60758

Как кодируется изображение. Растровая и векторная графика

Конспект урока

Информатика, кибернетика и программирование

Что такое пиксель Что такое растр Как работает дисплей Из каких 3 цветов получаются все остальные цвета на цветном дисплее Какие устройства входят в состав графического адаптера Для чего нужна видеопамять Какие устройства используются для ввода изображения в компьютер Объяснение нового материала. Может использоваться например такой вариант кодировки цветов...

Русский

2014-06-05

69.5 KB

11 чел.

Тема урока: «Как кодируется изображение. Растровая и векторная графика».

Учитель МОУ СОШ с. Иннокентьевка  Дё Л.Е.

Тип урока: комбинированный

Цели: 

  •  Рассмотреть основные принципы кодирования изображений. Показать формулу определения объема видеопамяти для хранения изображений заданного размера.
  •  Показать принципы представления изображения.
  •  Развить самостоятельность, аккуратность, внимательность

Оборудование: учебник «Информатика», Семакин 8; презентация Power Point, проектор.

План урока.

  1.  Организационный момент.
    1.  Актуализация знаний.
    2.  Объяснение нового материала.
    3.  Закрепление нового материала.
    4.  Домашняя  работа.

Ход урока.

  1.  Организационный момент.
  2.  Актуализация знаний. (Слайд 3)

- Что такое пиксель? Что такое растр?

- Как работает дисплей?

- Из каких 3 цветов получаются все остальные цвета на цветном дисплее?

- Какие устройства входят в состав графического адаптера?

- Для чего нужна видеопамять?

- Какие устройства используются для ввода изображения в компьютер?

  1.   Объяснение нового материала. Лекция

Вы уже знаете, что в видеопамяти находится двоичная информация об изображении, выводимой на экран. Эта информация состоит из двоичных кодов каждого видеопикселя.

Код пикселя – это информация о цвете пикселя. (Слайд 4)

Для получения черно – белого изображения (без полутонов) пиксель может принимать только 2 состояния: светиться – не светиться (белый – черный). Только для его кодирования достаточно одного бита памяти.

1 – белый

2 – черный

Пиксель на цветном дисплее может иметь различную окраску. Поэтому одного бита на пиксель  не достаточно.

(Слайд 5) Для кодирования 4 – цветного изображения требуется 2 бита на пиксель, поскольку 2 бита могут принимать 4 различных состояния. Может использоваться, например, такой вариант кодировки цветов:

00 – черный,       10 – зеленый,

01 – красный,     11 – коричневый

На цветном экране все разнообразие красок получается из сочетаний трех базовых цветов: красного, зеленого, синего. Из трех цветов можно получить 8 комбинаций: (Слайд 6)

       - - -   черный,                   к - -   красный,               

       - - с   синий,                     к – с  розовый,

       - з -   зеленый,                  к з -   коричневый,

       - з с   голубой,                  к з с   белый.

Здесь каждый базовый цвет обозначается первой буквой, а черточка - отсутствие цвета.

Следовательно, для кодирования 8 – цветного изображения требуется 3 бита памяти на один видеопиксель. Если наличие базового цвета обозначить единицей, а отсутствие – нулем, то получается следующая таблица кодировки восьмицветной палитры:

(Слайд 7) Таблица №1. Двоичный код восьмицветной палитры

К

З

С

Цвет

0

0

0

Черный

0

0

1

Синий

0

1

0

Зеленый

0

1

1

Голубой

1

0

0

Красный

1

0

1

Розовый

1

1

0

Коричневый

1

1

1

Белый

Из сказанного можно сделать вывод, что помощью 3 базовых цветов нельзя получить палитру, содержащую больше 8 цветов. Однако на экранах современных компьютеров получают цветные изображения, составленные из сотен, тысяч и даже миллионов различных красок и оттенков. У Вас, наверное, возник, как это достигается?

Так вот если иметь возможность управлять интенсивностью (яркостью) свечения базовых цветов, то количество различных вариантов их сочетаний, дающих разные цвета и оттенки, увеличивается.

Шестнадцатицветная  палитра получается при использовании четырехразрядной кодировки пикселя: к 3 битам базовых цветов добавляется один бит интенсивности. Этот бит управляет яркостью всех 3 цветов одновременно (интенсивностью 3 электронных пучков).

(Слайд 8) Таблица № 2. Двоичный код шестнадцатицветной палитры.

И-бит интенсивности.

