точек. Из пикселей.
– Все верно. Точки, из которых состоит рисунок, называются пиксели.
Пиксель – минимальный элемент растрового изображения (точка), которому можно задать цвет.
– У меня следующий вопрос: почему точки называются пиксели, а вид изображения растровый?
– Дело в том, что растр, от которого пошло название данного вида компьютерной графики, это двухмерный массив точек, упорядоченных в строки и столбцы, который используется для создания изображения на экране. [Слайд 5]
– Давайте попробуем закодировать данный рисунок в двоичной системе счисления. Что для этого нужно? [Слайд 5. клик]
– Какие цифры мы используем в двоичной системе счисления? (Наводящий вопрос)
– А каким же образом мы можем с помощью нуля и единицы закодировать черно-белое изображение? (Наводящий вопрос)
– Два цвета – две цифры. Пронумеровать цвет цифрой.
– Все верно. В информатике принято обозначать 0 – белый цвет, 1 – черный цвет. [Слайд 5. клик]
– Давайте начнем устно кодировать данную картинку. Как будет выглядеть первый ряд кода? [Слайд 5. клик]
– 13 нулей, 2 единицы, 10 нулей.
– 12 нулей, 7 единицы, 6 нулей
– Отлично. По такому принципу кодируется вся картинка. Давайте я покажу вам код картинки полностью. [Слайд 5. клик]
– Если внимательно приглядеться, то можно даже увидеть силуэт нашей машинки в ее двоичном коде. [Слайд 5. клик]
– Еще раз скажите мне, что необходимо для двоичного кодирования черно-белого изображения?
0 – белый цвет, 1 – черный цвет.
– Что мы сейчас делали?
– По картинке составляли ее код.
Закрепление нового материала.
– Давайте, выполним задачу обратную данной. Что мы будем делать? Объясните.
– По данному двоичному коду нарисовать картинку.
– Откройте свои рабочие тетради на стр. 29, №37. Что вы будете делать? [Слайд 6]
– По данному двоичному коду нарисовать картинку.
– Как мы нарисуем картинку?
– Нужно закрасить клетки соответствующие единицам.
– Отлично. Выполните работу по вариантам. Первый вариант под номером 1 на стр. 29. Второй вариант под номером 2 на стр. 30.
– Давайте проверим, что у вас получилось. [Слайд 7]
– А что делать, если нам дан десятичный код рисунка? [Слайд 8]
– Перевести десятичный код в двоичный и нарисовать рисунок.
– Однако посмотрите. В ширину в рисунке 10 пикселей. А первое число содержит только 6 цифр. Как поступить в этом случае?
– Добавить в начало нули.
– Все верно. Эти нули мы называем незначащими. На значение числа они не влияют, т.к. стоят в начале числа, но при кодировании они нам необходимы. [Слайд 10]
– Еще раз проговорим весь алгоритм раскодирования рисунка:
Перевести десятичное число в двоичное.
Добавить в начало незначащие нули.
Нарисовать рисунок, соответствующий двоичному коду.
Получаем рисунок [Слайд 10 клик]
– Сейчас вы разобьетесь на группы по четыре человека – первая, третья и пятая парты развернитесь назад ко второй, четвертой и шестой партам. И выполните задание из рабочей тетради № 39 на стр. 31. Возьмите каждый себе по два числа и переведите их. Потом обменяйтесь результатами. [Слайд 11]
– Давайте проверим ваши расчеты:
Какое двоичное число получилось? Первая группа? Вторая группа? Третья группа?
Сколько незначащих нулей вы добавили? [Слайд 11 клик]
– Все верно. Рисуйте картинку.
– Что у вас получилось?
– У меня тоже. [Слайд 12]
– Давайте еще раз проговорим последовательность раскодирования черно-белого рисунка в десятичном коде.
Объяснение нового материала.
– Мы все это время говорили о черно-белых изображениях, но ведь наши компьютеры на черно-белые, а цветные. Из чего состоит цветное растровое изображение? [Слайд 13]
– Из цветных пикселей.
– Верно. [Слайд 13 клик]
– Каждый пиксель имеет цвет. [Слайд 14]
– Все цвета можно пронумеровать, а каждый номер перевести в двоичный код. [Слайд 14. клик]
– Как вы думаете, сколько цветов поддерживает современный компьютер?
– Современный компьютер поддерживает более 16 миллионов оттенков! А точнее 16 777 216. [Слайд 15]
– Для того чтобы закодировать черный и белый цвет мы использовали 1 бит, который может принимать значение 1 или 0. А для того чтобы закодировать более 16 миллионов оттенков нам понадобится цепочка из 24 нулей и единиц! [Слайд 15 клик]
– Скажите мне, сколько цветов вы заправляете в цветной принтер? 16 миллионов?
