Кодирование графической информации. Пиксели

Кодирование графической информации
Экран дисплейного монитора представляется как набор отдельных точек -пикселей (pixels elements).
Число пикселей отражается парой чисел,
первое из которых показывает количество пикселей
в одной строке, а второе - число строк
(например, 320 × 200).

Атрибуты пикселя
Каждому пикселю ставится в соответствие фиксированное количество битов (атрибутов пикселя) в некоторой области памяти, которая называется видеопамятью.
Атрибуты пикселя определяют цвет
и яркость каждой точки изображения на экране монитора

Монохромное изображение
Если для атрибутов пикселя отводится один бит,
то графика является двухцветной,
например, черно-белой
(нулю соответствует черный цвет пикселя,
а единице — белый цвет пикселя).

Яркость монохромного изображения
Если каждый пиксель представляется п битами,
то имеем возможность представить на экране
одновременно 2n оттенков.
В дисплеях с монохромным монитором значение атрибута
пикселя управляет
яркостью точки на экране.

Цветное изображение
В дисплеях с цветным монитором значение атрибута пикселя управляет интенсивностью
трех составляющих, яркостями
трех цветовых компонент изображения пикселя.
При этом используется разделение цвета
на RGB - компоненты — красную, зеленую и синюю.

Цветное изображение
R Красный
G Зеленый
B Синий
R+G Желтый
G+B Бирюзовый
R+B Пурпурный
R+G+B Белый

Цветовая арифметика

Цветовые оттенки
Если каждая компонента имеет N градаций,
то общее количество цветовых оттенков составляет
N x N x N,
при этом в число цветовых оттенков включаются
белый, черный и градации серого цвета.

Формирование цвета:
Черный цвет:
black = 0, (R,G,B) = (0,0,0);
2. Фиолетовый цвет
violet = red + blue,
(R,G,B) = (1,0,1);
3. Белый цвет
white = red + green + blue,
(R,G,B) = (1,1,1).
При суммировании составляющих
одинаковой яркости
получается белый (серый) цвет.

Для стандартизации всех наблюдаемых цветов введена трехкомпонентная система, где каждый цвет может быть представлен как сумма интенсивностей
трёх источников света:
С = x + y + z:
x– соответствует интенсивности красного цвета;
y– соответствует интенсивности зеленого цвета;
z – соответствует интенсивности синего цвета.
Стандартизация цвета

Каждый отдельный цвет стандартизован так что сумма яркостей составляющих равна одной единице яркости:
x + y + z = 1
и поэтому можно определить с помощью выражения значение синей составляющей:
z = 1 – x - y.
Поэтому каждому цвету ставится в соответствие точка
на плоскости с координатами x и y,
При этом все цвета помещаются
внутри цветового треугольника.
Стандартизация цвета

Цветовой треугольник МКО

Точка белого цвета имеет равные координаты цветовых составляющих красной,
зеленой и синей:
x ≈ 0,33;
y ≈ 0,33;
z=(1 – x - y) ≈ 0,33.
Цвета радуги располагаются на границе треугольника.
По сторонам треугольника отложены длины волн цвета радуги в нанометрах.
Остальные цвета получены путем
смешением цветов.
Цветовой треугольник

Определение основного тона цвета
по его координатам в цветовом треугольнике

x
y
Задана точка с координатами x и y.
Необходимо определить основной тон.
B
A

Чтобы пользуясь треугольником,
определить основной тон цвета необходимо :
провести луч, исходящий из точки белого цвета (E)
через точку с координатами (x ,y), тон которой надо определить;
найти точку пересечения луча с границей треугольника,
(в примере, точка A)
что укажет на основной тон
(в примере, 700 нм, красновато-оранжевый цвет).
Все точки, лежащие на этом луче, имеют один и тот же тон.
Определение основного тона цвета
по его координатам в цветовом треугольнике

Дополнительный цвет –
при «сложении» с цветом основного тона
даст белый цвет.
Дополнительный цвет
Два цвета называют дополнительными,
если будучи смешанными,
дают нейтральный серо-чёрный цвет.
Два хроматических света, которые при смешивании
дают белый свет, также считаются дополнительными.

