1.1.5. Колірні моделі

Раніше мовилося про те, що інформація про яскравість і колір точок растрового зображення зберігається в двійковому вигляді. Щоб правильно інтерпретувати ці дані, одних кодових значень недостатньо. Дійсно, хай деякий піксел описується числом 24, заданим в двійковій системі числення. Це може означати величину тону, значення кольору і номер фарби в деякій бібліотеці стандартізованних квітів. Для правильної розшифровки код крапок, складових зображення, потрібно домовитися про правила їх інтерпретації. Такі угоди вводяться за допомогою завдання колірних моделей. Колірна модель фіксує правила розшифровки і обробки кодових слів растрової картинки.
Обробкою графіки займаються фахівці самого різного профілю: оптики, фотографи, художники, інженери, дизайнери і ін. Для задоволення потреб в таких різних галузях діяльності розроблена безліч способів опису цвета- колірних моделей. Так, растровий редактор Photoshop здатний обробляти зображення, задані за допомогою восьми моделей. Програми керівники сканером, - це спеціалізовані засоби з обмеженим потенціалом обробки. Їх завдання - отримати якісну цифрову версію картинки і передати її растровий редактор для подальшої обробки, тому вони пропонують обмежений вибір колірних моделей. Розглянемо їх. Назви моделей приводяться за їх версією в Photoshop, в програмах сканування і інших графічних програмах вони можуть мати інші найменування.
Модель Bitmap
Моделлю Bitmap називається такий спосіб представлення растрової графіки, коли на кожну точку зображення відводиться тільки поодинці двійковому розряду. Засобами такого короткого кодового слова можна представити тільки два стани піксела. Зазвичай такими станами є чорний і білий колір, тому зображення, записані в Bitmap, будуть чорно-білими. Модель не дає можливості представити колір і тонові градації пікселів зображення. Іноді її називають Black and White, B&w, B&w Document, Lineart і тому подібне
Можливості редагування зображень в режимі Bitmap істотно обмежені. Вони не можуть бути згладжені, до них не застосовуються фільтри і інструменти розмиття, вони не можуть бути оброблені засобами тонування і настройки різкості.
Образотворчі можливості однобітового режиму гранично обмежені. Він підходить для обмеженого числа графічних прикладів і ситуацій. У такому вигляді зазвичай зберігаються текстові документи, плани, креслення, штрихова графіка, деякі види олівцями малюнків.
Photoshop дозволяє вільно міняти колірні моделі цифрових зображень, але він не вирішує прямого переходу в режим Bitmap. Для вирішення цього завдання потрібно заздалегідь перевести картинку в режим Grayscale.
Модель Grayscale
Для зберігання інформації про півтонові зображення використовується зазвичай модель Grayscale. У ній на кожну точку картинки виділяється вісім двійкових розрядів або один байт (рідше шістнадцять або два байти). За допомогою кодового слова такої довжини можна представити 256 різних станів, або тонових переходів. Нульове значення відповідає чорному кольору, максимальна величина кодового слова, рівна 255, представляє білий колір. Проміжні значення кодують різні по щільності відтінки сірого. Максимальний діапазон значень 16-розрядних зображень набагато більший; за допомогою двобайтового кодування можна представити 65 536 градацій сірого кольору.
Тільки небагато сучасних сканерів здатні створювати 16-бітові зображення, і ще менше число редакторів можуть їх обробляти. Остання версія програми Photoshop повноцінно підтримує 16-розрядні графічні файли. Ті небагато обмежень на їх обробку, які ще залишилися в програмі, не є принциповими.
У деяких растрових редакторах для зображень в градаціях сірого дозволяється вибирати кількість двійкових розрядів, що доводяться на один піксел. Photoshop дозволяє працювати тільки з 8- і 16-бітовими зображеннями. Всі зображення, що містять менше 8 битий на піксел, автоматично перетворяться у восьмибітові, а оригінали з більшою глибиною - в 16-бітових.
Восьмибітові зображення можуть бути збережені в будь-якому растровому форматі; для 16-бітових такої свободи немає. Такі оригінали можна зберегти у форматах TIFF, PSD, RAW і PNG.
Модель Indexed Color
Спосіб представлення точок зображення, прийнятий в системі Indexed Color (Індексований колір), частково нагадує модель Grayscale. Тут кожну крапку представляє кодове слово завдовжки вісім битий, але в неї записується не інформація про градації сірого, а дані про колір. Набір всіх доступних квітів утворює палітру з 256 елементів, які є вибіркою з колірного простору True Color.
Для вибору квітів палітри використовуються найрізноманітніші міркування і правила. Це можуть бути стандартні кольори представлення інтерфейсних елементів в деякому операційному середовищі або кольори, які правильно відображаються певними пристроями виводу і ін. Часто палітру системи Indexed Color називають колірною таблицею.
Набір в 256 квітів по порівнянню 16-мільйонним простором True Color-ето зовсім небагато, але для представлення багатьох мультимедійних об'єктів і роботи в Усесвітній мережі доводиться використовувати цю вельми обмежену палітру.
Редактор Photoshop підтримує модель Indexed Color, але накладає ряд серйозних обмежень на операції з такими об'єктами. Так, до них не можуть бути застосовані фільтри і інструменти тонування, недоступні всі операції з шарами і каналами і ін.
Існують проблеми, пов'язані з передачею таких файлів в інші застосування. Якщо колірні таблиці програм обробки графіки не співпадають, то можливе часткове або повне розузгодження квітів.
У програмах сканування і обробки растрової графіки ця модель може іменуватися Paletted, 256 Colors, Web Colors і ін.
Модель RGB
Модель RGB - це найпопулярніший спосіб представлення графіки. За цим принципом працюють телевізори, комп'ютерні монітори, відеопроектори і багато інших пристроїв графічного виводу. У цій системі вся різноманітність квітів формується поєднанням різної кількості червоного (Red, R), зеленого i Green, G) і синього (Blue, В). Ці кольори прийнято називати первинними або колірними координатами, а їх уявлення в програмах обробки графіки - каналами.
Канали, по суті справи, є півтоновими версіями зображення, де градації сірого кольору показують внесок або інтенсивність кожної колірної координати. Як і зображення в системі Grayscale, канали описуються 8 двійковими розрядами. Це дозволяє представити більше 16 мільйонів квітів - ця кількості цілком достатньо для точної передачі повнокольорових фотографій або художніх полотен.
Зображення, задані в системі RGB з глибиною кольору 24 бита, - це повноцінні об'єкти, які не мають обмежень на обробку в растрових редакторах. Більшість кольорових сканерів продукують саме такі зображення. Тільки пристрої оцифрування найвищого класу здатні видавати зображення в системі CMYK.

