Barvna globina - kaj je v računalniški grafiki?

Bitna globina, ali barvna globina, je število bitov, ki se uporabljajo za označevanje barve ene slikovne pike v bitni sliki ali vmesniku videokamere. Tudi ta koncept pogosto označuje število bitov, uporabljenih za vsako barvno komponento ene slikovne točke. Globina binarnih znakov določa število edinstvenih barv v paleti slik v smislu števila 0 in 1 ali "bitov", ki se uporabljajo za označevanje vsake barve.

Kaj je bitna globina

Barvna globina je število binarnih znakov, ki se uporabljajo za shranjevanje ene slikovne točke zaslona. Z drugimi besedami, to je število različnih barv, ki jih lahko predstavlja strojna ali programska oprema. Vendar to ne pomeni, da slika nujno uporablja vse barve. Ko gre za slikovno piko, je koncept barvne globine nekaj, kar lahko definiramo kot bit na piksel (bpp). Določa število binarnih znakov, ki se uporabljajo za eno slikovno piko. Potem se globina barve slike nanaša na število bitov na sliko na računalniškem monitorju, ki predstavlja določeno barvo.

Število edinstvenih odtenkov

Ko gre za barvno komponento, lahko koncept pomeni število binarnih znakov na komponento - bitov na kanal ali na barvo. Barvna globina z veliko vrednostjo lahko označuje barvo s tako visoko stopnjo natančnosti. Druga možnost je, da se imenuje tudi globina pikslov.

Slike z višjo bitno globino lahko kodirajo več odtenkov ali barv, saj je več kombinacij 0 in 1. Globina barv je število takšnih kombinacij. Več bitov na sliko je boljša barva in kakovost monitorja. Prostorsko ločljivost zaslona monitorja se lahko izračuna po naslednji formuli: zmnožek števila slikovnih vrstic glede na skupno število točk v vrstici.

Ločljivost zaslona in globina pikslov

Koncept števila barv in globine barve sta povezana s konceptom ločljivosti monitorja. Monitor lahko prikaže grafiko v različnih kakovostih. Globina in ločljivost barv označujeta kakovost slike.

Med najpogostejšimi resolucijami so 800 x 600, 1024 x 768, 1280 x 1024 slikovnih pik na palec. Način zaslona in barvna globina sta odvisni tudi drug od drugega. Če poznate enega od parametrov, lahko izračunate drugo. Za sivinske slike bitna globina določa število edinstvenih odtenkov. Število prikazanih barv se spreminja v širokem razponu. Na modernih monitorjih in zaslonih je barvna globina parameter, ki lahko sprejme vrednost od 256 na globini 8 bitov do več kot 16 milijonov na globini 24.

Primarne barve in njihovo kodiranje

Vsaka barvna točka v digitalni sliki je ustvarjena s kombinacijo treh osnovnih barv: rdeče, zelene in modre. Vsaka primarna barva se pogosto imenuje barvni kanal. Lahko ima katerokoli vrednost intenzitete, ki jo podaja njena bitna globina. Globina bitov za vsako osnovno barvo se imenuje bitov na kanal. Bit na slikovno piko (bpp) se nanaša na vsoto binarnih znakov v vseh treh barvnih kanalih in predstavlja skupne barve, ki so na voljo za vsako sliko. Pogosto obstaja zmeda z barvnimi slikami in morda ni jasno, ali se dodeljeno število nanaša na bitov na slikovno piko ali na kanal. Uporaba bpp kot pripone pomaga razlikovati med tema dvema izrazoma.

Primeri globine barve točk

Večina barvnih slik iz digitalnih fotoaparatov ima na vsakem kanalu bitno globino 8 binarnih znakov. Zato lahko uporabljajo skupno osem 0 in 1. Globina barve in število barv je 28 ali 256 različnih kombinacij ali 256 različnih vrednosti intenzivnosti za vsako primarno barvo. Ko so vse tri osnovne barve združene v vsaki slikovni pik, omogoča do 16.777.216 različnih barv ali »pravo barvo«. Ta globina se imenuje 24-bitna, ker je vsak piksel sestavljen iz treh kanalov z barvno globino 8 bitov. Število barv, ki so na voljo za vsako X-bitno sliko, je 2X, če se X nanaša na bitov na slikovno piko, in 23X, če se X nanaša na bitov na kanal.

Vizualizacija bitne globine

Človeško oko lahko loči le 10 milijonov različnih barv. Zato je shranjevanje slike, kjer je barvna globina več kot 24 bitov, čezmerno, če je edini namen običajen pogled. Po drugi strani pa so slike z več kot 24 bpp še vedno zelo koristne, saj so bolje ohranjene med naknadno obdelavo. Ker je ta možnost uporabna za fotografe. Barvna stopnjevanja in paleta barvne globine v slikah z manj kot 8 bitnimi vrednostmi na barvni kanal so jasno vidni na histogramu slike. Razpoložljive nastavitve globine bitov se razlikujejo glede na vrsto datoteke. Standardne datoteke JPEG in TIFF lahko uporabljajo samo 8 in 16 bitov na kanal.

Barvna natančnost in gama

Barvna globina je le en vidik barvne predstavitve, ki določa, kako se lahko izrazijo subtilne ravni barve. Drugi vidik je, kako lahko izrazimo široko paleto barv ali gama. Natančnost barv in gama sta določena z uporabo specifikacije barvnega kodiranja, ki dodeli vrednost digitalne kode lokaciji v barvnem prostoru.

Razlika grafičnih čipov v sistemih VGA in Macintosh

Starejši grafični čipi, zlasti tisti, ki se uporabljajo v domačih računalnikih in igralnih konzolah, pogosto vedo, kako uporabiti drugo paleto, da bi povečali največje število hkrati prikazanih barv. Hkrati je zmanjšana poraba pomnilnika. To je pomembno za prve računalnike, kjer je bil spomin drag in ne prevelik. Medtem ko so najboljši sistemi VGA ponudili le 18-bitno paleto, iz katere lahko izbiramo barve, je vsa Macintosh barvna video oprema zagotovila 24-bitno. Takšne palete so bile univerzalne in se lahko uporabljajo v vseh nedavnih oblikah strojne opreme ali datotek.

Neposredna barva

Če piksli vsebujejo več kot 12 bitov, za tipične velikosti zaslona in palete, indeksirana paleta zavzame več pomnilnika kot piksli, zato nekateri sistemi poskušajo neposredno določiti barvo neposredno v slikovni pik. Na primer, 8-bitna barva je zelo omejen, vendar resnično enak barvni sistem. Za vsako od komponent R (rdeča in G (zelena), so 3 bitov, 8 možnih nivojev. Dva preostala bita v pikslu bajta sta komponenta B (modra), ki zavzema štiri ravni, kar omogoča uporabo 256 različnih barv. človeško oko je manj občutljivo na modro komponento kot na rdečo ali zeleno, ker dve tretjini očesnih receptorjev obdelujeta daljše valovne dolžine, zato je dodeljena enemu binarnemu znaku manj kot drugim, 8-bitna barva pa se lahko zamenja z indeksirano barvno globino 8 bpp. O tem parametru lahko v takih sistemih modeliramo tudi izbiro ustrezne tabele.

Visoka barva

Visokokakovostno barvno upodabljanje ali način visoke barve podpira 15/16-bitni za tri barve v sistemu RGB. 16-bitna barva lahko ima 4 bitov, to je 16 možnih nivojev za vsako od komponent R, G in B. Dodatna 4 binarna števila za parameter alfa, kar pomeni preglednost, ki omogoča uporabo 4.096 različnih barv s 16 stopnjami. preglednosti. V zadnjem času se izraz uporablja za barvne globine, ki so večje od 24 bitov. Zasnovan je bil tako, da predstavlja in posreduje “prave” odtenke, ki jih zaznava človeško oko. Skoraj vsi najcenejši LCD-ji omogočajo 18-bitno barvo, da dosežejo hitre barvne prehodne čase in uporabijo bodisi anti-aliasing ali frame rate prilagoditev, da se približajo 24-bitni barvi ali popolnoma zavržejo 6 bitov barvnih informacij. Dražji LCD zasloni lahko prikažejo 24-bitno ali večjo barvno globino.

