Растровая графика - Raster graphics

Эта статья о структуре данных / типе изображения. Формат файла см. Формат файла BMP.
В улыбающееся лицо в верхнем левом углу - растровое изображение. При увеличении отдельные пиксели выглядят как квадраты. При дальнейшем увеличении их можно проанализировать, составив их цвета путем комбинирования значений красного, зеленого и синего цветов.

В компьютерная графика и цифровая фотография, а растровая графика или же растровое изображение это матрица точек структура данных что представляет собой в целом прямоугольный сетка пиксели (точки цвет ), который можно просматривать через растровый отображать (монитор ), бумага, или другое средство отображения. Растровые изображения хранятся в файлы изображений с разными распространение, производство, поколение, и форматы приобретения.

В печать и допечатная подготовка отрасли знают растровую графику как Contones (от "непрерывный тона "). Противоположностью contones является "линейная работа", обычно реализуется как векторная графика в цифровых системах.[1]

А битовая карта представляет собой прямоугольную сетку пикселей, в которой цвет каждого пикселя определяется количеством битов.[2] Растровое изображение может быть создано для хранения в видеопамяти дисплея.[3] или как независимый от устройства файл растрового изображения.[2] Растр технически характеризуется шириной и высотой изображения в пикселях и количеством бит на пиксель.

Распространенные форматы пикселей: монохромный, серая шкала, палитра, и полноцветный, куда глубина цвета[2] определяет точность представленных цветов и цветовое пространство определяет диапазон цветового охвата (который часто меньше, чем полный диапазон человеческого цветовое зрение ). Цифровые изображения высокого разрешения место хранения интенсивный, особенно при большой глубине цвета. Большой CCD растровый датчик на Обсерватория Веры К. Рубин захватывает 3,2 гигапикселя в одно изображение (необработанное 6,4 ГБ), более шести цветовые каналы которые превышают спектральный диапазон цветового зрения человека. Во время производства растровое изображение может существовать с различными разрешениями и глубиной цвета по причинам хранения и управления полосой пропускания.

Транспонирование изображение для скрытой организации растров (относительно дорогостоящая операция для упакованных форматов с менее чем одним байтом на пиксель); составление дополнительная растровая линия отражение (почти бесплатно), до или после, составляет поворот изображения на 90 ° в одну или другую сторону.

Векторные изображения (штриховые работы) можно растеризованный (конвертируются в пиксели) и растровые изображения векторизованный (растровые изображения конвертируются в векторную графику) программно. В обоих случаях некоторая информация теряется, хотя некоторые операции векторизации могут воссоздать важную информацию, как в случае оптическое распознавание символов.

Рано механические телевизоры разработанная в 1920-х годах, использовала принципы растеризации. Электронное телевидение на основе электронно-лучевая трубка дисплеи растровый сканированный с горизонтальными растрами, нарисованными слева направо, и растровыми линиями, нарисованными сверху вниз (верхняя часть монитора компьютера обычно относится к пейзажу ориентация, а вершина распечатанная страница чаще всего относится к портретной ориентации; движение против течения требует поворота изображения). Слева-справа внутри верхнего-нижнего остается обычная организация пикселей в большинстве форматов файлов с растровыми изображениями и растеризация. отображать межкомпонентные соединения Такие как VGA и DVI.

Многие манипуляции с растрами напрямую отображаются на математические формализмы линейная алгебра, где математические объекты матрица структура имеют центральное значение.

Этимология

Слово «растр» происходит от латинского раструм (рейк), который получается из Radere (соскоблить). Это происходит из растровое сканирование из электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) видеомониторы, которые рисуют изображение построчно, управляя сфокусированным магнитом или электростатическим электронный луч.[4] По ассоциации он также может относиться к прямоугольной сетке пикселей. Слово раструм теперь используется для обозначения устройства для рисования линий нотоносца.