На замітку! Зовнішній вигляд зображення не зумовлює вибору колірної моделі; він служить тільки передумовою для цього. Текстовий документ, де присутні тільки чорна і біла фарби, може бути збережений в будь-якій з перерахованих колірних моделей. Вибір способу уявлення залежить від тих заходів, які проводитимуться із зображенням. Наприклад, якщо потрібно розпізнати неякісний текстовий документ, то доцільно сканувати його в режимі RGB. До таких оригіналів можуть бути застосовані будь-які інструменти і засоби растрового редактора, тому можна підготувати поганий зразок для успішного розпізнавання.

Модель CMYK
Модель CMYK описує спосіб отримання квітів не складанням, як в RGB, а відніманням базових квітів. У ній опорнимі є фарби блакитна (Cyan, З), пурпурна (Magenta, M), жовта (Yellow, Y) і чорна (Black, До).
Будь-яка модель є ідеалізацією. Навіть найточніший формальний опис представляє реальні процеси і ситуації лише приблизно; передаючи суть явища, вона відкидає багато другорядних деталей. Практика показала, що модель CMYK адекватно описує принцип дії класичного друкарського друку, де кольорові зображення виходять нанесенням на паперовий лист чотирьох фарб різної щільності.
Папір і інші друкарські носії не є випромінювачами, як, наприклад, комп'ютерні монітори. Ми бачимо їх тільки у відбитому світлі, тому проміжні кольори виходять в моделі CMYK не складанням, а відніманням.
Філософські спори з приводу переваг і недоліків систем RGB і CMYK не отримали свого остаточного дозволу. На сторінках спеціалізованих журналів до цих пір ведеться жвава полеміка з цього питання. Для оператора звичайного планшетного сканера спор багато в чому безпредметний. Принцип дії переважної більшості пристроїв оцифрування описується моделлю RGB,і тільки барабанні сканери найвищого класу здатні видавати зображення в системі CMYK. Частка цих пристроїв в парку скануючих приладів невелика, а техніка сканування на такому устаткуванні радикально відрізняється від експлуатації планшетников.

