5.1. Понятие о растровом изображении

Определения и обозначения

Растровое изображение — изображение, состоящее из множества отдельных точек — пикселей. Их цвета складываются в картинку, поэтому компьютер может хранить фотографию как набор значений для каждой точки. Это понятие помогает представить, из чего состоит изображение на экране.

Пиксель — минимальный элемент растрового изображения, имеющий определённый цвет. Сам по себе он не является маленькой картинкой: это одна точка в общей сетке. Понятие пикселя нужно, чтобы описывать устройство изображения и считать, сколько точек в нём содержится.

Размер изображения в пикселях — количество пикселей по горизонтали и вертикали, например 800 × 600. Первое число показывает ширину сетки, второе — её высоту. Эта запись позволяет сравнивать изображения и находить общее число точек, не зная, какого они размера на бумаге или экране.

Глубина цвета — количество бит, используемое для кодирования цвета одного пикселя. Бит — единица компьютерной информации, принимающая значение 0 или 1. Глубина цвета показывает, сколько цветовых вариантов доступно точке, и помогает оценить данные, необходимые для хранения картинки.

Как это устроено

Компьютер представляет растровую картинку как прямоугольную сетку: точки выстроены в строки и столбцы. Такая форма удобна, потому что для каждой точки можно определить место по горизонтали и вертикали. Поэтому изображение можно описать набором пикселей, расположенных в установленном порядке, а не просто расплывчатым пятном.

Цвет задаётся отдельно для каждого пикселя: например, одной точке назначается красный, другой — синий. На близком расстоянии глаз обычно не рассматривает каждую точку по отдельности, а объединяет их в общий рисунок. Именно поэтому много небольших цветных элементов могут восприниматься как цельная фотография или значок.

Количество точек по горизонтали и вертикали определяет размер сетки. Чтобы узнать общее количество пикселей, нужно перемножить эти числа: например, сетка 10 × 8 содержит 80 точек. Чем больше пикселей, тем больше значений цвета нужно сохранить, поэтому растёт объём данных; физический размер картинки при этом зависит ещё и от масштаба отображения.

При увеличении растровой картинки каждый исходный пиксель занимает на экране больше места. Это происходит потому, что программа растягивает уже существующую сетку, а не получает сведения о новых деталях. В результате отдельные точки легче различить, а границы предметов могут казаться неровными или размытыми.

Глубина цвета определяет, сколько бит отводится каждой точке. Если на пиксель выделено n бит, можно закодировать 2ⁿ различных значений: например, 1 бит даёт два варианта. При одинаковом числе пикселей большая глубина позволяет задавать больше оттенков, но требует больше данных для хранения. Для простой оценки объёма число пикселей умножают на число бит на пиксель, не учитывая дополнительные сведения.

Основные характеристики растрового изображения

Сначала найдите в таблице характеристику, о которой спрашивают, затем прочитайте, что она показывает. Последний столбец помогает увидеть её последствия для картинки или хранения. Например, глубина цвета влияет не на число точек, а на количество цветовых значений и объём данных.

Разбор задач

Задача 1

Условие. На условной сетке изображено простое двухцветное изображение. Нужно определить, из каких элементов оно состоит и какому цвету соответствует выбранный пиксель. Считать точку частью отдельной маленькой картинки не нужно: рассматриваем её место в общей сетке.

1. Представим рисунок как прямоугольную сетку из точек, расположенных в строках и столбцах.
2. Каждая клетка сетки соответствует одному пикселю, которому назначен один из двух цветов.
3. Чтобы определить цвет выбранного пикселя, посмотрим на эту клетку на условной сетке и сопоставим её заливку с обозначениями цветов.

Ответ. Изображение состоит из отдельных пикселей. Цвет выбранного пикселя — тот, которым закрашена соответствующая клетка на сетке; без самой сетки назвать его точнее нельзя.

Задача 2

Условие. Изображение имеет размер 10 × 8 пикселей. Требуется определить общее число точек. Первое число обозначает количество пикселей по горизонтали, второе — по вертикали.

1. Запишем, сколько точек помещается в одной строке: 10.
2. Умножим количество точек в строке на число строк: 10 × 8 = 80.
3. Проверим смысл результата: для каждой из 8 строк есть по 10 пикселей, поэтому всего получается 80 точек.

Ответ. В изображении 80 пикселей.

Задача 3

Условие. Два изображения имеют одинаковые размеры в пикселях, но разную глубину цвета. Нужно сравнить число возможных цветов и объём данных для хранения, не учитывая дополнительные сведения. Для определённости возьмём изображения 10 × 8 пикселей с глубиной 1 бит и 2 бита на пиксель.

1. Найдём число точек: 10 × 8 = 80 пикселей в каждом изображении.
2. При 1 бите доступны 2¹ = 2 цветовых значения, а при 2 битах — 2² = 4.
3. Оценим данные: 80 × 1 = 80 бит для первого изображения и 80 × 2 = 160 бит для второго.
4. Сравним результаты: при равном числе пикселей увеличение глубины вдвое удваивает объём данных, а доступных значений цвета становится больше.

Ответ. Изображение с глубиной 2 бита допускает 4 цвета вместо 2 и требует 160 бит вместо 80 бит. Пример показывает связь глубины цвета с палитрой и объёмом данных.

Типичные ошибки

Ошибка — считать пиксель самостоятельной маленькой картинкой. Пиксель только задаёт точку и её цвет внутри общего изображения, а не имеет собственный сюжет или набор точек. Так думают, потому что при сильном увеличении точка может выглядеть как цветной квадратик. Проверьте себя: один пиксель занимает одно место в сетке и имеет один заданный цвет.

Ошибка — путать размер в пикселях с физическими размерами на экране или бумаге. Запись 800 × 600 сообщает число точек по двум направлениям, но не указывает, сколько сантиметров займёт картинка. Путаница возникает из-за слова «размер». Чтобы проверить себя, спросите: указаны ли единицы длины или только количество пикселей?

Ошибка — думать, что увеличение числа пикселей обязательно делает изображение физически больше. Само количество точек задаёт размер сетки, а то, насколько крупно она показана, зависит от масштаба отображения. Смешать эти вещи легко, если не разделять устройство файла и его вид на экране. Проверьте себя: может ли картинка с тем же числом пикселей отображаться в другом масштабе? Может.

Ошибка — ждать, что при увеличении появятся новые детали. Увеличение делает исходные пиксели крупнее, но не добавляет информацию, которой не было в сетке. Так кажется, потому что картинка становится больше, однако увеличение размера показа не равнозначно улучшению изображения. Проверьте себя: если раньше деталь не различалась, откуда программе взять данные, чтобы её восстановить?

Связь с другими темами

Для понимания растровых изображений пригодятся знания о том, как компьютер хранит и обрабатывает информацию: цвет точки тоже записывается в виде данных. Умение умножать натуральные числа помогает находить общее количество пикселей по ширине и высоте сетки. Пиксели встречаются в графических редакторах и при сканировании, где изображение переводят в цифровой вид. А глубина цвета связывает эту тему с двоичным кодированием и расчётом объёма компьютерной информации.

Что запомнить

• Растровое изображение состоит из пикселей.
• Каждый пиксель имеет определённый цвет.
• Пиксели расположены в строках и столбцах.
• Размер изображения в пикселях задают ширина и высота сетки.
• Глубина цвета определяет, сколько бит отводится на цвет пикселя.
• При увеличении растрового изображения могут стать заметны отдельные пиксели.