Чтобы определить дополнительный цвет необходимо из заданной точки с координатами (x ,y),
(дополнительный цвет которой надо определить)
провести через точку белого цвета (E)
луч до пересечения с треугольником (точка B).
Точка пересечения (точка B) определяет дополнительный цвет
(в примере, зеленовато-синий).
Определение дополнительного цвета по координатам цвета
в цветовом треугольнике

Степень разбавления основного тона белым цветом
называется насыщенностью цвета.
Варьируется насыщенность цвета в пределах от 0 до 1.
Чем больше этот параметр,
тем «чище» цвет,
поэтому этот параметр иногда называют чистотой цвета.
А чем ближе этот параметр к нулю,
тем ближе цвет
к нейтральному серому (белому):
Насыщенность цвета

Если l = 0, то q = 1 – цвет полностью насыщен
(минимальная светлота),
Если L = l, то q = 0 – цвет полностью разбавлен белым цветом (максимальная светлота).
Определение насыщенности цвета
. Для этого найдем расстояние ( L - l ) от точки белого цвета E до точки рассматриваемого цвета c координатами (x ,y) и расстояние (L) от точки белого цвета E до линии спектральных или пурпурных цветностей (см. рис.) и воспользуемся формулой:

Определение цвета пикселя
по заданным значениям яркостей цветовых составляющих
Пусть заданы атрибуты пикселя значения R, G, B.
Необходимо определить цвет и его координаты x и y в цветовом треугольнике.

Для решения задачи сначала используется
линейное преобразование,
которое определяется используемым
устройством отображения
(монитором, принтером, графопостроителем, и т.д.):
X = a11R + a12G + a13B;
Y = a21R + a22G + a23B;
Z = a31 R +a32G + a33B.
где aij (i =1,3; j = 1,3) – известные константы
для каждого устройства отображения.

Затем используют выражения для определения нормированных значений x и y:
x = X / T;
y =Y / T,
где T = X + Y + Z
и наконец, определяют положение точки цвета
в цветовом треугольнике
и устанавливают визуально цвет,
основной, дополнительный цвета
и насыщенность.

Необходимо определить значения яркости
красной R, зеленой G и синей B составляющих,
по данным цветовых координат точки
x, y в цветовом треугольнике
и суммарной яркости
W
(W= R + G + B).
Решение обратной задачи:
необходимо определить значение яркости цветовых составляющих по известным значениям
координат цвета в цветовом треугольнике
и яркости точки

При решении задачи сначала
определяют значения Y, X и Z:
Y = W / (d1 × x / y + d2 × (1 – x - y) / y + d3);
X = x × Y / y;
Z = (1 – x –y ) × Y / y,
где di (i =1,3) – известные константы.

Затем, решают систему линейных уравнений,
где неизвестными величинами являются R, G, B:
X = a11R + a12G + a13B;
Y = a21R + a22G + a23B;
Z = a31 R +a32G + a33B,
где aij (i =1,3; j = 1,3) – известные константы
заданные для каждого устройства отображения.

R = p11X + p12Y+ p13Z;
G = p21X + p22Y + p23Z;
B = p31 X +p32Y + p33Z.
где величины где pij (i =1,3; j = 1,3)
определяются
по известным значениям
aij (i =1,3; j = 1,3).
При этом можно воспользоваться выражениями:

На цветовом треугольнике цвет задается в виде:
C=(x, y, Y)
Y – яркость зеленого цвета;
x, y – координаты цвета на цветовом треугольнике.
Пусть заданы С1=(x1, y1, Y1), C2 =(x2, y2, Y2).
Каждый цвет C, C1 и C2 также можно представить в виде вектора:
С*=(X, Y, Z) ,
С1*=(X1, Y1, Z1),
С2*=(X2, Y2, Z2),
где X, Y, Z X1, Y1, Z1 X2, Y2, Z2 – яркости соответственно красной, зеленой и синий составляющих цветов C, C1 и C2.
.
Определение яркости суммы цветов

При смешении цветов яркости компонент складываются:
C*=C1*+ C2*=(X1 + X2, Y1 + Y2, Z1 + Z2)
Необходимо определить яркость
зеленой составляющей цвета С
и координаты x, y
цвета суммы цветов C1 и C2.
Определение яркости суммы цветов

Используя выражение:
определим значение:

Используя аналогичные соотношения найдем:
И, наконец, найдем координаты x и y для суммы цветов:

Какой цвет получится при сложении цветов:
С1=(0,7;0,3;1),
С2=(0,1;0,8;1)?
Находим: T1 = 3,3 и T2 = 1,25.
И подставляя значения T1 и T2 получаем:
Пример смешения цветов