Skaitmeniniai rastriniai vaizdai

Vaizdų tipaiInformacija apie realų pasaulį yra tolydi, t.y., kiekviename taške kažkas yra. Net ir pažangiausios šiuolaikinės technologijos neleidžia saugoti tolydžios informacijos, nes tai reikštų begalinę duomenų apimtį.

Todėl realaus pasaulio informacija, taip pat ir vaizdinė, yra supaprastinama iki baigtinės aibės duomenų elementų. Priklausomai nuo to, kaip toks supaprastinimas atliekamas, sakome, kad informacija koduojama tam tikru būdu.

Geografiniai ir apskritai bet kokie grafiniai duomenys gali būti koduojami ir saugomi pagal du pagrindinius modelius – rastrinį ir vektorinį. Kiti grafinių duomenų modeliai yra tarpiniai tarp šių dviejų arba jų deriniai.

Skirtingų tipų vaizdai kuriami naudojantis skirtingomis programomis. Pavyzdžiui, yra įvairios programų sistemos kurti žemėlapiams, kurie yra vektoriniai vaizdai.

Toliau šioje dalyje aptarsime rastrinio modelio ypatybes.

Rastrinis vaizdasRastrinis vaizdas – tai vaizdas, sudarytas iš vienas po kito eilutėmis ir stulpeliais išdėstytų vaizdo elementų, pakankamai mažų, kad stebėtojui jie susilietų į tolydų vaizdą. Juos galima įsivaizduoti kaip stačiakampę gardelę. Vienas vaizdo elementas nuo kito skiriasi tik padėtimi ir spalva.

Ekrane toks vaizdo elementas yra šviečiantis ekrano taškas, vadinamas pikseliu (angl.: PixEl – Picture Element). Rašaliniu spausdintuvu spausdintame vaizde vaizdo elementas yra apvalus taškas, gaunamas spausdintuvo rašalo adatai susiliečiant su popieriumi. Tradicinėje fotografijoje toks elementas yra emulsijos, dengiančios fotografinę juostelę ar popierių, grūdelis. Visais atvejais informacija koduojama tuo pačiu principu „taškas–spalva“, o vaizdo kokybė priklauso nuo to, kokio didumo ir kaip arti vienas nuo kito yra vaizdo elementai.

Ši charakteristika vadinama rastrinio vaizdo skiriamąja geba arba rezoliucija ir kompiuterinėse sistemose tradiciškai matuojama vaizdo elementų („taškų“) skaičiumi viename eilutės colyje (angl.: dpi – Dots Per Inch).

Rastrinis vaizdas (pavyzdžiai)Rastrinio žemėlapio segmentas: 300 dpi, 72 dpi ir išdidintas tiek, kad matytųsi jį sudarančių elementų struktūra.

Vaizdo elementas

PermatomumasKai kurie vaizdo formatai leidžia nepriskirti pikseliui jokios spalvos reikšmės. Toks pikselis laikomas permatomu, t.y., jo vietoje matoma vaizdo fono (žemiau esančio sluoksnio) spalva. Vienas populiariausių “permatomų” vaizdų formatų yra GIF. Taip sukuriami vaizdai, kurie nėra stačiakampiai

Permatomas gėlytės fonas (GIF) Nepermatomas fonas (JPEG, BMP)

Taip permatomas fonas vaizduojamas Photoshop vaizdo lange

Bitų žemėlapisKompiuterinėje grafikoje yra skirtingi būdai vaizdui koduoti, paverčiant jį vaizdo elementų seka. Nuo kodavimo metodo priklauso skaitmeninio vaizdo formatas.

Pagrindinis rastrinio vaizdo formatas yra bitų žemėlapis (angl.: BMP – Bit MaP). Tokio formato failai atpažįstami pagal plėtinį .bmp, pavyzdžiui, zemelapis.bmp.

Bitų žemėlapyje kiekvienam vaizdo elementui skiriamas tam tikras elektroninės atminties vienetų – bitų skaičius, kuris saugo informaciją apie elemento spalvą dvejetainiu kodu. Dažniausiai vienam elementui skiriama 16 arba 32 bitai, t.y., 2 arba 4 baitai. Kuo daugiau skiriama atminties vienam elementui, tuo tikslesnę informaciją apie elemento spalvą (atspalvį) galima saugoti.

Vaizdų glaudinimasBitų žemėlapis yra išsamus bet neefektyvus duomenų saugojimo metodas.

Vaizduose dažnai pasitaiko vienodos spalvos elementų grupės – linijos ir plotai. Neracionalu kiekvienam iš šimtų vaizdo elementų, sudarančių žalią plotą paveikslėlyje skirti keturis baitus saugoti tai pačiai informacijai. Todėl metodas patobulinamas – atliekama tai, kas vadinama vaizdo suspaudimu (glaudinimu).

