В чем состоит идея растрового кодирования

В чем состоит идея растрового кодирования

Растровое изображение — изображение, представляющее собой сетку пикселей — цветных точек (обычно прямоугольных) на мониторе, бумаге и других отображающих устройствах.

Важными характеристиками изображения являются:

  • Размер изображения в пикселях — может выражаться в виде количества пикселей по ширине и по высоте (800×600px, 1024×768px, 1600×1200px и т. д.) или же в виде общего количества пикселей (так, изображение размером 1600×1200px состоит из 1 920 000 точек, то есть примерно из двух мегапикселей точек);
  • Количество используемых цветов или глубина цвета (эти характеристики имеют следующую зависимость: N = 2 k <displaystyle N=2^>, где N <displaystyle N>— количество цветов, k <displaystyle k>— глубина цвета);
  • Цветовое пространство (цветовая модель) — RGB, CMYK, XYZ, YCbCr и др.;
  • Разрешение изображения — величина, определяющая количество точек (элементов растрового изображения) на единицу площади (или единицу длины).

Растровую графику редактируют с помощью растровых графических редакторов. Создаётся растровая графика фотоаппаратами, сканерами, непосредственно в растровом редакторе, а также путём экспорта из векторного редактора или в виде снимков экрана.

Содержание

Преимущества [ править | править код ]

  • Растровая графика позволяет создать практически любой рисунок, вне зависимости от сложности, в отличие, например, от векторной, где невозможно точно передать эффект перехода от одного цвета к другому без потерь в размере файла;
  • Распространённость — растровая графика используется сейчас практически везде: от маленьких значков до плакатов;
  • Высокая скорость обработки сложных изображений, если не нужно масштабирование;
  • Растровое представление изображения естественно для большинства устройств ввода-вывода графической информации, таких как мониторы (за исключением векторных устройств вывода), матричные и струйные принтеры, цифровые фотоаппараты, сканеры, а также сотовые телефоны.

Недостатки [ править | править код ]

  • Большой размер файлов у простых изображений;
  • Невозможность идеального масштабирования;
  • Невозможность вывода на печать на векторный графопостроитель.

Из‑за этих недостатков для хранения простых рисунков рекомендуют вместо даже сжатой растровой графики использовать векторную графику.

Форматы [ править | править код ]

Растровые изображения обычно хранятся в сжатом виде. В зависимости от типа сжатия может быть возможно или невозможно восстановить изображение в точности таким, каким оно было до сжатия (сжатие без потерь или сжатие с потерями соответственно). Также в графическом файле могут храниться дополнительные данные: об авторе файла, фотокамере и её настройках, количестве точек на дюйм при печати и др.

Сжатие без потерь [ править | править код ]

Использует алгоритмы сжатия, основанные на уменьшении избыточности информации.

  • BMP или Windows Bitmap — обычно используется без сжатия, хотя возможно использование алгоритма RLE.
  • GIF (Graphics Interchange Format) — устаревающий формат, поддерживающий не более 256 цветов одновременно. Всё ещё популярен из-за поддержки анимации, которая отсутствует в чистом PNG, хотя ПО начинает поддерживать APNG.
  • PCX — устаревший формат, позволявший хорошо сжимать простые рисованные изображения (при сжатии группы подряд идущих пикселей одинакового цвета заменяются на запись о количестве таких пикселей и их цвете).
  • PNG (Portable Network Graphics) — растровый формат, в основе которого алгоритм сжатия Deflate.
  • JPEG-LS в режиме сжатия без потерь — алгоритм использует адаптивное предсказание значения текущего пикселя по окружению, включающему уже закодированные пиксели.
  • Lossless JPEG — быстрый, но малоэффективный алгоритм сжатия, использующий (при обходе изображения попиксельно слева направо, сверху вниз) простое неадаптивное предсказание значения текущего пикселя по значениям верхнего, левого и верхнего левого пикселей.

Сжатие с потерями [ править | править код ]

Основано на отбрасывании части информации, как правило, наименее воспринимаемой глазом.

  • JPEG — очень широко используемый формат изображений. Сжатие использует разбиение изображения на блоки, квантование пространственных спектральных компонент в каждом блоке изображения с последующим их энтропийным кодированием. При детальном рассмотрении сильно сжатого изображения заметно размытие резких границ и характерный муар вблизи них. При невысоких степенях сжатия восстановленное изображение визуально неотличимо от исходного.

