Ландшафт
Как обозначается глубина цвета. Глубина и квантование цвета. Черно-белые штриховые изображения

Как обозначается глубина цвета. Глубина и квантование цвета. Черно-белые штриховые изображения

На сегодняшний день технологии и устройства позволяют сделать настолько яркое и насыщенное изображение, что оно будет даже красивее, чем его реальный прототип. Качество передаваемого изображения зависит сразу от нескольких показателей: количества мегапикселей, разрешения изображения, его формата и так далее. К ним относится еще одно свойство - глубина цвета. Что же это такое, и как его определять и исчислять?

Общие сведения

Глубина цвета - это максимальное число оттенков цвета, которое только может содержать в себе изображение. Это количество измеряется в битах (число двоичных бит, определяющих цвет каждого пикселя и оттенка в изображении). К примеру, один пиксель, глубина цвета которого равна 1 бит, может принимать два значения: белый и черный. И чем большее значение будет иметь глубина цвета, тем многообразнее будет изображение, включающее в себя множество цветов и оттенков. Также она отвечает за точность передачи изображения. Тут все обстоит аналогичным образом: чем выше, тем лучше. Еще один пример: рисунок формата GIF с глубиной цвета, равной 8 битам, будет содержать в себе 256 цветов, в то время как изображение формата JPEG с глубиной 24 бита будет включать в себя 16 миллионов цветов.

Немного об RGB и CMYK

Как правило, все изображения данных форматов имеют глубину цвета, равную 8 битам на один канал (цветовой). Но ведь в изображении может присутствовать и несколько цветовых каналов. Тогда уже рисунок RGB с тремя каналами будет иметь глубину 24 бита (3х8). Глубина цвета изображений CMYK может достигать 32 бит (4х8).

Еще немного битов

Глубина цвета - количество оттенков одного цвета, которое устройство, контактирующее с изображениями, способно воспроизвести или создать. Данный параметр отвечает за плавность перехода оттенков в изображениях. Все цифровые изображения кодируются посредством единиц и нулей. Ноль - единица - белый. Хранятся и содержатся они в памяти, измеряющейся в байтах. Один байт содержит в себе 8 бит, в которых и обозначается глубина цвета. Для фотоаппаратов существует еще одно определение -глубина цвета матрицы. Это показатель, определяющий то, насколько полные и глубокие изображения в плане оттенков и цветов способен производить фотоаппарат, а точнее его матрица. Благодаря высокому значению данного параметра фотографии получаются объемными и плавными.

Разрешение

Связующим звеном между глубиной цвета и качеством изображения является его разрешение. Например, 32-битное изображение с разрешением 800х600 будет значительно хуже, чем аналогичное с 1440х900. Ведь во втором случае задействовано гораздо большее количество пикселей. В этом довольно легко убедиться самостоятельно. Все, что нужно сделать - это зайти на ПК в "настройки изображения" и попробовать последовательно уменьшать или увеличивать В ходе этого процесса вы наглядно убедитесь в том, насколько сильно разрешение влияет на качество передаваемой картинки. Независимо от того, сколько цветов включает в себя то или иное изображение, оно будет ограничено максимальным значением, которое способен поддерживать монитор. В качестве примера можно взять монитор с глубиной цвета 16 бит и изображение с 32 битами. Данное изображение на таком мониторе будет показываться с глубиной цвета 16 бит.

Глубина́ цве́та (ка́чество цветопереда́чи , би́тность изображе́ния ) - термин компьютерной графики , означающий количество бит (объём памяти), используемое для хранения и представления цвета при кодировании одного пикселя растровой графики или видеоизображения.

Часто выражается единицей бит на пиксел (англ. bits per pixel , bpp ).

Монохромные изображения

В реальности 32-битный цвет является 24-битным (TrueColor) с дополнительным 8-битным каналом, который либо заполнен нулями (не влияет на цвет), либо представляет собой альфа-канал , который задаёт прозрачность изображения для каждого пикселя - то есть существует 16 777 216 оттенков цветов и 256 градаций прозрачности .

Причиной, по которой используют «пустой» канал, является стремление оптимизировать работу с видеопамятью , которая у большинства современных [когда? ] компьютеров имеет 32-битную адресацию и 32-битную шину данных [ ] .

