grafika - základy

Rastrová grafika

• Obraz tvořen barevnými body uspořádanými do mřížky - rastru
• O každém bodu je v paměti uložena informace o jeho poloze a barvě --> velká velikost souboru -> komprimace
• Velikost souboru <-> velikost obrázku, barevná hloubka (počet barev), účinnost kompresního algoritmu, kvalita uloženého obrázku
• zdroje: digitální fotografie, skenování, výstup bitmapového editoru
• Parametry:
• rozlišení (DPI - dot per inches)
• barevná hloubka - počet bitů použitých k zakódování informace o barvě obrazového bodu (bity)
• Nevýhody:
• velké nároky na paměť
• změna velikosti - zhoršení kvality obrazu, pixelizace
• Formáty bitmapové grafiky: BMP, JPEG, GIF, PNG, TIFF, RAW
• JPEG nebo RAW 2 3 4 5
• H: porovnání jpg tif raw

V jakém formátu budeme snímky ukládat?

v případě fotoaparátů všech kategorií dochází k převodu barevné vizuální reality do řeči jedniček a nul.

Původní obrazová informace (zachycená objektivem), je prostřednictvím snímače a dalších obvodů (A/D převodníků) transformována do číselných údajů uložených v datovém souboru (0 a 1 reprezentují původní snímanou scénu a umožňují její zobrazení - interpretaci opět v podobě obrazu).

Digitální fotoaparáty většinou pracují se třemi typy souborových formátů (RAW, TIFF, JPEG - různý způsob ukládání obrazové informace).

RAW

RAW (z anglického surový, syrový nebo též neopracovaný) totiž žádným obrazovým souborem není. Digitální aparát používá při záznamu snímač a následně tzv. analogově-digitální (dále A/D) převodník. Na vstupu - přes objektiv a otevřenou závěrku - dopadá na snímač světlo s obrazovou informací v "analogové" podobě, výsledkem práce snímače je pak série signálů s určitými úrovněmi napětí, jež reprezentují intenzitu dopadající světelné energie. Tyto výstupní signály projdou A/D převodníkem, kde se určitým úrovním přiřadí exaktní číselné hodnoty - digitalizace obrazu.

Digitální fotoaparát nenechá svého uživatele "na holičkách" a prvotní informaci zpracovává svými interními postupy tak, aby zajistil co nejlíbivější barevné zobrazení, zohlednil a kompenzoval barevné posuny způsobené typem osvětlení původní scény (tzv. vyvážení bílé) a také co možná nejvíce šetřil kapacitu paměťových karet. To je sice většinou užitečné, ale vždy nevratné a následně v podstatě nenapravitelné.

RAW: jde o nejsurovější, nejryzejší způsob záznamu a přenosu původně obrazové informace v takové podobě, jak ji snímač aparátu zachytil a A/D převodník v první fázi převedl do číslicové formy. Soubory typu RAW tedy nenesou žádnou interpretaci barev ani třeba "vyvážení bílé", ale jsou vlastně jen obrovskou tabulkou měření z jednotlivých buněk snímače. Co bylo změřeno, je zde zapsáno, položka za položkou. Takto zapsaná struktura je navíc vybavena poměrně obsáhlým záhlavím, díky němuž je následně některý z vhodných programů schopen rozpoznat, jak jsou data uspořádána, z jakého aparátu pocházejí, jak proběhla expozice atd. Když toto vše uloží aparát na paměťovou kartu, vzniká soubor, označovaný běžně jako RAW.

Výhody použití formátu RAW

Maximální kontrola nad zpracováním snímku. Fotoaparát neprovede se získanými surovými daty žádnou nevratnou operaci. Fotoaparát nevloží do zapsaných měření žádnou "obrazotvornou invenci". Fotograf či grafik se může (po provedení zálohy souborů RAW) k původním záznamům opakovaně vracet a interpretovat znovu a znovu ona měření podle vlastní úvahy.

• Uložená surová data neříkají nic o definitivním přiřazení barev, jež vytváříme až v prostředí odpovídajícího softwaru. Máme-li jako zdroj RAW, můžeme ručně libovolně přiřadit číselným záznamům jejich výsledný barevný význam. Fotograf následně ovlivňuje celkové barevné podání (jásavější a zářivější, či tlumené a decentní). Je možné dodatečně a opakovaně měnit barevná podání snímku (konfigurace tzv. "vyvážení bílé" - "teplota barev". Je možné výrazně ovlivnit případnou chybu v expozici (málo či příliš mnoho zachyceného světla) a také obraz doostřit apod.
• Lepší využití množství informace získané ze snímacích buněk. Základním prvkem konverze signálu na čísla je A/D převodník. Ten produkuje více informací (TIFF či JPEG je ale neuchovává, RAW to umí využít).
• Velká velikost souborů RAW.  Subory JPEG prošly procesem ztrátové komprese, zatímco RAW nic z původních dat neztratil. Smysl má srovnávat pouze formáty TIFF a RAW: oba zahrnují plnou informaci beze ztrát - soubory TIFF jsou zhruba trojnásobné (čip cca 6,3 milionů pixelů - RAW cca 6-8 MB, TIFF - cca 19 MB,  JPEG o nejvyšší kvalitě - cca 2-3 MB.

