Ot 2. Rastrová počítačová grafika 1.1.1 Rastrové obrazy Rastrové počítačové obrazy (poněkud sporně často označované jako bitmapové) jsou pravděpodobně nejběžnější variantou obrazů v počítači. Rastrový způsob uložení obrazu je rovněž pro počítač tím nejpřirozenějším, neboť do jisté míry odpovídá principu zobrazení monitorem i principu snímání digitálním fotoaparátem a skenerem. Rastrové obrazy se používají především pro fotografie a jiné tónové motivy. Nejsou naopak příliš vhodné pro pérovky, kde hrozí zubatost okrajů. 1.1.2 Zobrazení obrazu monitorem RGB, aditivní mýšení Zobrazení barev na monitoru se do jisté míry podobá zobrazení tiskem. Na libovolném monitoru (CRT, LCD, plazma) se nacházejí miniaturní body, které běžně nejsou okem rozlišitelné. Na rozdíl od tisku body monitoru svítí (zatímco tisková barva běžně naopak světlost ubírá), uplatňuje se zde aditivní skládání světla. Body monitorů svítí v barvách RGB (červená, zelená, modrá). Podobně jako u tisku z barev CMYK lze i u monitoru pomocí kombinací různých intenzit světel RGB vyvolat dojem velké většiny ostatních barev. Schéma aditivního skládání barev je totožné se schématem subtraktivního skládání pouze s tím rozdílem, že spojením všech barev RGB vzniká bílá. Výchozím stavem je černá (zhasnutý monitor), postupným rozsvěcením bodů dochází ke světlání, na rozdíl od tisku kde je výchozím stavem bílá (papír) a přidáváním barvy dochází k tmavnutí. B M R W C Y G M B R W C Y G Hodnoty jasu RGB lze vyjádřit čísly například od 0 (zhasnuto) do 255 (svítí naplno), což 1
plně vyhovuje požadavku na počítačové zpracování. K popsání jedné barvy potřebujeme tři čísla. Hodnoty těchto čísel označujeme též jako úrovně nebo úrovně jasu. 1.1.3 Pixely Běžný motiv ale neobsahuje pouze jedinou barvu. Proto je rozložen do jednobarevných plošek pixelů. R = 113 G = 120 B = 139 R = 141 G = 157 B = 172 R = 123 G = 95 B = 92 R = 194 G = 168 B = 171 Pixel je vždy jednobarevný. Jde o nejmenší plošku obrázku, které jsou v paměti přidělena pouze tři čísla vyjadřující jednu barvu. Obrázek je složen z mozaiky pixelů čímž se liší od skutečnosti skutečnost můžeme libovolně zvětšovat (až na hranici sledovatelnou ve viditelném světle, například mikroskopem) a nenalezneme žádné jednobarevné plošky. Obrázek uložený do počítače je tedy vždy zjednodušený. Poznámka: Tvar pixelů je u všech typů běžné grafiky čtvercový. U některých video formátů (video je v podstatě sled obrázků za sebou), se používají obdélníkové pixely (důvodem je původní určení pro zobrazení na analogově pracujících obrazovkách). Proto se například v Photoshopu setkáte s několika volbami pro jiný než čtvercový tvar bodů. 1.1.4 Kanály Podobně jako lze obrázek pro tisk rozdělit do jednotlivých separací, lze i informace o jednotlivých barvách RGB rozdělit na celkové informace o červené, celkové informace o zelené a celkové informace o modré. 2
Hovoříme o jednotlivých kanálech (nebo též komponentách). Hodnoty jednoho pixelu tedy nemusí být vždy pohromadě, v extrémních případech mohou být dokonce rozděleny do několika souborů. Na dalším obrázku je okno obrazového editoru (Adobe Photoshop) se zobrazenými náhledy jednotlivých kanálů. Uspořádání obrazu do jednotlivých kanálů je mnohdy výhodné pro barevné úpravy obrazu (například zesílení jedné barvy). Černobílí obrázek pochopitelně obsahuje pouze jeden kanál, popisující jas od černé (nejméně) po bílou (nejvíce). 1.1.5 Základní technické vlastnosti rastrového obrazu 1. Barevná hloubka 2. Režim barev 3. Gamut barevný prostor 4. Rozlišení 5. Komprese 6. Souborový formát 1.1.6 Barevná hloubka Počítač má obvykle na vyjádření barvy jednoho pixelu přiřazený konkrétní počet číslic binární soustavy bitů. Tento parametr digitálního obrazu se označuje jako barevná hloubka nebo bitová hloubka. Zvyšování barevné hloubky zvyšuje počet možných úrovní jasu odstínů barev které obraz může obsahovat. a) nepřidává tedy nové barvy, pouze větší škálu odstínů. b) neříká nic o tom, co obrázek skutečně obsahuje. Větší barevná hloubka znamená obecně větší vizuální kvalitu, u vyšších hodnot (kde je již změna nepostřehnutelná) pak kvalitnější zpracování. Znamená ovšem také větší datovou velikost. 3