На замітку! Слід зазначити, що при обробці CMYK-изображений в растрових редакторах на екрані монітора відбивається версія картинки, представлена в системі RGB.

Якщо RGB-изображение можна зберегти в будь-якому форматі, то для CMYK ця свобода значно обмежена. Перерахуємо всі формати, доступні для редактора Photoshop: PSD, EPS, DCS, JPEG, PDF, RAW, Scitex CT, TIFF.
Розміри зображень
Растрова графіка завжди вважалася галуззю інформатики з підвищеними вимогами до обчислювальної потужності комп'ютера. Стрімкий прогрес технічного забезпечення знімає багато жорстких обмежень на обробку растрових зображень на персональному комп'ютері, але «больовий поріг» дефіциту ресурсів не подоланий, а тільки відсунутий.
Точкова дисперсна структура растрових зображень багато в чому пояснює підвищені вимоги до підсистеми пам'яті комп'ютера. Якісна картинка вимагає щільної упаковки елементарних частинок зображення - пікселів, і для кожного з них потрібно зберігати відомості про колір і яскравість. Щоб забезпечити можливість відміни помилкових дій, в пам'яті комп'ютера доводиться зберігати декілька версій оброблюваного зображення. В процесі редагування потрібно пам'ятати і безліч додаткових об'єктів, пов'язаних з оригіналом (наприклад, знімки станів, текстури, кисті і пр). Перевитрата оперативної пам'яті активізує звернення до дискової підсистеми і, як наслідок, істотно уповільнює роботу комп'ютера.
Розміри зображення можна контролювати на стадії первинного оцифрування. Будь-яка програма управління сканером виводить дані про об'єм оцифрованої версії картинки. Результат залежить від фізичних розмірів оригіналу, дозволу сканування і вибраної колірної моделі.
Хай зображення з габаритами 6*4 дюйми сканується з дозволом 300 dpi. Кількість вибірок по горизонталі і вертикалі знаходиться множенням ширини і висоти оригіналу на дозвіл: 6 * 300 = 1800, 4 * 300 = 1200. Загальне число крапок дорівнює: 1800 * 1200 = 2 160 000.
Тепер легко підрахувати необхідні витрати пам'яті для різних колірних моделей. Якщо оригінал кольоровий і вибрана система RGB, то на кожну крапку буде відведено 24 двійкових розряду, т. с. 3 байти. Для обчислення загальних витрат пам'яті в байтах потрібно помножити число крапок три, що дає 6 480 000 байт, або майже 6,5 Мбайт. Якщо сканувати цей оригінал в градаціях сірого, то результуючий об'єм буде в три рази менше, тобто 2,16 Мбайт. Режим Lineart, де на кожну крапку відводиться по одному біту, зажадає 2 160 000*1 битий, або 264 000 байт.
Можна відмітити, що зв'язок між розмірами зображення і його дозволом не є лінійним. Подвоєння дозволу збільшує об'єм займаної пам'яті в чотири рази, потроєння - в дев'ять разів. Так невелика, на перший погляд, різниця між 150 і 200 dpi може обернутися багатьма мегабайтами дискового простору і оперативної пам'яті.
Для розрахунку розмірів зображень не потрібно удаватися до розрахунків по формулах; всю обчислювальну роботу можна передовірити програмам. Велика частина програмних коштів управління сканерами на льоту підраховує розмір файлу і виводить його в діалоговому вікні після визначення всіх ключових параметрів оцифрування.

Мал. 1.4. Діалогове вікно New. З його допомогою можна розрахувати розміри графічного файлу

Для цих цілей можна скористатися редактором Photoshop. Найпростіший спосіб - це виконати команду File => New (Файл = > Новий)у діалоговому вікні, показаному на мал. 1.4, ввести розміри файлу в пікселах і колірну модель зображення. Програма виконає всі необхідні обчислення і покаже результат в строчці під назвою Image Size (Розмір зображення)розташованою в правій нижній частині діалогового вікна.