Дълбочина на цвета - какво е в компютърната графика?

Дълбочината на битовете или дълбочината на цвета е броят на битовете, използвани за указване на цвета на един пиксел в растерно или видеокамерен буфер. Също така, тази концепция често означава броя на битовете, използвани за всеки цветен компонент от един пиксел. Дълбочината на двоичните знаци определя броя на уникалните цветове в палитрата на изображението по отношение на числата 0 и 1 или „битове“, които се използват за обозначаване на всеки цвят.

Какво е битова дълбочина

Дълбочината на цвета е броят на двоичните знаци, използвани за съхраняване на един пиксел на екрана. С други думи, броят на различните цветове може да бъде представен от хардуер или софтуер. Но това не означава, че изображението задължително използва всички цветове. Когато става въпрос за пиксел, понятието за дълбочина на цвета е нещо, което може да бъде определено като бит на пиксел (bpp). Определя броя на двоичните знаци, използвани за един пиксел. Тогава дълбочината на цвета на изображението се отнася до броя битове на пиксел на компютърния монитор за представяне на определен цвят.

Броят на уникалните нюанси

Когато става въпрос за цветовия компонент, понятието може да означава броя на двоичните знаци за компонент - битове за канал или за цвят. Дълбочината на цветовете с голяма стойност може да показва цвят с такава висока степен на точност. Алтернативно, тя също се нарича дълбочина на пикселите.

Изображенията с по-висока битова дълбочина могат да кодират повече нюанси или цветове, тъй като има повече комбинации от 0 и 1. Дълбочината на цветовете е броят на такива комбинации. Колкото повече бита на пиксел, толкова по-добър е цветът и качеството на монитора. Пространствената разделителна способност на екрана на монитора може да бъде изчислена по следната формула: произведението на броя на линиите на изображението по общия брой точки в дадена линия.

Разделителна способност на екрана и дълбочина на пикселите

Концепциите за броя на цветовете и дълбочината на цвета са свързани с концепцията за разделителната способност на монитора. Мониторът може да показва графики в различни качества. Дълбочината и разделителната способност на цвета характеризират качеството на изображението.

Сред най-често срещаните резолюции са 800 x 600, 1024 x 768, 1280 x 1024 пиксела на инч. Режимът на екрана и дълбочината на цвета също зависят един от друг. Знаейки един от параметрите, можете да изчислите другия. За изображения в сиво, битовата дълбочина определя броя на уникалните нюанси. Броят на показваните цветове варира в широк диапазон. На съвременните монитори и дисплеи, дълбочината на цвета е параметър, който може да приеме стойност от 256 на дълбочина от 8 бита до повече от 16 милиона на дълбочина от 24.

Основни цветове и тяхното кодиране

Всеки цветен пиксел в цифрово изображение се създава с комбинация от три основни цвята: червен, зелен и син. Всеки основен цвят често се нарича цветен канал. Тя може да има всякакъв диапазон от стойности на интензитета, зададени от неговата битова дълбочина. Дълбочината на битовете за всеки основен цвят се нарича битове на канал. Бит на пиксел (bpp) се отнася до сумата от двоичните знаци във всичките три цветни канала и представлява общите цветове, налични във всеки пиксел. Често има объркване с цветни изображения и може да не е ясно дали разпределеният брой се отнася до битове на пиксел или на канал. Използването на bpp като суфикс помага да се разграничат тези два термина.

Примери за дълбочина на цветовата точка

Повечето цветни изображения от цифрови фотоапарати имат битова дълбочина от 8 двоични символа на канал. Следователно, те могат да използват общо осем 0 и 1. Дълбочината на цвета и броят на цветовете са 28 или 256 различни комбинации или 256 различни стойности на интензивност за всеки първичен цвят. Когато всичките три основни цвята са комбинирани във всеки пиксел, то позволява до 16,777,216 различни цвята или “истински цвят”. Тази дълбочина се нарича 24-битов, защото всеки пиксел се състои от три канала с дълбочина на цветовете 8 бита. Броят на наличните цветове за всяко X-битово изображение е 2X, ако X се отнася за битове на пиксел, а 23X, ако X се отнася за битове на канал.

Визуализация на битовата дълбочина

Човешкото око може да различи само около 10 милиона различни цвята. Следователно запазването на изображението, където дълбочината на цвета е повече от 24 бита, е прекомерно, ако единствената цел е нормален изглед. От друга страна, изображенията с повече от 24 bpp са все още много полезни, тъй като са по-добре запазени по време на последващата обработка. Защото тази опция може да бъде полезна за фотографи. Цветовите градации и палитрата на цветовата дълбочина в изображения с по-малко от 8 бита на цветен канал могат да се видят ясно на хистограмата на изображението. Наличните настройки за дълбочина на битовете се различават според типа на файла. Стандартните JPEG и TIFF файлове могат да използват съответно 8 и 16 бита на канал.

Точност на цвета и гама

Дълбочината на цветовете е само един аспект от цветовото представяне, който определя как могат да се изразят фините нива на цвета. Друг аспект е как може да се изрази широк спектър от цветове или гама. Точността на цвета и гама се определят с помощта на спецификация за цветово кодиране, която присвоява цифрова кодова стойност на място в цветово пространство.

Разлика на графични чипове във VGA и Macintosh системи

По-старите графични чипове, особено тези, използвани в домашните компютри и игровите конзоли, често знаят как да използват различна палитра, за да увеличат максималния брой едновременно показвани цветове. В същото време използването на паметта е сведено до минимум. Това е важно за първите компютри, където паметта е скъпа и не е твърде голяма. Докато най-добрите VGA системи предлагаха само 18-битова палитра, от която да се избират цветовете, всички цветни видеосистеми на Macintosh осигуряват 24-битов. Такива палитри са универсални и могат да се използват във всички скорошни хардуерни или файлови формати.

