Głębia kolorów - co to jest w grafice komputerowej?

Głębia bitowa lub głębia kolorów to liczba bitów używanych do wskazania koloru jednego piksela w buforze bitmapy lub klatki wideo. Pojęcie to często oznacza liczbę bitów użytych dla każdego komponentu koloru jednego piksela. Głębokość znaków binarnych określa liczbę unikatowych kolorów w palecie obrazów pod względem liczby 0 i 1 lub "bitów", które są używane do wskazania każdego koloru.

Co to jest głębia bitowa

Głębia koloru to liczba znaków binarnych używanych do przechowywania jednego piksela ekranu. Innymi słowy, jest to liczba różnych kolorów, które mogą być reprezentowane przez sprzęt lub oprogramowanie. Ale to nie znaczy, że obraz koniecznie używa wszystkich kolorów. Jeśli chodzi o piksel, koncepcja głębi kolorów jest czymś, co można zdefiniować jako bit na piksel (bpp). Określa liczbę znaków binarnych użytych dla jednego piksela. Następnie głębokość koloru obrazu odnosi się do liczby bitów na piksel na monitorze komputera, które reprezentują konkretny kolor.

Liczba unikalnych odcieni

Jeśli chodzi o składnik koloru, pojęcie to może oznaczać liczbę znaków dwójkowych na składnik - bitów na kanał lub na kolor. Głębia koloru o dużej wartości może wskazywać na kolor o tak wysokim poziomie dokładności. Alternatywnie jest to również określane jako głębia pikseli.

Obrazy z większą głębią bitową mogą kodować więcej odcieni lub kolorów, ponieważ istnieje więcej kombinacji 0 i 1. Głębia kolorów to liczba takich kombinacji. Im więcej bitów na piksel, tym lepszy jest kolor i jakość monitora. Rozdzielczość przestrzenna ekranu monitora może być obliczona za pomocą następującej formuły: iloczyn liczby linii obrazu przez całkowitą liczbę punktów w linii.

Rozdzielczość ekranu i głębia pikseli

Pojęcia liczby kolorów i głębi kolorów związane są z koncepcją rozdzielczości monitora. Monitor może wyświetlać grafiki w różnych jakościach. Głębia koloru i rozdzielczość charakteryzują jakość obrazu.

Wśród najczęstszych rozdzielczości 800 x 600, 1024 x 768, 1280 x 1024 pikseli na cal. Tryb ekranu i głębia kolorów są również zależne od siebie. Znając jeden z parametrów, możesz obliczyć drugi. W przypadku obrazów w skali szarości głębia bitowa określa liczbę unikalnych odcieni. Liczba wyświetlanych kolorów różni się w szerokim zakresie. Na nowoczesnych monitorach i wyświetlaczach głębia kolorów jest parametrem, który może przyjąć wartość od 256 na głębokości 8 bitów do ponad 16 milionów na głębokości 24.

Podstawowe kolory i ich kodowanie

Każdy piksel koloru w obrazie cyfrowym jest tworzony przy użyciu kombinacji trzech kolorów podstawowych: czerwonego, zielonego i niebieskiego. Każdy podstawowy kolor jest często nazywany kanałem koloru. Może mieć dowolny zakres wartości intensywności określony przez jego głębokość bitową. Głębokość bitów dla każdego koloru podstawowego jest nazywana bitami na kanał. Bit per pixel (bpp) odnosi się do sumy znaków binarnych we wszystkich trzech kanałach kolorów i reprezentuje wspólne kolory dostępne w każdym pikselu. Często występuje nieporozumienie z kolorowymi obrazami i może nie być jasne, czy przydzielona liczba odnosi się do bitów na piksel lub na kanał. Użycie bpp jako sufiksu pomaga odróżnić te dwa pojęcia.

Przykłady głębi kolorów

Większość obrazów kolorowych z aparatów cyfrowych ma bitową głębię 8 znaków binarnych na kanał. Dlatego mogą używać ośmiu 0 i 1. Głębia koloru i liczba kolorów to 28 lub 256 różnych kombinacji lub 256 różnych wartości intensywności dla każdego koloru podstawowego. Gdy wszystkie trzy kolory podstawowe są połączone w każdym pikselu, pozwala to na uzyskanie 16,777,216 różnych kolorów lub "prawdziwego koloru". Ta głębokość jest nazywana 24-bitową, ponieważ każdy piksel składa się z trzech kanałów o głębi kolorów 8 bitów. Liczba kolorów dostępnych dla dowolnego obrazu X-bitowego wynosi 2X, jeśli X odnosi się do bitów na piksel, a 23X, jeśli X odnosi się do bitów na kanał.

