Глубина цвета

Пора рассмотреть более сложные виды изображений. Первоначально рассмотрим полутоновые изображения, к которым относится, прежде всего, классическая черно-белая фотография, а также рисунок карандашом, акварель и масляная живопись одним цветом (гризайль), некоторые виды гравюр и т. д.

Здесь история развития технических систем шла, в общем, путем увеличения количества градаций тона (цвета): сначала использовались 16 градаций, потом - 64 и, наконец, 256 градаций. Такое количество тонов вызвано не содержательными причинами, а сугубо формальными - цифровым характером передачи информации и количеством разрядов, которые можно зарезервировать для кодирования. Это означает, что причина - исключительно в удобстве для технических систем, а не в художественной целесообразности.

Как все виды информации тоновые уровни также были привязаны к необходимости оперировать совокупностью байтов. А поскольку байт - это восемь битов, или восемь разрядов, количество возможных градаций тона можно рассчитать следующим образом:

2⁸ = 256.

Таким образом, начальному коду (то есть "0" в десятичной системе счисления) ставим в соответствие черный цвет, а конечному (то есть "255" в десятичной системе счисления) - белый цвет, остальные 254 кода будут соответствовать оттенкам серого: от очень темного, близкого к черному, до очень светлого, близкого к белому. Такие изображения называются полутоновыми.

Учитывая искусственность данной таблицы квантования, можно задаться вопросом: много это или мало - 256 градаций тона? По сравнению с теми пятью-шестью тонами, которые используют художники-рисовальщики, конечно, это очень много. А по сравнению с непрерывными тонами объективной реальности это, разумеется, мало. Исследования свидетельствуют, что в среднем человеческий глаз может уверенно различать около 64 градаций тона. И хотя это среднестатистический показатель (видимо, у людей с тренированным зрением этот уровень значительно выше), тем не менее "серая шкала" превышает его в четыре раза.

Вместе с тем, необходимо учесть, что те 256 градаций тона, которые позволяет кодовая таблица - это идеальное представление, а в реальности их наличию в цифровом изображении могут препятствовать различные причины.

Во-первых, не обязательно любое тоновое изображение изначально содержит все 256 градаций. Скажем, на фотографии, сюжетом которой является снежное поле, представлена только тонкая сюита светло-серых и белых оттенков.

Во-вторых, если устройство регистрации, например сканер или цифровая фотокамера, не обладает достаточной чувствительностью, то в этом случае тонкие оттенки в тенях и светах представляются одинаковыми кодами, что означает исключение определенных тонов из цифрового изображения.

В-третьих, возможно сознательное и преднамеренное уменьшение (редукция) тоновых диапазонов с определенной художественной целью (например, для усиления контраста). Такая процедура - непременная составляющая тоновой коррекции.

Следует четко зафиксировать, что разрешение совершенно не связано с тоновыми уровнями.

Сохраняя принятое определение битовой карты и условие неизменности разрешения, проблема решается за счет добавления новых битовых карт по числу дополнительных разрядов.

Понятие битовых карт как битовых плоскостей нашло свое отражение в одном из очень ранних графических форматов PCX. Байт "65" специально отведен для кодирования информации о количестве битовых плоскостей. И, соответственно, общее количество битовых карт (а по сути разрядов или двоичных цифр) определяет "глубину" таблицы квантования. В английской терминологии этот параметр получил название "color depth", что дословно означает "цветовая глубина", а в русском языке прижилась форма "глубина цвета".

Глубина цвета - это важнейший параметр цифровой графики, поэтому он должен иметь количественную меру. Глубина цвета измеряется числом двоичных разрядов, отведенных для каждого пиксела.

Теперь можно сказать, что глубина цвета у монохромных изображений равна одному биту, поэтому такую графику иногда называют "однобитовой" ("1-bit image", или просто "bitmap image").

Если используется полутоновое изображение, то глубина цвета такого изображения традиционно равна восьми битам, поэтому такое изображение называют "8-bit image" (восьмибитовое изображение), кроме того, у него есть специальное название: "grayscale" ("серая шкала").

Для полутоновых изображений, которые отображаются на экране монитора, характерно использование сглаживания. Суть сглаживания (antialiasing) заключается во взаимном слиянии пикселов у границы выделенной области и пикселов основного рисунка, попадающих в эту полосу. Вследствие этого данный способ несколько уменьшает видимость ступенчатости битовой карты с низким разрешением (это используется, в частности, при отображении шрифта на экране монитора).