Obecně platí: Každým bitem (číslicí) se zdvojnásobí počet hodnot, které lze binárním číslem vyjádřit tj. v našem případě počet úrovní jasu neboli počet odstínů. počet bitů počet hodnot (úrovní) = 2 Jednobarevné: Nejmenší barevná hloubka je jeden bit, pixel může být pouze bílí (1) nebo černý (0). Jde tedy o jednobarevnou pérovku. Takový obrázek se nazývá bitová mapa. Barevná hloubka osmi bitů (jeden byte). Tyto obrázky opět obsahují pouze jeden kanál popisující jas od černé (nejméně) po bílou (nejvíce). Osmi bity lze vyjádřit 2 8 hodnot, tedy 256 úrovní (odstínů) od nuly (černá = 00000000) do 255 (bílá = 11111111). Barevná hloubka šestnáci bitů (dva byte) se používá rovněž pro černobílé obrázky s jedním kanálem, ale s větším rozsahem odstínů 2 16 = 65 536 úrovní (odstínů). Barevné: Barevný obrázek RGB obsahuje pro každý pixel tři hodnoty (kanály). Barevnou hloubku udáváme buďto jako celkový počet bitů na pixel nebo jako počet bitů na jeden kanál RGB. 4, 8, bitů (16 a 256 barev) historie. 16 bitů (65 536 barev = tzv. high color) pro ukládání obrazu se nepoužívá. 24 bitů (tři byte) tj. 8 bitů na kanál tzv. TrueColor = pravé barvy. Nejčastější. Každý kanál může nabývat hodnot 0 (tma) 255 (barva naplno) tj. 256 úrovní. Celkový počet odstínů je: = 16,78 milionu odstínů. V polygrafii se ale používá stále častěji i 48b tj. 16b na kanál. Jeden kanál může mít 65,5 tisíc úrovní. Počet barev v obrázku může být 2 48 = 280 000 000 000 000 barev (280 tisíc miliard). Takto velký počet barev člověk okem nerozliší. V průběhu zpracování však dochází ke ztrátám a poškozením obrázku, která jsou obvykle menší při vyšší barevné hloubce (jemější zpracování). Obrázky s vyšší barevnou hloubkou jsou tedy obecně kvalitnější. RGBA, rozšířené RGB o kanál průsvitnosti (alfa kanál, A), např. 25 bitů RGBA (jednobitová průsvitnost, průsvitné-neprůsvitné), nebo 32 bitů RGBA (256 úrovňová průsvitnost). 4
HDR, extrémní barevná hloubka (32b na kanál tj. 96b celkem, nebo nad 16b u černobílého obrazu), dnes využívaná hlavně u počítačových her a filmových efektů. 1.1.7 Režim barev Jde v principu o způsob jakým je barva vyjádřena. Základní jsou již zmíněné režimy RGB a jednokanálové černobílé: bitová mapa, nebo odstíny šedé. Dalšími možnými režimy barev je vyjádření barev v hodnotách tisku CMYK, pomocí definované palety barev a některé další spíše speciální (Lab, vícekanálové atd.) CMYK: Obrazy s barevností definovanou pomocí tónových hodnot tiskových barev. Liší se počtem kanálů (4 CMYK místo 3 RGB) a tím i barevnou hloubkou (24b RGB odpovídá 32b CMYK tj. v obou případech 8b na kanál). Jsou přizpůsobeny konkrétnímu tisku (pomocí ICC profilu), z hlediska barevnosti jsou omezeny mohou obsahovat pouze menší rozsah barev = mají menší gamut. Převod obrazu z RGB do CMYK je tedy ve většině případů ztrátový (dochází k omezení a změně barev) jeho provedení je ovšem z důvodu tisknutelnosti nutné. Paletové barvy: Způsobem vyjádření barev úspornějším, než klasické RGB z hlediska datové velikosti, jsou tzv. paletové barvy (též indexové, tabulkové). Paleta (tabulka, index) je část souboru obrázku, která definuje několik použitých barev a přiřazuje jim identifikátor (značku). Tento identifikátor je následně použit v obraze místo kompletního vyjádření barvy. 1.1.8 Gamut barevný prostor Většina systémů vyjádření barvy vychází z určitých základních barev RGB, CMYK. Tyto základní barvy se ale mohou mírně odlišovat například tiskové CMYK barvy nejsou pro každou technologii stejné. Proto je přesnějším vyjádřením barevnosti popis konkrétního barevného prostoru. Barevný prostor je obvykle definován ICC profilem, který může být přiřazen k obrázku. Každý barevný prostor má omezení tj. barvy, které pomocí něj vyjádřit lze a které pomocí něj vyjádřit nelze. Rozsah barev, které barevný prostor zahrnuje, označujeme jako gamut. Barvy, které v daném prostoru nelze definovat označujeme jako barvy mimo gamut. 1.1.9 Rozlišení Rozlišení Udává na kolik pixelů je obraz rozložen. 5
