Кіріспе
Әрбір пикселдің қарқындылығы тек қара, сұр және ақ түсті акроматикалық мәндермен көрсетілетін кескін. Цифрлық фотосуретте, компьютерлік графикада және колориметрияда сұр тонды кескін – әрбір пикселдің мәні жарық мөлшерін көрсететін жалғыз үлгі; яғни, ол тек қарқындылық туралы ақпаратты камтиды. Сұр тонды кескіндер, қара-ақ немесе сұр монохромды кескіндер, тек сұр түстердің түрлерінен тұрады. Контраст ең әлсіз қарқындылықтағы қарадан ең күшті қарқындылықтағы аққа дейін өзгереді. Сұр тонды кескіндер бір биттік екі тонды қара-ақ кескіндерден ерекшеленеді, олар компьютерлік кескіндер контекстінде тек екі түс – қара және ақтан (бідеңгейлі немесе бинарлық кескіндер деп те аталады) тұрады. Сұр тонды кескіндерде сұр түстің көптеген жаңдағы бар. Сұр тонды кескіндер жиіліктердің (немесе толқын ұзындықтарының) белгілі бір салмақталған комбинациясына сәйкес әр пикселдегі жарық қарқындылығын өлшеу нәтижесі болуы мүмкін, және мұндай жағдайларда, егер тек бір жиілік (практикада, жиіліктердің тар диапазоны) тіркелген болса, олар монохроматикалық болып табылады. Жиіліктер электромагниттік спектрдің кез келген бөлігінен болуы мүмкін (мысалы, инфрақызыл, көрінетін жарық, ультракүлгін және т.б.). Колориметриялық (немесе нақтырақ, фотометриялық) сұр тонды кескін – сақталған сандық үлгілердің мәндерін стандартты түс кеңістігінің ахроматикалық каналына бейімдейтін, анықталған сұр түсті түс кеңістігіне ие кескін, ол адамның көру қабілетінің өлшенген қасиеттеріне негізделген. Егер бастапқы түсті кескінде түс кеңістігі анықталмаса немесе сұр тонды кескін түсті кескінмен салыстырғанда бірдей ахроматикалық қарқындылыққа ие болмаса, онда мұндай түсті кескіннен сұр тонды кескінге бірегей бейімдеу жасалмайды.
In digital photography, computer generated imagery, and colorimetry, a grayscale image is one in which the value of each pixel is a single sample representing only an amount of light; that is, it carries only intensity information. Grayscale images, a kind of black and white or gray monochrome, are composed exclusively of shades of gray. The contrast ranges from black at the weakest intensity to white at the strongest. Grayscale images are distinct from one bit bi tonal black and white images, which, in the context of computer imaging, are images with only two colors: black and white (also called bilevel or binary images). Grayscale images have many shades of gray in between. Grayscale images can be the result of measuring the intensity of light at each pixel according to a particular weighted combination of frequencies (or wavelengths), and in such cases they are monochromatic proper when only a single frequency (in practice, a narrow band of frequencies) is captured. The frequencies can in principle be from anywhere in the electromagnetic spectrum (e. g. infrared, visible light, ultraviolet, etc.). A colorimetric (or more specifically photometric) grayscale image is an image that has a defined grayscale colorspace, which maps the stored numeric sample values to the achromatic channel of a standard colorspace, which itself is based on measured properties of human vision. If the original color image has no defined colorspace, or if the grayscale image is not intended to have the same human perceived achromatic intensity as the color image, then there is no unique mapping from such a color image to a grayscale image.