Также 32-битным является представление цвета в системе CMYK (по 8 бит отводятся на голубой, пурпурный, жёлтый и чёрный цвета) .

Deep Color (30/36/48 бит)

В конце 1990-х годов некоторые high-end графические системы, например SGI , начали использовать более 8 бит на канал - например, 12 или 16 бит . Программы профессионального редактирования изображений стали сохранять по 16 бит на канал, предоставляя «защиту» от накапливания ошибок округления , погрешностей при вычислении в условиях ограниченной разрядной сетки чисел.

Для дальнейшего расширения динамического диапазона изображений были созданы различные модели. Например High Dynamic Range Imaging (HDRI), использует числа с плавающей запятой и позволяет наиболее аккуратно описывать в изображениях интенсивный свет и глубокие тени в одном и том же цветовом пространстве. Различные модели описывают такие диапазоны, применяя более 32 бит на канал. Можно отметить созданный

Часто выражается единицей бит на пиксел (англ. bits per pixel , bpp ).

Монохромные изображения

Индексированные цвета и палитры

Изображение кодируется с помощью дискретного набора цветов, каждый из которых описан с помощью палитры независимо друг от друга.

1-битный цвет (2 1 = 2 цвета): бинарный цвет, чаще всего представляется чёрным и белым цветами (или чёрным и зелёным)
2-битный цвет (2 2 = 4 цвета): CGA , БК .
3-битный цвет (2 3 = 8 цветов): множество устаревших персональных компьютеров с TV-выходом
4-битный цвет (2 4 = 16 цветов): известен как EGA и в меньшей степени как VGA -стандарт с высоким разрешением
5-битный цвет (2 5 = 32 цвета): Original Amiga chipset
6-битный цвет (2 6 = 64 цвета): Original Amiga chipset
8-битный цвет (2 8 = 256 цветов): устаревшие Unix-рабочие станции, VGA низкого разрешения, Super VGA , AGA (стоит заметить что тот же VGA-режим, так называемый X-Mode, за счет технологии установки палитры позволял отобразить 256 цветов из цветового набора 262 144 цветов)
12-битный цвет (2 12 = 4096 цветов): некоторые Silicon Graphics и Color NeXTstation системы. Отдельного упоминания заслуживает уникальный режим HAM оригинальных персональных компьютеров Amiga . В этом видеорежиме компьютер Amiga на экране мог отобразить до 4096 цветов, при этом один пиксель изображения кодировался только шестью битами.

«Реальные» цвета (TrueColor)

С увеличением количества бит в представлении цвета, количество отображаемых цветов стало непрактично большим для цветовых палитр (20-битная глубина цвета требует больше памяти для сохранения цветовой палитры , чем памяти для сохранения самих пикселей изображения). При большой глубине цвета на практике кодируют яркости красной , зелёной и синей составляющих - такое кодирование называют RGB -моделью.

8-битный «реальный» цвет

Сильно ограниченная, однако «реальная» цветовая схема, в которой по три бита (по восемь возможных значений) для красной (R) и зелёной (G) составляющих, и два оставшихся бита на пиксель для кодирования синей (B) составляющей (четыре возможных значения), позволяют представить 256 (8×8×4) различных цвета. Нормальный человеческий глаз менее чувствителен к синей составляющей, чем к красной и зелёной, поэтому синяя составляющая представляется одним битом меньше. Такая схема использовалась в MSX2 -серии компьютеров в 1990-х годах.

Не следует путать такую схему с 8 bpp индексным цветом, который может быть представлен выбором различных цветовых палитр.

12-битный «реальный» цвет

12-битный «реальный» цвет кодируется 4 битами (по 16 возможных значений) для каждой из R, G и B-составляющих, что позволяет представить 4096 (16×16×16) различных цветов. Такая глубина цвета иногда используется в простых устройствах с цветными дисплеями (например, в мобильных телефонах).

