Кодирование изображений

Растровая и векторная графикаКакие способы для сохранения графики применяют в компьютерах. Смотрим обязательно.

Растровое изображение

Кодирование информации: процесс преобразования сигнала из формы, удобной для непосредственного использования информации, в форму, удобную для передачи, хранения или автоматической переработки.

Человек воспринимает окружающий мир в виде образов, представляющих для него нечто целое, неделимое. Поэтому для преобразования рисунка в вид, пригодный для хранения в памяти ЭВМ:

Разбивают изображение на отдельные элементы - пиксели (pixel - picture element).
Каждому пикселю присваивают числовой номер, соответствующий номеру цвета в изображении
Число преобразуют в двоичную систему
Сохраняют набор чисел в памяти ЭВМ

Размер изображения (пиксель) = ширина•высота (пиксель) - вычисляют количество пикселей в изображении.

Примеры кодирования растровых изображений
Это мы видим	Хранится в памяти ЭВМ	Двоичная система счисления применяется для нумерации цвета
	0 1 0 1 1 1 0 1 0	Изображение состоит из 9 элементов (3х3 пикселей). Каждому пикселю присваиваем числовой номер (код) соответствующий номеру цвета: 0 - желтый 1 - черный
	00 01 10 01 01 01 00 01 00	Здесь недостаточно 1 бита для нумерации цвета - используем 2 бита: 00 - желтый 01 - черный 10 - голубой цвет
	00 01 10 01 01 01 00 01 11	Продолжаем 2-х битовое кодирование цвета пикселя: 00 - желтый 01 - черный 10 - голубой 11 - красный цвет
	000 001 010 001 001 001 100 001 011	Для нумерации цвета нужен 3-й бит: 000 - желтый 001 - черный 010 - голубой 011 - красный 100 - зеленый цвет

Для хранения номера цвета использовали разное количество бит (двоичных цифр 0 и 1): в 1-м 1 бит, 2 и 3 - два бита, а в 4-м случае - 3 бита.

Говорят, что у этих рисунков разная глубина цвета.

Глубина цвета: наименьшее количество бит (двоичных цифр: 0 и 1), необходимое для кодирования цвета в данном изображении.

Требуемый объем информации при сохранении в памяти ЭВМ можно вычислить по формуле:

Объем (бит) = Количество пикселей • Глубина цвета (бит)

I bit = N px • i bit

Пример 2: 3•3•2 бит = 18 бит
Пример 1: 3•3•1 бит = 9 бит
Пример 3: 3•3•2 бит = 18 бит
Пример 4: 3•3•3 бит = 27 бит

От глубины цвета зависит количество используемых цветов в изображении N.

N = 2ⁱ (i - глубина цвета в бит,
N - наибольшее возможное количество цветов в рисунке)
Глубина цвета, бит 1 2 3 4 ... 8 ... 16 ... 24 ... 32	Количество возможных цветов 2 4 8 16 ... 256 ... 65536 ... 16777216 ... 4294967296	ПАЛИТРА - таблица цвета, применяемого в данном изображении. Хранится в начале файла. ПАЛИТРА - это тонкая деревянная дощечка прямоугольной или овальной формы с отверстием. Палитра нужна художникам для работы масляными красками.

Мультик. Формула и решение задачи - конспект в тетрадь.

продолжение...

Зависимость качества изображения от количества пикселей на единицу длины (размера мозаичной плитки)
Исходное изображение	Размер пикселя принято считать в PPI (произносится как пи-пи-ай) — сокращение для англ. pixels per inch - пикселей на 1 дюйм. Применяется для указания разрешающей способности при вводе или выводе графики. 1 дюйм = 2,54 см = 25,4 мм У фотографии разрешение 96 ppi. Это значит, что размер пикселя равен 25,4/96 мм = 0,265 мм Иногда ошибочно под разрешением понимают размеры изображения в пикселях. Размеры изображений выражают в виде количества пикселей по горизонтали и вертикали, например: 1920 на 1080. В данном случае это означает, что ширина изображения составляет 1920, а высота — 1080 px (такое изображение состоит из 2 073 600 px, то есть примерно 2 мегапикселя). Количество px по горизонтали и вертикали может быть разным для разных изображений. Фото слева 200 на 400 px, всего 80 000 px.

На рисунках 1, 2, 3 хорошо видно, что качество изображения зависит от размера пикселя (квадратиков, на которое нарезают изображение при преобразовании в числовой формат)
Рисунок 1. 50•100px	Рисунок 2. 20•40px	Рисунок 3. 10•20px

Зависимость качества изображения от глубины цвета
Рисунок 4	Рисунок 5	Рисунок 6

4-й рисунок 256-цветный, т.е. глубина цвета i=8 бит (2⁸ = 256)
5-й рисунок 16-цветный, т.е. глубина цвета i=4 бит (2⁴ = 16)
6-й рисунок 2-цветный (монохромный), т.е. глубина цвета i=1 бит (2¹ = 2)

Вычислим объем информации для некоторых рисунков:

Основной рисунок. Размер изображения 200•400=80000 px
Глубина цвета i = 24 бит
Объем требуемой памяти = 80000•24 бит = 1920000 бит = 1920000/8 байт = 240000 байт = 240000/1024 КБ = 234,375 КБ
Рисунок 2. Размер изображения 20•40=800 пикселей
Глубина цвета i = 24 бит
Объем требуемой памяти = 800•24 бит = 19200 бит = 19200/8 байт = 2400 байт = 2400/1024 КБ = 2,34 КБ
Рисунок 6. Размер изображения 200•400=80000 пикселей
Глубина цвета i = 1 бит
Объем требуемой памяти = 80000•1 бит = 80000 бит = 80000/8 байт = 10000 байт = 10000/1024 КБ = 9,77 КБ

Бонус:Крутейшая фотография(нужен крутой компьютер!) 😋

Выводы:

Изображение можно представить в виде мозаичного полотна (растра), т.е. набора разноцветных плиток. Плитки (пиксели) обычно бывают квадратные. Качество изображения зависит от:

Количества пикселей (px) в изображении, а оно зависит от размера отдельного пикселя - ppi
От глубины цвета i

Полезные советы:

Для просмотра на мониторе достаточно не более 100 ppi
Для печати на принтере, распознавания текста от 300 до 600 ppi
Следите за размером изображения. При уменьшении размера в px в 3 раза объем файла уменьшится в 9(!) раз (3²)
Помните - если на дешевом сканере написано 4800 ppi - это блеф. Реально сканеры для дома(!) дают разрешение 300-600 ppi. А 4800 получают путем клонирования соседних пикселей.

Растровое изображение

Векторное изображение