Reprezentarea Culorilor

Fundamente teoretice

Formate grafice

Există, fără îndoială, o multitudine de modalități de a defini termenul de Procesare a imaginii acceptate în societatea contemporană, având în vedere mai ales varietatea domeniilor care utilizează astfel de tehnici. Procesarea imaginii este definită în literatura de specialitate ca:

analizarea unei imagini utilizând tehnici care pot identifica umbre, culori și relații care nu pot fi percepute de ochiul uman.

o tehnică în care datele dintr-o imagine sunt digitizate fiindu-le aplicate o varietate de operații matematice, în general cu ajutorul unui computer pentru a crea o imagine îmbunătățită, mai utilă sau mai plăcută pentru observatorul uman, sau pentru a efectua anumite sarcini de interpretare și de recunoaștere efectuate, de obicei, de oameni.

analizarea, manipularea, stocarea și afișarea imaginilor grafice provenite din surse cum ar fi fotografiile, desenele sau secvențele video.

Așadar în cadrul temei propuse spre studiu lucrăm cu imagini, dar Ce este o imagine?

Conform Dicționarului Explicativ al Limbii Române prin imagine se înțelege:

Reflectare de tip senzorial a unui obiect în mintea omenească sub forma unor senzații, percepții sau reprezentări; (spec.) reprezentare vizuală sau auditivă; (concr.) obiect perceput prin simțuri. 

Reproducere a unui obiect obținută cu ajutorul unui sistem optic; reprezentare plastică a înfățișării unei ființe, a unui lucru, a unei scene din viață etc., obținută prin desen, pictură, sculptură etc. ♦ Reflectare artistică a realității prin sunete, cuvinte, culori etc., în muzică, în literatură, în arte plastice etc. 

(Fiz.) Figură obținută prin unirea punctelor în care se întâlnesc razele de lumină sau prelungirile lor reflectate sau refractate.

În literatura de specialitate termenul imagine comportă următoarea definiție:

Descrierea unei lucrări grafice, stocată sub forma unui set de valori care specifică strălucirea și culoarea pixelilor sau a unu set de instrucțiuni care permite reproducerea ei.

Un format de fișier creat special pentru reprezentarea imaginilor grafice poartă numele de format grafic. Formatele de fișiere grafice pot fi clasificate în linii mari în formate bitmap (numite și raster) și formate vectoriale.

O imagine bitmap este, așa cum îi spune și numele, reprezentată sub forma unei hărți de pixeli, a unei matrice, unde un pixel constă într-un pătrat de mici dimensiuni ca element al imaginii. Pentru reprezentarea unei imagini alb-negru – 1-bit, un pixel poate fi alb sau negru; pentru reprezentarea imaginilor în tonuri de gri (8-bit), fiecărui element al imaginii îi corespunde o intensitate cu o valoare cuprinsă între 0 (pentru negru) și 255 (pentru alb); pentru reprezentarea unei imagini în culori pe 24-bit, un pixel poate avea o culoare din 16777216 de posibilități.

Aceasta este o modalitate destul de simplă de reprezentare a imaginilor care necesită mult spațiu pe disc, de aceea cele mai multe formate de imagine sunt comprimate pentru a micșora dimensiunea imaginii. Imaginile bitmap sunt dependente de rezoluție (numărul de pixeli din imagine). Din acest motiv, este dificil să schimbi dimensiunea unei imagini raster fără a sacrifica o parte din calitatea imaginii. Privite în format mic imaginile raster sunt destul de clare, însă, în format mai mare, aspectul este „pixelat”, pixelii care iau culoarea de fundal, în cazul măririi imaginii, pot da impresia unor lacune în imagine.

Fișierele de tip bitmap sunt utilizate în cazul imaginilor care necesită o gamă largă de gradații de culoare, cum ar fi cele fotografice, în cazul acestora existând un ton continuu.

Cele mai uzuale formate grafice raster sunt:

BMP – format creat de Microsoft pentru utilizarea în aplicațiile de tip Windows. Fișierele de acest tip prezintă o calitate ridicată, dar ocupă foarte mult spațiu pe disc. Nu sunt acceptate pe web.

GIF (Graphics Interchange Format) – un format dezvoltat de CompuServe, cu o disponibilitate de 256 culori. Este utilizat cu precădere pentru logouri, elemente grafice colorate, pictograme, dar nu pentru fotografii. Este potrivit pentru grafica web, browserele suportând acest format fără plug-inuri, iar culorile dorite pot fi transformate în transparente pentru o integrare fără borduri inestetice. Acestea pot fi animate.

PNG (Portable Network Graphics) – a fost creat ca un format îmbunătățit, nepatentat, pentru GIF. Este la acest moment cel mai utilizat format pentru web, metoda de compresie fiind una care nu conduce la pierderi de informație. Totuși nu funcționează în browserele Explorer și Netscape fără plug-in.