Приложения

Компьютерные дисплеи

Большинство современных компьютеров имеют растровые дисплеи, где каждый экранный пиксель напрямую соответствует небольшому количеству бит в памяти.[5] Экран обновляется простым сканированием пикселей и их раскраской в ​​соответствии с каждым набором битов. Процедура обновления, критичная по скорости, часто реализуется выделенной схемой, часто как часть графический процессор.

При таком подходе компьютер содержит область памяти, в которой хранятся все данные, которые должны отображаться. Центральный процессор записывает данные в эту область памяти, а видеоконтроллер собирает их оттуда. Биты данных, хранящиеся в этом блоке памяти, связаны с конечным шаблоном пикселей, который будет использоваться для построения изображения на дисплее.[6]

Ранний отсканированный дисплей с растровой компьютерной графикой был изобретен в конце 1960-х А. Майкл Нолл в Bell Labs,[7] но ее патентная заявка, поданная 5 февраля 1970 г., была отклонена в Верховном суде в 1977 г. по вопросу о патентоспособности компьютерного программного обеспечения.[8]

Хранение изображений

Использование растра для резюмирования точечного рисунка.

Большинство компьютерных изображений хранятся в форматы растровой графики или сжатые варианты, включая Гифка, JPEG, и PNG, которые популярны на Всемирная паутина.[2][9] А растровые данные структура основана на (обычно прямоугольной, квадратной основе) мозаика 2D самолет в клетки. В этом примере ячейки тесселяции A накладываются на точечный образец B, в результате чего получается массив C счетчиков квадрантов, представляющий количество точек в каждой ячейке. Для наглядности Справочная таблица был использован для раскрашивания каждой из ячеек на изображении D. Вот числа в виде простого вектора в порядке строки / столбца:

1 3 0 0 1 12 8 0 1 4 3 3 0 2 0 2 1 7 4 1 5 4 2 2 0 3 1 2 2 2 2 3 0 5 1 9 3 3 3 4 5 0 8 0 2 4 3 2 8 4 3 2 2 7 2 3 2 10 1 5 2 1 3 7

Наконец, вот закодированный по длине серий представление растра, имеющего 55 позиций:

значения: 1 3 0 1 12 8 0 1 4 3 ... длины: 1 1 2 1 1 1 1 1 1 2 ...

Этот процесс явно приводит к потеря информации, от реальных координаты точек, через подсчет целых ячеек, до порядковых цветов, но есть и выигрыши:


Трехмерный воксель растровая графика используется в видеоиграх, а также в медицинской визуализации, например МРТ сканеры.[10]

Географические информационные системы

ГИС данные обычно хранятся в растровом формате для кодирования географических данных в виде значений пикселей. Информация географической привязки также может быть связана с пикселями.

Разрешение

Дальнейшая информация: Разрешение изображения

Растровая графика зависит от разрешения, то есть она не может масштабироваться до произвольного разрешения без потеря видимого качества. Это свойство контрастирует с возможностями векторная графика, которые легко масштабируются до качества устройства рендеринг их. Растровая графика более практична, чем векторная графика с фотографиями и фотореалистичными изображениями, в то время как векторная графика часто лучше подходит для наборный или для графический дизайн. Современные компьютерные мониторы обычно отображают от 72 до 130 пикселей на дюйм (PPI), а некоторые современные потребительские принтеры могут разрешить 2400 точек на дюйм (DPI) или больше; Определение наиболее подходящего разрешения изображения для данного разрешения принтера может вызвать трудности, поскольку распечатанный результат может иметь более высокий уровень детализации, чем зритель может различить на мониторе. Обычно разрешение от 150 до 300 PPI подходит для 4-цветного процесса (CMYK ) печать.