Разное [ править | править код ]

  • TIFF поддерживает большой диапазон изменения глубины цвета, разные цветовые пространства, разные настройки сжатия (как с потерями, так и без) и др.
  • Raw хранит информацию, непосредственно получаемую с матрицы цифрового фотоаппарата или аналогичного устройства без применения к ней каких-либо преобразований, а также хранит настройки фотокамеры. Позволяет избежать потери информации при применении к изображению различных преобразований (потеря информации происходит в результате округления и выхода цвета пикселя за пределы допустимых значений). Используется при съёмке в сложных условиях (недостаточная освещённость, невозможность выставить баланс белого и т. п.) для последующей обработки на компьютере (обычно в ручном режиме). Практически все полупрофессиональные и профессиональные цифровые фотоаппараты позволяют сохранять RAW изображения. Формат файла зависит от модели фотоаппарата, единого стандарта не существует.

История [ править | править код ]

Первые вычислительные машины не имели отдельных средств для работы с графикой, однако уже использовались для получения и обработки изображений. Программируя память первых электронных машин, построенную на основе запоминающих электронно-лучевых трубок, можно было получать растровое изображение.

В 1961 году программист С. Рассел возглавил проект по созданию первой компьютерной игры с графикой. Создание игры «Spacewar» («Космические войны») заняло около 200 человеко-часов. Игра была создана на машине PDP-1.

Читайте также:  Plc адаптер rp 501 1

В 1963 году американский учёный Айвен Сазерленд создал программно-аппаратный комплекс Sketchpad, который позволял рисовать точки, линии и окружности на трубке цифровым пером. Поддерживались базовые действия с примитивами: перемещение, копирование и др. По сути, это был первый растровый редактор, реализованный на компьютере. Также программу можно назвать первым графическим интерфейсом, причём она являлась таковой ещё до появления самого термина.

В середине 1960-х гг. появились разработки в промышленных приложениях компьютерной графики. Так, под руководством Т. Мофетта и Н. Тейлора фирма Itek разработала цифровую электронную чертёжную машину. В 1964 году General Motors представила систему автоматизированного проектирования DAC-1, разработанную совместно с IBM.

В 1968 году группой под руководством Константинова Н. Н. была создана компьютерная математическая модель движения кошки. Машина БЭСМ-4, выполняя написанную программу решения дифференциальных уравнений, рисовала мультфильм «Кошечка», который для своего времени являлся прорывом. Для визуализации использовался алфавитно-цифровой принтер. Существенный прогресс компьютерная графика испытала с появлением возможности запоминать изображения и выводить их на компьютерном дисплее.

Тип урока: урок усвоения новых знаний.

Цели урока:

  • актуализировать основной материал по двоичному кодированию;
  • познакомить учащихся с идеей растрового способа представления изображений в цифровом виде;
  • воспитание познавательной потребности, интереса к предмету;
  • воспитание дисциплинированности;
  • контроль за ТБ, правильностью посадки за ПК;
  • прививание навыков самостоятельной работы.
  • развивать внимание, наблюдательность;

Основные понятия:

  • графический объект;
  • пиксель;
  • растровое кодирование.

Оборудование:

Материальное обеспечение урока: учебник, рабочая тетрадь, демонстрационный ПК, задание (Приложение 2), презентация к уроку (Приложение 1), практическая работа (Приложение 3).

План урока:

  1. Организационный момент.
  2. Актуализация знаний.
  3. Объяснение нового материала.
  4. Физкультминутка.
  5. Выполнение практической работы.
  6. Рефлексия.
  7. Домашнее задание.

Ход урока

I. Организационный момент.

Учитель: Здравствуйте, садитесь.

Сегодня на уроке мы с вами познакомимся с растровым кодированием графической информации, которая поможет нам понять, как представляется графическая информации в компьютере. Слайд 1

II. Актуализация знаний.

Но для этого вспомнить следующий пример.

Какими способами мы можем выразить сведения об опасности?

Ученик: просто крикнуть; оставить предупреждающий знак (рисунок); с помощью мимики и жестов; передать сигнал «SOS» с помощью азбуки Морзе или используя семафорную и флажковую сигнализацию.

Соответственно, с помощью символов можно закодировать любую информацию. Какой вид информации можно закодировать при помощи нот? Слайд 2

Ученик: Звуковую.

Учитель: Верно, звуковую информацию. А как можно представить текстовую информацию?

Ученик: В виде последовательности чисел 0 и 1.

Учитель: Слайд 3 Молодец! Каждому символу ставится в соответствие цепочка из 8 нулей и единиц. На слайде представлена информация в виде данной последовательности. Воспользуйтесь таблицей кодов и раскодируйте данную информацию. Слайд 4

Учитель: Какое же слово вы получили?

