Кодирование графической информации

Цель урока:  дать учащимся понятие о графике и её кодировке, палитре цветов

Ход урока.

Оргмомент.

Отсутствующие, приготовить тетради ручки

Работа над темой урока

Теоретическая часть.

Пространственная Дискретизация.  Графическая информация может быть представлена в аналоговой и дискретной формах.

Примером аналогового представления графической информации может служить живописное полотно, цвет которого изменяется непрерывно, а дискретного — изображение, напечатанное с помощью струйного принтера и состоящее из отдельных точек разного цвета.

Графические изображения из аналоговой формы в цифровую преобразуются путем пространственной дискретизации. Пространственную дискретизацию изображения можно сравнить с построением изображения из мозаики. Изображение разбивается на отдельные маленькие элементы (точки, или пиксели), причем каждый элемент может иметь свой цвет (красный, зеленый, синий и т. д.).

Пиксель — минимальны участок изображения, для которого независимым образом можно задать цвет.

В результате пространственной дискретизации графическая информация представляется в виде растрового изображения, которое формируется из определенного количества строк, содержащих, в свою очередь, определенное количество точек.

Важнейшей характеристикой качества растрового изображения является разрешающая способность.

Разрешающая способность растрового изображения определяется количеством точек как по горизонтали, так и по вертикали на единицу длины изображения. 

Чем меньше размер точки, тем больше разрешающая способность (больше строк растра и точек в строке) и, соответственно, выше качество изображения.

 Величина разрешающей способности обычно выражается в (точек на дюйм), т. е. в количестве точек в полоске изображения длиной один дюйм (1 дюйм = 2,54 см).

Глубина цвета. В процессе дискретизации могут использоваться различные палитры цветов, т. е. наборы цветов, в которые могут быть окрашены точки изображения. Каждый цвет можно рассматривать как возможное состояние точки. Количество цветов N в палитре и количество информации I, необходимое для кодирования цвета каждой точки, связаны между собой и могут быть вычислены по формуле: N=2^I
В простейшем случае (черно-белое изображение без градаций серого цвета) палитра цветов состоит всего из двух цветов (черного и белого). Каждая точка экрана может принимать одно из двух состояний — «черная» или «белая», следовательно, по формуле можно вычислить, какое количество информации необходимо, чтобы закодировать цвет каждой точки.

В двоичной системе 1 пиксель = 1 бит 

Количество информации или информационный объем, которое используется для кодирования цвета точки изображения, называется глубиной цвета.

Глубина цвета и количество цветов в палитре

Задание:

Черно-белое растровое изображение имеет размер 10*10 точек. Какой информационный объем имеет изображение?

Решение:

1точка = 1 бит

100 точек = 100 бит

I=100бит

Графические режимы монитора.

Качество изображения на экране монитора зависит от величины пространственного разрешения и глубины цвета.

Пространственное разрешение экрана монитора определяется как произведение количества строк  изображения на количество точек в строке. Монитор может отображать информацию с различными пространственными разрешениями (800(строк) х 600(количество точек в строке), 1024 х 768, 1152 х 864 и выше). 

Глубина цвета измеряется в битах на точку и характеризует количество цветов, в которые могут быть окрашены точки изображения.

 Количество отображаемых цветов также может изменяться в широком диапазоне, от 256 (глубина цвета 8 битов) до более чем 16 миллионов (глубина цвета 24 бита).

Чем больше пространственное разрешение и глубина цвета, тем выше качество изображения.

Периодически, с определенной частотой, коды цветов точек считываются из видеопамяти и точки отображаются на экране монитора. Частота считывания изображения влияет на стабильность изображения на экране. В современных мониторах обновление изображения происходит с видеокарты частотой 75 и более раз в секунду, что обеспечивает комфортность восприятия изображения пользователем компьютера (человек не замечает мерцания изображения). Для сравнения можно напомнить, что частота смены кадров в кино составляет 24 кадра в секунду.

Палитры цветов в системах цветопередачи RGB и CMYK

Белый свет может быть разложен с помощью оптических приборов (например, призмы) или природных явлений (радуги) на различные цвета спектра: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый.

