Цветные цифровые изображения состоят из пикселей , а пиксели состоят из комбинаций основных цветов , представленных серией кода. Канал в этом контексте — это изображение в оттенках серого того же размера, что и цветное изображение, состоящее только из одного из этих основных цветов . Например, изображение со стандартной цифровой камеры будет иметь красный, зеленый и синий каналы. Изображение в оттенках серого имеет только один канал.
В географических информационных системах каналы часто называют растровыми полосами . [1] Еще одна тесно связанная концепция — карты признаков , которые используются в сверточных нейронных сетях .
В цифровой сфере изображение может состоять из любого количества обычных основных цветов; канал в этом случае расширяется до изображения в оттенках серого, основанного на любом таком обычном основном цвете. В более широком смысле, канал — это любое изображение в оттенках серого того же размера, что и исходное изображение, и связанное с ним .
Канал — это общепринятый термин, используемый для обозначения определенного компонента изображения. В действительности, любой формат изображения может использовать любой внутренний алгоритм для хранения изображений. Например, изображения GIF фактически обозначают цвет каждого пикселя по индексному номеру , который относится к таблице, в которой хранятся три компонента цвета. Однако независимо от того, как в конкретном формате хранятся изображения, всегда можно определить дискретные цветовые каналы, если можно визуализировать окончательное цветное изображение.
Концепция каналов выходит за пределы видимого спектра при мультиспектральных и гиперспектральных изображениях. В этом контексте каждый канал соответствует определенному диапазону длин волн и содержит спектроскопическую информацию. Каналы могут иметь несколько значений ширины и диапазона.
Существуют три основных типа каналов (или цветовых моделей ), которые имеют соответствующие сильные и слабые стороны.
Изображение RGB имеет три канала: красный, зеленый и синий. Каналы RGB примерно соответствуют цветовым рецепторам человеческого глаза и используются в компьютерных дисплеях и сканерах изображений .
Если изображение RGB 24-битное (отраслевой стандарт 2005 г.), каждый канал имеет 8 бит для красного, зеленого и синего — другими словами, изображение состоит из трех изображений (по одному на каждый канал), где каждое изображение может хранить дискретные пиксели с обычной интенсивностью яркости от 0 до 255. Если изображение RGB является 48-битным (очень высокая глубина цвета), каждый канал имеет 16-битный цвет на пиксель, то есть 16-битный красный, зеленый, и синий для каждого пикселя.
Обратите внимание, что серые деревья имеют одинаковую яркость во всех каналах, красное платье намного ярче в красном канале, чем в двух других, и как зеленая часть изображения отображается намного ярче в зеленом канале.
Изображения YUV представляют собой аффинное преобразование цветового пространства RGB, возникшее в сфере телевещания. Канал Y приблизительно коррелирует с воспринимаемой интенсивностью, тогда как каналы U и V предоставляют информацию о цвете.
Изображение CMYK имеет четыре канала: голубой, пурпурный, желтый и ключевой (черный). CMYK — стандарт печати, в котором используется субтрактивная окраска .
32-битное изображение CMYK (отраслевой стандарт с 2005 года) состоит из четырех 8-битных каналов: одного для голубого, одного для пурпурного, одного для желтого и одного для основного цвета (обычно черного). 64-битное хранилище для изображений CMYK (16 бит на канал) не является распространенным, поскольку CMYK обычно зависит от устройства, тогда как RGB является общим стандартом для независимого от устройства хранилища.
HSV , или значение насыщенности оттенка , хранит информацию о цвете в трех каналах, как и RGB, но один канал посвящен яркости (значению), а два других передают информацию о цвете. Канал значений аналогичен (но не совсем идентичен) черному каналу CMYK или его отрицательному .
HSV особенно полезен при сжатии видео с потерями , когда потеря цветовой информации менее заметна для человеческого глаза.
Альфа -канал хранит информацию о прозрачности: чем выше значение, тем более непрозрачным является пиксель. Ни одна камера или сканер не измеряет прозрачность, хотя физические объекты, безусловно, могут обладать прозрачностью, но альфа-канал чрезвычайно полезен для объединения цифровых изображений.
Технология Bluescreen предполагает съемку актеров на фоне основного цвета, затем установку этого цвета на прозрачный и наложение его на фон.
Форматы изображений GIF и PNG используют альфа-каналы во Всемирной паутине для объединения изображений на веб - страницах , чтобы они выглядели произвольной формы даже на неоднородном фоне.
В компьютерной 3D-графике несколько каналов используются для дополнительного контроля над рендерингом материала; например, управление зеркальностью и так далее.
При оцифровке изображений цветовые каналы преобразуются в числа. Поскольку изображения содержат тысячи пикселей, каждый из которых имеет несколько каналов, каналы обычно кодируются как можно меньшим количеством битов. Типичные значения — 8 бит на канал или 16 бит на канал. Индексированный цвет эффективно избавляется от каналов, например, превращая 3 канала в 8 бит ( GIF ) или 16 бит.
Поскольку мозг не обязательно воспринимает различия в каждом канале в той же степени, что и в других каналах, возможно, что различное количество битов, выделенных для каждого канала, приведет к более оптимальному хранению; в частности, для изображений RGB максимальное сжатие синего канала и наименьшее сжатие красного канала может быть лучше, чем предоставление каждому одинакового пространства. [ нужна цитация ] Этот тип «предпочтительного» сжатия является результатом исследований, которые показывают, что человеческая сетчатка фактически использует красный канал для различения деталей, [ нужна цитация ] наряду с зеленым каналом в меньшей степени, и использует синий канал для получения справочной или экологической информации.
Среди других методов сжатие видео с потерями использует субдискретизацию цветности для уменьшения битовой глубины в цветовых каналах ( оттенок и насыщенность ), сохраняя при этом всю информацию о яркости (значение в HSV ).
16-битный формат HiColor хранит красный и синий цвета в 5 битах, а зеленый — в 6 битах.