HighColor

HighColor или HiColor разработан для представления оттенков «реальной жизни», то есть наиболее удобно воспринимаемый человеческим глазом. Такой цвет кодируется 15 или 16 битами:

15-битный цвет использует 5 бит для представления красной составляющей, 5 для зелёной и 5 для синей, то есть 2 5 = 32 возможных значения каждого цвета, которые дают 32 768 (32×32×32) возможных цвета.
16-битный цвет использует 5 бит для представления красной составляющей, 5 для синей, но 6 бит (2 6 = 64 возможных значения) для представления зелёной, так как человеческий глаз более чувствителен к зелёной составляющей. Таким образом получаются 65 536 (32×64×32) цветов. 16-битный цвет упоминается как «тысячи цветов» (thousands of colors ) в системах Macintosh .
Большинство современных ЖК -дисплеев отображают 18-битный цвет (64×64×64 = 262 144 комбинации), но благодаря дизерингу разница с TrueColor -дисплеями на глаз незначительна.

TrueColor

Deep Color (30/36/48 бит)

Для дальнейшего расширения динамического диапазона изображений были созданы различные модели. Например High Dynamic Range Imaging (HDRI), использует числа с

02.08.2016

Для цифровой фотографии одним из важнейших параметров является глубина цвета. Ее часто называют и глубиной пикселя, и битовым разрешением.

Под этим термином подразумевается величина, которая характеризует количество бит информации, содержащейся в пикселе картинки. Битовое разрешение дает представление об объеме цветовой информации, которая используется для характеристики каждого пикселя изображения.

С увеличением глубины цвета увеличивается и количество информации о цвете, передаваемой цифровым изображением, увеличивается диапазон цветов. Другими словами, чем больше битовая глубина, тем точнее и детальнее само изображение.

Какая бывает глубина цвета изображений?

Глубина пикселя может варьироваться от 1 до 48 битов. С битовой глубиной пикселя = 1 возможно лишь 2 цвета (белый и черный) и 21 допустимое состояние.

Если глубина пикселя будет равна 8, то возможных состояний будет уже больше на 7, а количество оттенков - 256.

Такие изображения с глубиной 24 бита, в которых может содержаться 16.7 млн. цветовых оттенков, способны очень точно и в полной мере передавать все краски окружающей нас действительности.

С большей глубиной цвета (36 или 48 битов) позволяют снимать в формате RAW профессиональные фотокамеры. Иногда именно поэтому многие фотографы предпочитают делать снимки именно а RAW.

Но наиболее распространенным показателем глубины цвета является все же 24 бита - это стандартные фотоснимки обычных фотоаппаратов в формате JPG, они вполне передают все детали и нюансы изображения. Недаром 24-битные изображения имеют название «TruColor», т.е. «настоящий цвет».

Существуют также 15 и 16 битные фотографии. Их еще называют «HighColor». Они передают оттенки, к которым наиболее восприимчив глаз человека.

На что влияет глубина цвета?

Во-первых, как понятно из вышесказанного, от глубины цвета зависит качество цветопередачи и, соответственно, качество самой фотографии. Оптимальным показателем глубины цвета является 24 бита, которого и придерживается большинство обычных фотографов.

Во-вторых, нужно помнить, что объем файла с изображением во многом зависит как от размеров картинки, так и от глубины цвета. Чем больше битовое разрешение изображения, тем больше будет объем его файла и его вес. Следовательно, нужно заранее подумать об обеспечении фотоаппарата картой памяти достаточного объема.

Интересные публикации на сайте

Разрядность или глубина цвета цифрового изображения – это число двоичных разрядов (бит), используемых для кодирования цвета единичного пикселя.

Следует различать термины бит на канал (bpc – bits per channel) и бит на пиксель (bpp – bits per pixel). Разрядность по каждому из индивидуальных цветовых каналов измеряется в битах на канал, сумма же разрядов всех каналов выражается в битах на пиксель. Например, изображение в палитре Truecolor имеет разрядность 8 бит на канал, что эквивалентно 24 битам на пиксель, т.к. цвет каждого пикселя описывается тремя цветовыми каналами: красным, зелёным и синим (модель RGB).

Для изображения, закодированного в RAW-файле, число бит на канал совпадает с числом бит на пиксель, поскольку до интерполяции каждый пиксель, полученный с помощью матрицы с массивом цветных фильтров Байера, содержит информацию лишь об одном из трёх первичных цветов.

В цифровой фотографии принято описывать разрядность преимущественно с помощью бит на канал, и потому, говоря о разрядности, я буду подразумевать исключительно биты на канал, если прямо не указано иное.