– Четыре. Черный, красный, зеленый и синий. Это происходит потому, что в компьютере все цвета и оттенки получаются из смешения трех цветов: красный, зеленый и синий. [Слайд 15 клик]
– 8 бит отводится на кодирование красного цвета, 8 – зеленого, 8 – синего. Каждый цвет имеет 256 оттенков основного цвета. Что при умножении и дает более 16 миллионов оттенков! [Слайд 15 клик]
Содержание урока
§16. Кодирование графических изображений
Растровое кодирование: итоги
§17. Кодирование звуковой и видеоинформации
§16. Кодирование графических изображений
Растровое кодирование: итоги
Итак, при растровом кодировании рисунок разбивается на пиксели (дискретизируется). Для каждого пикселя определяется единый цвет, который чаще всего кодируется с помощью RGB-кода. На практике эти операции выполняет сканер (устройство для ввода изображений) или цифровой фотоаппарат.
Растровое кодирование имеет достоинства:
• универсальный метод (можно закодировать любое изображение);
• единственный метод для кодирования и обработки размытых изображений, не имеющих чётких 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 объём.
Существует много разных форматов хранения растровых рисунков. В большинстве из них используют сжатие, т. е. уменьшают размер файла с помощью специальных алгоритмов. В некоторых форматах применяют сжатие без потерь, при котором исходный рисунок можно в точности восстановить из сжатого состояния. Ещё большую степень сжатия можно обеспечить, используя сжатие с потерями, при котором незначительная часть данных (почти не влияющая на восприятие рисунка человеком) теряется.
Чаще всего встречаются следующие форматы файлов:
• ВМР (англ, bitmap — битовая карта; файлы с расширением bmp) — стандартный формат растровых изображений в операционной системе Windows; поддерживает кодирование с палитрой и в режиме истинного цвета;
• JPEG (англ. Joint Photographic Experts Group — объединенная группа фотографов-экспертов; файлы с расширением jpg или jpeg) — формат, разработанный специально для кодирования фотографий; поддерживает только режим истинного цвета; для уменьшения объёма файла используется сильное сжатие, при котором изображение немного искажается, поэтому не рекомендуется использовать его для рисунков с чёткими границами;
• GIF (англ. Graphics Interchange Format — формат для обмена изображениями; файлы с расширением gif) — формат, поддерживающий только кодирование с палитрой (от 2 до 256 цветов); в отличие от предыдущих форматов части рисунка могут быть прозрачными, т. е. на веб-странице через них будет «просвечивать» фон; в современном варианте формата GIF можно хранить анимированные изображения; используется сжатие без потерь, т. е. при сжатии изображение не искажается;
• PNG (англ. Portable Network Graphics — переносимые сетевые изображения; файлы с расширением png) — формат, поддерживающий как режим истинного цвета, так и кодирование с палитрой; части изображения могут быть прозрачными и даже полупрозрачными (32-битное кодирование RGBA, где четвёртый байт задает прозрачность); изображение сжимается без искажения; анимация не поддерживается.
Свойства рассмотренных форматов сведены в таблицу 2.10.
Вы уже знаете, что все виды информации хранятся в памяти компьютера в виде двоичных кодов, т. е. цепочек из нулей и единиц. Получив такую цепочку, абсолютно невозможно сказать, что это — текст, рисунок, звук или видео. Например, код 110010002 может обозначать число 200, код буквы «И», одну из составляющих цвета пикселя в режиме истинного цвета, номер цвета в палитре для рисунка с палитрой 256 цветов, цвета 8 пикселей чёрно-белого рисунка и т. п. Как же компьютер разбирается в двоичных данных? В первую очередь нужно ориентироваться на расширение имени файла. Например, чаще всего файлы с расширением txt содержат текст, а файлы с расширениями bmp, gif, jpg, png — рисунки.
Однако расширение файла можно менять как угодно. Например, можно сделать так, что текстовый файл будет иметь расширение bmp, а рисунок в формате JPEG — расширение txt. Поэтому в начало всех файлов специальных форматов (кроме простого текста — txt) записывается заголовок, по которому можно «узнать» тип файла и его характеристики. Например, файлы в формате ВМР начинаются с символов «ВМ», а файлы в формате GIF — с символов «GIF». Кроме того, в заголовке указывается размер рисунка и его палитре, способ сжатия и т. п. Используя эту информацию, программа «расшифровывает» основную часть файла и выводит данные на экран.характеристики, например количество цветов в
Следующая страница 
Векторное кодирование
Cкачать материалы урока