Однако для технологий печати, которые выполняют смешивание цветов через дизеринг (полутон ), а не через надпечатка (практически все струйные и лазерные принтеры для дома / офиса), DPI принтера и PPI изображения имеют совсем другое значение, и это может вводить в заблуждение. Поскольку в процессе дизеринга принтер строит один пиксель изображения из нескольких точек принтера для увеличения глубина цвета, параметр DPI принтера должен быть установлен намного выше, чем желаемый PPI, чтобы обеспечить достаточную глубину цвета без ущерба для разрешения изображения. Таким образом, например, для печати изображения с разрешением 250 пикселей на дюйм может потребоваться настройка принтера на 1200 точек на дюйм.[11]

Редакторы растровых изображений

Редакторы изображений на основе растра, такие как PaintShop Pro, Corel Painter, Adobe Photoshop, Paint.NET, Microsoft Paint, и GIMP, вращаются вокруг редактирования пиксели в отличие от векторных редакторов изображений, таких как Xfig, CorelDRAW, Adobe Illustrator, или же Inkscape, которые вращаются вокруг редактирования линий и фигур (векторов ). Когда изображение визуализируется в редакторе растровых изображений, оно состоит из миллионов пикселей. По своей сути редактор растровых изображений работает, управляя каждым отдельным пикселем.[9] Наиболее[нужна цитата ] пиксельные редакторы изображений работают с Цветовая модель RGB, но некоторые также позволяют использовать другие цветовые модели, такие как Цветовая модель CMYK.[12]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «Патент US6469805 - Элементы управления пост-обработкой растровых изображений для цифровой печати цветных изображений». Google.nl. Получено 30 ноября 2014.
  2. ^ а б c d «Типы растровых изображений». Документы Microsoft. Microsoft. 29 марта 2017 г.. Получено 1 января 2019. Количество бит, выделенных отдельному пикселю, определяет количество цветов, которые могут быть назначены этому пикселю. Например, если каждый пиксель представлен 4 битами, то данному пикселю может быть назначен один из 16 разных цветов (2 ^ 4 = 16).
  3. ^ «Класс растрового изображения». Msdn.microsoft.com. Получено 30 ноября 2014.
  4. ^ Бах, Майкл; Мейген, Томас; Страсбургер, Ганс (1997). «Растровые электронно-лучевые трубки для исследования зрения - пределы разрешения в пространстве, времени и интенсивности и некоторые решения». Пространственное видение. 10 (4): 403–14. Дои:10.1163 / 156856897X00311. PMID  9176948.
  5. ^ "отображение растрового изображения из FOLDOC". Foldoc.org. Получено 30 ноября 2014.
  6. ^ Мюррей, Стивен. «Графические устройства». Компьютерные науки, отредактированный Роджером Р. Флинном, т. 2: Программное обеспечение и оборудование, Справочник Macmillan USA, 2002, стр. 81-83. Электронные книги Gale, https://link-gale-com.libaccess.lib.mcmaster.ca/apps/doc/CX3401200218/GVRL?u=ocul_mcmaster&sid=GVRL&xid=acaf5d43. По состоянию на 3 августа 2020 г.
  7. ^ Нолл, А. Майкл (март 1971 г.). "Компьютерная графика со сканированным экраном". Коммуникации ACM. 14 (3): 143–150. Дои:10.1145/362566.362567.
  8. ^ «Патенты». Noll.uscannenberg.org. Получено 30 ноября 2014.
  9. ^ а б «Растр против вектора». Векторные преобразования графики Гомеса. Получено 1 января 2019. Растровые изображения создаются с помощью программ, основанных на пикселях, или захватываются камерой или сканером. Обычно они чаще встречаются, например, jpg, gif, png, и широко используются в Интернете.
  10. ^ "ГЛАВА 1". Cis.rit.edu. Получено 30 ноября 2014.
  11. ^ Фултон, Уэйн (10 апреля 2010 г.). «Разрешение цветного принтера». Несколько советов по сканированию. Получено 21 августа, 2011.
  12. ^ «Основы печати: RGB против CMYK». Технологии HP. HP. 12 июн 2018. Получено 1 января 2019. Если люди собираются увидеть это на мониторе компьютера, выберите RGB. Если вы его распечатываете, используйте CMYK. (Совет: в Adobe® Photoshop® вы можете выбирать между цветовыми каналами RGB и CMYK, перейдя в меню «Изображение» и выбрав «Режим».)