Rozlišení udáváme jako celkový počet pixelů v obrázku (např.: 480 000 pix), nebo jako počet sloupců a řádků (např.: 800 x 600 pix, celkovou hodnotu získáme vynásobením). Celkový počet pixelů obrázků se často udává rovněž v Mpix (megapixelech), tj. v milionech pixelů. Obrázek 50 x 50 pixelů (= 2500 pixelů): 50 pix 50 pix neurčená velikost Zobrazení obrázku lze prakticky libovolně zvětšovat a zmenšovat. Pixel v paměti nemá přesně udanou velikost. Rozlišení obrázku počet pixelů se běžně při zvětšování a zmenšování obrázku nemnění, mění se velikost zobrazení pixelů. Při velkém zvětšení nebo malém rozlišení jsou ale pixeli viditelné a ruší. Rozlišení je důležitým parametrem obrázku, který určuje, do jaké velikosti lze obraz zobrazit či vytisknout kvalitně. Rozlišení zároveň logicky ovlivňuje velikost obrázku v paměti počítače. 1.1.10 Komprese Komprese zmenšuje datovou velikost souboru a tím se usnadňuje přenášení a manipulaci s ním. Rozlišujeme: Bezztrátové zmenšuje málo, ale nepoškozuje obraz. Ztrátové komprese zmenšuje hodně, ale poškozuje obraz. V polygrafii se využívají především bezztrátové komprese, ztrátové komprese pouze výjimečně a s nastavenou maximální kvalitou. 1.1.11 Formáty rastrových obrazových souborů Příklady typů souborů používaných při polygrafickém zpracování rastrového obrazu. Obecně lze formáty rozdělit: 6
Univerzální - nebývá problém je otevřít na libovolném počítači a v libovolném programu např. TIFF, JPEG, BMP, PNG, GIF apod. Nativní (někdy též vlastní, proprietální) označujeme formáty příslušející ke konkrétnímu programu. Tyto formáty obrazu bývá obvykle problematické zobrazit nebo upravovat jiným programem. Na druhou stranu umožňují ukládat informace, které nelze uložit v žádném univerzálním obrazovém souboru. Typicky PSD = nativní formát Photoshopu. Formát TIFF (Tagged-Image File Format). Velice univerzální podporovaný prakticky všemi programy a zařízeními pro práci s grafikou na obou platformách (PC, MAC). Standard v předtiskové přípravě. JPEG ve skutečnosti jde o název druhu komprese (viz. dříve), nikoli souborového formátu. JPEG kompresy mohou používat různé formáty. Obecně se ale termínem JPEG označuje skupina (asi dvaceti) mírně odlišných formátů. Všechny tyto formáty využívají stejný typ ztrátové komprese, která do jisté míry určuje jejich vlastnosti. Úspěšný formát v amatérské digitální fotografii a na internetu. V polygrafii se značným omezením (použít jen malou kompresy, ukládat do formátu jen tónové snímky, ukládat až po skončení úprav), pouze výjimečně. PSD nativní formát Photoshopu, používá bezztrátovou kompresy, umožňuje ukládat většinu pracovních prvků, jako jsou vrstvy, cesty a podobně. Standard při úpravách obrazu. 1.1.12 Formát RAW V oblasti digitální fotografie se často setkáváme s formáty RAW (nebo Camera RAW, čti róv = angl. surový). Nejde o jeden druh souboru, ale o skupinu různých souborů na podobném principu, které se však liší podle typu fotoaparátu s odlišnou koncovkou (např *.nef = nikon a další). RAW = je soubor surových hodnot získaných čidlem digitálního fotoaparátu a bez jakéhokoli zásahu. Někdy je označován též jako digitální negativ (ačkoli s negativem tedy obrazem s převrácenými barvami nemá nic společného). Název digitální negativ má naznačovat, že formát (podobně jako negativní film z fotoaparátu) vyžaduje další zpracování. Pro běžné prohlížení obrazu na počítači a další práci s ním je nutné formát RAW převést do standardního formátu dokončit jeho zpracování. 7