Бітова глибина, або глибина кольору — кількість біт, що використовуються для вказівки кольору одного пікселя в растровому зображенні або буфері кадру відео. Також цим поняттям часто позначається кількість біт, що використовуються для кожного кольорового компонента одного пікселя. Глибина двійкових знаків визначає кількість унікальних квітів у палітрі зображення з точки зору кількості 0 і 1 або “біт”, які використовуються для вказівки кожного кольору.
Що таке бітова глибина
Глибина кольору — кількість двійкових знаків, що використовуються для зберігання одного пікселя екрана. Іншими словами, це кількість різних кольорів, які можуть бути представлені апаратним або програмним забезпеченням. Але це не означає, що зображення обов’язково використовує всі кольори. Коли мова йде про пікселі, поняття глибина кольору — це те, що може бути визначено як біт на піксель (bpp). Він визначає кількість використовуваних двійкових знаків для одного пікселя. Тоді глибина кольору зображення відноситься до числа біт на піксель на моніторі комп’ютера для подання певного кольору.
Кількість унікальних відтінків
Коли мова йде про колірному компоненті, поняття може означати кількість двійкових знаків на компонент — біт на канал або на колір. Глибина кольору з великим значенням може вказувати на передачу кольору з таким високим рівнем точності. В якості альтернативи її також називають піксельною глибиною.
Зображення з більш високою бітовою глибиною можуть кодувати більше відтінків або квітів, оскільки є більше комбінацій 0 і 1. Глибина кольорів — це кількість таких комбінацій. Чим більше бітів на піксель, тим краще перенесення кольорів і якість монітора. Просторове дозвіл екрану монітора можна обчислити за наступною формулою: твір кількості рядків зображення на загальну суму точок в рядку.
Дозвіл екрану і піксельна глибина
Поняття кількості кольорів і глибини кольору пов’язані з поняттям дозволу монітора. Монітор може відображати графіку в різній якості. Глибина кольору і дозвіл характеризують якість зображення.
Серед найпоширеніших дозволів – 800 x 600 1024 x 768 1280 x 1024 пікселів на дюйм. Режим екрану і глибина кольору також залежать один від одного. Знаючи параметри, можна розрахувати інший. Для зображення в градаціях сірого глибина біт визначає кількість унікальних відтінків. Кількість відображуваних кольорів змінюється в широкому діапазоні. На сучасних моніторах і дисплеях глибина кольору — це параметр, який може приймати значення від 256 при глибині 8 біт до більш ніж 16 мільйонів при глибині 24.
Основні кольори і їх кодування
Кожен кольоровий піксел в цифровому зображенні створюється з допомогою комбінації трьох основних кольорів: червоного, зеленого і синього. Кожен основний колір часто називають колірним каналом. Він може мати будь діапазон значень інтенсивності, заданих його глибиною біта. Глибина біт для кожного основного кольору називається бітами на канал. Біт на піксель (bpp) відноситься до суми двійкових знаків у всіх трьох колірних каналах і представляє загальні кольору, доступні на кожному пікселі. Часто виникає плутанина з кольоровими зображеннями, і може бути незрозуміло, чи відноситься розміщений номер до бітів на піксель або на канал. Використання bpp в якості суфікса допомагає розрізняти ці два терміни.
Приклади глибини кольору точки
У більшості кольорових зображень з цифрових камер бітова глибина становить 8 двійкових знаків на канал. Тому вони можуть використовувати у загальній складності вісім 0 і 1. Глибина кольору і кількість кольорів при цьому складають 28 або 256 різних комбінацій, або 256 різних значень інтенсивності для кожного основного кольору. Коли всі три основних кольори об’єднані в кожному пікселі, це дозволяє використовувати до 16 777 216 різних кольорів, або “істинний колір”. Така глибина називається 24-бітної, оскільки кожен піксель складається з трьох каналів з глибиною кольору 8 біт. Кількість кольорів, доступних для будь-якого X-бітового зображення, одно 2X, якщо X належить до бітів на піксель, і 23X, якщо X належить до біт на канал.
Візуалізація бітової глибини
Людське око може розрізняти лише близько 10 мільйонів різних кольорів. Тому збереження зображення, де глибина кольору — 24 біт, є надмірним, якщо єдина мета — це звичайний перегляд. З іншого боку, зображення з більш ніж 24 bpp все ще вельми корисні, оскільки вони краще зберігаються при пост-обробці. Тому цей параметр може бути корисним для фотографів. Кольорові градації та палітру глибини кольору в зображеннях з менш ніж 8 бітів на канал кольору можна чітко побачити на діаграмі зображення. Доступні настройки бітової глибини залежать від типу файлу. Стандартні файли JPEG і TIFF можуть використовувати тільки 8 і 16 біт на канал відповідно.
Колірна точність і гамма
Глибина кольору — це тільки один з аспектів колірного уявлення, що визначає, як можна висловити тонкі рівні кольору. Іншим аспектом є те, як може бути виражений широкий діапазон кольорів або гамма. Визначення кольорової точності, так і гами виконується з допомогою специфікації кодування кольору, яка присвоює значення цифрового коду розташування в колірному просторі.
Відмінність графічних чіпів в системах VGA і Macintosh
Старі графічні чіпи, особливо ті, які використовуються в домашніх комп’ютерах та ігрових консолях, часто вміють застосовувати іншу палітру, щоб збільшити максимальну кількість одночасно відображуваних кольорів. При цьому використання пам’яті зводиться до мінімуму. Це важливо для перших комп’ютерів, де пам’ять була дорогою і не дуже великого обсягу. В той час як кращі системи VGA пропонували тільки 18-бітову палітру, з якої можна було вибирати кольори, все кольорове відеообладнання Macintosh надавало 24-бітну. Такі панелі були універсальними і могли застосовуватися в будь-яких останніх апаратних або файлових форматах.