Ученики: Пиксель

Учитель: Ребята вам знакомо это слово?

Ученики: Да.

III. Объяснение нового материала.

3. Учитель: Последовательность нулей и единиц можно закодировать и графическую информацию. Вам наверняка знакомо увеличительное стекло. Его ещё называют лупа. Пиксели на изображении можно рассмотреть с помощью лупы. Это приспособление позволяет рассматривать мелкие детали, которые не видны, как говорится, «невооруженным глазом». Слайд5

Чтобы детально рассмотреть компьютерный рисунок, можно воспользоваться инструментом Масштаб.

На увеличенном рисунке видно, что он состоит из маленьких точек. Эти точки называются пикселями. Слово пиксель в переводе с английского «picture element» — элемент рисунка. Графический объект, подлежащий представлению в цифровом виде, делится вертикальными и горизонтальными линиями на мельчайшие фрагменты – пиксели. Слайд6

Цвет каждого пикселя кодируется двоичным числом. Такой способ называется растровым кодированием. Совокупность точечных строк образует графическую сетку, или растр. Отсюда и название растровое кодирование. Слайд7

IV. Физкультминутка.

Слайд 8 Итак, растровое изображение представляет собой мозаику из очень мелких элементов – пикселей. Как вы видите, принцип растровой графики чрезвычайно прост. Он был изобретен и использовался людьми за много веков до появления компьютеров. Изображение строится из отдельных элементов в таких направлениях искусства, как мозаика, витражи, вышивка. Слайд 9 и 10

Рассмотрим простую черно-белую картинку: Слайд 11

Учитель: Данное изображение состоит из пикселей. Совокупность пикселей образует графическую сетку, растр. Давайте закодируем данное изображение в виде последовательности 0 и 1. Каждую пустую (белую) клеточку рисунка мы закодируем нулем, а закрашенную (черную) – единицей. Каждый из вас получит фрагмент изображения, который необходимо закодировать. В результате мы должны получить двоичный код этой картинки: слайд 12 слайд 13

0000000000011100
1000000100000110
1100001100000011
1111111100000011
1101101100000011
1111111100000011
1111111111111110
0111111011111110
0001100011000110
0000000011000110
0000000111001110
0000000111001110

V. Выполнение практической работы.

Учитель: Молодцы! Для того чтобы передать эмоциональное настроение, при работе на компьютере используют смайлики (от англ. smiley – улыбаться). Смайлик – это картинка, составленная из букв и специальных знаков, которая выражает какое–то чувство или настроение. Смайлики вы можете употреблять и в записках, которые пишите своим друзьям.

Большинство из смайликов – это изображение глаз или маленьких рожиц.

И теперь попробуем решить обратную задачу: восстановить рисунок по его коду. Будем работать в графическом редакторе Paint. Рисунок очень мелкий, но мы будем рисовать его по точкам. На компьютере тоже можно рисовать по точкам. Для этого нужно сначала установить крупный масштаб, затем включить сетку командой Вид / Масштаб / Показать сетку.

Читайте также:  Sky vision 2201 не находит каналы

У меня получился вот такой смайлик. слайд 14

Учитель: В рассмотренных примерах каждый пиксель кодировался 1 битом. При цифровом представлении цветных изображений каждый пиксель кодируется цепочкой из 24 нулей и единиц. Это позволяет различать 16 миллионов цветовых оттенков.

Необычайно богатая цветовая палитра современных компьютеров получается смешением взятых в определенной пропорции трех основных цветов: красного, синего и зеленого. Слайд 15

VI. Рефлексия.

Учитель: Сегодня каждый из нас закончил урок с определенным настроением. Какое оно у вас я не знаю, а могу лишь догадываться.

Предлагаю вам закрасить смайлики в зависимости от того, как вы оценивают свой успех на уроке: слайд 16

Желтый цвет – те, кто считает, что хорошо понял тему и поработал на уроке.

Синий цвет – те, кто считает, что ему еще много нужно работать над данной темой.

Учитель: в то время пока вы раскрашивали свои смайлики, я закрасила свой в желтый, т.к. я считаю, что на уроке:

  • самые быстрые;
  • самые активные;
  • самые точные.

VII. Домашнее задание:

в учебнике стр.23-25, в рабочей тетради № 37 (б), № 38 (б) Урок окончен. До свидания.

В чем состоит основной принцип растровой графики?

Растровое изображение представляет из себя мозаику из очень мелких элементов — пикселей. Растровый рисунок похож на лист клетчатой бумаги, на котором каждая клеточка закрашена определённым цветом, и в результате такой раскраски формируется изображение.

