Tietokoneen värikoodaus

Värit tietokoneen koodaus on joukko sopimuksia näyttää tai tulostaa tietokonelaite kuvan väri , pikemminkin kuin musta ja valkoinen . Koodaus perustuu additiiviseen trikromivärisynteesiin .

Oheislaitteiden tasolla kuva on aina matriisi , ja määritämme jokaiselle pikselille arvojen tripletin ( punainen, vihreä, sininen ). Tiedostot voivat tallentaa kuvan näiden arvojen matriisina , mahdollisesti pakattuna , tai myös vektorimuodossa , toisin sanoen ohjeiden muodossa, jotka mahdollistavat rasterikuvan palauttamisen. Toisessa tapauksessa väri voidaan tallentaa myös vektorimuodossa parametreilla ( sävy, kylläisyys, valo ).

Moduulit mahdollistavat kuvanmuokkausohjelmissa käyttäjän määrittämät ja muokkaavat värit yhdellä tai toisella näistä parametrisarjoista.

Periaatteet

Kysymys syntyy siitä, kuinka paljon tietoa tarvitaan värin näyttämiseen. Parhaassa tapauksessa voimme erottaa muutaman kymmenen harmaatasoa. Yhden tavun koodaus mahdollistaa 256; se on käytännöllistä ja olemme varmoja, että visuaalisesti erilaisten harmaiden saaminen vaatii enemmän kuin yhden poikkeamisen. Puolitavulla meillä olisi vain 16 sävyä, mikä ei riitä; välissä lukumäärä bittien välillä 4 ja 8 vaikeuttaa kaikkia toimintoja.

Koska samat syyt koskevat kutakin päävärikanavaa (punainen, vihreä, sininen), niille voidaan määrittää yksi tavu kullekin. Yhdellä tavulla kutakin kanavaa kohti saadaan yli 16 miljoonaa värikoodia.

Karkea arvio kyvystä erottaa värit antaa noin 15-20 000 tunnistettavaa sävyä; ottamalla värin erottelukynnyksen referenssinä , päädytään, parhaissa tutkintoehtojen kello puoli miljoonaa väriä. Näistä väreistä jotkut ovat näyttöjen ja tulostimien ulkopuolella. mutta erottelukynnyksen suuruus ilmaistuna komponenttien (punainen, vihreä, sininen) suuruutena ei ole jaettu tasaisesti värien kesken, joten arvoalueiden jako väreillä, jotka voidaan erottaa ei olisi riittävä. Toisaalta koodin ja näytön välillä väriä edustavat arvot kerrotaan useilla kertoimilla, mikä mahdollistaa sen, että koodin valkoinen tuottaa valkoista ja että harmaat ovat neutraaleja ja jakautuneet oikein. Nämä kontrasti- ja gammasäädöt tehdään taustalla joko tietokoneessa tai oheislaitteessa.

Koodaamalla yli kolmekymmentä kertaa enemmän värejä kuin mitä silmä näkee, voimme kuitenkin olla varmoja siitä, että meillä on tarpeeksi tietoa, jotta kaksi koodia, jotka eroavat vain yhdellä tai kahdella kunkin kanavan 256 mahdollisesta arvosta, antavat täydellisen epäselvä väri.

Bittien määrä pikseliä kohti

Vanhat VESA 10Eh, 111h, 114h, 117h ja 11Ah grafiikkamoodit, joita käytetään erityisesti MS-DOS: ssa, suorittavat 16-bittisen pikselin RGB-koodauksen. Bitit 0-4 antavat 32 arvoa sinistä , arvot 5-10 , 64 vihreää tasoa , luminanssin pääelementin ja nämä 11-15 koodaavat 32 arvot punaisen . Suurin osa tietokoneista sallii edelleen tämän näyttötilan käytön, kun näytönohjain sen sallii.

Tämä bittien lukumäärä tuottaa 65 536 väriä, ei aivan niin, että siirtyminen kahden vierekkäisen värin välillä olisi aina epäherkkä, etenkin kontrastisilla näytön asetuksilla, jotta teksti olisi helpompi lukea. Lisäksi järjestelmän on erotettava arvot, jotka eivät ole tavuja. Tietokoneiden ja näyttöjen suorituskyvyn parantuessa valmistajat siirtyivät yksitavuiseen kanavaa kohti tai 24-bittiseen värikoodaukseen.