И

К

З

С

Цвет

0

0

0

0

Черный

0

0

0

1

Синий

0

0

1

0

Зеленый

0

0

1

1

Голубой

0

1

0

0

Красный

0

1

0

1

Розовый

0

1

1

0

Коричневый

0

1

1

1

Серый (или белый)

1

0

0

0

Темно - серый

1

0

0

1

Ярко – синий

1

0

1

0

Ярко – зеленый

1

0

1

1

Ярко – голубой

1

1

0

0

Ярко – красный

1

1

0

1

Ярко -  розовый

1

1

1

0

Ярко – желтый

1

1

1

1

Ярко - белый

Большее количество цветов получается при раздельном управлении интенсивностью базовых цветов. Причем интенсивность может иметь более двух уровне, если для кодирования каждого из базовых цветов выделять больше одного бита.

(Слайд 9) Можно вывести правило : количество различных цветов К и количество битов для их кодировки b связаны между собой формулой К=2^b .

2^1=2, 2^2=4, 2^3=8, 2^4=13 и т. д. для получения цветовой гаммы из 256 цветов требуется 8 бит=1 байт на пиксель, так как 2^8=256.

Объем необходимой видеопамяти определяется размером графической сетки дисплея и количеством цветов.  Минимальный объем видеопамяти должен быть таким, чтобы в него помещался один кадр (одна страница) изображения. Например, для сетки 640*480 и черно – белого изображения минимальный объем видеопамяти должен быть таким: (Слайд 10)

640 * 480 * 1 = 307200 бит = 38400 байт.

Это составляет 37,5 Кбайт.

Для четырехцветной гаммы и той же графической сетки видеопамяти  должна быть в два раза больше -75 Кбайт; для восьмицветной – 112,5 Кбайт.

На современных высококачественных дисплеях используется палитра более чем из 16 миллионов цветов. Требуемый размер видеопамяти в этом случае – несколько мегабайт.

Два принципа представления изображения (Слайд 11)

В компьютерной графике существуют два различных подхода к представлению графической информации. Они называются соответственно растровым и векторным.

Суть растрового подхода в том, что всякое изображение рассматривается как совокупность точек разного цвета. Векторный подход рассматривает изображение как совокупность простых элементов: прямых линий, дуг, окружностей, эллипсов, прямоугольников, закрасок и пр., которые называются графическими примитивами. (Слайд 12)

В растровой графике графическая информация — это совокупность данных о цветах пикселей на экране. Растровые графические редакторы называют программами «картинного стиля», поскольку в них есть инструменты, которые используют художники при рисовании картин: «кисти»,  «краски», «ластики» и др. При вводе изображений с помощью сканера (фотографий, рисунков, документов) также формируются графические файлы растрового формата. (Слайд 13)

Важной характеристикой растра является его разрешающая способность, то есть количество пикселей на единицу длины. Значение разрешающей способности обычно записываются в единицах dpi. Разрешающая способность экранного изображения составляет обычно 72 или 96 dpi.Каждый пиксель имеет определенное положение и цвет. Цвет  каждого пикселя кодируется двоичным числом (0 и 1). (Слайд 14)

Основное достоинство растровой графики состоит в том, что при высокой разрешающей способности монитора растровое изображение может иметь фотографическое качество. Основной недостаток растровой графики — большой размер графических файлов. Простые растровые картинки занимают несколько десятков или сотен килобайтов. Реалистические изображения, полученные с помощью сканеров с высокой разрешающей способностью, могут занимать несколько мегабайтов. По этой причине информация в файлах растрового формата, как правило, хранится в сжатом виде. Еще одним недостатком растровых изображений является их искажение, возникающее при изменении размеров, вращении и других преобразованиях. (Слайд 15) 

Векторная графика 

Идея  векторного представления состоит в описании элементов изображения с помощью математических формул. Для этого изображение раскладывается на простые объекты -  примитивы. Примитивами являются линии, эллипсы, окружность, многоугольники, и т.д. (Слайд 16)

Идея  векторного представления состоит в описании элементов изображения с помощью математических формул. Для этого изображение раскладывается на простые объекты -  примитивы. Примитивами являются линии, эллипсы, окружность, многоугольники, и т.д. (Слайд 17)

К достоинствам векторной графики можно отнести следующие ее свойства. (Слайд 18)

Графические файлы векторного типа имеют относительно небольшие размеры. Рисунки, состоящие из тысяч примитивов, занимают дисковую память, объем которой не превышает нескольких сотен килобайтов.

Векторные изображения легко масштабируются без потери качества.

Следует понимать, что различие в представлении графической информации в растровом и векторном форматах существует лишь для файлов. При выводе на экран любого изображения в видеопамяти формируется информация, содержащая данные о цвете каждого пикселя экрана.

Для создания рисунков на компьютере используются графические редакторы. Графические редакторы бывают растровыми и векторными.