Принцип растровой графики чрезвычайно прост. Он был изобретён и использовался людьми за много веков до появления компьютеров. Во-первых, это такие направления искусства, как мозаика, витражи, вышивка. В любой из этих техник изображение строится из дискретных элементов. Во-вторых, это рисование “по клеточкам” — эффективный способ переноса изображения с подготовительного картона на стену, предназначенную для фрески. Суть этого метода заключается в следующем. Картон и стена, на которую будет переноситься рисунок, покрываются равным количеством клеток, затем фрагмент рисунка из каждой клетки картона тождественно изображается в соответствующей клетке стены.

Создание изображения в растровом графическом редакторе (Paint, Fractal Design Painter, Corel Photo-PAINT, Adobe PhotoShop) похоже на работу художника, когда он пишет картину на настоящем холсте настоящими красками. Здесь компьютерный художник водит “кистью” — курсором мыши по “электронному полотну” — экрану, закрашивая каждый из пикселей рисунка в нужный цвет. Таким образом, каждому пикселю присваивается цвет. Этот цвет закрепляется за определённым местом экрана и как бы “высыхает” подобно тому, как высыхает краска на настоящем холсте. Перемещение фрагмента изображения “снимает” краску с электронного холста и, следовательно, разрушает рисунок.

Растровая графика работает с сотнями и тысячами пикселей, которые формируют рисунок. Пиксели “не знают”, какие объекты (линии, эллипсы, прямоугольники и т. д.) они составляют.

Понятия пиксель, видеопиксель, точка.

В компьютерной графике термин “пиксель”, вообще говоря, может обозначать разные понятия:

  • наименьший элемент изображения на экране компьютера;
  • отдельный элемент растрового изображения;
  • точка изображения, напечатанного на принтере.

Поэтому, чтобы избежать путаницы, будем пользоваться следующей терминологией:

  • видеопиксель — наименьший элемент изображения на экране;
  • пиксель — отдельный элемент растрового изображения;
  • точка — наименьший элемент, создаваемый принтером.

При этом для изображения одного пикселя на экране компьютера может быть использован один или несколько видеопикселей.

Экран дисплея разбит на фиксированное число видеопикселей, которые образуют графическую сетку (растр) из фиксированного числа строк и столбцов. Размер графической сетки обычно представляется в форме NxM, где N — количество видеопикселей по горизонтали, а М — по вертикали. На современных дисплеях используются, например, такие размеры графической сетки: 640 х 480, 800 х 600, 1024 х 768, 1240 х 1024 и др. Изображение на экране дисплея создаётся путём избирательной засветки электронным лучом определённых видеопикселей экрана. Чтобы изображение могло восприниматься глазом, его необходимо составить из сотен или тысяч видеопикселей, каждый из которых должен быть подсвечен” [1].

Почему растровая графика эффективно представляет собой изображения фотографического качества?

Если размеры пикселей достаточно малы (приближаются к размерам видеопикселей), то растровое изображение выглядит не хуже фотографии. Таким образом, растровая графика эффективно представляет изображения фотографического качества.

Почему для хранения растровых изображений требуется большой объем памяти?

В файле растрового изображения запоминается информация о цвете каждого видеопикселя в виде комбинации битов. Бит — наименьший элемент памяти компьютера, который может принимать одно из двух значений: включено или выключено. Наиболее простой тип изображения имеет только два цвета (например, белый и чёрный). В этом случае каждому видеопикселю соответствует один бит памяти (2 1 ). Если цвет видеопикселя определяется двумя битами, то мы имеем четыре (2 2 ) возможных комбинаций значений включено/выключено. Используя для значения выключено символ 0, а для включено — 1, эти комбинации можно записать так: 00, 01, 10, 11. Четыре бита памяти позволяют закодировать 16 (2 4 ) цветов, восемь бит — 2 8 или 256 цветов, 24 бита — 2 24 или 16777216 различных цветовых оттенков.

Читайте также:  Philips 26pf4311s 10 не включается

Простые растровые картинки занимают небольшой объём памяти (несколько десятков или сотен килобайт). Изображения фотографического качества часто требуют несколько мегабайт. Например, если размер графической сетки — 1240 х 1024, а количество используемых цветов — 16777216, то объём растрового файла составляет около 4 Мб, так как информация о цвете видеопикселей в файле занимает

1240 х 1024 х 24 = 30474240 бит или

30474240 бит : 8 = 3809280 байт или

3809280 байт : 1024 = 3720 Кб или

3720 Кб: 1024 = 3,63 Мб.

Таким образом, для хранения растровых изображений требуется большой объём памяти.