Nevýhody použití formátu RAW

• nekompatibilita formátu. Soubory RAW specifické podle výrobce přístroje, mohou se lišit i podle značky fotoaparátu téhož výrobce! Při prvotním načítání souborů z fotoaparátu či paměťové karty jsme nuceni využít specifický software, jenž umožní další zpracování.
• nutnost dodatečného softwarového zpracování. Pomocí vhodného software musíme  soubor RAW doupravit. Časově náročnější. Se soubory RAW pořídit zálohu programu, jenž je umí interpretovat a zpracovat - po čase obtíže s jejich použitím.
• velikost - oproti dobře a hlavně rychle použitelným formátům, jako je JPEG, plýtvání prostorem paměťové karty.
  Zdroj: https://pcworld.cz/archiv/raw-vs-tiff-vs-jpeg-12481 - formát Tiff a JPEG

bezeztrátová × ztrátová komprese - úspornější ukládání obrázků 

Bezeztrátová komprese

• posloupnost bajtů souboru zakóduje do jiné, kratší posloupnosti, která má ale totožnou informační hodnotu - po dekódování získáme původní soubor.
• V celém kódovaném souboru vyskytují některé kombinace bitů opakovaně. Vytvoří se tedy vzorek dat (slovník) a každé další použití vzorku dat se uloží jen jako odkaz.
• Existuje mnoho kompresních algoritmů, univerzální i specializované na texty, obrázky, zvuk, video. Příklady formátů: zip, rar, tiff, png, gif

Ztrátová komprese

• ze souboru jsou odstraněny nedůležité detaily, jejichž ztrátu lidské smysly nevnímají (zrak a sluch).
• Po dekódování již nezískáme originální soubor, některé informace jsou ztraceny.
• Množství ztracených informací lze obvykle nastavit stupněm (kvalitou) komprese.
• Příklady formátů: MP3, MPEG, DivX, JPEG

JPEG (Joint Photographic Experts Group)

• Využívá ztrátové komprese.
  
• Redukují se některé informace o barvách pixelů. Obraz se rozdělí do čtverců 8x8 pixelů a v nich je pomocí tzv. diskrétní cosinové transformace (DCT) hledán opakující se vzorek.
  
• Podle nastaveného stupně komprese je potom místo 8x8=64 čísel tvořících obrazový čtverec uloženo jen několik čísel charakterizujících vzorek v tomto čtverci.

Nevýhody JPEG formátu:

• Používá pouze 24 bitovou barevnou hloubku.
• Nepodporuje průhlednost.
• Nehodí se pro ukládání jednoduché grafiky (ostré čáry, texty).
• Nepodporuje ukládání ve vrstvách.
• Nepodporuje vektorovou grafiku, hodí se jen na fotografie.
• Opakované ukládání do JPEG formátu degraduje fotografie.

GIF

Zejména pro užití na internetu. Používá se pro ukládání jednoduché grafiky. Popis komprese: 1. Ke každému obrázku je navržena paleta barev (min. 2, max. 256) a k uložení obrázku se použijí pouze barvy z této palety. 2. Aplikuje se bezeztrátová (LZW) komprese.

Výhody GIF formátu:

• Uložení pomocí palety barev je výhodné - zejména pro jednoduchou grafiku, loga, ikony atp.
• Umožňuje bezeztrátovou kompresi.
• Umožňuje uložit a zachovat průhlednost.
• Umožňuje animaci.
• Je široce podporován, zobrazí ho všechny prohlížeče

Nevýhody GIF formátu:

• Nevhodný pro fotografie
• Nepodporuje vektorovou grafiku.

TIFF (Tagged Image File Format)

Použitá komprese: bezeztrátová

Výhody TIFF:

• Variabilní barevná hloubka (1 bit, 8 bitů, 24 bitů, 48 bitů a další) a variabilní barevný režim.
• Možnost uložení zcela bez komprese, s bezeztrátovou kompresí i se ztrátovou kompresí typu JPEG.
• Široce podporovaná průhlednost včetně plynulé průhlednosti pomocí alfa kanálu.
• Možnost uložení více stránek a/nebo více vrstev dokumentu.

Nevýhody TIFF formátu:

• Značné problémy s kompatibilitou.
• Bez komprese generuje TIFF obrovské soubory.
• TIFF neumožňuje animaci.

PNG (Portable Network Graphics)

Náhrada a rozšíření GIF formátu. Použitá komprese: bezeztrátová

Výhody PNG:

• Variabilní možnosti ukládání (pomocí palety) nebo s 24, 32, 48 bitovou barevnou hloubkou
• Podporuje průhlednost

Nevýhody PNG:

• Neumožňuje změnu barevného modelu (pouze RGB)
• Bezeztrátová komprese neumožňuje velké zmenšení datové velikosti obrázků.

Rozšíření

Software

• Adobe Phootoshop, Corel PhotoPaint, Paint Shop Pro, Zoner Photo Studio, ACDSee
• Gimp, Photo Filtre, ArtWeaver, Paint.Net, XnView, IfranView