Direct color
Якщо пікселі містять більш 12 біт, для типових розмірів екрану і глибини панелі индексированная палітра займає більше пам’яті, ніж пікселі, тому деякі системи намагаються прямо вказувати колір безпосередньо в пікселі. Наприклад, 8-бітний колір — дуже обмежена, але справжня пряма колірна система. Для кожного з компонентів R (червоного кольору і G (зеленого кольору) є 3 біта, 8 можливих рівнів. При цьому два біта в байтовому пікселі — компонент B (синій колір), займає чотири рівня, що дозволяє використовувати 256 різних кольорів. Здоровий людський очей менш чутливий до синього компоненту, ніж до червоного або зеленого, тому що дві третини рецепторів ока обробляють більш довгі хвилі. Тому він призначається на один двійковий знак менше, ніж інші. 8-бітний колір можна переплутати з індексованою глибиною кольору 8bpp. Але цей параметр теж можна моделювати у таких системах, вибираючи відповідну таблицю.
High color
Високоякісна передача кольору, або режим High color, підтримує 15/16-біт для трьох кольорів у системі RGB. В 16-бітному кольорі можуть бути 4 біта, тобто 16 можливих рівнів для кожного з компонентів R, G і B. А також додатково 4 двійкових знака для параметра “альфа”, що позначає прозорість, що дозволяє використовувати 4 096 різних кольорів з 16 рівнями прозорості. Останнім часом термін використовується для позначення глибини кольору, що перевищують 24 біт. Він був розроблений для представлення та передачі “реальних” відтінків, які сприймаються людським оком. Майже всі найменш дорогі РК-дисплеї забезпечують 18-бітний колір для досягнення швидкого часу переходу за кольором і використовують або згладжування, або регулювання частоти кадрів, щоб наблизитися до 24-бітної кольори або повністю відкинути 6 біт інформації про колір. Більш дорогі РК-дисплеї можуть відображати 24-бітну або більшу глибину кольору.
True color
Передача кольору 24 біта майже завжди використовує 8 біт кожного з R, G, B. станом на 2018 рік 24-бітова глибина кольору використовується практично для всіх комп’ютерів і телефонів, а також для більшості форматів зберігання зображень. Майже у всіх випадках, коли 32 біт на піксель означають, що 24 використовуються для кольору, решта 8 є альфа-каналами або не використовуються. 224 дає 16 777 216 варіацій кольору.
Особливості людського сприйняття кольору
Людське око може розрізняти до десяти мільйонів квітів, і оскільки гамма дисплея менше, ніж діапазон людського зору, це означає, що цей діапазон містить більше відтінків, чим може бути сприйняте людиною. Однак дисплеї нерівномірно розподіляють кольору в просторі для полегшення сприйняття людиною, тому люди можуть бачити зміни між сусідніми кольорами в колірній гамі. Монохроматичні зображення встановлюють всі три канали на одне і те ж значення. У результаті виходить всього 256 різних кольорів і, отже, більш помітна смуга відмінності. Деяке програмне забезпечення намагається згладити рівень сірого в колірних каналах, щоб збільшити його, хоча в сучасному програмному забезпеченні це набагато більше використовується для субпіксельної візуалізації. Вона дозволяє збільшити дозвіл простору на ЖК-екранах, де кольори мають дещо різні позиції.
Deep color
Стандарти DVD-Video і Blu-ray Disc підтримують біт глибиною 8 біт на колір YCbCr з подвыборкой кольоровості 4:2:0. Системи Macintosh ставляться до 24-бітовому кольору як до мільйонів кольорів”. Він також часто використовується для позначення всіх глибин кольору, більших або рівних 24. Глибокий колір, або Deep color, складається з мільярда або більше кольорів. Використовуються глибини кольору 30, 36 і 48 біт на піксель, також звані 10, 12 або 16 біт на канал.
Використання глибини кольору в різних системах
Деякі системи SGI мали 10 або більше біт для відеосигналу і могли бути налаштовані для інтерпретації даних, що зберігаються таким чином для відображення. Часто для них додається альфа-канал того ж розміру, в результаті виходить 40, 48 або 64 біт для кожного пікселя. Деякі більш ранні системи розміщували три 10-бітних каналу в 32-бітному слові, причому 2 біта не використовувалися або використовувалися як 4-рівневий альфа-канал. Формат файлу Cineon, який був популярний для рухомих зображень, використовував цю глибину кольору. Цифрові камери могли виробляти 10 чи 12 біт на канал у своїх вихідних даних, а 16 біт — це найменша адресується одиниця, яка дозволяла б обробляти дані.
Відеокарти з 10 біт на компонент почали виходити на ринок в кінці 1990-х років. Ці системи не використали 16 біт для високого динамічного діапазону, а деякі присвоюють майже містичні можливості 16 бітів, які насправді не вірні. Програмне забезпечення для редагування зображень, таке як Photoshop, почало використовувати 16 біт на канал досить рано. Основна мета цього полягала в тому, щоб зменшити квантування проміжних результатів. Якщо операція була розділена на 4, а потім помножена на 4, вона втратила б нижні 2 біти 8-бітних даних, але якщо використовувалися 16 біт, вона не втратила жодного з 8-бітних даних. У 2008 Microsoft оголосила про те, що в Windows 7 підтримуються глибиною кольору 30 біт і 48 біт, а також широка колірна гамма scRGB.
Доведено, оскільки люди в основному є трихроматами, хоча існують тетрахроматы, сприймають не три основних кольори, а чотири. Для зберігання і роботи з зображеннями можна використовувати “уявні” основні кольори, але зазвичай їх кількість становить три, як у системі RGB.