Paprasčiausia yra vienodų vaizdo elementų sekos pradžioje nurodyti, kad tam tikras skaičius iš eilės einančių elementų bus vienodi ir saugoti vienintelę spalvos reikšmę jiems visiems. Taip sutaupoma daug atminties ir neprarandama nė kiek pradinės informacijos (TIFF formatas).

Vis dėlto skaitmeniniai vaizdai reikalauja daug vietos, todėl nuolat ieškoma būdų, kaip dar labiau sumažinti jų apimtį. Tą galima padaryti tik prarandant tam tikrą dalį pradinės informacijos. Yra sukurta įvairių glaudinimo algoritmų, kurie leidžia pasiekti kompromisą tarp failo dydžio ir prarandamos informacijos kiekio. Aptarsime du pagrindinius ir iš esmės skirtingus glaudinimo metodus.

Fotovaizdų glaudinimasFotovaizdų glaudinimas pagrįstas ta jų savybe, kad, nors gali būti daug spalvų ir atspalvių, ribos tarp jų yra neryškios, persiliejančios, todėl vaizdo fragmento pikselių grupę dažnai galima pakeisti stačiakampiu, nuspalvinant jį pereinančiomis viena į kitą spalvomis pagal tam tikrą schemą, parinktą taip, kad sukuriamas įspūdis būtų kuo panašesnis į pradinį vaizdą.

JPEG (angl.: Joint Photography Experts Group) glaudinimo algoritmas yra labai efektyvus ir išsaugo pagrindines įprasto fotografinio vaizdo savybes.

Brėžinių glaudinimasBrėžiniai ir piešiniai iš esmės skiriasi nuo fotovaizdų – jiems būdingos plonos ryškios linijos (kurios nutrūktų taikant JPEG glaudinimo algoritmą) ir griežtai apibrėžtos tolygių spalvų dėmės.

Tokių vaizdų glaudinimo principas yra visiškai kitoks. GIF (angl.: Graphic Image Format) formatu išsaugotame vaizde yra nedidelis skaičius spalvų, kurios sunumeruotos, pavyzdžiui, jei spalvų yra 128, kiekvieno pikselio spalvai saugoti užtenka skirti ne 4 baitus, o vos 6 bitus. Taip glaudinant vaizdą artimos spalvos pakeičiamos viena iš riboto dažniausiai pasitaikančių spalvų rinkinio.

1

2

3

Pavyzdžiai

Neglaudintas formatas (BMP)66 KB

JPEG vaizdas19 KB

GIF vaizdas4 KB

Spalvų modeliai (I)

RGB – Red Green Blue Ekrane maišomos trys spalvos, kurių kiekvienos intensyvumas gali būti nuo 0 iki 255 (1 baitas 1 spalvos komponentui)

CMYK – Cyan Magenta Yellow BlacKSpaudoje kiekveina spalva gaunama maišant keturias spalvas, kurių kiekvienos intensyvumas gali būti nuo 0 iki 100%

RGB ir CMYK spalvų sritys ne visiškai sutampa. Yra spalvų, kurios negali būti pavaizduotos ekrane (ruda) arba ant popieriaus.

Spalvų modeliai (II)HSB – Hue Saturation BrightnessŽmogaus spalvų suvokimu pagrįstas modelis, kai pasirenkamas atspalvis (Hue) ir varijuojamas ryškumas (Brightness) ir sodrumas (Saturation)Naudojant šį modelį sukurta spalva automatiškai perskaičiuojama, pasirinkus kitą spalvų modelį, kitaip jos nebūtų įmanoma atvaizduoti.

Juodai balta spalvų skalė – GrayscaleŠiame modelyje neatsižvelgiama į atspalvius, o tik į spalvos intensyvumą, kuris išreiškiamas procentais nuo 0 (juoda) iki 100 (balta)

Spalvos pasirinkimasPaveiksle parodytas Photoshop spalvos pasirinkimo langas. Jame matomos pasirinktos spalvos koordinatės įvairiuose modeliuose bei šešioliktainis spalvos kodas.

Praktinės užduotys1. Panagrinėkite rastrinio vaizdo struktūrą.2. Išmokite pasirinkti spalvą maišydami pagrindines spalvas pagal RGB ir

CMYK modelius.3. Išsaugokite pasirinktus Internete vaizdus – spalvotą fotovaizdą ir

brėžinį JPG ir GIF formatais. Pakeiskite vaizdų skiriamąją gebą, palyginkite rezultatus.