Порядок расположения цветов просто запомнить по аббревиатуре слов: каждый человек воспринимает свет с помощью цветовых рецеп­торов, так называемых колбочек, находящихся на сетчатке глаза. Наибольшая чувствительность колбочек приходится на красный, зеленый и синий цвета, которые являются ба­зовыми для человеческого восприятия.

Сумма красного, зе­леного и синего цветов воспринимается человеком как бе­лый цвет, их отсутствие — как черный, а различные их сочетания — как многочисленные оттенки цветов.

Палитра цветов в системе цветопередачи RGB.

С экра­на монитора человек воспринимает цвет как сумму излуче­ния трех базовых цветов: красного, зеленого и синего. Та­кая система цветопередачи называется RGB, по первым буквам английских названий цветов:

 (Red — красный, Green — зеленый, Blue — синий).

Цвета в палитре RGB формируются путем сложения ба­зовых цветов, каждый из которых может иметь различную интенсивность. Цвет палитры Color можно определить с по­мощью формулы

Сolor = R+G+B

где  0≤R≤ Rmax;  0≤G≤ Gmax; 0≤В≤ Втax

При минимальных интенсивностях всех базовых цветов получается черный цвет, при максимальных интенсивнос­тях — белый цвет. При максимальной интенсивности одно­го цвета и минимальной двух других — красный, зеленый и синий цвета. Наложение зеленого и синего цветов образует голубой цвет (Cyan), наложение красного и зеленого цветов — желтый цвет (Yellow), наложение красного и синего цветов — пурпурный цвет (Magenta) (табл. 1).

Таблица 1. Формирование цветов в системе цветопередачи RGB

В системе цветопередачи RGB палитра цветов формируется путем сложения красного, зеленого и синего цветов.

При глубине цвета в 24 бита на кодирование каждого из базовых цветов выделяется по 8 битов. В этом случае для каждого из цветов возможны N = 2 = 256 уровней интенсив­ности.

Уровни интенсивности задаются десятичными (от минимального — 0 до максимального — 255) или двоичны­ми (от 00000000 до 11111111) кодами (табл. 1.3).

Таблица 2. Кодировка цветов при глубине цвета 24 бита – смотри документ

Палитра цветов в системе цветопередачи CMYK.

 При пе­чати изображений на принтерах используется палитра цветов в системе CMY. Основными красками в ней являются:

 Cyan — голубая, Magenta — пурпурная и Yellow — желтая.

Цвета в палитре CMY формируются путем наложения красок базовых цветов. Цвет палитры Color можно опреде­лить с помощью формулы, в которой интенсивность каждой краски задается в процентах:

Color = С+ М + Y,                                

где 0% < С< 100%,  0% < М< 100%,  0% <Y< 100%.

Напечатанное на бумаге изображение человек воспри­нимает в отраженном свете. Если на бумагу краски не нане­сены, то падающий белый свет полностью отражается и мы видим белый лист бумаги. Если краски нанесены, то они по­глощают определенные цвета спектра.

Цвета в палитре CMY формируются путем вычитания из белого света опре­деленных цветов.

Смешение трех красок — голубой, желтой и пурпурной — должно приводить к полному поглощению света, и мы должны увидеть черный цвет. Однако на практике вместо черного цвета получается грязно-бурый цвет. Поэтому в цве­товую модель добавляют еще один, истинно черный цвет. Так как буква В уже используется для обозначения синего цвета, для обозначения черного цвета принята последняя буква в английском названии черного цвета Black, т. е. К. Расши­ренная палитра получила название CMYK (табл.3).

Таблица 3. Формирование цветов в системе цветопередачи CMYK

В системе цветопередачи CMYK палитра цветов формируется путем наложения голубой, пурпурной, желтой и черной красок.

Применение.

Система цветопередачи RGB применяется в мониторах компьютеров, в телевизорах и других излучающих свет технических устройствах.

Система цветопередачи CMYK применяется в полигра­фии, так как напечатанные документы воспринимают­ся человеком в отраженном свете. В струйных принте­рах для получения изображений высокого качества используются четыре картриджа, содержащие базо­вые краски системы цветопередачи CMYK.

Задания для выполнения.

