"Информатика. Учебное пособие для учреждений общего среднего образования с русским языком обучения", Н. П. Макарова А. И. Лапо Е. Н. Войтехович
Растровое изображение — это сетка цветных точек, из которых складываются фотографии, рисунки и другие картинки. Каждая точка называется пикселем и занимает своё место в строке и столбце. Чтобы описать изображение, указывают его размер в пикселях и глубину цвета. Эти характеристики помогают понять, насколько детальной может быть картинка, сколько цветов она передаёт и сколько места потребуется для её хранения.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Растровое изображение — изображение, состоящее из множества отдельных точек, расположенных по строкам и столбцам. Его удобно представить как прямоугольную сетку, в которой каждая точка вносит часть общей картинки. Такое представление используют, например, для фотографий и рисунков. Оно позволяет компьютеру хранить цвет каждой точки отдельно.
Пиксель — наименьший элемент растрового изображения, которому задаётся определённый цвет. Название происходит от слов, связанных с изображением и элементом. У пикселя есть место в сетке и свой цвет, поэтому компьютеру понятно, где его показать. Понятие пикселя нужно, чтобы описывать состав изображения и считать его элементы.
Размер изображения — количество пикселей по горизонтали и вертикали. Его записывают, например, как 800 × 600 пикселей: первое число показывает ширину в точках, второе — высоту. По этим числам можно узнать, сколько точек составляет изображение в целом. Это характеристика цифровой картинки, а не её длины в сантиметрах.
Глубина цвета — количество битов, используемых для хранения цвета одного пикселя. Бит — единица информации, которая может принимать одно из двух значений: 0 или 1. Чем больше битов отведено пикселю, тем больше вариантов цвета можно закодировать. Эта характеристика помогает понять, насколько разнообразной по цветам может быть картинка и сколько данных нужно для её хранения.
Растровое изображение получают, представляя картинку как прямоугольную сетку пикселей. Каждому пикселю задают место в сетке и цвет, потому что компьютеру нужно хранить не расплывчатый образ, а конкретные данные. Когда точек много и они расположены рядом, глаз воспринимает их как цельную картинку. Если же рассматривать точки по отдельности, можно увидеть, из каких частей изображение составлено.
Число строк и столбцов задаёт размер изображения в пикселях, а общее количество точек находят умножением этих чисел. Например, если в каждой строке 20 пикселей, а строк 15, то всего их 20 · 15 = 300. Умножение подходит потому, что в каждой строке одинаковое количество точек. Так можно оценить, сколько отдельных элементов содержит вся сетка.
Цвет пикселя компьютер хранит как двоичное число, то есть набор нулей и единиц. При глубине цвета n бит можно составить 2ⁿ разных сочетаний, поэтому и число возможных цветов равно 2ⁿ. Например, четыре бита дают 2⁴ = 16 сочетаний. Степень показывает, что каждый дополнительный бит удваивает число вариантов, а не просто прибавляет к нему два.
Чем больше пикселей в изображении и чем больше бит выделено на цвет каждого из них, тем больше данных нужно сохранить. Для оценки объёма без сжатия перемножают количество пикселей и глубину цвета: так получают число битов. Чтобы выразить результат в байтах, его делят на 8, поскольку в одном байте восемь битов. Это простая оценка: реальный файл может занимать больше или меньше места из-за дополнительных данных и сжатия.
При увеличении растрового изображения на экране становится заметнее его сетка. Причина в том, что программа растягивает имеющиеся точки на большую площадь, а новых деталей в исходной картинке нет. Поэтому края могут выглядеть ступенчатыми, а изображение — зернистым или размытым. Чем меньше исходное число пикселей, тем скорее этот эффект проявится при сильном увеличении.
| Характеристика | Что показывает | Как влияет на изображение |
|---|---|---|
| Размер в пикселях | Число точек по горизонтали и вертикали | Задаёт число элементов сетки и влияет на возможность показать мелкие детали |
| Глубина цвета | Сколько битов хранит цвет одного пикселя | Определяет число доступных цветов |
| Количество пикселей | Общее число точек в изображении | Показывает, сколько элементов нужно хранить и обрабатывать |
| Объём данных без сжатия | Оценку числа битов или байтов для хранения | Помогает оценить, сколько места займёт изображение |
| Увеличение изображения | Изменение его отображаемого масштаба | Может сделать пиксели заметными и ухудшить вид картинки |
Сначала найдите в таблице характеристику, которую нужно оценить, а затем посмотрите, что именно она показывает. Размер в пикселях и количество пикселей связаны, но обозначают разные вещи: первое обычно задают двумя числами, второе получают умножением. Для оценки места в памяти учитывайте и количество точек, и глубину цвета.
Условие. Ширина изображения равна 20 пикселям, высота — 15 пикселям. Нужно узнать общее число точек. Поскольку в каждой строке одинаковое число пикселей, достаточно перемножить количество точек в строке и число строк.
Определяем, что означает запись 20 × 15: 20 — число пикселей по горизонтали, 15 — по вертикали. Эти числа задают число столбцов и строк сетки. Значит, в каждой из 15 строк находится по 20 точек.