Kuormalavat

Kun (vanhojen) tietokoneiden teho tai siirtokanavan (Web) nopeus rajoittaa tiedostojen kokoa, vastaavuustaulukko , jota kutsutaan analogisesti maalareiden kanssa , paletti mahdollistaa värien tallentamisen 8 bittiin, mikä ovat taulukon indeksit, jotka vastaavat niitä 256 R , G , B- arvolla . Tämä prosessi jakaa pakkaamattoman kuvan tiedostokoon 3: lla. Grafiikkaohjelmisto voi laskea kuvan optimaalisen paletin ja liittää sen kuvaan. Paletin koko, 768 tavua (3 kertaa 256), on usein vähäinen. Ohjelmisto laskee myös välivärien renderoinnin seulomalla .

Tietokoneet tarjosivat myös oletuspaletin . Tätä palettia ei ole standardoitu. Eräänlainen HTML-standardin olemassaoloon liittyi kuitenkin tietty yksimielisyys, joka vaatii, että tietty paletti nimeltä " web-paletti " (englanniksi " safe-web-paletti " tai " turvapaletti " ) on etuoikeutettu: tosiasiassa , melkein kaikki selaimet kunnioittivat tätä palettia, jonka kolme RGB- komponenttia voivat olla yksi seuraavista kuudesta 51: n 0: sta, 51: stä, 102: stä, 153: sta, 204: stä tai 255: stä, jolloin 6 × 6 × 6 tai 216 väriä. HTML-tiedostot voivat kutsua tämän paletin värejä tavanomaisella nimellä englanniksi.

Paletti, riippumatta siitä, mikä se on, esitetään yleensä käyttäjälle värilaatan muodossa.

Värin pakkaus

Prosessit, joiden tarkoituksena on pienentää tiedostojen kokoa pienimmällä laadun heikkenemisellä, eivät tietenkään säilytä 24 bittiä pikseliä kohti, kun taas 18 bittiä riittää koodaamaan puoli miljoonaa väriä, jotka tarkkailija pystyy erottamaan parhaalla mahdollisella tavalla olosuhteissa. Tämän vähennyksen saavuttamiseksi ohjelmisto etenee kuten väritelevisiossa . Ne muuttavat tripletin (punainen, vihreä, sininen) tripletiksi (luminanssi, sininen ero, punainen ero) YCbCr- väriavaruudella . Kahdeksan bittiä koodaa luminanssia; kahdeksalla kromilla enemmän bittiä, neljä kullekin kanavalle, saavutamme 65536 väriä, enemmän kuin arvioitu tunnistettavien värien määrä. Muunnosmatriisit ja vastaavuustaulukot auttavat tarkentamaan värien vastaavuutta ja visuaalista herkkyyttä värieroille.

JPEG-pakkauksessa luminanssiarvo välitetään kokonaan pakkausmoduuleille; värikkyyden , joka agglomeroi kaksi värierotusarvoilla, alinäytteistetään; se voidaan myös kvantisoida vähentämällä koodattujen värien määrää.

Havaittu koodaus

Rasterikuvien tai vektorikuvien muokkausohjelmistossa käyttäjän on valittava ja muokattava värejä. Hän voi osoittaa kaltevuuteen sävyä, muuttaa kohdistimen sijaintia, lisätä numeerisen arvon. Kaikissa tapauksissa näytöllä, tasaisella pinnalla, on kaksi ulottuvuutta, kun taas värillä on kolme parametria.

Värinäytön alusta lähtien todettiin, että värien valinta tehtiin helpommin väriavaruudessa, joka järjestettiin värin havainnon, sävyn, kylläisyyden ja kirkkauden suuruuksien mukaan kuin arvokuutiossa (punainen, vihreä sininen ). Vaihtoehtoja on pääasiassa kaksi, TSV ja TSL . Sävyn, kylläisyyden ja vaaleuden tai arvon arvot annetaan desimaalilukuina, mikä mahdollistaa tarkan ja palautettavan muunnoksen arvojen (punainen, vihreä, sininen) kokonaislukuina yhdellä tavulla.

Vektorikuvatiedostot, kuten skaalautuva vektorigrafiikka (SVG), tukevat näitä värimäärityksiä, kuten muutkin graafiset objektit. Se on sama CSS ( (fi) CSS , CSS) Sivujen ulkoasu HTML ja asiakirjojen käyttö.

Läpinäkyvyys

Kiinnostus 24 bitin värien koodaamiseen on melko maltillista, kun tietokoneet käsittelevät 16-bittisiä tavuja . Käyttämätöntä tavua on jäljellä.