1. В процессе преобразования растрового графического изображения количество цветов уменьшилось с 65 536 до 16.  Во сколько раз уменьшился его информационный объем?

Решение:

65 536 =2¹⁶

16 = 2⁴

16:4=4раза

Ответ: в 4 раза.

2. Цветное растровое графическое изображение с палитрой из 256 цветов  имеет размер 10*10 точек. Какой информационный объем имеет изображение?

Решение:

256=2⁸

8 бит - это количество информации на одну точку в палитре из 256 цветов

10*10=100 точек

1 точка = 8 бит

100 точек=800бит

Переведем биты в  байты

1 байт = 8 бит

100 байт = 800 бит

3. Определить цвета, если заданы интенсивности базовых цветов в двоичной системе, в системе цветопередачи RGB. 

Вопросы для закрепления.

1. Как связаны между собой количество цветов в палитре и глубина цвета?

Ответ:

Связаны формулой  N=2^I

N –количество цветов

I – глубина цвета, т.е. количество информации необходимое для кодирования 1 точки.

2. Какова частота обновлений на экране монитора?  (Ответ: 75 и более раз в секунду).

Почему частота обновлений должна быть  больше чем частота кадров в кино?

3. Как формируется палитра цветов в системе цветопередачи  RGB? (Ответ: путём сложения базовых цветов - красный, зелёный, синий)

Домашнее задание:

Повторить §1.1.1; 1.1.2;1.1.3. подготовиться к практической работе.

Тема урока: Кодирование графической информации.

Предмет: информатика

9 класс

информатика, лекция, урок, конспект, рисунки

Цель урока: дать учащимся понятие о графике и её кодировке, палитре цветов

ХОД УРОКА.

1. Оргмомент.

Отсутствующие, приготовить тетради ручки

1. Работа над темой урока

Теоретическая часть.

Пространственная Дискретизация. Графическая информация может быть представлена в аналоговой и дискретной формах.

Примером аналогового представления графической информации может служить живописное полотно, цвет которого изменяется непрерывно, а дискретного — изображение, напечатанное с помощью струйного принтера и состоящее из отдельных точек разного цвета.

Графические изображения из аналоговой формы в цифровую преобразуются путем пространственной дискретизации. Пространственную дискретизацию изображения можно сравнить с построением изображения из мозаики. Изображение разбивается на отдельные маленькие элементы (точки, или пиксели), причем каждый элемент может иметь свой цвет (красный, зеленый, синий и т. д.).

Пиксель — минимальны участок изображения, для которого независимым образом можно задать цвет.

В результате пространственной дискретизации графическая информация представляется в виде растрового изображения, которое формируется из определенного количества строк, содержащих, в свою очередь, определенное количество точек.

Важнейшей характеристикой качества растрового изображения является разрешающая способность.

Разрешающая способность растрового изображения определяется количеством точек как по горизонтали, так и по вертикали на единицу длины изображения.

Чем меньше размер точки, тем больше разрешающая способность (больше строк растра и точек в строке) и, соответственно, выше качество изображения.

Величина разрешающей способности обычно выражается в (точек на дюйм), т. е. в количестве точек в полоске изображения длиной один дюйм (1 дюйм = 2,54 см).

Глубина цвета. В процессе дискретизации могут использоваться различные палитры цветов, т. е. наборы цветов, в которые могут быть окрашены точки изображения. Каждый цвет можно рассматривать как возможное состояние точки. Количество цветов N в палитре и количество информации I, необходимое для кодирования цвета каждой точки, связаны между собой и могут быть вычислены по формуле: N=2^I

В простейшем случае (черно-белое изображение без градаций серого цвета) палитра цветов состоит всего из двух цветов (черного и белого). Каждая точка экрана может принимать одно из двух состояний — «черная» или «белая», следовательно, по формуле можно вычислить, какое количество информации необходимо, чтобы закодировать цвет каждой точки.

В двоичной системе 1 пиксель = 1 бит

Количество информации или информационный объем, которое используется для кодирования цвета точки изображения, называется глубиной цвета.

Глубина цвета и количество цветов в палитре

Задание:

Черно-белое растровое изображение имеет размер 10*10 точек. Какой информационный объем имеет изображение?