  1.  Закрепление нового материала (Тест)
  •  Какая информация содержится в видеопамяти? Какие цвета получаются из смешения красного и синего, красного и зеленого, зеленого и синего?
  •  Сколько цветов будет содержать палитра, если каждый базовый цвет кодировать в 2 битах?
  •  В чем разница между растровым и векторным способами представления изображения?
  •   Что такое графические примитивы?
  •   Какая информация хранится в файлах растрового типа и в файлах векторного типа?
  •  Что такое система графических координат?
  1.  Домашнее задание

§20,21 стр.110-114, 114-119

- Выберите из предложенного списка утверждения, которые характеризуют растровую графику:

  •  фотографическое качество изображения;
  •  маленький размер графических файлов;
  •  отсутствие искажений, возникающих при изменении размеров изображения;
  •  используется в основном для создания иллюстраций;
  •  графические файлы хранят информацию о цвете каждого пикселя изображения;
  •  графические файлы хранят информацию о графических примитивах, из которых строится изображение.

-  Пусть видеопамять компьютера имеет объем 512 Кбайт. Размер графической сетки — 640 х 480. Сколько страниц экрана одновременно разместится в видеопамяти при палитре из 16 цветов; 256 цветов


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

69311. Організація інформації у файловій системі 61.5 KB
  У сучасних ОС файли у файловій системі не прийнято зберігати одним невпорядкованим списком (зазначимо, що можливі винятки, наприклад, для вбудованих систем). Десятки гігабайтів даних, що зберігаються зараз на дисках, вимагають упорядкування, файли, в яких перебувають ці дані...
69312. Методи розв’язування систем нелінійних рівнянь 146 KB
  Методи розвязування систем нелінійних рівнянь Нехай маємо деяку систему нелінійних рівнянь 6.54 де Для розвязку нелінійної системи 6. Якщо при k→∞ xik→αi i = 12n то кажуть що метод сходиться до деякого розвязку.
69313. Методи розв’язування алгебраїчних рівнянь 85 KB
  Описана процедура повторюється n раз, поки не будуть виключені всі корені. Однак часто поліноми мають комплексно–спряжені корені. У цьому випадку початкове значення вибирається також комплексно–спряженим zk = xk + jyk і після визначення пари таких коренів виключається...
69314. Однокрокові методи розв’язування диференційних рівнянь 802.5 KB
  Методи чисельного інтегрування диференціальних рівнянь у залежності від числа використовуваних у формулі (8.8) попередніх значень функції чи її похідної підрозділяються на однокрокові (коли використовується інформація тільки про одну попередню точку)...
69315. БАГАТОКРОКОВІ МЕТОДИ РОЗВ’ЯЗУВАННЯ ДИФЕРЕНЦІЙНИХ РІВНЯНЬ 555 KB
  В главі 8 було розглянуто однокрокові алгоритми обчислення наближеного розв’язку в точці tn + 1 з використанням інформації про розв’язувану задачу тільки на відрізку (tn,tn + 1) завдовжки в один крок. Логічно припустити, що можна підвищити точність методу...
69316. ЧИСЕЛЬНЕ ІНТЕГРУВАННЯ ЖОРСТКИХ СИСТЕМ ДИФЕРЕНЦІЙНИХ РІВНЯНЬ. ЧИСЕЛЬНІ МЕТОДИ РОЗВ’ЯЗУВАННЯ КРАЄВИХ ЗАДАЧ 1.14 MB
  При побудові і дослідженні математичних моделей об’єктів для підвищення їх точності й адекватності необхідно враховувати велику кількість факторів і явищ, що неминуче приводить до явища жорсткості і описуючих його жорстких рівнянь.
69317. ОБЧИСЛЮВАЛЬНИЙ ЕКСПЕРИМЕНТ ТА ЙОГО ЕТАПИ 308 KB
  В результаті розміри і складність математичних моделей істотно зростають а їх розвязок в аналітичному вигляді стає неможливим. розвязок системи лінійних в загальному випадку лінеаризованих рівнянь; 2. розвязок нелінійних алгебраїчних рівнянь...
69318. Розв’язування СЛАР на основі LU-розладу матриці 542 KB
  До цієї задачі належать задачі обчислення визначників і обчислення елементів оберненої матриці. Іноді обчислення визначників і елементів оберненої матриці називають другою і третьою основними задачами лінійної алгебри. 2 заснований на використанні оберненої матриці...
69319. Аналіз похибок розв’язування СЛАР 336 KB
  Аналіз похибок через число обумовленості матриці Нехай обчислене значення x помилка розвязку ε = b відхил або невязка розвязку системи рівнянь x = b. Невязка може бути малим а помилка розвязку великою. 52 cond = 1 число обумовленості матриці що дорівнює максимально...