Почему растровое изображение искажается при масштабировании?

Растровое изображение после масштабирования или вращения может потерять свою привлекательность. Например, области однотонной закраски могут приобрести странный (“муаровый”) узор; кривые и прямые линии, которые выглядели гладкими, могут неожиданно стать пилообразными. Если уменьшить, а затем снова увеличить до прежнего размера растровый рисунок, то он станет нечётким и ступенчатым, а закрашенные области могут быть искажены.

Так как графический редактор Paint (стандартная программа WINDOWS) является растровым, то в нём легко продемонстрировать результаты масштабирования изображений и объяснить причины возникающих искажений.

Итак, растровые изображения имеют очень ограниченные возможности при масштабировании, вращении и других преобразованиях

Как хранится описание векторных изображений?

В векторной графике изображения строятся из простых объектов — прямых линий, дуг, окружностей, эллипсов, прямоугольников, областей однотонного или изменяющегося цвета (заполнителей) и т. п., называемых примитивами. Из простых векторных объектов создаются различные рисунки

Комбинируя векторные объекты-примитивы и используя закраску различными цветами, можно получить и более интересные иллюстрации.

В трёхмерной компьютерной графике могут использоваться “пространственные” примитивы — куб, сфера и т. п.

Векторные примитивы задаются с помощью описаний. Например:

  • рисовать линию от точки А до точки В;
  • рисовать эллипс, ограниченный заданным прямоугольником.

Для компьютера подобные описания представляются в виде команд, каждая из которых определяет некоторую функцию и соответствующие ей параметры.

Информация о цвете объекта сохраняется как часть его описания, т. е. в виде векторной команды (сравните: для растровых изображений хранится информация о цвете каждого видеопикселя).

Почему векторные изображения могут быть легко масштабированы без потери качества?

Большинство векторных программ позволяют только разместить растровый рисунок в векторной иллюстрации, изменить его размер, выполнить перемещение и поворот, обрезку, однако изменить в нём отдельные пиксели невозможно. Дело в том, что векторные изображения состоят из отдельных объектов, с которыми можно работать порознь. С растровыми же изображениями так поступать нельзя, так как пиксели нельзя классифицировать подобным образом (объектом здесь является весь растровый фрагмент в целом). Пиксель же обладает одним свойством — цветом. Поэтому в некоторых векторных редакторах к растровым объектам допускается применять специальные эффекты размытия и резкости, в основе которых лежит изменение цветов соседних пикселей”

Для решения каких задач используются растровые программы?

Растровая графика позволяет создавать изображения фотографического качества. Ведь что такое растровая графика: это изображение, состоящее из пикселей — маленьких квадратиков, каждому из которых присвоен определенный цвет. На любом дисплее информация отображается именно в растровом виде.

В чем состоит основной принцип растровой графики?

Растровое изображение представляет из себя мозаику из очень мелких элементов — пикселей. Растровый рисунок похож на лист клетчатой бумаги, на котором каждая клеточка закрашена определённым цветом, и в результате такой раскраски формируется изображение.

Принцип растровой графики чрезвычайно прост. Он был изобретён и использовался людьми за много веков до появления компьютеров. Во-первых, это такие направления искусства, как мозаика, витражи, вышивка. В любой из этих техник изображение строится из дискретных элементов. Во-вторых, это рисование “по клеточкам” — эффективный способ переноса изображения с подготовительного картона на стену, предназначенную для фрески. Суть этого метода заключается в следующем. Картон и стена, на которую будет переноситься рисунок, покрываются равным количеством клеток, затем фрагмент рисунка из каждой клетки картона тождественно изображается в соответствующей клетке стены.

Создание изображения в растровом графическом редакторе (Paint, Fractal Design Painter, Corel Photo-PAINT, Adobe PhotoShop) похоже на работу художника, когда он пишет картину на настоящем холсте настоящими красками. Здесь компьютерный художник водит “кистью” — курсором мыши по “электронному полотну” — экрану, закрашивая каждый из пикселей рисунка в нужный цвет. Таким образом, каждому пикселю присваивается цвет. Этот цвет закрепляется за определённым местом экрана и как бы “высыхает” подобно тому, как высыхает краска на настоящем холсте. Перемещение фрагмента изображения “снимает” краску с электронного холста и, следовательно, разрушает рисунок.

Растровая графика работает с сотнями и тысячами пикселей, которые формируют рисунок. Пиксели “не знают”, какие объекты (линии, эллипсы, прямоугольники и т. д.) они составляют.

Последнее изменение этой страницы: 2016-04-07; Нарушение авторского права страницы

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector