Barevná hloubka - co je v počítačové grafice?

Bitová hloubka nebo hloubka barev je počet bitů používaných k označení barvy jednoho pixelu v bitové kopii nebo ve vyrovnávací paměti obrazových snímků. Také tento koncept často označuje počet bitů použitých pro každou barevnou složku jednoho pixelu. Hloubka binárních znaků určuje počet jedinečných barev v paletě snímků, pokud jde o čísla 0 a 1 nebo "bity", které se používají k označení každé barvy.

Co je to bitová hloubka

Barevná hloubka je počet binárních znaků používaných k uložení jednoho pixelu obrazovky. Jinými slovy, je to počet různých barev, které mohou být reprezentovány hardwarem nebo softwarem. To ale neznamená, že obraz nutně používá všechny barvy. Pokud jde o pixel, koncept hloubky barev je něco, co lze definovat jako bit na pixel (bpp). Určuje počet binárních znaků použitých pro jeden pixel. Potom se hloubka barev obrazu vztahuje na počet bitů na pixel na monitoru počítače, které představují určitou barvu.

Počet jedinečných odstínů

Pokud jde o barevnou komponentu, koncept může znamenat počet binárních znaků na komponentu - bity na kanál nebo na jednu barvu. Hloubka barev s velkou hodnotou může znamenat barvu s tak vysokou přesností. Alternativně je také označována jako hloubka pixelu.

Obrázky s vyšší bitovou hloubkou mohou zakódovat více odstínů nebo barev, protože existuje více kombinací 0 a 1. Hloubka barev je počet takových kombinací. Čím více bitů na pixel, tím lepší je barva a kvalita monitoru. Prostorové rozlišení obrazovky monitoru lze vypočítat podle následujícího vzorce: produkt počtu řádků obrazu podle celkového počtu bodů v řádku.

Rozlišení obrazovky a hloubka pixelů

Pojmy počtu barev a hloubky barvy jsou spojeny s konceptem rozlišení monitoru. Monitor může zobrazit grafiku v různých kvalitách. Barevná hloubka a rozlišení charakterizují kvalitu obrazu.

Mezi nejběžnější rozlišení patří 800 x 600, 1024 x 768 a 1280 x 1024 pixelů na palec. Režim zobrazení a barevná hloubka závisí také na sobě. Pokud znáte jeden z parametrů, můžete vypočítat druhý. U snímků ve stupních šedi stanoví bitová hloubka počet jedinečných odstínů. Počet zobrazených barev se mění v širokém rozmezí. Na moderních monitorech a displejích je barevná hloubka parametrem, který může mít hodnotu od 256 v hloubce 8 bitů až po více než 16 milionů v hloubce 24.

Primární barvy a jejich kódování

Každý barevný pixel v digitálním obrazu je vytvořen pomocí kombinace tří primárních barev: červené, zelené a modré. Každá primární barva se často nazývá barevný kanál. Může mít libovolný rozsah hodnot intenzity daný jeho bitovou hloubkou. Hloubka bitů pro každou základní barvu se nazývá bity na kanál. Bit na pixel (bpp) označuje součet binárních znaků ve všech třech barevných kanálech a představuje běžné barvy dostupné pro každý pixel. Často dochází k záměně s barevnými obrázky a nemusí být jasné, zda přidělené číslo odkazuje na bity na pixel nebo na kanál. Použití bpp jako přípony pomáhá rozlišovat tyto dva termíny.

Příklady hloubky barevných bodů

Většina barevných obrázků z digitálních fotoaparátů má bitovou hloubku 8 binárních znaků na jeden kanál. Proto mohou používat celkem osm 0 a 1. Hloubka barev a počet barev jsou 28 nebo 256 různých kombinací nebo 256 různých hodnot intenzity pro každou primární barvu. Když jsou všechny tři primární barvy kombinovány v každém pixelu, umožňují až 16 777 216 různých barev nebo "true color". Tato hloubka se nazývá 24 bitů, protože každý pixel se skládá ze tří kanálů s barevnou hloubkou 8 bitů. Počet barev dostupných pro libovolný obraz X-bitů je 2X, pokud se X týká bitů na pixel a 23X, pokud X odkazuje na bity na kanál.

Zobrazení bitové hloubky

Lidské oko může rozlišovat jen asi 10 milionů různých barev. Uložení obrázku, kde je hloubka barev více než 24 bitů, je proto nadbytečné, pokud je jediným účelem normální zobrazení. Na druhé straně jsou obrázky s více než 24 bpp stále poměrně užitečné, protože jsou lépe uchovány během postprocesingu. Protože tato volba může být užitečná pro fotografy. Barevné gradace a barevná hloubka v obrázcích s méně než 8 bity na barevný kanál lze jasně vidět na histogramu obrazu. Nastavení dostupné bitové hloubky se liší podle typu souboru. Standardní soubory JPEG a TIFF mohou používat pouze 8 a 16 bitů na kanál.

Přesnost barev a gamma

Barevná hloubka je pouze jeden aspekt reprezentace barev, který určuje, jak mohou být vyjádřeny jemné úrovně barev. Dalším aspektem je, jak lze vyjádřit širokou škálu barev nebo gama. Jak přesnost barev, tak gamma jsou určeny specifikací barevného kódování, která přiřazuje digitální kódovou hodnotu místu ve barevném prostoru.

Rozdíl grafických čipů v systémech VGA a Macintosh

Starší grafické čipy, zejména ty, které se používají v domácích počítačích a herních konzolích, často vědí, jak používat jinou paletu, aby se zvýšil maximální počet současně zobrazených barev. Zároveň je minimální využití paměti. To je důležité pro první počítače, kde byla paměť drahá a příliš velká. Zatímco nejlepší systémy VGA nabízejí pouze 18bitovou paletu, z níž lze volit barvy, všechno barevné video zařízení Macintosh poskytovalo 24bitové. Takové palety byly univerzální a mohly by být použity v jakýchkoli nových hardwarových nebo souborových formátech.

Přímá barva

Pokud pixely obsahují více než 12 bitů, u typických velikostí a palet obrazovky indexovaná paleta zabírá více paměti než obrazové body, takže některé systémy se snaží přímo zadat barvu přímo v pixelech. Například 8bitová barva je velmi omezený, ale pravý systém přímých barev. Pro každý z komponent R (červený a G (zelený) jsou 3 bity, 8 možných úrovní. Dvě zbývající bity v bajtovém pixelu jsou složkou B (modrá), která zaujímá čtyři úrovně, což umožňuje použít 256 různých barev. lidské oko je méně citlivé na modrou složku než na červenou nebo zelenou, protože dvě třetiny očních receptorů zpracovávají delší vlnové délky, takže je přiděleno jedno binární znaménko méně než ostatní. 8bitová barva může být zaměněna s indexovanou barevnou hloubkou 8bpp. O tomto parametru lze také modelovat v takových systémech výběrem příslušné tabulky.

Vysoká barva

Vysoce kvalitní vykreslování barev nebo režim Vysoký barevně podporuje systém RGB 15 a 16 bitů pro tři barvy. 16bitová barva může mít 4 bity, tj. 16 možných úrovní pro každou z komponent R, G a B. A další 4 binární číslice pro parametr alfa, což znamená průhlednost, která umožňuje použít 4 096 různých barev s použitím 16 úrovní. transparentnost. V poslední době se tento termín používá k označení hloubky barev větší než 24 bitů. Byla navržena tak, aby reprezentovala a zprostředkovala "skutečné" odstíny, které lidské oko vnímá. Téměř všechny nejméně nákladné LCD poskytují 18bitové barvy pro dosažení rychlých barevných přechodových časů a používají buď nastavení anti-aliasing nebo nastavení rychlosti snímků, aby se přiblížily k 24bitové barvě nebo zcela vyřadily 6 bitů barevných informací. Dražší LCD displeje mohou zobrazovat 24bitovou nebo větší barevnou hloubku.

Pravá barva

24bitové barevné vykreslování téměř vždy používá 8 bitů každého R, G, B. Od roku 2018 se pro téměř všechny počítače a telefony a pro většinu formátů pro ukládání snímků používá 24bitová barevná hloubka. Ve většině případů, kdy 32 bitů na pixel znamená, že 24 je použito pro barvu, zbývajících 8 jsou alfa kanály nebo se nepoužívají. 224 dává 16 777 216 barevných variací.

Vlastnosti vnímání lidských barev

Lidské oko může rozlišovat až deset milionů barev, a protože gama displeje je menší než rozsah lidského vidění, znamená to, že tento rozsah obsahuje více odstínů než člověk může vnímat. Displeje však nerovnoměrně rozšiřují barvy ve vesmíru, aby usnadnily lidské vnímání, takže lidé mohou vidět změny mezi sousedními barvami ve farem. Monochromatické snímky nastavují všechny tři kanály na stejnou hodnotu. Výsledkem je celkem 256 různých barev, a tudíž výraznější rozdíl. Některý software se pokouší vyrovnat úroveň šedi v barevných kanálech, aby ho zvýšil, ačkoli v moderním softwaru je toto mnohem více využíváno pro vizualizaci dílčích pixelů. Umožňuje vám zvýšit rozlišení místa na LCD obrazovkách, kde barvy mají mírně odlišné polohy.

Hluboké barvy

Standardy DVD-Video a Blu-ray Disc podporují 8bitové barevné bity v YCbCr s podsábkou chroma 4: 2: 0. Systémy Macintosh označují 24bitovou barvu jako "miliony barev". To je také často používáno odkazovat se na všechny hloubky barvy větší nebo rovno 24. Hluboké barvy, nebo hluboké barvy, se skládá z miliardy nebo více barev. Barevné hloubky 30, 36 a 48 bitů na pixel, také nazývané 10, 12 nebo 16 bitů na kanál.

Použití barevné hloubky v různých systémech

Některé systémy SGI měly 10 nebo více bitů pro video signál a mohly by být nakonfigurovány pro interpretaci uložených dat tímto způsobem pro zobrazení. Často je pro ně přidán alfa kanál stejné velikosti, což má za výsledek 40, 48 nebo 64 bitů pro každý pixel. Některé dřívější systémy umístily tři 32-bitové slovo na 10 bitových kanálech, přičemž 2 bity nebyly používány nebo použity jako 4-úrovňový alfa kanál. Formát souboru Cineon, který byl oblíben pro pohyblivé obrázky, použil tuto barevnou hloubku. Digitální kamery mohou v původních datech produkovat 10 nebo 12 bitů na kanál a 16 bitů byla nejmenší adresovatelná jednotka, která by umožnila zpracování dat.

Na konci devadesátých let začaly na trh vstupovat grafické karty s 10 bity na komponent. Tyto systémy nepoužívaly 16 bitů pro vysoký dynamický rozsah a některé přiřazovaly téměř mystické možnosti 16 bitům, což ve skutečnosti není správné. Software pro úpravu obrázků, například Photoshop, začal používat 16 bitů na kanál včas. Hlavním účelem tohoto opatření bylo snížit kvantizaci průběžných výsledků. Pokud byla operace rozdělena na 4 a pak vynásobena 4, ztratí nižší 2 bit 8bitových dat, ale pokud by bylo použito 16 bitů, neztratí se žádná z 8bitových dat. V roce 2008 společnost Microsoft oznámila, že systém Windows 7 podporuje 30bitové a 48bitové barvy, stejně jako široký rozsah barev scRGB.

To je dokázáno, protože lidé jsou převážně trichromáty, přestože existují tetrachromáty, které nevnímají tři primární barvy, ale čtyři. Chcete-li ukládat a pracovat s obrázky, můžete použít "imaginární" primární barvy, ale jejich počet je obvykle tři, stejně jako v systému RGB.