Канал (цифровое изображение)

Цветные цифровые изображения состоят из пикселей , а пиксели состоят из комбинаций основных цветов, представленных серией кода. Канал того же размера , в этом контексте — это изображение в оттенках серого что и цветное изображение. ^{[ нужна ссылка ]} состоит только из одного из этих основных цветов. Например, изображение со стандартной цифровой камеры будет иметь красный, зеленый и синий каналы. Изображение в оттенках серого имеет только один канал.

В географических информационных системах каналы часто называют растровыми полосами . ^[1] Другая тесно связанная концепция — это карты признаков , которые используются в сверточных нейронных сетях .

Обзор

В цифровой сфере изображение может состоять из любого количества обычных основных цветов; канал в этом случае расширяется до изображения в оттенках серого, основанного на любом таком обычном основном цвете. В более широком смысле канал — это любое изображение в оттенках серого того же размера, что и исходное изображение, и связанное с ним. ^{[ нужна ссылка ]}.

Канал — это общепринятый термин, используемый для обозначения определенного компонента изображения. В действительности, любой формат изображения может использовать любой внутренний алгоритм для хранения изображений. Например, изображения GIF фактически обозначают цвет каждого пикселя по индексному номеру , который относится к таблице, в которой хранятся три компонента цвета. Однако независимо от того, как в конкретном формате хранятся изображения, всегда можно определить дискретные цветовые каналы, если можно визуализировать окончательное цветное изображение.

Концепция каналов выходит за пределы видимого спектра при мультиспектральных и гиперспектральных изображениях. В этом контексте каждый канал соответствует определенному диапазону длин волн и содержит спектроскопическую информацию. Каналы могут иметь несколько значений ширины и диапазона.

Существуют три основных типа каналов (или цветовых моделей ), которые имеют соответствующие сильные и слабые стороны.

RGB-изображения

Изображение RGB имеет три канала: красный, зеленый и синий. Каналы RGB примерно соответствуют цветовым рецепторам человеческого глаза и используются в компьютерных дисплеях и сканерах изображений .

Если изображение RGB 24-битное (отраслевой стандарт 2005 г.), каждый канал имеет 8 бит для красного, зеленого и синего — другими словами, изображение состоит из трех изображений (по одному на каждый канал), где каждое изображение может хранить дискретные пиксели с обычной яркостью от 0 до 255. Если изображение RGB является 48-битным (очень высокая глубина цвета), каждый канал имеет 16-битный цвет на пиксель, то есть 16-битный красный, зеленый, и синий для каждого пикселя.

Образец цвета RGB

24-битное RGB-изображение
Красный канал отображается в оттенках серого.
Зеленый канал, отображаемый в оттенках серого.
Синий канал, отображаемый в оттенках серого.

Обратите внимание, что серые деревья имеют одинаковую яркость во всех каналах, красное платье намного ярче в красном канале, чем в двух других, и как зеленая часть изображения отображается намного ярче в зеленом канале.

ЮВ

YUV Изображения представляют собой аффинное преобразование цветового пространства RGB, возникшее в сфере телевещания. Канал Y приблизительно коррелирует с воспринимаемой интенсивностью, тогда как каналы U и V предоставляют информацию о цвете.

CMYK

Изображение CMYK имеет четыре канала: голубой, пурпурный, желтый и ключевой (черный). CMYK — стандарт печати, в котором субтрактивная окраска используется .

32-битное изображение CMYK (отраслевой стандарт с 2005 года) состоит из четырех 8-битных каналов: одного для голубого, одного для пурпурного, одного для желтого и одного для основного цвета (обычно черного). 64-битное хранилище для изображений CMYK (16 бит на канал) не является распространенным, поскольку CMYK обычно зависит от устройства, тогда как RGB является общим стандартом для независимого от устройства хранилища.

Образец цвета CMYK

Пример 32-битного изображения CMYK
Голубой канал
Пурпурный канал
Желтый канал
Ключевой (черный) канал

ВПГ

HSV , или оттенка насыщенности значение , хранит информацию о цвете в трех каналах, как и RGB, но один канал посвящен яркости (значению), а два других передают информацию о цвете. Канал значений аналогичен (но не совсем идентичен) черному каналу CMYK или его отрицательному .

HSV особенно полезен при с потерями сжатии видео , когда потеря цветовой информации менее заметна для человеческого глаза .

Ка Так

Альфа -канал хранит информацию о прозрачности: чем выше значение, тем более непрозрачным является пиксель. Ни одна камера или сканер не измеряет прозрачность, хотя физические объекты, безусловно, могут обладать прозрачностью, но альфа-канал чрезвычайно полезен для объединения цифровых изображений.

Технология Bluescreen предполагает съемку актеров на фоне основного цвета, затем установку этого цвета на прозрачный и наложение его на фон.

Форматы изображений GIF , и PNG используют альфа-каналы во Всемирной паутине для объединения изображений на веб-страницах чтобы они выглядели произвольной формы даже на неоднородном фоне.

Другие каналы

В компьютерной 3D-графике несколько каналов используются для дополнительного контроля над рендерингом материала; например, управление зеркальностью и так далее.

Разрядность

При оцифровке изображений цветовые каналы преобразуются в числа. Поскольку изображения содержат тысячи пикселей, каждый из которых имеет несколько каналов, каналы обычно кодируются как можно меньшим количеством битов. Типичные значения — 8 бит на канал или 16 бит на канал. Индексированный цвет эффективно избавляется от каналов, например, превращая 3 канала в 8 бит ( GIF ) или 16 бит.

Оптимизированные размеры каналов

Поскольку мозг не обязательно воспринимает различия в каждом канале в той же степени, что и в других каналах, возможно, что различное количество битов, выделенных для каждого канала, приведет к более оптимальному хранению; в частности, для изображений RGB максимальное сжатие синего канала и наименьшее сжатие красного канала может быть лучше, чем предоставление каждому одинакового пространства. ^{[ нужна ссылка ]}

Среди других методов сжатие видео с потерями использует субдискретизацию цветности для уменьшения битовой глубины в цветовых каналах ( оттенок и насыщенность ), сохраняя при этом всю информацию о яркости (значение в HSV ).

16-битный формат HiColor хранит красный и синий цвета в 5 битах, а зеленый — в 6 битах.

Ссылки

^ «Растровые полосы» . ArcSDE SDK C и API Java 10.0 . АркГИС . Проверено 28 июля 2020 г.

[1] «Растровые полосы» . ArcSDE SDK C и API Java 10.0 . АркГИС . Проверено 28 июля 2020 г.

[1]