Разрядность определяет максимальное количество оттенков, которые могут присутствовать в цветовой палитре данного изображения. Например, 8-битное чёрно-белое изображение может содержать до 2 8 =256 градаций серого цвета. Цветное же 8-битное изображение может содержать по 256 градаций для каждого из трёх каналов (RGB), т.е. всего 2 8x3 =16777216 уникальных комбинаций или цветовых оттенков.

Высокая разрядность особенно важна для корректного отображения плавных тональных или цветовых переходов. Любой градиент в цифровом изображении не является непрерывным изменением тона, а представляет собой ступенчатую последовательность дискретных значений цвета. Большое количество градаций создаёт иллюзию плавного перехода. Если же полутонов слишком мало, ступенчатость видна невооружённым глазом и изображение теряет реалистичность. Эффект возникновения визуально различимых скачков цвета в областях изображения, исходно содержащих плавные градиенты, называется постеризацией (от англ. poster – плакат), поскольку фотография, в которой недостаёт полутонов, становится похожей на плакат, отпечатанный с использованием ограниченного числа красок.

Разрядность в реальной жизни

Чтобы наглядно проиллюстрировать изложенный выше материал, я возьму один из своих карпатских пейзажей и покажу вам, как бы он выглядел при различной разрядности. Помните, что увеличение разрядности на 1 бит означает удвоение количества оттенков в палитре изображения.

1 бит – 2 оттенка.

1 бит позволяет закодировать всего два цвета. В нашем случае это чёрный и белый.

2 бита – 4 оттенка.

С появлением полутонов изображение перестаёт быть просто набором силуэтов, но всё равно смотрится довольно абстрактно.

3 бита – 8 оттенков.

Уже различимы детали переднего плана. Полосатое небо – хороший пример постеризации.

4 бита – 16 оттенков.

Начинают проявляться детали на склонах гор. На переднем плане постеризация уже почти незаметна, но небо остаётся полосатым.

5 бит – 32 оттенка.

Очевидно, что области с низким контрастом, отображение которых требует большого количества близких полутонов, больше всего страдают от постеризации.

6 бит – 64 оттенка.

Горы уже почти в порядке, а вот небо по-прежнему выглядит ступенчато, особенно ближе к углам кадра.

7 бит – 128 оттенков.

Мне не к чему придраться – все градиенты выглядят плавными.

8 бит – 256 оттенков.

И вот перед вами исходная 8-битная фотография. 8 бит вполне достаточно для реалистичной передачи любых тональных переходов. На большинстве мониторов вы не заметите разницы между 7 и 8 битами, так что даже 8 бит могут показаться излишними. Но всё же стандартом для высококачественных цифровых изображений являются именно 8 бит на канал, чтобы с гарантированным запасом перекрыть способность человеческого глаза различать градации цвета.

Но если 8 бит хватает для реалистичной цветопередачи, то для чего же может понадобиться разрядность больше 8? И откуда весь этот шум о необходимости сохранять фотографии с разрядностью в 16 бит? Дело в том, что 8 бит достаточно для хранения и отображения фотографии, но не для её обработки.

При редактировании цифрового изображения тональные диапазоны могут как сжиматься, так и растягиваться, в результате чего часть значений постоянно отбрасывается или округляется, и в конечном итоге количество полутонов может упасть ниже того уровня, который необходим для плавной передачи тональных переходов. Визуально это проявляется в возникновении всё той же постеризации и прочих режущих глаз артефактов. Например, осветление теней на две ступени приводит к растягиванию диапазона яркостей в четыре раза, а значит, отредактированные участки 8-битной фотографии будут выглядеть так, как если бы они были взяты из 6-битного изображения, где ступенчатость очень даже заметна. Теперь представьте, что мы работаем с 16-битным изображением. 16 бит на канал означают 2 16 =65535 цветовых градаций. Т.е. мы можем свободно выбросить большую часть полутонов и всё равно получить тональные переходы теоретически более плавные, чем в исходном 8-битном изображении. Информация, содержащаяся в 16 битах избыточна, но именно эта избыточность позволяет осуществлять самые смелые манипуляции с фотографией без видимых последствий для качества изображения.

12 или 14? 8 или 16?