Prava barva

24-bitno barvno upodabljanje skoraj vedno uporablja 8 bitov vsakega od R, G, B. Od leta 2018 se 24-bitna barvna globina uporablja za skoraj vse računalnike in telefone, pa tudi za večino formatov za shranjevanje slik. V skoraj vseh primerih, ko 32 bitov na slikovno piko pomeni, da se 24 uporablja za barvo, je preostalih 8 kanalov alfa ali pa se ne uporabljajo. 224 daje 16.777.216 barvnih variacij.

Značilnosti dojemanja človeške barve

Človeško oko lahko razlikuje do deset milijonov barv, in ker je gama zaslona manjša od obsega človeškega vida, to pomeni, da ta obseg vsebuje več odtenkov, kot jih lahko zazna oseba. Vendar pa zasloni neenakomerno razporejajo barve v prostoru, da olajšajo človekovo dojemanje, tako da lahko ljudje vidijo spremembe med sosednjimi barvami v barvnem razponu. Monokromatske slike nastavijo vse tri kanale na isto vrednost. Rezultat je skupaj 256 različnih barv in zato opaznejši razpon. Nekatera programska oprema poskuša izravnati raven sivine v barvnih kanalih, da jo poveča, čeprav se v sodobni programski opremi to veliko bolj uporablja za vizualizacijo podpikslov. Omogoča povečanje ločljivosti prostora na zaslonih LCD, kjer so barve nekoliko drugačne.

Globoka barva

Standardi DVD-Video in Blu-ray Disc podpirajo 8-bitne barvne bitove v YCbCr s 4: 2: 0 podvzorcem krome. Sistemi Macintosh se nanašajo na 24-bitno barvo kot "milijone barv." Pogosto se uporablja tudi za vse globine barv, ki so večje ali enake 24. Globoka barva, ali Deep color, je sestavljena iz milijarde ali več barv. Uporabijo se barvne globine 30, 36 in 48 bitov na slikovno piko, imenovane tudi 10, 12 ali 16 bitov na kanal.

Uporaba globine barve v različnih sistemih

Nekateri sistemi SGI so imeli 10 ali več bitov za video signal in so lahko konfigurirani za interpretacijo podatkov, shranjenih na ta način, za prikaz. Pogosto se jim doda alfa kanal enake velikosti, kar pomeni 40, 48 ali 64 bitov za vsako sliko. Nekateri prejšnji sistemi so postavili tri 10-bitne kanale v 32-bitno besedo, pri čemer 2 bita nista bila uporabljena ali uporabljena kot 4-stopenjski alfa kanal. Format datoteke Cineon, ki je bil priljubljen za gibljive slike, je uporabil to barvno globino. Digitalni fotoaparati lahko v svojih originalnih podatkih proizvedejo 10 ali 12 bitov na kanal, 16 bitov pa je bila najmanjša naslovna enota, ki bi omogočala obdelavo podatkov.

Video kartice z 10 bitov na komponento so začele vstopati na trg v poznih devetdesetih letih. Ti sistemi niso uporabili 16 bitov za visok dinamični razpon, nekateri pa dodajo skoraj mistične možnosti za 16 bitov, ki dejansko niso pravilni. Programska oprema za urejanje slik, kot je Photoshop, je že dovolj zgodaj začela uporabljati 16 bitov na kanal. Glavni namen tega je bil zmanjšati kvantizacijo vmesnih rezultatov. Če bi operacijo delili s 4 in nato pomnožili s 4, bi izgubili nižji 2 bitov 8-bitnih podatkov, če pa bi uporabili 16 bitov, ne bi izgubili nobenega od 8-bitnih podatkov. Leta 2008 je Microsoft objavil, da Windows 7 podpira 30-bitne in 48-bitne globoke barve ter široko barvno paleto scRGB.

Dokazano je, ker so ljudje večinoma trikromati, čeprav obstajajo tetrakromati, ki ne zaznavajo treh osnovnih barv, temveč štiri. Za shranjevanje in delo s slikami lahko uporabite "imaginarne" primarne barve, običajno pa je njihovo število tri, kot v sistemu RGB.