JPG, JPEG (Joint Photographic Expert Group) – utilizează o metodă de compresie de nivel înalt, fiind proiectat inițial pentru imaginile fotografice. Are capacitatea de a afișa milioane de culori. Browserele suporta acest timp de fișiere fără plug-in. Acest format este destul de popular pe web și în oice situație în care dimensiune fișierului are o importanță semnificativă.

TIFF (Tagged Image File Format) – un standard internațional pentru stocare și pentru schimbul de imagini bitmap între aplicații/platforme hardware, patentat de Aldus. Este un format foarte flexibil care suportă multe spații de culoare și metode de compresie. În practică, TIFF este folosit aproape exclusiv ca un format de stocare de imagine fără pierderi care nu utilizează compresie deloc. Din acest motiv fișierele TIFF sunt foarte mari ca spațiu ocupat pe disc.

Este important să amintesc aici și câteva formate-container (formate care înglobează diferite imagini, straturi, obiecte care compun împreună imaginea finală) pentru formate de fișiere grafice: PSD (Adobe PhotoShop), CPT (Corel Photo Paint), PSP (Corel Paint Shop Pro), XCF (Gimp).

Spre deosebire de imaginile raster, imaginile vectoriale nu se reprezintă prin modele de pixeli ci sunt realizate din mai multe obiecte individuale: linii, curbe, forme. Acestea din urmă au la bază formule matematice care le generează, precum și instrucțiuni pentru computer de a le prezenta într-o anumită ordine/aranjare, în plus fiind posibilă și editarea proprietăților fiecărui element: culoare, umplere, contur.

Imaginile de acest tip sunt așadar independente de rezoluție putând fi panoramate infinit fără a-și schimba acuratețea. De asemenea fișierele de acest tip sunt, în general, mai mici față de cele bitmap, stocarea formulelor matematice necesitând mai puțin spațiu pe disc decât stocarea informației de culoare pentru fiecare pixel.

Reprezentarea vectorială a imaginilor prezintă totuși și dezavantaje. Dezavantajul principal al acestora este acela că nu pot reda detalii de culoare, tonuri subtile continue care apar în fotografii. De asemenea cele mai multe imagini vectoriale trebuie convertite în imagini bitmap pentru a fi utilizate pe Web.

Acest tip de imagini este utilizat pentru a crea pentru a crea desene animate, miniaturi, animații sau diagrame, logouri și efecte de text care necesită acuratețea conturului, desene spațiale (arhitecturale), desene de produse, chiar animații.

Printre cele mai utilizate formate de fișiere vectoriale se numără:

AI (Adobe Illustrator) – este un format de fișier dezvoltat de Adobe Systems, specific aplicației Adobe Illustrator.

CDR (CorelDRAW) – este tipul de fișier creat implicit de pachetul CorelDRAW.

SVG (scalable vector graphics) – este un format bazat pe XML, creat și dezvoltat de World Wide Web Consortium pentru a răspunde necesității unui format vectorial versatil, de largă utilizare. Datorită potențialului său de scripting, formatul SVG este o componentă des întâlnită în paginile Web interactive care au aspectul și comportamentul unei aplicații.

EPS (Encapsulated PostScript) – acest tip de fișier este perceput ca un program PostScript salvat ca un singur fișier care include o previzualizare la rezoluție mică, permițând anumitor programe o vizualizare pe ecran.

CGM (Computer Graphics Metafile) – permite reprezentarea informațiilor grafice 2D independent de aplicații, sistem, platformă sau dispozitiv. Fiind metafișier (fișier care conține informații care descriu sau specifică alt fișier), formatul CGM, conține numeroase elemente ce furnizează funcții de reprezentare a entităților. Deși nu este un fișier acceptat în paginile Web este încă răspândit în aviație, inginerie și alte domenii tehnice.

DXF (Drawing Interchange Format sau Drawing Exchange Format) – este un format dezvoltat de Autodesk, tip de fișier implicit pentru pachetul de aplicații AutoCAD.

WMF (Windows Metafile) – Windows utilizează acest tip de fișier.

Paleta de fișiere grafice disponibile ne oferă posibilitatea de a alege formatul cel ai potrivit pentru reprezentarea imaginii dorite, dar totodată, și pentru domeniul în care urmează a fi acesta utilizată. După cum am văzut un aspect important este modul de reprezentare a culorilor, de aceea voi dedica un capitol special acestei teme.

Reprezentarea culorilor

Culoarea este un element foarte important al fișierelor grafice. Definită ca și componentă a percepției umane a luminii, care depinde de frecvență, în cazul calculatoarelor, ea este obținută utilizând o combinație de hardware și software. Fiind vorba de o reacție a creierului la stimuli vizuali, culoarea este ceva subiectiv, personal, greu de specificat cu ajutorul numerelor. În încercarea de a descrie culorile într-un „limbaj” comun pentru oameni, dispozitive și programe, au fost definite spațiile de culoare.