Обычно фотограф сталкивается с необходимостью принимать решение о разрядности фотографии в трёх случаях: при выборе разрядности RAW-файла в настройках камеры (12 или 14 бит); при конвертации RAW-файла в TIFF или PSD для последующей обработки (8 или 16 бит) и при сохранении готовой фотографии для архива (8 или 16 бит).

Съёмка в RAW

Если ваша камера позволяет выбирать разрядность RAW-файла, то я однозначно рекомендую вам предпочесть максимальное значение. Обычно выбирать приходится между 12 и 14 битами. Дополнительные два бита лишь незначительно увеличат размер ваших файлов, но зато вы получите бо́льшую свободу при их редактировании. 12 бит позволяют закодировать 4096 уровней яркости, в то время как 14 бит – 16384 уровня, т.е. в четыре раза больше. Ввиду того, что самые важные и интенсивные преобразования снимка я провожу именно на стадии обработки в RAW-конвертере , мне бы не хотелось жертвовать ни единым битом информации на этом критическом для будущей фотографии этапе.

Конвертация в TIFF

Самый спорный этап – это момент конвертации отредактированного RAW-файла в 8- или 16-битный TIFF для дальнейшей обработки в Фотошопе . Весьма и весьма многие фотографы посоветуют вам конвертировать исключительно в 16-битный TIFF, и они будут правы, но только при условии, что вы собираетесь проводить в Фотошопе глубокую и всестороннюю обработку. Часто ли вы этим занимаетесь? Лично я – нет. Все фундаментальные преобразования я осуществляю в RAW-конвертере с 14-битным неинтерполированным файлом, а Фотошоп использую только для шлифовки деталей. Для таких мелочей, как точечная ретушь, избирательное осветление и затемнение, изменение размеров и повышение резкости обычно достаточно и 8 бит. Если я увижу, что фотография нуждается в агрессивной обработке (речь не идёт о коллажах и HDR), это будет означать, что я допустил серьёзную ошибку на стадии редактирования RAW-файла, и самым разумным решением будет вернуться и исправить её, вместо того, чтобы насиловать ни в чём не повинный TIFF. Если же фотография содержит какой-нибудь деликатный градиент, который я всё-таки захочу поправить в Фотошопе, то я без труда перейду в 16-битный режим, проведу там все необходимые манипуляции, после чего вернусь к 8 битам. Качество изображения при этом не пострадает.

Хранение

Для хранения уже обработанных фотографий я предпочитаю использовать либо 8-битный TIFF, либо JPEG, сохранённый в максимальном качестве. Мною движет стремление к экономии дискового пространства. 8-битный TIFF занимает вдвое меньше места, чем 16-битный, а JPEG, который в принципе может быть только 8-битным, даже в максимальном качестве примерно вдвое меньше 8-битного TIFF. Разница в том, что JPEG сжимает изображение с потерями данных, а TIFF поддерживает сжатие без потерь по алгоритму LZW. Мне не нужны 16 бит в финальном изображении, поскольку я не собираюсь его больше редактировать, иначе оно попросту не было бы финальным. Какую-то мелочь можно без труда поправить и в 8-битном файле (даже если это JPEG), но если мне приспичит провести глобальную цветокоррекцию или изменение контраста, то я скорее обращусь к исходному RAW-файлу, чем буду мучить уже сконвертированную фотографию, которая даже в 16-битном варианте не содержит всей необходимой для подобных преобразований информации.

Практика

Эта фотография сделана в лиственничной роще неподалёку от моего дома и сконвертированна с помощью Adobe Camera Raw. Открыв RAW-файл в ACR, я введу поправку экспозиции –4 EV, тем самым сымитировав недодержку в 4 ступени. Разумеется, никто в здравом уме не допускает подобных ошибок при редактировании RAW-файлов, но нам необходимо с помощью единственной переменной добиться идеально бездарной конвертации, которую мы затем попробуем исправить в Фотошопе. Изрядно потемневшее изображение я дважды сохраняю в формате TIFF: один файл с разрядностью 16 бит на канал, другой – 8.

На данном этапе оба изображения выглядят одинаково чёрными и ничем не отличаются друг от друга, в связи с чем я демонстрирую только одну из них.