Сандық бейнелеулер
Пикселдің қарқындылығы ең төменгі және ең жоғары мәндерді қоса алғанда, белгілі бір диапазон ішінде беріледі. Бұл диапазон 0 (немесе 0%) (толық жоқтық, қара) және 1 (немесе 100%) (толық болу, ақ) аралығындағы кез келген бөлшек мән ретінде абстрактілі түрде көрсетіледі. Бұл белгі ғылыми мақалаларда қолданылады, бірақ колориметрия тұрғысынан "қара" немесе "ақ" дегенді нақты анықтамайды. Кейде масштаб кері қайтылады, мысалы, басып шығаруда сандық қарқындылық жартылай тонды жасау үшін қолданылатын боя мөлшерін көрсетеді, мұнда 0% қағаздың ақ түсін (боя жоқ) білдіреді, ал 100% - толық қара түсті (толық боя). Компьютерлік есептеулерде сұр түстің градиенті рационал сандар арқылы есептелуі мүмкін, бірақ кескін пиксельдері әдетте оларды сақтау үшін бүтін сандарға квантталады, бұл қажетті жад пен есептеулерді азайтады. Кейбір ерте сұр түсті мониторлар тек он алты түрлі реңкті көрсетуге қабілетті болды, олар 4 бит көмегімен екілік форматта сақталды. Бірақ бүгінде визуалды дисплейге арналған сұр түсті кескіндер әдетте пикселге 8 биттен сақталады. Бұл пиксел тереңдігі 256 түрлі қарқындылықты (яғни сұр түстің реңктерін) жазуға мүмкіндік береді және әрбір пикселдік үлгіні бір байт ретінде жеке-жеке қол жеткізуге мүмкіндік беретін есептеуді жеңілдетеді. Дегенмен, егер бұл қарқындылықтар сол пикселдегі физикалық жарықтың мөлшеріне пропорционалды түрде тең аралықта орналасса (сызықтық кодтау немесе масштаб деп аталады), көршілес қараңғы реңктер арасындағы айырмашылықтар жолақты артефакттар түрінде байқалуы мүмкін, ал көптеген ақ реңктер қабылдауға болатын ажыратымдылықтың жоқтығынан "жойылған" болар еді. Сондықтан реңктер әдетте гамма-сығылған сызықтық емес масштабта біркелкі таратылады, бұл қараңғы және ақ реңктер үшін біркелкі қабылдауды жақсырақ жақындастырады, әдетте бұл 256 реңкті байқалатын айырмашылықтарды болдырмауға жеткілікті етеді. Техникалық қолданыстар (мысалы, медициналық бейнелеу немесе қашықтан зондтау қолданбаларында) сенсордың дәлдігін толық пайдалану үшін (әдетте бір үлгіге 10 немесе 12 бит) және есептеулерде дөңгелектеу қателіктерін азайту үшін көбірек деңгейлерді жиі қажет етеді. Үлгіге 16 бит (65,536 деңгей) мұндай қолдану үшін жиі ыңғайлы таңдау болып табылады, өйткені компьютерлер 16 биттік сөздерді тиімді басқарады. TIFF және PNG (басқалармен қатар) кескін файл форматтары 16 биттік сұр түсті масштабты қолдайды, бірақ браузерлер мен көптеген бейнелеу бағдарламалары әр пикселдің кіші 8 битін елемеуге бейім. Есептеу және жұмыс жады үшін бейне өңдеу бағдарламалық жасақтамасы әдетте 16 немесе 32 бит көлеміндегі бүтін санды немесе қалқыма нүктелі сандарды пайдаланады.
Түсті сұрлық деңгейіне аудару
Кез келген түсті суретті ақ-қоңыр түске түрлендіру әдетте бірегей болмайды; түсті каналдардың әртүрлі салмағы камераға орнатылған әртүрлі түсті фотофильтрлер арқылы қара-ақ пленкаға түсірілген эффектті көрсетеді.
Видео жүйелердегі Luma кодтау
PAL, SECAM және NTSC сияқты стандартты түсті теледидар және бейне жүйелерінде қолданылатын Y'UV және оның туыстары сияқты түсті кеңістіктердегі бейнелер үшін сызықтық емес люма компоненті тікелей гамма-сығымдалған бастапқы интенсивтіліктерден салмақталған сома ретінде есептеледі. Бұл колориметриялық люминанстың толық бейнеленуі болмаса да, фотометриялық/колориметриялық есептеулерде қолданылатын гамма-кеңейту мен сығылусыз тезірек есептелуі мүмкін. PAL және NTSC қолданатын Y'UV және Y'IQ модельдерінде rec601 люма компоненті есептеледі, мұнда біз бұл сызықтық емес мәндерді sRGB сызықтық емес мәндерінен (жоғарыда талқыланған) және сызықтық RGB компоненттерінен ажырату үшін апострофты қолданамыз, себебі sRGB біршама басқа гамма-сығу формуласын қолданады. ATSC әзірлеген HDTV үшін қолданылатын ITU R BT.709 стандарты әр түрлі түс коэффициенттерін қолданады, люма компонентін есептеу үшін:
where we use the prime to distinguish these nonlinear values from the sRGB nonlinear values (discussed above) which use a somewhat different gamma compression formula, and from the linear RGB components. The ITU R BT.709 standard used for HDTV developed by the ATSC uses different color coefficients, computing the luma component as
Although these are numerically the same coefficients used in sRGB above, the effect is different because here they are being applied directly to gamma compressed values rather than to the linearized values. The ITU R BT.2100 standard for HDR television uses yet different coefficients, computing the luma component as
Normally these colorspaces are transformed back to nonlinear R'G'B' before rendering for viewing. To the extent that enough precision remains, they can then be rendered accurately. But if the luma component Y' itself is instead used directly as a grayscale representation of the color image, luminance is not preserved: two colors can have the same luma but different CIE linear luminance Y (and thus different nonlinear Ysrgb as defined above) and therefore appear darker or lighter to a typical human than the original color. Similarly, two colors having the same luminance Y (and thus the same Ysrgb) will in general have different luma by either of the luma definitions above.