Wizualizacja głębi bitowej

Oko ludzkie może rozróżnić tylko około 10 milionów różnych kolorów. Dlatego zapisanie obrazu, w którym głębia kolorów jest większa niż 24 bity, jest nadmierne, jeśli jedynym celem jest widok normalny. Z drugiej strony obrazy o ponad 24 bpp są nadal przydatne, ponieważ są lepiej zachowane podczas przetwarzania końcowego. Ponieważ ta opcja może być przydatna dla fotografów. Gradienty kolorów i paleta głębi kolorów w obrazach z mniej niż 8 bitami na kanał koloru można wyraźnie zobaczyć na histogramie obrazu. Dostępne ustawienia głębi bitowej zależą od typu pliku. Standardowe pliki JPEG i TIFF mogą wykorzystywać odpowiednio tylko 8 i 16 bitów na kanał.

Dokładność kolorów i gamma

Głębia koloru to tylko jeden aspekt reprezentacji kolorów, który określa, w jaki sposób można wyrazić subtelne poziomy kolorów. Innym aspektem jest to, jak można wyrazić szeroki zakres kolorów lub gamma. Zarówno dokładność kolorów, jak i gamma są określane przy użyciu specyfikacji kodowania kolorów, która przypisuje wartość kodu cyfrowego do lokalizacji w przestrzeni kolorów.

Różnica układów graficznych w systemach VGA i Macintosh

Starsze układy graficzne, zwłaszcza te używane w komputerach domowych i konsolach do gier, często wiedzą, jak używać innej palety w celu zwiększenia maksymalnej liczby wyświetlanych jednocześnie kolorów. Jednocześnie minimalizowane jest zużycie pamięci. Jest to ważne dla pierwszych komputerów, w których pamięć była kosztowna i niezbyt duża. Podczas, gdy najlepsze systemy VGA oferowały tylko 18-bitową paletę, z której można wybierać kolory, wszystkie kolorowe urządzenia wideo Macintosh były 24-bitowe. Takie palety były uniwersalne i mogły być używane w dowolnym nowym sprzęcie lub formacie plików.

Bezpośredni kolor

Jeśli piksele zawierają więcej niż 12 bitów, w przypadku typowych rozmiarów ekranu i palet paleta indeksowana zajmuje więcej pamięci niż piksele, więc niektóre systemy próbują bezpośrednio określić kolor bezpośrednio w pikselu. Na przykład 8-bitowy kolor jest bardzo ograniczonym, ale prawdziwym, prostym systemem kolorów. Dla każdego z komponentów R (czerwony i G (zielony) są 3 bity, 8 możliwych poziomów Dwa pozostałe bity piksela bajtowego to składnik B (niebieski), który zajmuje cztery poziomy, co pozwala na użycie 256 różnych kolorów. oko ludzkie jest mniej wrażliwe na składnik niebieski niż na kolor czerwony lub zielony, ponieważ dwie trzecie receptorów oka przetwarza dłuższe fale, więc przypisuje mu się jeden znak binarny mniej niż pozostałe. 8-bitowy kolor można pomylić z indeksowaną głębią kolorów wynoszącą 8bpp. O tym parametrze można również modelować w takich systemach, wybierając odpowiednią tabelę.

Wysoki kolor

Wysokiej jakości rendering kolorów lub tryb High color, obsługuje 15/16-bitów dla trzech kolorów w systemie RGB. 16-bitowy kolor może mieć 4 bity, czyli 16 możliwych poziomów dla każdego z komponentów R, G i B. Oraz dodatkowe 4 cyfry binarne dla parametru alfa, co oznacza przezroczystość, która pozwala na użycie 4096 różnych kolorów z 16 poziomami. przejrzystość. Ostatnio termin ten jest używany w odniesieniu do głębi kolorów większych niż 24 bity. Został zaprojektowany do reprezentowania i przekazywania "prawdziwych" odcieni, które są postrzegane przez ludzkie oko. Prawie wszystkie najtańsze wyświetlacze LCD zapewniają 18-bitową kolorystykę, aby uzyskać szybki czas przejścia kolorów i użyć antyaliasingu lub regulacji szybkości klatek, aby zbliżyć się do 24-bitowego koloru lub całkowicie odrzucić 6 bitów informacji o kolorze. Droższe wyświetlacze LCD mogą wyświetlać 24-bitową lub większą głębię kolorów.