Разница между 8 и 16 битами станет заметной только после того, как мы попытаемся осветлить фотографии, растягивая при этом диапазон яркостей. Для этого я воспользуюсь уровнями (Ctrl/Cmd+L).

На гистограмме видно, что все тона изображения сконцентрированы в узком пике, прижавшемся к левому краю окна. Чтобы осветлить изображение, необходимо отсечь пустующую правую часть гистограммы, т.е. изменить значение точки белого цвета. Взявшись за правый ползунок входных уровней (точку белого), я подтягиваю его вплотную к правому краю сплющенной гистограммы, тем самым давая команду распределить все градации яркости между нетронутой точкой чёрного и заново обозначенной (15 вместо 255) точкой белого. Проделав эту операцию на обоих файлах, сравним результаты.

Даже в таком масштабе 8-битная фотография выглядит более зернистой. Увеличим до 100 %.

16 бит после осветления

8 бит после осветления

16-битное изображение неотличимо от оригинала, в то время как 8-битное сильно деградировало. Если бы мы имели дело с настоящей недодержкой, ситуация была бы ещё печальнее.

Очевидно, что столь интенсивные преобразования, как осветление фотографии на 4 ступени, действительно лучше проводить на 16-битном файле. Практическая же значимость этого тезиса зависит от того, как часто вам приходится исправлять подобный брак? Если часто, то вероятно вы что-то делаете не так .

Теперь представим, что я по своему обычаю сохранил фотографию как 8-битный TIFF, но потом внезапно решил внести в неё какие-то радикальные изменения, а все резервные копии моих RAW-файлов были похищены пришельцами.

Чтобы симулировать разрушительное, но потенциально обратимое редактирование, вновь обратимся к уровням.

В ячейки выходных уровней (Output Levels) я ввожу 120 и 135. Теперь вместо доступных 256 градаций яркости (от 0 до 255) полезная информация будет занимать только 16 градаций (от 120 до 135).

Фотография предсказуемо посерела. Изображение на месте, просто контраст уменьшился в 16 раз. Попробуем исправить содеянное, для чего снова применим к многострадальной фотографии уровни, но уже с новыми параметрами.

Теперь я изменил входные уровни (Input Levels) на 120 и 135, т.е. придвинул точки чёрного и белого цвета к краям гистограммы, чтобы растянуть её на весь диапазон яркостей.

Контраст реанимирован, но постеризация заметна даже в мелком масштабе. Увеличим до 100 %.

Фотография безнадёжно испорчена. Оставшихся после безумного редактирования 16 полутонов явно недостаточно для хоть сколько-нибудь реалистичной сцены. Не означает ли это, что от 8 бит действительно нет никакого толку? Не торопитесь делать поспешные выводы – решающий эксперимент ещё впереди.

Вернёмся-ка снова к нетронутому 8-битному файлу и переведём его в 16-битный режим (Image>Mode>16 Bits/Channel), после чего повторим всю процедуру надругательства над фотографией, согласно описанному выше протоколу. После того, как контраст был варварски уничтожен, а затем вновь восстановлен, переведём изображение обратно в 8-битный режим.

Неужели всё в порядке? А если увеличить?

Безупречно. Никакой постеризации. Все операции с уровнями проходили в 16-битном режиме, а значит даже после уменьшения диапазона яркостей в 16 раз, у нас осталось 4096 градаций яркости, которых с лихвой хватило для восстановления фотографии.

Иными словами, если вам предстоит ответственное редактирование 8-битной фотографии – превратите её в 16-битную и работайте, как ни в чём не бывало. Если даже настолько абсурдные манипуляции можно проводить с изображением не опасаясь за последствия для его качества, то уж тем более оно спокойно переживёт ту целесообразную обработку, которой вы действительно можете его подвергнуть.

Спасибо за внимание!

Василий А.

Post scriptum

Если статья оказалась для вас полезной и познавательной, вы можете любезно поддержать проект , внеся вклад в его развитие. Если же статья вам не понравилась, но у вас есть мысли о том, как сделать её лучше, ваша критика будет принята с не меньшей благодарностью.

Не забывайте о том, что данная статья является объектом авторского права. Перепечатка и цитирование допустимы при наличии действующей ссылки на первоисточник, причём используемый текст не должен ни коим образом искажаться или модифицироваться.