Таблица квантования тонового изображения
Как все виды информации тоновые уровни также были "привязаны" к необходимости оперировать совокупностью байтов. А поскольку байт – это восемь битов, или восемь разрядов, количество возможных градаций тона можно рассчитать следующим образом:
28 = 256.
Следовательно, таблица квантования, предназначенная для передачи непрерывного тона, состоит из 256 строк, т. е. 256 двоичных кодов: в диапазоне от "00000000" до "11111111" (вспомним для сравнения: для штриховой графики достаточно два кода: 0 и 1).
Таким образом, начальному коду (то есть "0" в десятичной системе счисления) ставим в соответствие черный цвет, а конечному (то есть "255" в десятичной системе счисления) – белый цвет, остальные 254 кода будут соответствовать оттенкам серого: от очень темного, близкого к черному, до очень светлого, близкого к белому.
Используя один байт, можно составить таблицу квантования (табл. 9.1), в которой зафиксировать коды 256 градаций тона (от черного до белого). Такая кодовая таблица получила название "серая шкала" (grayscale).
Таблица 9.1. Кодовая таблица градаций тона.
| Номер по порядку | Двоичный код | Десятичный код | Значение |
|---|---|---|---|
| 1 | 00000000 | 0 | Черный |
| 2 | 00000001 | 1 | Самый темно-серый |
| 3 | 00000010 | 2 | Очень темно-серый |
| 129 | 10000000 | 128 | Средний серый |
| 254 | 11111101 | 253 | Очень светло-серый |
| 255 | 11111110 | 254 | Самый светло-серый |
| 256 | 11111111 | 255 | Белый |
Учитывая искусственность данной таблицы квантования, "естественно" задаться вопросом: много это или мало – 256 градаций тона?
По сравнению с теми пятью-шестью тонами, которые используют художники-рисовальщики, конечно, это очень много. А по сравнению с непрерывными тонами объективной реальности ("continious tone"), это, разумеется, мало.
Исследования свидетельствуют, что в среднем человеческий глаз может уверенно различать около 64 градаций тона. И хотя это среднестатистический показатель (видимо, у людей с тренированным зрением этот уровень значительно выше), тем не менее "серая шкала" превышает его в четыре раза.
Замечание
Стоит обратить внимание на то, что если бы взяли за основу эти исследования, то для кодирования 64 градаций серого было бы достаточно шести разрядов, т. к. 26 = 64. Казалось бы, два разряда можно сэкономить, но коль скоро любая информация передается байтами, все равно эти два разряда заполнялись бы нулями. Так уж пусть лучше несут полезную информацию. Тем более, что определенная избыточность (вспомним критерий Найквиста-Котельникова) не помешает.
Вместе с тем, необходимо учесть, что те 256 градаций тона, которые позволяет кодовая таблица – это идеальное представление, а в реальности их наличию в цифровом изображении могут препятствовать различные причины.
- Во-первых, не обязательно любое тоновое изображение изначально содержит все 256 градаций. Скажем, на фотографии, сюжетом которой является снежное поле, представлена только тонкая сюита светло-серых и белых оттенков.
- Во-вторых, если устройство регистрации, например сканер или цифровая фотокамера, не обладает достаточной чувствительностью (ее тоновый диапазон чересчур узок, что характерно для массовых и дешевых устройств), то в этом случае тонкие оттенки в тенях и светах представляются одинаковыми кодами, что означает исключение определенных тонов из цифрового изображения.
- В-третьих, возможно сознательное и преднамеренное уменьшение (редукция) тоновых диапазонов с определенной художественной целью (например, для усиления контраста). Такая процедура – непременная составляющая тоновой коррекции.
Тоновая и цветовая коррекция описана в части VII данной книги.
Как бы то ни было, каждый пиксел занимает восемь разрядов, а следовательно, при необходимости недостающие тоны всегда можно добавить в изображение.