Что такое битовая глубина: Photoshop: основные сведения об изображениях – Понятие битовой глубины в фотошопе

Пример бинарного изображения, записанного байтами, где 1 бит представляет 1 пиксель (двоичный, шестнадцатеричный, графический виды)
11111110 01111110 11000011 11000011 00011000 11110011 11111110 00011000 110110 11 11000011 00011000 11001111 11111110 01111110 11000011
FE 7E C3 C3 18 F3 FE 18 DB C3 18 CF FE 7E C3

Битовое изображение — бинарное изображение, для представления и хранения которого в цифровом виде используется битовая карта, где на каждый элемент изображения (пиксель) отводится 1 бит информации.

Благодаря наличию всего двух возможных значений пикселей («0» и «1») бинарные изображения, а однобитовые бинарные в ещё большей степени^[1]

Несжатое однобитовое изображение размером 640×480 пикселей имеет объём всего 37,5 Кбайт. Для сравнения, несжатое полноцветное растровое изображение того же размера с глубиной цвета 24 бит имеет объём 900 Кбайт.

Наиболее популярные алгоритмы сжатия бинарных изображений, используемые в различных форматах файлов, для хранения в оперативной памяти и для пересылки по компьютерным сетям и коммутируемым каналам связи^[2]:

Алгоритмы CCITT Group 3 и 4 (иногда называют Fax 3, Fax 4) предназначены для кодирования бинарных растровых изображений. Первоначально они были разработаны для сетей факсимильной связи. В настоящий момент также используются в полиграфии, системах цифровой картографии и географических информационных системах. Алгоритм Group 3 напоминает RLE, т. к. кодирует линейные последовательности пикселов, а Group 4 — двумерные поля пикселей.

Многие форматы растровой графики (BMP, GIF, PBM, PCX, TIFF…) поддерживают 1-битный режим кодирования изображения.

1. ↑ Методы сжатия данных. Устройство архиваторов, сжатие изображений и видео; Д. Ватолин, А. Ратушняк, М. Смирнов, В. Юкин; Диалог-МИФИ, 2003 г.; ISBN 5-86404-170-X
2. ↑ Working with GeoMedia Professional, Appendix E «Raster Information», Compression Techniques; DJA080791, SJ**690 (6.0)  (англ.)

Аудио битовая глубина • ru.knowledgr.com

В цифровой звукозаписи, используя модуляцию кодекса пульса (PCM), битовая глубина — число частей информации в каждом образце, и это непосредственно соответствует разрешению каждого образца. Примеры битовой глубины включают Цифровую звукозапись Компакт-диска, которая использует 16 битов за образец, и DVD-Audio и Диск blu-ray, который может поддержать до 24 битов за образец.

В основных внедрениях изменения в битовой глубине прежде всего затрагивают уровень шума от ошибки квантизации — таким образом отношение сигнал-шум (SNR) и динамический диапазон. Однако методы, такие как возбуждение, шумовое формирование и сверхвыборка смягчают эти эффекты, не изменяя битовую глубину. Битовая глубина также затрагивает размер файла и битрейт.

Битовая глубина только значащая в отношении цифрового сигнала PCM. У форматов Non-PCM, таких как форматы сжатия с потерями как MP3, AAC и Vorbis, нет связанных битовых глубин. Например, в MP3, квантизация выполнена на образцах PCM, которые были преобразованы в область частоты.

Двойная резолюция

Сигнал PCM — последовательность образцов цифровой звукозаписи, содержащих данные, предоставляющие необходимую информацию, чтобы восстановить оригинальный аналоговый сигнал. Каждый образец представляет амплитуду сигнала в отдельном моменте вовремя, и образцы однородно располагаются вовремя. Амплитуда — единственная информация, явно хранившая в образце, и это, как правило, хранится или как целое число или как число с плавающей запятой, закодированное как двоичное число с постоянным числом цифр: битовая глубина образца.

Разрешение двойных целых чисел увеличивается по экспоненте, как длина слова увеличивается. Добавление одного бита удваивает резолюцию, добавление два увеличивает его в четыре раза и так далее. Число возможных ценностей, которые могут быть представлены битовой глубиной целого числа, может быть вычислено при помощи 2, где n — битовая глубина. Таким образом у 16-битной системы есть разрешение 65 536 (2) возможные ценности.

Аудиоданные PCM, как правило, хранятся как подписанные числа в дополнительном формате two.

Плавающая запятая

Много аудио форматов файла и автоматизированных рабочих мест цифровой звукозаписи (ГАЛКИ) теперь поддерживают форматы PCM с образцами, представленными числами с плавающей запятой. И формат файла WAV и формат файла AIFF поддерживают плавающую запятую PCM и главные ГАЛКИ, такие как Про Инструменты, Причина и возможности обработки онлайн-поддержки с плавающей запятой Ableton.

В отличие от целых чисел, битовая комбинация которых — единственный ряд битов, число с плавающей запятой вместо этого составлено из отдельных областей, математическое отношение которых формирует число. Наиболее распространенный стандарт — плавающая запятая IEEE, которая составлена из трех битовых комбинаций: знак укусил, который представляет, положительное ли число или отрицательное, образец и мантисса, которая поднята образцом. Мантисса выражена, поскольку двоичная дробь в IEEE базирует два формата с плавающей запятой.

Квантизация

Битовая глубина ограничивает отношение сигнал-шум (SNR) восстановленного сигнала к максимальному уровню, определенному ошибкой квантизации. Битовая глубина не оказывает влияния на частотную характеристику, которая ограничена частотой дискретизации.

Шум квантизации — модель ошибки квантизации, введенной процессом выборки во время аналого-цифрового преобразования (ADC). Это — округляющаяся ошибка между напряжением аналогового входа к ADC, и продукция оцифровала стоимость. Шум нелинеен и зависим от сигнала.

В идеальном ADC, где ошибка квантизации однородно распределена между наименее значительным битом (LSB) и где у сигнала есть однородное распределение, покрывающее все уровни квантизации, сигнал к отношению шума квантизации (SQNR) может быть вычислен от

:

где Q — число битов квантизации, и результат измерен в децибелах (дБ).

24-битной цифровой звукозаписи есть теоретический максимальный SNR 144 дБ, по сравнению с 96 дБ для 16 битов; однако, технология конвертера цифровой звукозаписи ограничена SNR приблизительно 124 дБ (21 бит) из-за реальных ограничений в дизайне интегральной схемы. Однако, это приблизительно соответствует исполнению человеческой слуховой системы.

Разрешение образцов с плавающей запятой менее прямое, чем образцы целого числа, но выгода прибывает в увеличенную точность низких ценностей. В представлении с плавающей запятой пространство между любыми двумя смежными ценностями имеет ту же самую пропорцию как пространство между любыми другими двумя смежными ценностями, тогда как в представлении целого числа, пространство между смежными ценностями становится больше в пропорции к сигналам низкого уровня. Это значительно увеличивает SNR, потому что точность сигнала высокого уровня совпадет с точностью идентичного сигнала на более низком уровне.

Компромисс между плавающей запятой и целыми числами — то, что пространство между большими значениями с плавающей запятой больше, чем пространство между большими целочисленными значениями той же самой битовой глубины. Округление большого числа с плавающей запятой приводит к большей ошибке, чем округление маленького числа с плавающей запятой, тогда как округление числа целого числа будет всегда приводить к тому же самому уровню ошибки. Другими словами, целые числа имеют вокруг — от этого, однородно, всегда округляя LSB к 0 или 1, и у плавающей запятой есть SNR, который однороден, уровень шума квантизации всегда имеет определенную пропорцию к уровню сигнала. Уровень шума с плавающей запятой повысится, как сигнал повышается и падение, когда сигнал падает, приводя к слышимому различию, если битовая глубина достаточно низкая.

Аудио обработка

Большинство операций по обработке по цифровой звукозаписи включает requantization образцов, и таким образом вводит дополнительную ошибку округления, аналогичную оригинальной ошибке квантизации, введенной во время аналога цифровому преобразованию. Чтобы предотвратить округление ошибки, больше, чем неявная ошибка во время ADC, вычисления во время обработки должны быть выполнены в более высокой точности, чем входные образцы.

Операции по обработке цифрового сигнала (DSP) могут быть выполнены или в фиксированной точке или в точности с плавающей запятой. В любом случае точность каждой операции определена точностью операций по аппаратным средствам, используемых, чтобы выполнить каждый шаг обработки а не разрешения входных данных. Например, на x86 процессорах, операции с плавающей запятой выполнены в 32-или 64-битная точность и операции по фиксированной точке в 16-, 32-или 64-битная резолюция. Следовательно, вся обработка, выполненная на основанных на intel аппаратных средствах, будет выполнена в 16-, 32-или 64-битная точность целого числа, или 32-или 64-битная точность с плавающей запятой независимо от исходного формата. Однако, если память в большом почете, программное обеспечение все еще может произвести более низкую резолюцию 16-или 24-битное аудио после более высокой обработки точности.

Процессоры цифрового сигнала фиксированной точки часто поддерживают необычные размеры слова и точность, чтобы поддержать определенные резолюции сигнала. Например, Motorola 56000 DSP chip использует 24-битные размеры слова, 24-битные множители и 56-битные сумматоры, чтобы выступить умножаются — накапливают операции на двух 24-битных образцах без переполнения или округления. На устройствах, которые не поддерживают большие сумматоры, операции по фиксированной точке могут быть неявно округлены, уменьшив точность до ниже того из входных образцов.

Ошибки приходят к соглашению через многократные стадии DSP по уровню, который зависит от выполняемых операций. Для некоррелированых шагов обработки на аудиоданных без погашения DC ошибки, как предполагается, случайны со средним нолем. Под этим предположением стандартное отклонение распределения представляет ошибочный сигнал и ошибочные весы квантизации с квадратным корнем числа операций. Высокие уровни точности необходимы для алгоритмов, которые включают повторную обработку, такую как скручивание. Высокие уровни точности также необходимы в рекурсивных алгоритмах, таковы как фильтры бесконечного ответа импульса (IIR). В особом случае фильтров IIR, округляя ошибку может ухудшить частотную характеристику и вызвать нестабильность.

Озноб

Шум, введенный ошибкой квантизации, включая округление ошибок и потери точности, введенной во время аудио обработки, может быть смягчен, добавив небольшое количество случайного шума, названного ознобом, к сигналу перед квантованием. Возбуждение устраняет степень детализации ошибки квантизации, давая очень низкое искажение, но за счет немного поднятого уровня шума. Измеренная надбавка шума ITU-R 468 использования, это на приблизительно 66 дБ ниже уровня выравнивания, или на 84 дБ ниже цифрового полного масштаба, который несколько ниже, чем уровень шума микрофона на большинстве записей, и следовательно никакого последствия в 16-битном аудио (см. уровень Программы для больше на этом).

24-битное аудио не требует возбуждения, поскольку уровень шума цифрового конвертера всегда громче, чем необходимый уровень любого озноба, который мог бы быть применен. 24-битное аудио могло теоретически закодировать 144 дБ динамического диапазона, но основанный на спецификациях изготовителя никакие ADCs не существуют, который может обеспечить выше, чем ~125 дБ.

Озноб может также использоваться, чтобы увеличить эффективный динамический диапазон. Воспринятый динамический диапазон 16-битного аудио может составить целых 120 дБ с ознобом шумовой формы, использовав в своих интересах частотную характеристику человеческого уха.

Динамический диапазон

Динамический диапазон — различие между самым большим и самым маленьким сигналом, которого система может сделать запись или воспроизвести. Без озноба динамический диапазон коррелирует к уровню шума квантизации. Например, 16-битная резолюция целого числа допускает динамический диапазон приблизительно 96 дБ.

Используя более высокие битовые глубины во время студийной записи приспосабливает больший динамический диапазон. Если динамический диапазон сигнала ниже, чем позволенный битовой глубиной, у записи есть высота, и чем выше битовая глубина, тем больше высоты это доступно. Это снижает риск обрыва, не сталкиваясь с ошибками квантизации в низких объемах.

С надлежащим применением озноба цифровые системы могут воспроизвести сигналы с уровнями ниже, чем их решение обычно позволяло бы, расширяя эффективный динамический диапазон вне предела, наложенного резолюцией.

Использование методов, таких как сверхвыборка и шумовое формирование может далее расширить динамический диапазон выбранного аудио движущейся ошибкой квантизации из диапазона частот интереса.

Сверхвыборка

Сверхвыборка — альтернативный метод, чтобы увеличить динамический диапазон аудио PCM, не изменяя число битов за образец. В сверхвыборке аудиосэмплы приобретены в кратном числе желаемой частоты дискретизации. Поскольку ошибка квантизации, как предполагается, однородно распределена с частотой, большая часть ошибки квантизации перемещена к сверхзвуковым частотам и может быть удалена цифро-аналоговым преобразователем во время воспроизведения.

Для увеличения, эквивалентного n дополнительным частям резолюции, сигнал должен быть сверхвыбран

:

Например, 14-битный ADC может произвести 16-битный 48 кГц аудио, если управляется в 16x сверхвыборка, или 768 кГц. Сверхвыбранный PCM поэтому обменивает меньше битов за образец для большего количества образцов, чтобы получить ту же самую резолюцию.

Шумовое формирование

Сверхвыборка сигнала приводит к равному шуму квантизации за единицу полосы пропускания во всех частотах и динамическом диапазоне, который улучшается с только квадратным корнем отношения сверхвыборки. Шумовое формирование — техника, которая добавляет дополнительный шум в более высоких частотах, который уравновешивает некоторую ошибку в более низких частотах, приводящих к большему увеличению динамического диапазона, сверхпробуя. Для формирования шума энного заказа динамический диапазон сверхвыбранного сигнала улучшен дополнительным 6n дБ относительно сверхвыборки без шумового формирования. Например, для аналогового аудио на 20 кГц, выбранного в 4x сверхпробующий со вторым формированием шума заказа, динамический диапазон увеличен на 30 дБ. Поэтому у 16-битного сигнала, выбранного в 176 кГц, была бы равная резолюция как 21-битный сигнал выбранной в 44,1 кГц без шумового формирования.

Шумовое формирование обычно осуществляется с модуляцией сигмы дельты. Используя модуляцию сигмы дельты, Супер Аудио компакт-диск получает SNR на 120 дБ в звуковых частотах, используя 1-битное аудио с 64x сверхвыборка.

Заявления

Битовая глубина — фундаментальная собственность внедрений цифровой звукозаписи и есть множество ситуаций, где это — измерение.

Битрейт и размер файла

Битовая глубина затрагивает размер файла и битрейт. Битрейт относится на сумму данных, определенно биты, переданные или полученные в секунду.

См. также

• Измерения аудиосистемы

• Эффективное число битов

Примечания

Битовая глубина — Энциклопедия по экономике

Битовая глубина

Напомним, что битовая глубина цвета — это число битов, используемых для хранения цвета каждого пиксела.  [c.224]

Для раскрашивания растровых изображений с относительно малой битовой глубиной в компьютерной графике используются так называемые индексированные палитры, в которых каждому цвету соответствует свой номер от 1 до 256. В этом случае при сохранении сканированного изображения запоминается не только расположение каждого пиксела в сетке растра, но и номер его цвета в индексированной палитре.  [c.226]

Цифровые значения цвета. Для монохромных (черно-белых) изображений запись информации о цвете пиксела использует всего два значения 0 или 1 — один бит на пиксел. При 4-х битах на пиксел можно передать 16 значений цвета, при 8-ми — 256. Возможное количество значений цвета для одного пиксела называется глубиной цвета. Наиболее общеупотребительная глубина цвета — это 24-битовая непрерывная тоновая система. Она дает 16,7 млн цветов. 24-битовая цветовая система RGB отводит 8 бит под каждый из 3-х цветов красный, зеленый, синий. Цвета MYK используют 32 бита, по 8 бит на каждый цвет голубой, пурпурный, желтый, черный. Для печати все цвета должны быть переведены из системы RGB в систему MYK.  [c.70]

Смотреть страницы где упоминается термин Битовая глубина

Глубина цвета

*Bitdepth (глубина бита), или Colordepth (глубина цвета, в русском языке чаще используется именно это определение) —  количество бит, используемых для представления цвета при кодировании одного пикселя растровой графики или видеоизображения. Часто выражается единицей бит на пиксель (англ. bits per pixel, bpp). © Wikipedia

Что такое глубина цвета?

Компьютеры (и устройства, которые управляются встроенными компьютерами, такие как цифровые SLR-камеры) используют  двоичную систему исчисления. Двоичная нумерация состоит из двух цифр – 1 и 0 (в отличие от десятичной системы исчисления, включающей 10 цифр). Одна цифра в двоичной системе исчисления называется «бит» (англ. «bit», сокращенно от «binary digit», «двоичная цифра»).

Восьмибитное число в двоичной системе выглядит так: 10110001 (эквивалентно 177 в десятичной системе). Таблица ниже демонстрирует, как это работает.

Максимально возможное восьмибитное число – это 11111111 – или 255 в десятичном варианте. Это значимая цифра для фотографов, поскольку она возникает во многих программах для обработки изображений, а также в старых дисплеях.

Цифровая съемка

Каждый из миллионов пикселей на цифровой фотографии соответствует элементу (также называемому «пиксель», англ. «pixel») на сенсоре (сенсорная матрица) камеры. Эти элементы при попадании на них света  генерируют слабый электрический ток, измеряемый камерой и записывающийся в JPEG или RAW файл.

Файлы JPEG

Файлы JPEG записывают информацию о цвете и яркости для каждого пикселя тремя восьмиразрядными числами, по одному числу для красного, зеленого и синего каналов (эти цветовые каналы такие же, как те, что вы видите при построении цветовой гистограммы в Photoshop или на вашей камере).

Каждый восьмибитный канал записывает цвет по шкале 0-255, предоставляя теоретический максимум в 16,777,216 оттенках (256 x 256 x 256). Человеческий глаз может различать приблизительно около 10-12 миллионов цветов, так что это число обеспечивает более чем удовлетворительное количество информации для отображения любого объекта.

Этот градиент был сохранен в 24-битном файле (по 8 бит на каждый канал), что достаточно для передачи мягкой градации цветов.

Этот градиент был сохранен как 16-битный файл. Как вы можете видеть, 16 бит недостаточно для передачи мягкого градиента.

RAW файлы

RAW файлы присваивают больше бит каждому пикселю (большинство камер имеют 12 или 14-битные процессоры). Больше бит — больше числа, а, следовательно, больше тонов на каждый канал.

Это не приравнивается к большему количеству цветов – JPEG файлы уже могут записывать больше цветов, чем может воспринять человеческий глаз. Но каждый цвет сохраняется с гораздо более тонкой градацией тонов. В таком случае говорят, что изображение имеет большую глубину цвета. Таблица ниже иллюстрирует, как глубина бита приравнивается к количеству оттенков.

Обработка внутри камеры

Когда вы настраиваете  камеру на запись фотографий в режиме JPEG, внутренний процессор камеры считывает информацию, полученную от сенсора в момент, когда вы делаете снимок, обрабатывает ее в соответствии с параметрами, выставленными в меню камеры (баланс белого, контраст, насыщенность цвета и т.д.), и записывает ее как 8-битный JPEG файл. Вся дополнительная информация, полученная сенсором, отбрасывается и теряется навсегда. В итоге, вы используете лишь 8 бит из 12 или 14 возможных, которые сенсор способен зафиксировать.

Постобработка

RAW файл отличается от JPEG тем, что содержит все данные, зафиксированные сенсором камеры за период экспонирования. Когда вы обрабатываете RAW файл, используя программное обеспечение для конвертации RAW, программа осуществляет преобразования, аналогичные тем, что производит внутренний процессор камеры, когда вы снимаете в JPEG. Различие состоит в том, что вы выставляете параметры внутри используемой программы, а те, что выставлены в меню камеры, игнорируются.

Выгода от дополнительной глубины бита RAW файла становится очевидной при постобработке. JPEG файл стоит использовать, если вы не собираетесь делать какую-либо постобработку и вам достаточно выставить экспозицию и все другие настройки во время съемки.

Однако, в реальности большинство из нас хочет внести хотя бы несколько исправлений, если это даже просто яркость и контраст. И это именно тот момент, когда  JPEG файлы начинают уступать. С меньшим количеством информации на пиксель, когда вы проводите корректировку яркости, контраста или цветового баланса, оттенки могут визуально разделиться.

Результат наиболее очевиден в областях плавного и продолжительного перехода оттенков, таких как на голубом небе. Вместо мягкого градиента от светлого к темному, вы увидите расслоение на цветовые полосы. Этот эффект также известен как постеризация (англ. «posterisation»). Чем больше вы корректируете, тем сильнее он проявляется на изображении.

С файлом RAW, вы можете вносить гораздо более сильные изменения в оттенок цвета,  яркость и контраст до того, как вы увидите снижение качества изображения. Это также позволяют сделать некоторые функции RAW-конвертера, такие как настройка баланса белого и восстановление «пересвеченных» областей (highlight recovery).

Это фото получено из JPEG файла. Даже при таком размере видны полосы в небе как результат постобработки.

При тщательном рассмотрении на небе виден эффект постеризации. Работа с 16-битным TIFF файлом может ликвидировать, или по крайней мере минимизировать, эффект полос.

16-битные TIFFфайлы

Когда вы обрабатываете RAW файл, ваше программное обеспечение предоставляет вам опцию по сохранению его как 8 или 16-битного файла. Если вы довольны обработкой и не хотите вносить еще какие-либо изменения, вы можете сохранить его как 8-битный файл. Вы не заметите никаких различий между файлом 8 бит и 16 бит на вашем мониторе или когда вы распечатаете изображение. Исключение – тот случай, когда у вас есть принтер, распознающий 16-битные файлы. В этом случае, из файла 16 бит вы можете получить лучший результат.

Однако если вы планируете осуществлять постобработку в Photoshop, тогда рекомендуется сохранять изображение как 16-битный файл. В этом случае изображение, полученное из 12 или 14-битного сенсора, будет «растянуто», чтобы заполнить 16-битный файл. После этого вы можете поработать над ним в Photoshop, зная, что дополнительная глубина цвета поможет вам достичь максимального качества.

Опять же, когда вы завершили процесс обработки, вы можете сохранить файл как 8-битный файл. Журналы, издатели книг и стоки (и практически любой клиент, покупающий фотографии), требуют 8-битные изображения. Файлы 16 бит могут потребоваться, только если вы (или кто-то другой) намереваетесь редактировать файл.

Это изображение, которое я получил, используя настройку RAW+JPEG на камере EOS 350D. Камера сохранила две версии файла – JPEG, обработанный процессором камеры, и RAW файл, содержащий всю информацию, записанную 12-битным сенсором камеры.

Здесь вы видите сравнение правого верхнего угла обработанного JPEG файла и RAW файла. Оба файла были созданы камерой с одной и той же настройкой экспозиции, и единственное различие между ними – это глубина цвета. Я смог «вытянуть» не различимые в JPEG «пересвеченные» детали в RAW файле. Если бы я хотел поработать над этим изображением дальше в Photoshop, я мог бы сохранить его как 16-битный файл TIFF, чтобы обеспечить максимально возможное качество изображения в течение процесса обработки.

Почему фотографы используют JPEG?

То, что не все профессиональные фотографы используют формат RAW все время, еще ничего не значит. Как свадебные, так и спортивные фотографы, например, зачастую работают именно с форматом JPEG.

Для свадебных фотографов, которые могут снять тысячи снимков на свадьбе, это экономит время на последующей обработке.

Спортивные фотографы используют JPEG файлы для того, чтобы иметь возможность отсылать фотографии своим графическим редакторам в течение мероприятия. В обоих случаях скорость, эффективность и меньший размер файлов формата JPEG делает использование этого типа файлов логичным.

Глубина цвета на компьютерных экранах

Глубина бита также относится к глубине цвета, которую компьютерные мониторы способны отображать. Читателю, использующему современные дисплеи, возможно, тяжело будет в это поверить, но компьютеры, которыми я пользовался в школе, могли воспроизводить только 2 цвета – белый и черный. «Must-have» компьютер того времени — Commodore 64, способный воспроизводить аж 16 цветов. В соответствии с информацией из «Википедии», было продано более 12 единиц этого компьютера.

Компьютер Commodore 64. Автор фотографии Билл Бертрам (Bill Bertram)

Несомненно, вы не сможете редактировать фотографии на машине с 16 цветами (64 Кб оперативной памяти в любом случае больше не потянут), и изобретение 24-битных  дисплеев с реалистичным цветовоспроизведением  — одна из вещей, которые сделали цифровую фотографию возможной. Дисплеи с реалистичным цветовоспроизведением, как и файлы JPEG, формируются при помощи трех цветов (красного, зеленого и синего),  каждый с 256 оттенками, записанными в 8-битную цифру.  Большинство современных мониторов используют либо 24-битные, либо 32-битные  графические устройства с реалистичным цветовоспроизведением.

Файлы HDR

Многие из вас знают, что изображения с расширенным динамическим диапазоном (HDR) создаются путем комбинирования нескольких версий одного и того же изображения, снятого с разными настройками экспозиции. Но знаете ли вы, что программное обеспечение формирует 32-битное изображение с более чем 4 миллиардами тональных значений на каждый канал на пиксель —  просто скачок по сравнению с 256 оттенками в файле JPEG.

Настоящие HDR файлы не могут быть корректно отображены на компьютерном мониторе или распечатанной странице.  Вместо этого они урезаются до 8 или 16-битных файлов при помощи процесса, называемого тональная компрессия (англ. «tone-mapping»), который сохраняет характеристики оригинального изображения с расширенным динамическим диапазоном, но позволяет воспроизвести его на устройствах с узким динамическим диапазоном.

Заключение

Пиксели и биты – основные элементы для построения цифрового изображения. Если вы хотите получить максимально хорошее качество снимка на вашей камере, необходимо понимать концепцию глубины цвета и причины, по которым формат RAW позволяет получить изображение лучшего качества.

Автор статьи: Andrew Gibson

Что такое глубина цвета в фотографии

Для цифровой фотографии одним из важнейших параметров является глубина цвета. Ее часто называют и глубиной пикселя, или битовым разрешением. Под этим термином подразумевается величина, которая характеризует количество бит информации, содержащейся в пикселе картинки. Т.е. это количество оттенков, соответствующих каждому пикселю изображения.

Возьмем изображение с глубиной цвета 1 бит, в нем будут только два цвета, белый и черный. В изображении в 2 бита будет четыре оттенка: черный, белый, два оттенка серого. Белый и черный цвета всегда присутствуют в изображении, независимо от глубины цвета. Если глубина цвета увеличивается на единицу, число оттенков удваивается. Чем большую глубину цвета поддерживает фотоаппарат, тем больше оттенков доступно для каждого пикселя изображения. Другими словами, чем больше битовая глубина, тем точнее и детальнее само изображение.

Какая бывает глубина цвета изображений?

Глубина пикселя может варьироваться от 1 до 48 битов. С битовой глубиной пикселя = 1 возможно лишь 2 цвета (белый и черный) и 21 допустимое состояние. Если глубина пикселя будет равна 8, то возможных состояний будет уже больше на 7, а количество оттенков – 256.

С большей глубиной цвета (36 или 48 битов) позволяют снимать в формате RAW профессиональные фотокамеры. Иногда именно поэтому многие фотографы предпочитают делать снимки именно а RAW.

Но наиболее распространенным показателем глубины цвета является все же 24 бита – это стандартные фотоснимки обычных фотоаппаратов в формате JPG, они вполне передают все детали и нюансы изображения. Недаром 24-битные изображения имеют название «TruColor», т.е. «настоящий цвет».

Существуют также 16 битные фотографии. Их еще называют «HighColor». Они передают оттенки, к которым наиболее восприимчив глаз человека.

На что влияет глубина цвета?

Во-первых, как понятно из вышесказанного, от глубины цвета зависит качество цветопередачи и, соответственно, качество самой фотографии. Оптимальным показателем глубины цвета является 24 бита, которого и придерживается большинство обычных фотографов.

Во-вторых, нужно помнить, что объем файла с изображением во многом зависит как от размеров картинки, так и от глубины цвета. Чем больше битовое разрешение изображения, тем больше будет объем его файла и его вес. Следовательно, нужно заранее подумать об обеспечении фотоаппарата картой памяти достаточного объема.

Почему 8-битные изображения выглядят так же, как 16-битные?

При преобразовании 16-битного изображения в 8-битное вы не увидите разницы. Тогда зачем использовать 16-бит? Всё дело в плавности редактирования. При работе с кривыми или другими инструментами вы получите больше шагов коррекции тонов и цветов. Переходы будут плавней в 16 бит. Поэтому, даже если разница не может быть изначально заметна, переход к меньшей битовой глубине цвета может стать серьезной проблемой позже, при редактировании изображения.

Глубина цвета — это что такое в компьютерной графике? :: SYL.ru

Битовая глубина, или глубина цвета — это количество бит, используемых для указания цвета одного пикселя в растровом изображении или буфере кадра видео. Также этим понятием часто обозначается количество бит, используемых для каждого цветного компонента одного пикселя. Глубина двоичных знаков определяет количество уникальных цветов в палитре изображения с точки зрения количества 0 и 1 или “бит”, которые используются для указания каждого цвета.

Что такое битовая глубина

Глубина цвета — это количество двоичных знаков, используемых для хранения одного пикселя экрана. Другими словами, это количество различных цветов, которые могут быть представлены аппаратным или программным обеспечением. Но это не означает, что изображение обязательно использует все цвета. Когда речь идет о пикселе, понятие глубина цвета — это то, что может быть определено как бит на пиксель (bpp). Он определяет количество используемых двоичных знаков для одного пикселя. Тогда глубина цвета изображения относится к числу бит на пиксель на мониторе компьютера для представления определенного цвета.

Количество уникальных оттенков

Когда речь идет о цветовом компоненте, понятие может означать количество двоичных знаков на компонент — бит на канал или на цвет. Глубина цвета с большим значением может указывать на передачу цвета с таким высоким уровнем точности. В качестве альтернативы ее также называют пиксельной глубиной.

Изображения с более высокой битовой глубиной могут кодировать больше оттенков или цветов, поскольку имеется больше комбинаций 0 и 1. Глубина цветов — это количество таких комбинаций. Чем больше бит на пиксель, тем лучше цветопередача и качество монитора. Пространственное разрешение экрана монитора можно вычислить по следующей формуле: произведение количества строк изображения на общую сумму точек в строке.

Разрешение экрана и пиксельная глубина

Понятия количества цветов и глубины цвета связаны с понятием разрешения монитора. Монитор может отображать графику в различном качестве. Глубина цвета и разрешение характеризуют качество изображения.

Среди самых распространенных разрешений — 800 x 600, 1024 x 768, 1280 x 1024 пикселей на дюйм. Режим экрана и глубина цвета также зависят друг от друга. Зная один из параметров, можно рассчитать другой. Для изображения в градациях серого глубина бит определяет количество уникальных оттенков. Количество отображаемых цветов меняется в широком диапазоне. На современных мониторах и дисплеях глубина цвета — это параметр, который может принимать значение от 256 при глубине 8 бит до более чем 16 миллионов при глубине в 24.

Основные цвета и их кодирование

Каждый цветной пиксель в цифровом изображении создается с помощью комбинации трех основных цветов: красного, зеленого и синего. Каждый основной цвет часто называют цветовым каналом. Он может иметь любой диапазон значений интенсивности, заданных его глубиной бита. Глубина бит для каждого основного цвета называется битами на канал. Бит на пиксель (bpp) относится к сумме двоичных знаков во всех трех цветовых каналах и представляет общие цвета, доступные на каждом пикселе. Часто возникает путаница с цветными изображениями, и может быть непонятно, относится ли размещенный номер к битам на пиксель или на канал. Использование bpp в качестве суффикса помогает различать эти два термина.

Примеры глубины цвета точки

У большинства цветных изображений с цифровых камер битовая глубина составляет 8 двоичных знаков на канал. Поэтому они могут использовать в общей сложности восемь 0 и 1. Глубина цвета и количество цветов при этом составляют 28 или 256 различных комбинаций, либо 256 различных значений интенсивности для каждого основного цвета. Когда все три основных цвета объединены в каждом пикселе, это позволяет использовать до 16 777 216 разных цветов, или “истинный цвет”. Такая глубина называется 24-битной, поскольку каждый пиксель состоит из трех каналов с глубиной цвета 8 бит. Количество цветов, доступных для любого X-битового изображения, равно 2X, если X относится к битам на пиксель, и 23X, если X относится к битам на канал.

Визуализация битовой глубины

Человеческий глаз может различать только около 10 миллионов разных цветов. Поэтому сохранение изображения, где глубина цвета — более 24 бит, является чрезмерным, если единственная цель — это обычный просмотр. С другой стороны, изображения с более чем 24 bpp все еще весьма полезны, поскольку они лучше сохраняются при пост-обработке. Потому этот параметр может быть полезен для фотографов. Цветные градации и палитру глубины цвета в изображениях с менее чем 8 бит на цветовой канал можно четко увидеть на гистограмме изображения. Доступные настройки битовой глубины зависят от типа файла. Стандартные файлы JPEG и TIFF могут использовать только 8 и 16 бит на канал соответственно.

Цветовая точность и гамма

Глубина цвета — это только один из аспектов цветового представления, определяющий, как можно выразить тонкие уровни цвета. Другим аспектом является то, как может быть выражен широкий диапазон цветов или гамма. Определение как цветовой точности, так и гаммы выполняется с помощью спецификации кодирования цвета, которая присваивает значение цифрового кода местоположению в цветовом пространстве.

Отличие графических чипов в системах VGA и Macintosh

Старые графические чипы, особенно те, которые используются в домашних компьютерах и игровых консолях, часто умеют применять другую палитру, чтобы увеличить максимальное количество одновременно отображаемых цветов. При этом использование памяти сводится к минимуму. Это важно для первых компьютеров, где память была дорогостоящей и не слишком большого объема. В то время как лучшие системы VGA предлагали только 18-битную палитру, из которой можно было выбирать цвета, все цветное видеооборудование Macintosh предоставляло 24-битную. Такие палитры были универсальными и могли применяться в любых последних аппаратных или файловых форматах.

