1.1. Растровые изображения

Компьютерные изображения представляются в растровой форме, т.е. в форме прямоугольной матрицы со строками (строками растра) и столбцами. Это универсальный формат, пригодный для представления любого изображения, поскольку каждый элемент матрицы, называемый пикселем (от английских слов picture element), может иметь свой цвет.

В то же время растровый формат имеет дискретный характер, что накладывает определенные ограничения на возможности представления изображений. Первым ограничением является конечное число строк и число элементов в строке, что ставит предел в воспризведении мелких деталей изображения. Второе ограничение определяется конечной разрядностью кодов цветов, что приводит к ограничению в количестве используемых цветов.

Из сказаного следует, что наиболее важными характеристиками изображения являются:

• разрешающая способность, т.е. количество элементов по горизонтали и вертикали;

• глубина цвета, т.е разрядность используемых кодов цвета или число использумых цветов;

• цветовая модель, т.е. способ кодирования цветов.

Выбор этих характеристик изображения определяется главным образом возможностями используемых устройств, формирующих изображения и устройств вывода.

Растровые изображения формируются либо программным путем, либо с помощью устройств ввода, таких, как цифровые фотоаппараты или сканеры. В качестве графических устройств вывода используются мониторы, принтеры, плоттерры и др. Безусловно, чаще всего изображения воспроизводятся мониторами, поэтому разрешающая способность и глубина цвета изображений обычно определяются аналогичными характеристиками применяемых мониторов.

Типичные значения разрешающей способности современных мониторов 1280x1024, 1920х1080 и выше. Основной цветовой моделью графических устройств служит модель RGB, в которой каждый цвет образуется смешиванием трех основных цветов; красного (red), зеленого (green) и синего (blue). В наиболее популярном формате TrueColor этой модели цвета в изображениях кодируются тремя байтами – по одному байту на каждую составляющую R, G и B.

Для хранения растровых изображений используются файлы различных форматов. Файлы наиболее распространенных форматов имеют расширения BMP, GIF, JPG, TIF, PNG [1].

Формат BMP (BMP – сокращение от bitmap) разработан фирмой Microsoft для операционных систем Windows. В этом формате изображение может храниться без сжатия или со сжатием. Цвета могут кодироваться с помощью 256-цветной палитры, которая в этом случае записывается в файл или в формате TrueColor. Чаще используют BMP-формат без сжатия. В этом формате размер файла значительно больше, чем со сжатием, но зато вывод изображения из него на монитор выполняется с максимальной скоростью, так как не требуется использовать сложные алгоритмы декодирования. Многие системы программирования и приложения Windows имеют функции для записи и вывода BMP-изображений.

Формат GIF (Graphics Interchange Format) разработан в 1987 г. фирмой CompuServe как экономичный вариант хранения изображений со сжатием. Цвета кодируются с помощью 256-цветной палитры. В GIF-файле может храниться несколько кадров изображения. В настоящее время GIF используется практически на всех платформах и стал стандартным форматом изображений в оформлении Web-страниц.

Формат JPG разработан Объединенной группой экспертов по фотографии (Joint Photographic Experts Group – JPEG). В этом формате графические данные записываются со сжатием и потерями. Степень сжатия и соответственно степень потерь можно задавать при записи. Это самый популярный формат для хранения фотографических изображений. В большинстве цифровых фотоаппаратов фотографии сохраняются в формате JPG.

Формат TIF (Tagged Image File Format – TIFF) также использует сжатие. В этом формате оно основано на применении тегов различных видов. В тегах размещается как общая информация, так и данные по отдельным элементам изображения. Количество видов тегов составляет несколько десятков. Сжатие производится без потерь, поэтому TIFF достаточно широко используется, в первую очередь, в издательских системах, требующих изображения наилучшего качества.

Формат PNG (Portable Network Graphics) разработан сравнительно недавно и ориентирован специально на Web в качестве замены GIF-формата. В отличие от GIF поддерживает кодирование цветов до 48 бит на пиксель. Использует сжатие без потерь. Кроме того, данный формат предоставляет ряд новых полезных возможностей, таких, как альфа-каналы (возможность плавно задавать прозрачность пикселей), гамма-коррекция (межплатформенное управление контрастностью изображения), возможность чересстрочной развертки при выводе изображения.

Растровый файл обычно содержит информацию двух видов – графическую и неграфическую. В графических данных указываются цвета пикселей, а неграфические содержат различную информацию, необходимую для восстановления изображения, например его высоту и ширину. Неграфическая часть файла может также включать другую информацию, такую, как номер версии или сведения об авторских правах.