Директен цвят

Ако пикселите съдържат повече от 12 бита, за типичните размери на екрана и палитрите, индексираната палитра заема повече памет от пикселите, така че някои системи се опитват да зададат директно цвета директно в пиксела. Например, 8-битовият цвят е много ограничена, но истинска праволинейна цветова система. За всеки от компонентите на R (червено и G (зелено), има 3 бита, 8 възможни нива. Двата оставащи бита в пиксела на байта са B компонент (син), който заема четири нива, което позволява използването на 256 различни цвята. човешкото око е по-малко чувствително към синия компонент, отколкото към червеното или зеленото, защото две трети от очните рецептори обработват по-дълги дължини на вълните, така че е присвоено на един двоичен знак по-малко от останалите. За този параметър могат да се моделират и такива системи, като се избере подходящата таблица.

Висококачествен цвят

Висококачественото цветопредаване или High color режимът поддържа 15/16-битов за три цвята в RGB система. 16-битовият цвят може да има 4 бита, т.е. 16 възможни нива за всеки от компонентите R, G и B. И още 4 двоични цифри за алфа параметъра, което означава прозрачност, която позволява да се използват 4,096 различни цвята с 16 нива. прозрачност. Напоследък терминът се използва за означаване на дълбочина на цветовете, по-голяма от 24 бита. Той е проектиран да представя и предава „истински“ нюанси, които се възприемат от човешкото око. Почти всички от най-евтините LCD дисплеи осигуряват 18-битов цвят за постигане на бързи цветови преходни времена и използване или на настройка на анти-алиасинг или скорост на кадрите, за да се доближат до 24-битов цвят или напълно да изхвърлят 6 бита информация за цвета. По-скъпите LCD дисплеи могат да показват 24-битова или по-голяма дълбочина на цвета.

Истински цвят

24-битовото цветопредаване почти винаги използва 8 бита на всеки от R, G, B. От 2018 г., 24-битовата дълбочина на цвета се използва за почти всички компютри и телефони, както и за повечето формати за съхранение на изображения. В почти всички случаи, когато 32 бита на пиксел означават, че 24 се използват за цвят, останалите 8 са алфа канали или не се използват. 224 дава 16,777,216 цветови вариации.

Характеристики на възприемането на човешкия цвят

Човешкото око може да различи до десет милиона цвята, и тъй като гамата на дисплея е по-малка от обхвата на човешкото зрение, това означава, че този диапазон съдържа повече нюанси, отколкото човек може да възприеме. Въпреки това, дисплеите неравномерно разпределят цветовете в пространството, за да улеснят човешкото възприятие, така че хората да виждат промените между съседни цветове в цветовата гама. Едноцветните изображения задават всички три канала на една и съща стойност. Резултатът е общо 256 различни цвята и следователно по-забележима група от различия. Някой софтуер се опитва да изглади нивото на сивото в цветовите канали, за да я увеличи, въпреки че в съвременния софтуер това е много по-използвано за визуализация на подпикселите. Тя ви позволява да увеличите разделителната способност на пространството на LCD екраните, където цветовете имат леко различни позиции.

Дълбок цвят

Стандартите DVD-Video и Blu-ray Disc поддържат бита 8-битов на цвят в YCbCr с 4: 2: 0 хроматична подпроба. Системите Macintosh се отнасят до 24-битов цвят като "милиони цветове". Той също така често се използва за обозначаване на всички дълбочини на цвят, по-големи или равни на 24. Дълбокият цвят, или Deep color, се състои от един милиард или повече цвята. Използват се дълбочини на цветовете от 30, 36 и 48 бита на пиксел, наричани още 10, 12 или 16 бита на канал.

Използване на дълбочина на цветовете в различни системи

Някои SGI системи имат 10 или повече бита за видео сигнала и могат да бъдат конфигурирани да интерпретират данните, съхранявани по този начин за показване. Често за тях се добавя алфа канал със същия размер, което води до 40, 48 или 64 бита за всеки пиксел. Някои по-ранни системи поставят три 10-битови канала в 32-битова дума, като 2 бита не се използват или се използват като алфа канал с 4 нива. Файловият формат на Cineon, който е популярен за движещи се изображения, използва тази дълбочина на цвета. Цифровите фотоапарати могат да произвеждат 10 или 12 бита на канал в оригиналните си данни, а 16 бита е най-малката адресируема единица, която позволява обработката на данните.

Видео карти с 10 бита на компонент започнаха да навлизат на пазара в края на 90-те години. Тези системи не са използвали 16 бита за висок динамичен обхват, а някои приписват почти мистични възможности на 16 бита, които всъщност не са правилни. Софтуерът за редактиране на изображения, като Photoshop, започна да използва 16 бита на канал достатъчно рано. Основната цел на това беше да се намали квантуването на междинните резултати. Ако операцията беше разделена на 4 и след това умножена по 4, тя би загубила по-ниските 2 бита от 8-битови данни, но ако са използвани 16 бита, то няма да загуби нито едно от 8-битовите данни. През 2008 г. Microsoft обяви, че Windows 7 поддържа 30-битови и 48-битови цветове, както и широката цветова гама scRGB.

Доказано е, защото хората са предимно трихромати, въпреки че съществуват тетрахромати, които възприемат не три основни цвята, а четири. За да съхранявате и работите с изображения, можете да използвате "въображаемите" основни цветове, но обикновено техният брой е три, както в RGB системата.