Ал ITU R BT.2100 стандарты HDR теледидары үшін басқа коэффициенттерді қолданады, люма компонентін есептеу үшін:
where we use the prime to distinguish these nonlinear values from the sRGB nonlinear values (discussed above) which use a somewhat different gamma compression formula, and from the linear RGB components. The ITU R BT.709 standard used for HDTV developed by the ATSC uses different color coefficients, computing the luma component as
Although these are numerically the same coefficients used in sRGB above, the effect is different because here they are being applied directly to gamma compressed values rather than to the linearized values. The ITU R BT.2100 standard for HDR television uses yet different coefficients, computing the luma component as
Normally these colorspaces are transformed back to nonlinear R'G'B' before rendering for viewing. To the extent that enough precision remains, they can then be rendered accurately. But if the luma component Y' itself is instead used directly as a grayscale representation of the color image, luminance is not preserved: two colors can have the same luma but different CIE linear luminance Y (and thus different nonlinear Ysrgb as defined above) and therefore appear darker or lighter to a typical human than the original color. Similarly, two colors having the same luminance Y (and thus the same Ysrgb) will in general have different luma by either of the luma definitions above.
Бұл sRGB-да жоғарыда көрсетілген сандық түрде бірдей коэффициенттер болғанымен, әсері басқаша, себебі олар гамма-сығымдалған мәндерге тікелей қолданылады, сызықтық емес мәндерге емес. Әдетте, осы түсті кеңістіктер көрсету үшін бейнеленгенге дейін сызықтық емес R'G'B' түріне қайта айналдырылады. Дәлдік жеткілікті болса, оларды дәл бейнелеуге болады. Бірақ егер люма компоненті Y' түсті бейненің сұр масштабты бейнелеуі ретінде тікелей қолданылса, люминанс сақталмайды: екі түс бірдей люмаға ие болуы мүмкін, бірақ әртүрлі CIE сызықтық люминансы Y (және осылайша жоғарыда анықталғандай әртүрлі сызықтық емес Ysrgb) болуы мүмкін, сондықтан олар адамға бастапқы түстен қараңғырақ немесе ақын көрінеді. Сол сияқты, бірдей люминанс Y-ге ие екі түс (және осылайша бірдей Ysrgb) әдетте жоғарыда келтірілген люма анықтамаларының бірі бойынша әртүрлі люмаға ие болады.
where we use the prime to distinguish these nonlinear values from the sRGB nonlinear values (discussed above) which use a somewhat different gamma compression formula, and from the linear RGB components. The ITU R BT.709 standard used for HDTV developed by the ATSC uses different color coefficients, computing the luma component as
Although these are numerically the same coefficients used in sRGB above, the effect is different because here they are being applied directly to gamma compressed values rather than to the linearized values. The ITU R BT.2100 standard for HDR television uses yet different coefficients, computing the luma component as
Normally these colorspaces are transformed back to nonlinear R'G'B' before rendering for viewing. To the extent that enough precision remains, they can then be rendered accurately. But if the luma component Y' itself is instead used directly as a grayscale representation of the color image, luminance is not preserved: two colors can have the same luma but different CIE linear luminance Y (and thus different nonlinear Ysrgb as defined above) and therefore appear darker or lighter to a typical human than the original color. Similarly, two colors having the same luminance Y (and thus the same Ysrgb) will in general have different luma by either of the luma definitions above.
Көп арналы түсті бейнелердің бір арналы сұрлық шегі
Түсті кескіндер көбінесе бірнеше қабатталған түсті арналардан құралады, олардың әрқайсысы берілген арнаның мән деңгейлерін көрсетеді. Мысалы, RGB кескіндері қызыл, жасыл және көк негізгі түс компоненттері үшін үш тәуелсіз арнадан тұрады; CMYK кескіндері циан, маджента, сары және қара бояу қабаттары үшін төрт арнадан тұрады. Міне, толық RGB түсті кескінінің түс арналарын бөлу мысалы. Сол жақтағы бағанда оқшауланған түс арналары табиғи түстерде көрсетілген, ал оң жақта олардың сұр түсті баламалары бар: керісінше, жеке сұр түсті арналардан толық түсті кескін жасауға болады. Арналарды өзгерту, офсеттерді қолдану, бұру және басқа да манипуляциялар арқылы түпнұсқа кескінді дәл көшірудің орнына көркемдік эффекттерге қол жеткізуге болады.
The reverse is also possible: to build a full color image from their separate grayscale channels. By mangling channels, using offsets, rotating and other manipulations, artistic effects can be achieved instead of accurately reproducing the original image.