По дисциплине “цифровая обработка видео данных” для направления «5350100- телекоммуникационные технологии

Пример 1. Формирование скрытых граней и сечения цветового куба RGB.
На рис.8 показан сплошной куб, который составлен из (2⁸)³ = 16777216 указанных выше цветов. Удобным способом просмотра этих цветов является формирование цветных плоскостей (граней и сечений данного куба). Это достигается фиксированием одного из трех цветов и изменением двух оставшихся. Например, сечение, проходящее через центр куба и параллельное плоскости GB на рис.8 и 7, представляет собой плоскость (127, G, B), G, B = 0, 1, 2, …, 255. Здесь вместо нормализованных значений в диапазоне [0, 1], удобных с математической точки зрения, мы использовали реальные значения пикселей, поскольку именно последние используются в компьютере для формирования цветов. Рис.9(а) показывает, что если три отдельные компоненты подать на цветной монитор, то в результате получится цветное изображение сечения куба. Заметим, что компоненты являются полутоновыми (черно-белыми) изображениями, причем значение 0 соответствует черному, а 255 — белому. На рис.9(б) представлены те грани цветового куба, которые не видны на рис.8; изображения сформированы аналогичным образом.

Рис.8. 24-битовый цветовой куб RGB
Интересно отметить, что процесс формирования (регистрации) цветного изображения является, по существу, обратным к показанному на рис.9 процессу. Цветное изображение может быть получено с помощью трех фильтров: красного, зеленого и синего. Снимая цветную сцену на черно-белую фотокамеру, оснащенную одним из этих фильтров, мы получаем в результате полутоновое (монохромное) изображение, яркость которого пропорциональна интенсивности света, проходящего через фильтр. Повторение этой процедуры с каждым из фильтров дает три монохромных изображения, которые являются RGB-компонентами изображения цветной сцены. На практике использование цветных RGB-сенсоров дает возможность объединить весь процесс в одном устройстве. Показанная на рис.9(а) процедура воспроизведения этих трех RGB-компонент даст цветное RGB-изображение исходной сцены.

а)

б)

Рис.9. (а) Формирование RGB-изображения сечения цветового куба плоскостью (127, G, B). (б) Три скрытые грани цветового куба на рис.8

Хотя высококачественные графические адаптеры и мониторы обеспечивают хорошее воспроизведение цветов 24-битовых RGB-изображений, многие используемые в настоящее время системы ограничены количеством цветов, равным 256. Кроме того, существует целый ряд приложений, в которых имеет смысл использовать не более сотни, а то и меньшее количество цветов. Хорошим примером здесь могут служить методы обработки изображений в псевдоцветах. Также желательно иметь подмножество цветов, которые бы воспроизводились точно во всех используемых графических системах вне зависимости от их особенностей. Такое подмножество цветов называется палитрой фиксированных RGB-цветов или набором цветов, одинаково воспроизводимых всеми системами. Применительно к интернет-приложениям это подмножество цветов называется палитрой фиксированных Web-цветов или набором цветов, одинаково воспроизводимых всеми программами просмотра интернет-сайтов.

Если исходить из предположения, что 256 цветов — это тот минимальный набор цветов, которые точно воспроизводятся любым графическим устройством, то полезно иметь общепринятый стандарт записи этих цветов. Известно, что сорок из этих 256 цветов воспроизводятся различными операционными системами по-разному; при этом остается 216 цветов, которые являются общими для большинства систем. Эти 216 цветов стали de facto стандартом фиксированных цветов, особенно для интернет-приложений. Они используются всегда, когда требуется, чтобы воспроизводимые цвета выглядели одинаково для большинства пользователей.
Обратим внимание, что 216 = (6)³, а значит, каждый из рассматриваемых 216 вариантов цвета можно формировать по-прежнему из трех RGB-компонент, но каждая из которых может принимать лишь 6 возможных значений: 0, 51, 102, 153, 204 или 255. Обычно указанные значения выражают в шестнадцатеричной системе счисления, как показано в табл. 6.1. Напомним, что шестнадцатеричные цифры 0, 1, 2,…, 9, A, B, C, D, E, F соответствуют десятичным числам 0, 1, 2,…, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15. Напомним также, что (0)₁₆ = (0000)₂ и (F)₁₆ = (1111)₂ . Таким образом, например, (FF)₁₆ = (255)₁₀ = (11111111)₂ и видно, что двузначное шестнадцатеричное число соответствует восьмизначному двоичному, т. е. одному байту.
Таблица 1.
Допустимые значения RGB-компонент в палитре фиксированных цветов

Система счисления	Значения RGB-компонент
Шестнадцатеричная	00	33	66	99	СС	АА
Десятичная	0	51	102	153	204	255

Поскольку для формирования RGB-цвета требуется три числа, каждый цвет из палитры фиксированных цветов задается тремя двузначными шестнадцатеричными числами из табл.1. Например, чистому красному цвету отвечает FF0000. Значения 000000 и FFFFFF отвечают черному и белому цветам соответственно. Те же результаты получаются, конечно, и при использовании более привычной десятичной системы счисления. Например, самый яркий красный цвет имеет компоненты R = 255(FF) и G = B = 0.
На рис.10(а) изображена палитра 216 фиксированных цветов, которые расположены в порядке убывания RGB-значений. Первый квадрат в верхнем левом массиве имеет значение FFFFFF (белый цвет), второй квадрат справа от него имеет значение FFFFCC, третий квадрат — FFFF99 и так далее для первой строки массива. Значения во второй строке того же массива равны FFCCFF, FFCCCC, FFCC99 и т. д. Последний квадрат этого массива имеет значение FF0000 (самый яркий красный цвет). Второй массив справа от только что рассмотренного начинается со значения CCFFFF, а его значения изменяются аналогично, как и значения оставшихся четырех массивов. Последний (нижний правый) квадрат последнего массива имеет значение 000000 (черный цвет). Важно отметить, что палитра из 216 фиксированных цветов включает далеко не все возможные оттенки 8-битового серого цвета. На рис.10(б) показаны коды шестнадцати равноотстоящих оттенков серого цвета в RGB-модели. Некоторые из этих значений не принадлежат множеству фиксированных цветов, но большинство графических систем воспроизводит их ближайшим (не серым) цветом правильной интенсивности. Серые цвета из палитры фиксированных цветов вида (KKKKKKKK) 16, K = 0, 3, 6, 9, C, F, выделены на рис. 6.10(б) подчеркиванием.