Решение:

1точка = 1 бит

100 точек = 100 бит

I=100бит

Графические режимы монитора.

Качество изображения на экране монитора зависит от величины пространственного разрешения и глубины цвета.

Пространственное разрешение экрана монитора определяется как произведение количества строк изображения на количество точек в строке. Монитор может отображать информацию с различными пространственными разрешениями (800(строк) х 600(количество точек в строке), 1024 х 768, 1152 х 864 и выше).

Глубина цвета измеряется в битах на точку и характеризует количество цветов, в которые могут быть окрашены точки изображения.

Количество отображаемых цветов также может изменяться в широком диапазоне, от 256 (глубина цвета 8 битов) до более чем 16 миллионов (глубина цвета 24 бита).

Чем больше пространственное разрешение и глубина цвета, тем выше качество изображения.

Периодически, с определенной частотой, коды цветов точек считываются из видеопамяти и точки отображаются на экране монитора. Частота считывания изображения влияет на стабильность изображения на экране. В современных мониторах обновление изображения происходит с видеокарты частотой 75 и более раз в секунду, что обеспечивает комфортность восприятия изображения пользователем компьютера (человек не замечает мерцания изображения). Для сравнения можно напомнить, что частота смены кадров в кино составляет 24 кадра в секунду.

Палитры цветов в системах цветопередачи RGB и CMYK

Белый свет может быть разложен с помощью оптических приборов (например, призмы) или природных явлений (радуги) на различные цвета спектра: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый.

Порядок расположения цветов просто запомнить по аббревиатуре слов: каждый человек воспринимает свет с помощью цветовых рецеп­торов, так называемых колбочек, находящихся на сетчатке глаза. Наибольшая чувствительность колбочек приходится на красный, зеленый и синий цвета, которые являются ба­зовыми для человеческого восприятия.

Сумма красного, зе­леного и синего цветов воспринимается человеком как бе­лый цвет, их отсутствие — как черный, а различные их сочетания — как многочисленные оттенки цветов.

Палитра цветов в системе цветопередачи RGB.

С экра­на монитора человек воспринимает цвет как сумму излуче­ния трех базовых цветов: красного, зеленого и синего. Та­кая система цветопередачи называется RGB, по первым буквам английских названий цветов:

(Red — красный, Green — зеленый, Blue — синий).

Цвета в палитре RGB формируются путем сложения ба­зовых цветов, каждый из которых может иметь различную интенсивность. Цвет палитры Color можно определить с по­мощью формулы

Сolor = R+G+B

где 0≤R≤ Rmax; 0≤G≤ Gmax; 0≤В≤ Втax

При минимальных интенсивностях всех базовых цветов получается черный цвет, при максимальных интенсивнос­тях — белый цвет. При максимальной интенсивности одно­го цвета и минимальной двух других — красный, зеленый и синий цвета. Наложение зеленого и синего цветов образует голубой цвет (Cyan), наложение красного и зеленого цветов — желтый цвет (Yellow), наложение красного и синего цветов — пурпурный цвет (Magenta) (табл. 1).

Таблица 1. Формирование цветов в системе цветопередачи RGB

В системе цветопередачи RGB палитра цветов формируется путем сложения красного, зеленого и синего цветов.

При глубине цвета в 24 бита на кодирование каждого из базовых цветов выделяется по 8 битов. В этом случае для каждого из цветов возможны N = 2 = 256 уровней интенсив­ности.

Уровни интенсивности задаются десятичными (от минимального — 0 до максимального — 255) или двоичны­ми (от 00000000 до 11111111) кодами (табл. 1.3).

Таблица 2. Кодировка цветов при глубине цвета 24 бита

Палитра цветов в системе цветопередачи CMYK.

При пе­чати изображений на принтерах используется палитра цветов в системе CMY. Основными красками в ней являются:

Cyan — голубая, Magenta — пурпурная и Yellow — желтая.

Цвета в палитре CMY формируются путем наложения красок базовых цветов. Цвет палитры Color можно опреде­лить с помощью формулы, в которой интенсивность каждой краски задается в процентах:

Color = С+ М + Y,

где 0% Y100%.