Prawdziwy kolor

24-bitowe renderowanie kolorów prawie zawsze używa 8 bitów każdego z R, G, B. Począwszy od 2018, 24-bitowa głębia kolorów jest używana w prawie wszystkich komputerach i telefonach, a także w większości formatów przechowywania obrazów. W prawie wszystkich przypadkach, gdy 32 bity na piksel oznaczają, że 24 są używane do koloru, pozostałe 8 to kanały alfa lub nie są używane. 224 daje 16 777 216 kolorów.

Cechy ludzkiej percepcji kolorów

Oko ludzkie może odróżnić do dziesięciu milionów kolorów, a ponieważ gamma wyświetlacza jest mniejsza niż zasięg ludzkiego widzenia, oznacza to, że ten zakres zawiera więcej odcieni niż osoba może go dostrzec. Jednak wyświetlacze nierównomiernie rozprowadzają kolory w przestrzeni w celu ułatwienia ludzkiej percepcji, dzięki czemu ludzie mogą zobaczyć zmiany między sąsiadującymi kolorami w gamie kolorów. Obrazy monochromatyczne ustawiają wszystkie trzy kanały na tę samą wartość. Rezultatem jest w sumie 256 różnych kolorów, a zatem bardziej zauważalna różnica. Niektóre programy próbują wygładzić szare poziomy w kanałach kolorów, aby je zwiększyć, chociaż w nowoczesnym oprogramowaniu jest to znacznie bardziej wykorzystywane do wizualizacji subpikselowych. Pozwala na zwiększenie rozdzielczości przestrzeni na ekranach LCD, gdzie kolory mają nieco inne pozycje.

Głęboki kolor

Standardy dysków DVD-Video i Blu-ray obsługują 8-bitowe bitwy w kolorze YCbCr z podpróbką chromy 4: 2: 0. Systemy Macintosh odnoszą się do 24-bitowego koloru jako "miliony kolorów". Często używa się go również w odniesieniu do wszystkich głębokości kolorów większych lub równych 24. Głęboki kolor lub głęboki kolor składa się z miliarda lub więcej kolorów. Wykorzystuje się głębie kolorów 30, 36 i 48 bitów na piksel, zwane również 10, 12 lub 16 bitami na kanał.

Używanie głębi kolorów w różnych systemach

Niektóre systemy SGI miały 10 lub więcej bitów dla sygnału wideo i mogły być skonfigurowane do interpretowania danych przechowywanych w ten sposób w celu wyświetlenia. Często jest do nich dodawany kanał alfa o tym samym rozmiarze, co daje 40, 48 lub 64 bity dla każdego piksela. Niektóre wcześniejsze systemy umieściły trzy kanały 10-bitowe w słowie 32-bitowym, przy czym 2 bity nie są używane lub są używane jako 4-poziomowy kanał alfa. Format pliku Cineon, który był popularny w przypadku ruchomych obrazów, wykorzystywał tę głębię kolorów. Cyfrowe aparaty fotograficzne mogły produkować 10 lub 12 bitów na kanał w ich oryginalnych danych, a 16 bitów było najmniejszą adresowalną jednostką, która umożliwiałaby przetwarzanie danych.

Karty graficzne z 10 bitami na komponent zaczęły pojawiać się na rynku pod koniec lat dziewięćdziesiątych. Systemy te nie używają 16 bitów dla wysokiego zakresu dynamiki, a niektóre nadają prawie mistyczne możliwości 16 bitom, które w rzeczywistości nie są poprawne. Oprogramowanie do edycji grafiki, takie jak Photoshop, wystarczająco wcześnie zaczęło używać 16 bitów na kanał. Głównym celem tego było zmniejszenie kwantyzacji wyników pośrednich. Jeśli operacja została podzielona przez 4, a następnie pomnożona przez 4, utraciłaby dolne 2 bity 8-bitowych danych, ale jeśli użyto 16 bitów, nie utraciłaby żadnego z 8-bitowych danych. W 2008 roku Microsoft ogłosił, że Windows 7 obsługuje kolory 30-bitowe i 48-bitowe, a także szeroką gamę kolorów scRGB.

Jest to udowodnione, ponieważ ludzie są głównie trichromianami, chociaż istnieją tetrachromaty, które postrzegają nie cztery podstawowe kolory, ale cztery. Do przechowywania i pracy z obrazami można używać "wyobrażonych" kolorów podstawowych, ale zazwyczaj ich liczba to trzy, tak jak w systemie RGB.