Direct color

Если пиксели содержат более 12 бит, для типичных размеров экрана и глубины палитры индексированная палитра занимает больше памяти, чем пиксели, поэтому некоторые системы стараются напрямую указывать цвет непосредственно в пикселе. Например, 8-битный цвет — очень ограниченная, но истинная прямая цветовая система. Для каждого из компонентов R (красного цвета и G (зеленого цвета) есть 3 бита, 8 возможных уровней. При этом два оставшихся бита в байтовом пикселе — компонент B (синий цвет), занимающий четыре уровня, что позволяет использовать 256 разных цветов. Здоровый человеческий глаз менее чувствителен к синему компоненту, чем к красному или зеленому, потому что две трети рецепторов глаза обрабатывают более длинные волны. Поэтому он назначается на один двоичный знак меньше, чем остальные. 8-битный цвет можно перепутать с индексированной глубиной цвета 8bpp. Но этот параметр тоже можно моделировать в таких системах, выбирая подходящую таблицу.

High color

Высококачественная цветопередача, или режим High color, поддерживает 15/16-бит для трех цветов в системе RGB. В 16-битном цвете могут быть 4 бита, то есть 16 возможных уровней для каждого из компонентов R, G и B. А также дополнительно 4 двоичных знака для параметра «альфа», обозначающего прозрачность, что позволяет использовать 4 096 различных цветов с 16 уровнями прозрачности. В последнее время термин используется для обозначения глубин цвета, превышающих 24 бит. Он был разработан для представления и передачи “реальных” оттенков, которые воспринимаются человеческим глазом. Почти все наименее дорогие ЖК-дисплеи обеспечивают 18-битный цвет для достижения быстрого времени перехода по цвету и используют либо сглаживание, либо регулировку частоты кадров, чтобы приблизиться к 24-битной цветопередаче или полностью отбросить 6 бит информации о цвете. Более дорогие ЖК-дисплеи могут отображать 24-битную или большую глубину цвета.

True color

Цветопередача в 24 бита почти всегда использует 8 бит каждого из R, G, B. По состоянию на 2018 год 24-битная глубина цвета используется практически для всех компьютеров и телефонов, а также для большинства форматов хранения изображений. Почти во всех случаях, когда 32 бит на пиксель означают, что 24 используются для цвета, остальные 8 являются альфа-каналами или не используются. 224 дает 16 777 216 вариаций цвета.

Особенности человеческого восприятия цвета

Человеческий глаз может различать до десяти миллионов цветов, и поскольку гамма дисплея меньше, чем диапазон человеческого зрения, это означает, что этот диапазон содержит больше оттенков, чем может быть воспринято человеком. Однако дисплеи неравномерно распределяют цвета в пространстве для облегчения восприятия человеком, поэтому люди могут видеть изменения между соседними цветами в цветовой гамме. Монохроматические изображения устанавливают все три канала на одно и то же значение. В результате получается всего 256 различных цветов и, следовательно, более заметная полоса различия. Некоторое программное обеспечение пытается сгладить уровень серого в цветовых каналах, чтобы увеличить его, хотя в современном программном обеспечении это гораздо больше используется для субпиксельной визуализации. Она позволяет увеличить разрешение пространства на ЖК-экранах, где цвета имеют несколько разные позиции.

Deep color

Стандарты DVD-Video и Blu-ray Disc поддерживают бит глубиной 8 бит на цвет в YCbCr с подвыборкой цветности 4:2:0. Системы Macintosh относятся к 24-битовому цвету как к «миллионам цветов». Он также часто используется для обозначения всех глубин цвета, больших или равных 24. Глубокий цвет, или Deep color, состоит из миллиарда или более цветов. Используются глубины цвета 30, 36 и 48 бит на пиксель, также называемые 10, 12 или 16 бит на канал.

Использование глубины цвета в различных системах

Некоторые системы SGI имели 10 или более бит для видеосигнала и могли быть настроены для интерпретации данных, хранящихся таким образом для отображения. Часто для них добавляется альфа-канал того же размера, в результате получается 40, 48 или 64 бит для каждого пикселя. Некоторые более ранние системы размещали три 10-битных канала в 32-битном слове, причем 2 бита не использовались или использовались как 4-уровневый альфа-канал. Формат файла Cineon, который был популярен для движущихся изображений, использовал эту глубину цвета. Цифровые камеры могли производить 10 или 12 бит на канал в своих исходных данных, а 16 бит — это наименьшая адресуемая единица, которая позволяла бы обрабатывать данные.

Видеокарты с 10 бит на компонент начали выходить на рынок в конце 1990-х годов. Эти системы не использовали 16 бит для высокого динамического диапазона, а некоторые присваивают почти мистические возможности 16 битам, которые на самом деле не верны. Программное обеспечение для редактирования изображений, такое как Photoshop, начало использовать 16 бит на канал достаточно рано. Основная цель этого заключалась в том, чтобы уменьшить квантование промежуточных результатов. Если операция была разделена на 4, а затем умножена на 4, она потеряла бы нижние 2 бита 8-битных данных, но если использовались 16 бит, она не потеряла бы ни одного из 8-битных данных. В 2008 Microsoft объявила о том, что в Windows 7 поддерживаются цвета глубиной 30 бит и 48 бит, а также широкая цветовая гамма scRGB.

Доказано, поскольку люди в основном являются трихроматами, хотя существуют тетрахроматы, воспринимающие не три основных цвета, а четыре. Для хранения и работы с изображениями можно использовать «мнимые» основные цвета, но обычно их количество составляет три, как в системе RGB.