Vuonna kuvankäsittelyohjelmalla, se on usein mielenkiintoista työskennellä erillään kuvia ja taustoja, kuten sarjakuva cellulos . Jotta tämä olisi mahdollista, läpinäkyvyys on ilmoitettava jokaisessa pikselissä. Voimme osoittaa vain yhdellä bitillä, onko kerros (tai kerros ) läpinäkyvä vai läpinäkymätön. Läpinäkyvyysarvon määrittäminen yhdelle tavulle sallii kaiken sekoittamisen. Tätä arvoa kutsutaan yleensä α: ksi ( alfa ). Pikselin renderointi saadaan kertomalla ja lisäämällä kerrosten arvot rekursiivisesti . Jokaisen komponentin (punainen, vihreä, sininen) renderoitu arvo on yhtä suuri kuin ylemmän kerroksen arvo kerrottuna (1 - α) plus alempien kerrosten renderointiarvo kerrottuna α: lla.

Tietokoneiden laskentatehon kasvu on mahdollistanut useiden erikseen lähetettyjen kuvien yhdistämisen. Tällä tavalla tausta voidaan lähettää vain kerran, sitten siihen voidaan lisätä liikkuva osa. Alfakanava sisältyy HTML 4 ja MPEG 4 videokuvia

Yksityiskohdat

Pikselin koodaus voidaan tehdä 32 bitillä, joista 24 bittiä käytetään värin koodaamiseen, loput 8 bittiä ovat:

joko käyttämätön;
joko edustuksilla ( OpenGL , DirectX ) ja / tai kuvamuodoilla, jotka sallivat sen (kuten PNG ), koodata läpinäkyvyysinformaatiota, jota kutsutaan alfa-kanavaksi .

Artikkelin ensimmäisessä osassa meitä kiinnostaa vain 24-bittinen värikoodaus. Annetut selitykset vastaavat siis 32-bittisen väriesityksen lisäksi myös 24-bittistä esitystä.

Värin 24 bittiä jaetaan 3 kertaa 8 bittiin:

8 bittiä on omistettu ensisijaiselle punaiselle sävylle ;
8 bittiä on omistettu ensisijaiselle vihreälle sävylle ;
8 bittiä on omistettu siniselle ensisijaiselle sävylle .

8-bittinen sekvenssi antaa mahdollisuuden koodata kokonaisluku välillä 0 ja $V max = 255$ : todellakin, 2 8 on yhtä suuri kuin 256. Näin ollen pikselin punaisen komponentin arvo voidaan esittää 256 eri tasolla (vaihteluvälillä 0, ei punaista, 255, suurin punainen voimakkuus). Ja se on sama muille kahdelle pääkomponentille, vihreälle ja siniselle.

Esimerkki: Vastakkainen neliö

koostuu yhtenäisen värin pikseleistä, joiden RGB-ominaisuudet ovat seuraavat:

punainen komponentti: 251 tai binäärikoodauksessa (8 bitillä) 11111011 ;
vihreä komponentti: 208 tai 11010000 ;
sininen komponentti: 151, ts. 10010111 .

Tämän värin 24-bittinen binäärikoodaus on siis seuraava:

11111011 11010000 10010111 .

Väriesityksiä on kaksi pääperhettä, kuten ne voivat näkyä tietokoneen näytöllä olevassa kuvassa: RGB- trikromaattinen koodaus (tai RGB englanniksi), jonka periaatteet on juuri kuvattu, ja havainnollisen valon kylläisyyden sävyn (tai HSL: n) koodaus Englanniksi), joka perustuu värikäsitysten taiteellisiin ja psykofysikaalisiin luokituksiin .

RGB-koodaus vastaa fyysisiä keinoja värien tuottamiseksi tietokoneiden oheislaitteissa : tulolla (väriskanneri, digitaalikamera, videokamera jne.) Sekä ulostulossa (värinäyttö, tulostin, nelivärinen prosessi, värikopiokone jne.) .

STL koodaus , jotka on tarkoitettu ihmisen operaattoreille, on sopiva ominaisuus näköhäiriöitä.

HSL-kuvausmalleilla on yksinkertaistetut parametrit, jotka sopivat tietokoneen värikoodaukseen, ja ne mahdollistavat nopean muunnoksen RGB: stä HSL: ksi ja takaisin.

Esimerkki:

Katsotaan siis nyt, mitkä ovat HSL-koodauksen (HSL) , yhden havaintoryhmän koodauksen, 3 komponentin arvot aiemmin valitusta väristä (kuten usein esiintyy ) Asteikon välillä 0-240:

komponentti T einte: 23;
komponentti S aturaatio: 222;
L uminosity komponentti : 189.

