Kanał (obraz cyfrowy) - Channel (digital image)

Kolorowe obrazy cyfrowe składają się z pikseli , a piksele z kombinacji kolorów podstawowych reprezentowanych przez serię kodów. Kanału w tym kontekście jest w skali szarości obrazu o tej samej wielkości jak obrazu kolorowego, złożony z tylko jednego z tych barw podstawowych. Na przykład obraz ze standardowej kamery cyfrowej będzie miał kanał czerwony, zielony i niebieski. Obraz w skali szarości ma tylko jeden kanał.

W systemach informacji geograficznej kanały są często określane jako pasma rastrowe . Inną ściśle powiązaną koncepcją są mapy cech , które są używane w konwolucyjnych sieciach neuronowych .

Przegląd

W świecie cyfrowym obraz może składać się z dowolnej liczby konwencjonalnych kolorów podstawowych; kanał w tym przypadku jest rozszerzany tak, aby był obrazem w skali szarości na podstawie dowolnego takiego konwencjonalnego koloru podstawowego. Jako rozszerzenie, kanał jest dowolnym obrazem w skali szarości o takich samych wymiarach jak oryginalny obraz i skojarzonym z nim.

Kanał to powszechnie stosowany termin odnoszący się do określonego elementu obrazu. W rzeczywistości każdy format obrazu może wewnętrznie wykorzystywać dowolny algorytm do przechowywania obrazów. Na przykład obrazy GIF w rzeczywistości odnoszą się do koloru w każdym pikselu za pomocą numeru indeksu , który odnosi się do tabeli, w której przechowywane są trzy składniki koloru. Jednak niezależnie od tego, w jaki sposób określony format przechowuje obrazy, zawsze można określić oddzielne kanały kolorów, o ile można renderować ostateczny kolorowy obraz.

Koncepcja kanałów wykracza poza widzialne spektrum w obrazowaniu wielospektralnym i hiperspektralnym . W tym kontekście każdy kanał odpowiada zakresowi długości fal i zawiera informacje spektroskopowe . Kanały mogą mieć wiele szerokości i zakresów.

Istnieją trzy główne typy kanałów (lub modele kolorów ), które mają swoje mocne i słabe strony.

Obrazy RGB

Obraz RGB ma trzy kanały: czerwony, zielony i niebieski. Kanały RGB z grubsza podążają za receptorami koloru w ludzkim oku i są używane w wyświetlaczach komputerowych i skanerach obrazu .

Jeśli obraz RGB jest 24-bitowy (standard branżowy od 2005 r.), Każdy kanał ma 8 bitów, dla koloru czerwonego, zielonego i niebieskiego - innymi słowy, obraz składa się z trzech obrazów (po jednym na każdy kanał), gdzie każdy obraz może przechowywać dyskretne piksele o konwencjonalnej intensywności od 0 do 255. Jeśli obraz RGB jest 48-bitowy (bardzo duża głębia kolorów), każdy kanał składa się z obrazów 16-bitowych.

Próbka koloru RGB

Zwróć uwagę, jak szare drzewa mają podobną jasność we wszystkich kanałach, czerwona sukienka jest znacznie jaśniejsza w kanale czerwonym niż w pozostałych dwóch, a zielona część obrazu jest znacznie jaśniejsza w kanale zielonym.

YUV

Obrazy YUV afiniczną transformacją przestrzeni kolorów RGB, zapoczątkowaną w nadawaniu. Kanał Y koreluje w przybliżeniu z postrzeganą intensywnością, podczas gdy kanały U i V dostarczają informacji o kolorze.

CMYK

Obraz CMYK ma cztery kanały: cyjan, magenta, żółty i klucz (czarny). CMYK to standard druku, w którym stosowane jest kolorowanie subtraktywne .

32-bitowy obraz CMYK (standard branżowy od 2005 r.) Składa się z czterech 8-bitowych kanałów, jednego dla cyjanu, jednego dla magenty, jednego dla żółtego i jednego dla koloru kluczowego (zazwyczaj jest to czarny). 64-bitowe przechowywanie obrazów CMYK (16 bitów na kanał) nie jest powszechne, ponieważ CMYK jest zwykle zależne od urządzenia, podczas gdy RGB jest ogólnym standardem przechowywania niezależnego od urządzenia.

Próbka kolorów CMYK

HSV

HSV , czyli wartość nasycenia barwy , przechowuje informacje o kolorze w trzech kanałach, podobnie jak RGB, ale jeden kanał jest poświęcony jasności (wartości), a dwa pozostałe przekazują informacje o kolorze. Kanał wartości jest podobny (ale nie dokładnie taki sam) jak czarny kanał CMYK lub jego wartość ujemna .

HSV jest szczególnie przydatny w stratnej kompresji wideo , gdzie utrata informacji o kolorach jest mniej zauważalna dla ludzkiego oka .

CA Tak

Kanał alfa przechowuje informacje o przezroczystości - im wyższa wartość, tym bardziej nieprzezroczysty jest ten piksel. Nie Środki skanera lub aparatu fotograficznego przejrzystość, chociaż obiekty fizyczne z pewnością może posiadać przejrzystość, ale kanał alfa jest niezwykle przydatna dla komponowanie obrazów cyfrowych razem.

Technologia Bluescreen polega na filmowaniu aktorów przed podstawowym kolorem tła, następnie ustawianiu tego koloru na przezroczystego i łączeniu go z tłem.

Do GIF i PNG formaty obrazu użyć alfa kanałów na World Wide Web do scalania zdjęć na stronach internetowych , dzięki czemu pojawiają się one mieć dowolny kształt, nawet w niejednorodnym tle.

Inne kanały

W grafice komputerowej 3D wiele kanałów jest używanych do dodatkowej kontroli nad renderowaniem materiału; np. kontrolowanie specularity i tak dalej.

Nieco głębia

Podczas digitalizacji obrazów kanały kolorów są konwertowane na liczby. Ponieważ obrazy zawierają tysiące pikseli, każdy z wieloma kanałami, kanały są zwykle kodowane w jak najmniejszej liczbie bitów. Typowe wartości to 8 bitów na kanał lub 16 bitów na kanał. Indeksowany kolor skutecznie pozbywa się całkowicie kanałów, na przykład 3 kanały na 8 bitów ( GIF ) lub 16 bitów.

Zoptymalizowane rozmiary kanałów

Ponieważ mózg niekoniecznie dostrzega różnice w każdym kanale w takim samym stopniu, jak w innych kanałach, możliwe jest, że różna liczba bitów przydzielonych do każdego kanału spowoduje bardziej optymalne przechowywanie; w szczególności, w przypadku obrazów RGB, kompresja najbardziej niebieskiego kanału i najmniejsza może być lepsza niż zapewnienie każdemu równej przestrzeni. Ten typ „preferencyjnej” kompresji jest wynikiem badań, które pokazują, że ludzka siatkówka faktycznie wykorzystuje kanał czerwony do rozróżniania szczegółów, wraz z kanałem zielonym w mniejszym stopniu, a kanał niebieski wykorzystuje jako tło lub informacje o środowisku.

Wśród innych technik, stratna kompresja wideo wykorzystuje podpróbkowanie chrominancji w celu zmniejszenia głębi bitowej w kanałach kolorów ( barwa i nasycenie ), przy jednoczesnym zachowaniu wszystkich informacji o jasności (wartości w HSV ).

16-bitowy HiColor przechowuje czerwony i niebieski w 5 bitach, a zielony w 6 bitach.

Bibliografia