Перемножаем числа: 20 · 15 = 300. Мы сложили бы по 20 точек для каждой строки, но умножение позволяет сделать это короче. Полученное число — общее количество пикселей.
Ответ: в изображении 300 пикселей.
Условие. Для кодирования цвета одного пикселя отведено 4 бита. Требуется найти количество разных вариантов цвета. Каждый бит может иметь два значения, поэтому нужно посчитать все сочетания четырёх битов.
Записываем правило: при глубине цвета n бит число вариантов равно 2ⁿ. В этой задаче n = 4. Поэтому нужно вычислить 2⁴, а не умножить 2 на 4.
Считаем степень: 2⁴ = 2 · 2 · 2 · 2 = 16. Это число всех возможных сочетаний четырёх нулей и единиц. Каждое сочетание может обозначать отдельный цвет.
Ответ: можно закодировать 16 различных цветов.
Условие. Размер изображения — 100 × 80 пикселей, а на цвет одного пикселя отведено 8 бит. Нужно оценить объём без сжатия в байтах. Сначала найдём число пикселей, затем объём в битах и только после этого переведём его в байты.
Вычисляем число точек: 100 · 80 = 8000 пикселей. Умножение ширины на высоту даёт количество элементов во всей сетке. Значит, цвет нужно хранить для 8000 пикселей.
Находим объём в битах: 8000 · 8 = 64 000 бит. Здесь 8000 — число пикселей, а 8 — глубина цвета каждого из них. Для перехода к байтам делим число битов на 8.
Переводим результат: 64 000 : 8 = 8000 байт. Деление нужно потому, что один байт состоит из восьми битов. Мы получили оценку объёма несжатых данных, не учитывая дополнительные сведения в файле.
Ответ: объём без сжатия составляет 8000 байт.
Пиксель считают отдельным квадратом, который обязательно виден на экране. Так думают, потому что при сильном увеличении точки действительно могут выглядеть как квадраты. Но пиксель — это элемент данных изображения, а не обязательно заметный квадрат при любом масштабе. Проверьте себя: если при обычном просмотре точки не различимы, изображение всё равно состоит из пикселей.
Размер в пикселях путают с физическим размером картинки. Запись 800 × 600 сообщает число точек, а не ширину и высоту в сантиметрах. Ошибка возникает из-за слова «размер», которым называют разные характеристики. Проверьте себя: если указаны пиксели, это цифровой размер; для физического нужны, например, сантиметры или миллиметры.
Количество цветов считают как 2 × глубина цвета. Такое вычисление кажется подходящим, если забыть, что каждый бит добавляет новые сочетания нулей и единиц. Поэтому при глубине n бит используют 2ⁿ, а не 2 · n. Проверьте себя на небольшом примере: четыре бита дают 2⁴ = 16 вариантов, а не 8.
Полагают, что увеличение добавляет картинке новые детали. При изменении масштаба точки лишь занимают больше места на экране, а исходные данные остаются прежними. Ошибку вызывает то, что крупная картинка кажется более подробной. Проверьте себя: если исходные пиксели уже растянуты, увеличение не восстановит детали и может сделать сетку заметной.
Для расчётов с изображениями пригодится умножение натуральных чисел: с его помощью находят общее количество пикселей. Также нужно помнить, что компьютер хранит информацию в двоичном виде, иначе трудно понять, откуда берётся число 2ⁿ для вариантов цвета. Знание глубины цвета и оценки объёма помогает при работе с графическими редакторами и выборе места для файлов. Позже сравнение растровых и векторных изображений поможет выбирать подходящий формат: растровый часто используют для фотографий, а векторный — для схем и рисунков, которые нужно масштабировать.
Что такое пиксель?
Пиксель — наименьший элемент растрового изображения, которому задаётся цвет. У него есть положение в сетке изображения. Пиксель является элементом данных, даже если при обычном масштабе его нельзя увидеть отдельно.
Как узнать, сколько пикселей содержит изображение?
Умножьте число пикселей по горизонтали на число пикселей по вертикали. Например, изображение 20 × 15 пикселей содержит 20 · 15 = 300 пикселей.
Чем размер изображения в пикселях отличается от его размера на экране?
Размер в пикселях показывает, сколько точек расположено по ширине и высоте изображения. Размер на экране зависит ещё и от того, как устройство отображает эти точки, и от выбранного масштаба. Поэтому одинаковое число пикселей может выглядеть на экранах разного размера по-разному.
Сколько цветов можно закодировать при заданной глубине цвета?
Если для цвета пикселя отведено n бит, число вариантов равно 2ⁿ. Например, при глубине 4 бита можно закодировать 2⁴ = 16 цветов.
Почему увеличенная растровая картинка иногда выглядит размытой или зернистой?
При увеличении существующие пиксели растягиваются и становятся заметнее. Новые детали от этого не появляются, поэтому границы могут выглядеть неровными, а изображение — зернистым или размытым.
§ 5. Растровые изображения