Un spațiu (sistem) de culoare este o reprezentare matematică a unui set de culori; o metodă prin care putem crea, specifica și vizualiza culoarea. Avem la dispoziție mai multe spații de culoare, astfel încât, pentru fiecare aplicație, tip de imagine, domeniu de activitate etc. să îl alegem pe cel mai potrivit.

Există mai multe sisteme de culoare: RGB, CMY(K), PMS, LAB, HLS, HSV etc. Dintre acestea, voi vorbi în continuare despre spațiul RGB și spațiul CMY(K), cele mai utilizate în domeniul procesării computerizate a imaginii.

Fiecare dintre cele două spații de culoare are la bază trei culori, din amestecul în diferite cantități al acestora rezultând toate celelalte culori. Spațiul RGB are la bază culorile roșu (red), verde (green) și albastru (blue). Spațiul CMY(K) are la bază culorile cyan (cyan), magenta (magenta) și galben (yellow). Din amestecul culorilor primare din fiecare sistem, două câte două, pe rând, se obțin culorile primare din celălalt sistem.

Figură . Obținerea culorilor primare ale spațiului CMY(K) din culorile primare ale spațiului RGB și reciproc.

Modelul RGB este un model aditiv (pentru a obține alb este nevoie de prezența totală a celor trei culori primare, iar pentru negru de absența lor totală), iar modelul CMY(K) un model substractiv.

Modelul RGB este foarte important pentru grafica computerizată, pentru web design și pentru alte tipuri de proiecte ce vor fi vizualizate pe ecran pentru simplul motiv că el este totodată folosit în reprezentări și de diferitele dispozitive dotate cu ecran, dispozitive care folosesc lumina pentru generarea culorii. Fiecare dintre culorile primare ale acestui model are 256 de nuanțe posibile, fiecare fiind exprimată matematic printr-un număr întreg din intervalul [0,255], unde 0 reprezintă saturația minimă, iar 255 saturația maximă. Pornind de la reprezentarea culorii folosind modelul RGB și convertirea în sistem hexazecimal a fiecărei valori R, G și B se practică utilizarea codurilor de culori ca un șir de șase caractere (câte două pentru fiecare culoare).

Modelul CMY(K) – spațiu complementar pentru RGB – este utilizat în reprezentările tipografice. În cadrul acestui model nuanțele sunt exprimate în procente, fiecare culoare primară având, așadar 100 de nuanțe posibile: de la cea saturația minimă 0%, până la cea maximă 100%. Culorilor primare utilizate se poate adăuga și negru, acesta deoarece la imprimare sunt utilizate efectiv patru culori: cyan, magenta, galben și negru. De aici diferența între cele două spații de culoare luate în discuție privind numărul de culori ce pot fi exprimate. În modelul CMY (fără negru) este posibilă reprezentarea unui număr considerabil mai mic de culori în comparație cu modelul RGB, însă adăugând negrul obținem mai multe culori decât în cadrul modelului RGB.

Totuși, în realitate, percepția culorii presupune pe lângă nuanță (hue): saturație (saturation) și luminozitate (”value”). De aici și existența spațiului de culoare HSV (Hue, Saturation, Value) cunoscut și sub numele de HSB (Hue, Saturation, Brightness) derivat în mare măsură din spațiul RGB, dar mai aproape de percepția receptorului uman. Acest model propune reprezentarea culorilor astfel:

Nuanța (Hue) ia valori de la 0o la 360o fiecare referind o culoare din spectrul vizibil: 0o înseamnă roșu, 60o însemnă galben, 120o înseamnă verde, 180o înseamnă cyan, 240o înseamnă albastru și 300o înseamnă magenta.

Saturația (Saturation) ia valori de la 0 la 100 exprimând cât de nuanțată e culoarea respectivă (saturația)

Luminozitate (Value/Brightness) ia valori de la 0 la 100 sugerând cât alb și negru se găsește în culoare.

În demersul făcut de a stabili măsura în care procesarea computerizată a imaginii contribuie la dezvoltarea deprinderilor artistice ale elevilor, am întâlnit deseori problematica alegerii modelului potrivit de reprezentare a culorilor. Deși utilizarea anumitor aplicații impune de la sine modelul de utilizat, tinerii artiști, elevi ai profilului artistic, specializările artă plastică și arhitectură, se întreabă cum ar putea oare reprezenta mai fidel ceea ce ei exprimă în termenii: vopsea (culoare), umbră, ton. De aici rezidă necesitatea introducerii noțiunilor descrise în acest capitol.