Värinvalintatyökalut

Värinvalintatyökalussa on yleensä vähintään 4 osaa:

2 valittua visuaalista osaa, joista toinen on neliö ja toinen kapea suorakulmio, joka on pystytetty pienelle sivulleen,
1 visuaalinen näyttöosa (pieni suorakaide, joka on täytetty valitulla värillä) ja lopuksi
1 puhtaasti digitaalinen osa, joka antaa sekä käyttäjän valitseman värin HSL- että RGB- komponentit .

Jotta ymmärtäisit, kuinka värivalitsin toimii, on kätevää visualisoida kaikki saatavilla olevat värit seuraavassa muodossa:

kuvittele pystysuora akseli, jolle on sijoitettu mustan piste N, valkoisen piste O;
näiden kahden äärimmäisen pisteen välissä välipisteet väritetään sopivan välikirkkauden (säännöllisen lineaarisen asteikon) harmaalla sävyllä: esimerkiksi kuvassa oleva piste G vastaa keskiharmaa (kirkkautta ); $L = {\ frac {L _ {{max}}} {2}} \$
O: n läpi kulkevassa vaakatasossa piirretään sitten ympyrä, joka sisältää kaiken puhtaan sävyn alueen, toisin sanoen maksimaalisen kirkkauden ja maksimaalisen kylläisyyden . $(VS) \,$ $L _ {{max}} \,$ $S _ {{max}} \,$
Kaikki muut tietokoneen näytöissä olevat värit ovat välissä juuri kuvattujen sävyjen välillä (musta, valkoinen, harmaasävy ja puhdas sävyalue). Siksi ne kaikki sijaitsevat sen läpi kulkevan akselin NO kartion sisällä , joka vastaa seuraavassa kuvassa esitettyä kolmivaiheista väriä ( napsauta tätä kuvaa saadaksesi lisää geometrisia selityksiä ): $(VS) \,$

Valinta väri sisältää siis määritellä kohdassa, joka sijaitsee sisäpuolella (tai) tämän kartion värejä .

Kaikissa tapauksissa värin määritteleminen sen osien Hue-kylläisyyden kirkkaus vaatii kolminkertaisen valinnan, joka käyttäjän on välttämättä suoritettava kahdessa vaiheessa:

Ensimmäisen värivalitsimen tapauksessa: käyttäjän on tiedettävä, että valintaneliö edustaa kahden komponentin T ja S valintaa, kun taas valintakulmio edustaa komponentin L. valintaa. Hänelle on tarjolla kaksi tapaa: hän voi ensin valita neliön 2-ulotteisessa tilassa värikohta (joka määrittää halutun värin T- ja S-komponentit) ja valitse sitten suorakulmiosta valitun värin L-komponentin taso. Operaattori voi edetä myös päinvastaiseen suuntaan: valitse ensin valintan suorakulmiosta kirkkaus L, valitse sitten komponentit T ja S. valintaneliössä. Molemmissa menetelmissä neliö esittää värejä, jotka ovat aina samat. suorakulmiossa valittu kirkkaus L; suorakulmion osalta se muodostuu todellisuudessa kahden saman korkeuden puolikasuorakulmion päällekkäisyyden avulla: ylempi suorakulmio sisältää tietyn segmentin värit, kun taas alempi suorakulmio sisältää segmentin värit ; kyseinen kohta on sama näille kahdelle puolikulmalle ja siinä on S- ja L-komponentteja, jotka ovat identtisiä ja samat kuin valitussa neliössä olevien värien värit. OP0{\ displaystyle OP_ {0}} $OP_ {0}$ EIP0{\ displaystyle NP_ {0}} $NP_ {0}$ P0{\ displaystyle P_ {0}} $P_ {0}$
- Ensimmäisessä menetelmässä piste valitaan välittömästi napsauttamalla valintaneliötä, ja toisen valinnan jälkeen (suorakulmiossa) merkitty lopullinen väri vastaa pistettä P, jolla on välttämättä samat S- ja L-komponentit kuin pisteellä , koska neliön napsautus (siis valinta ) muuttaa välittömästi suorakulmiossa näkyvät värit, joissa kaikilla on samat komponentit S ja L kuin pisteellä . $P_ {0}$ $P_ {0}$ $P_ {0}$ $P_ {0}$
- Toisessa menetelmässä, ensimmäinen valinta ei nimetä piste on väri kartio , mutta tietty kirkkaus L, joka on se, että on harmaa piste sijaitsee akselin NO; kuten väreissä, jotka näkyvät neliössä ensimmäisen napsautuksen jälkeen (suorakulmiossa), niillä kaikilla on sama kirkkaus L kuin tällä pisteellä , ja toisen napsautuksen edustama valinta (valintaneliössä) korjaa komponentit S ja L jotka yhdistävät jo valitun komponentin L, täydentävät määritellyn värin. $P_ {0}$ $R \,$ $R$
- Molemmissa menetelmissä valintaneliössä esitetyt värit ovat riippumattomia käyttäjän valinnoista, koska ne vastaavat aina (C) läpi kulkevien GO-akselin kartion ja kärjen värejä , ja valintaneliö n 'on se, että tämän kartion pinta: neliön alareuna vastaa yhtä väriä, joka on pisteen G väri (harmaa 50%: n kirkkaudella), ja neliön yläreuna vastaa ympyrän (kylläisyyttä ) värejä, jotka sijaitsevat tämän kartion ja värikartion leikkauspiste . $G \,$ $S = S _ {{max}} \,$
Toisen värivalitsimen tapauksessa periaatteet ovat yksinkertaisempia (mutta käyttö ei välttämättä ole käytännöllisempää…). Valittua suorakulmiota, jonka muuttumattomat ja tyydyttyneet värit ovat ympyrän reunan (C) värejä, käytetään yleensä ensin ja korjataan sävyn T arvo. Tämä ensimmäinen napsautus muuttaa välittömästi valitun neliön käytettävissä olevia värejä joka sitten näyttää kaikki värit, joiden sävy on yhtä suuri kuin T. Tämän pisteen pisteen valinta vahvistaa komponenttien S ja L arvot. Jos käyttäjä ei ole täysin tyytyväinen valintaansa, hän voi tarkentaa sitä napsauttamalla taas suorakulmiossa jne. Huomaa, että neliön käytettävissä olevia värejä vastaavat värikartion pisteet ovat tietyn kolmion NOQ pisteet, Q on ympyrän (C) piste. Valittu neliö on siis tämän kolmion muodonmuutos: neliön alareuna vastaa yhtä väriä, joka on pisteen N (musta piste) väriä, ja neliön yläreuna vastaa neliön (kylläisyyttä ) värejä ympyrä (C). $S = S _ {{max}} \$
Yleensä operaattori ei onnistu valitsemaan oikeaa väriä ensimmäisellä kerralla, ja riippumatta hänen käytettävissä olevasta valitsimesta (Microsoft tai PhotoShop tai muu), hän yleensä käyttää peräkkäin napsauttamalla suorakulmiossa ja yhtä napsautusta neliössä . Mitä tulee numeerisiin arvoihin ( HSL tai RGB ), ne päivitetään tarvittaessa jokaisen valitsemasi napsautuksen yhteydessä. Käyttäjä voi myös pakottaa tietyn arvon näistä komponenteista syöttämällä ne suoraan.

Sävyjen kaltevuus

Värigradientteja laskettaessa niiden värien valinta, jotka interpoloidaan välivärien laskemiseksi, muuttaa huomattavasti renderöintiä, koska väreillä on erilaiset sävyt . Ilmeisin vaihtelu näkyy täydentävien värien kaltevuudessa:

Punaisen , vihreän ja sinisen arvon interpolointi käy läpi täydennysten yhtäläisen sekoittumisen, jolloin saadaan harmaa.
Interpoloinnin arvojen sävyn , kylläisyyden , valon perusteella on määritettävä etenemisen suunta ja se kulkee kromaattisen ympyrän kehän läpi.

Katso myös

Bibliografia

Aiheeseen liittyvät artikkelit

Ulkoiset linkit

(en) Tutkielma digitaalisesta värinhallinnasta

Huomautuksia ja viitteitä

Robert Seve , Science väri: Fyysinen ja havaintokyvyn näkökohtia , Marseille, Chalagam,2009, s. 229.
(in) " Video Electronics Standards Association " , osoitteessa http://www.petesqbsite.com/ ,22. lokakuuta 1991(käytetty 3. maaliskuuta 2017 )
" VESA 1.2 toimii DOS: n alla " , osoitteessa www-evasion.imag.fr (käytetty 3. maaliskuuta 2017 )
Termillä luminanssi ei ole merkitystä tässä kolorimetriassa , koska punaiset, vihreät ja siniset komponentit eivät ole lineaarisesti yhteydessä kolorimetrisiin arvoihin.
Katso Alpha-sommittelu
(in) John Watkinson , MPEG Handbook: MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4 , Focal Press,2004, 2 nd ed. , 435 Sivumäärä ( ISBN 978-0-240-80578-8 , luettu verkossa ) , s. 24 neliömetriä jne.