래스터 그래픽스

Raster graphics
이 글은 이미지의 데이터 구조/유형에 관한 것이다.파일 형식은 BMP 파일 형식을 참조하십시오.
왼쪽 상단 모서리에 있는 스마일 얼굴은 래스터 이미지다.확대하면 개별 픽셀이 정사각형으로 나타난다.더욱 확대하면, 각각의 픽셀은 빨강, 초록, 파랑의 값을 조합하여 색상을 구성하여 분석할 수 있다.

컴퓨터 그래픽과 디지털 사진에서 래스터 그래픽은 컴퓨터 디스플레이, 종이 또는 다른 디스플레이 매체를 통해 볼 수 있는 사각형 매트릭스 또는 사각 픽셀의 격자로 2차원 이미지를 나타낸다.래스터는 기술적으로 화소 단위의 영상의 너비와 높이에 픽셀당 비트 수로 특징지어진다.래스터 영상은 배포, 제작, 생성 및 획득 형식이 다양한 이미지 파일에 저장된다.

인쇄업과 프레시프레스 산업은 래스터 그래픽을 (연속 톤에서) 콘톤으로 알고 있다.이와는 대조적으로 라인 아트는 보통 디지털 시스템에서 벡터 그래픽으로 구현된다.[1]

이미지를 은밀한 래스터 조직(픽셀당 바이트 미만으로 포장된 형식에 대해 상대적으로 비용이 많이 드는 작업)으로 변환하는 것; 추가 래스터 라인 반사(대부분 자유)를 구성하기 전이나 그 후 어느 방향으로든 90°의 영상 회전에 해당한다.

많은 래스터 조작은 행렬 구조의 수학적 객체가 중심적인 관심사인 선형 대수학의 수학적 형식에 직접 지도한다.

어원

라스터라는 단어는 라틴어 라스트럼(갈퀴)에서 유래한 것으로, 라데르( 긁어내기 위해)에서 유래한 것이다.집중 전자빔을 자력 또는 정전기적으로 조향하여 선으로 영상선을 그리는 브라운관(CRT) 비디오 모니터의 래스터 스캔에서 비롯된다.[2]연관성별로 보면 직사각형 모양의 픽셀 격자를 가리킬 수도 있다.라스트럼이라는 단어는 현재 뮤지컬 스태프 라인을 그리는 장치를 가리키는 데 사용된다.

데이터 모델

간단한 래스터 그래픽.

래스터 모델의 기초가 되는 기본 전략은 평면을 2차원 사각형 배열로 다듬는 것인데, 각각은 셀 또는 픽셀("그림 요소")이라고 부른다.디지털 사진에서 비행기는 CCD 센서에 투영된 비주얼 필드, 컴퓨터 아트에서는 비행기는 가상 캔버스, 지리 정보 시스템에서 비행기는 지구 표면의 투영이다.해상도 또는 지지대로 알려진 각 사각 픽셀의 크기는 그리드에서 일정하게 유지된다.

그런 다음 각 픽셀에 대해 단일 숫자 값이 저장된다.대부분의 영상에서 이 값은 가시적인 색상이지만 정성 범주에 대한 숫자 코드까지 다른 측정이 가능하다.각 래스터 그리드는 각 숫자에 대한 데이터 유형인 지정된 픽셀 형식을 가지고 있다.일반적인 픽셀 형식은 2진수, 그레이 스케일, 팔레트화, 풀컬러로, 여기서 색의[3] 깊이는 표현된 색의 충실도를 결정하고 색 공간은 색상 범위(인간의 색 시력의 전체 범위보다 낮은 경우가 많다)를 결정한다.대부분의 현대적인 컬러 래스터 형식은 24비트(1600만개 이상의 구별되는 색상), 각각 8비트(0-255)를 빨강, 초록, 파랑으로 사용하는 색상을 나타낸다.원격 감지 및 천문학에 사용되는 디지털 센서는 눈에 보이는 스펙트럼을 넘어서는 파장을 감지하고 저장할 수 있다; 베라 C의 대형 CCD 비트맵 센서. 루빈 천문대는 인간의 색 시력의 스펙트럼 범위를 초과하는 6개의 색 채널에 걸쳐 3.2기가픽셀을 단일 이미지(6.4GB 생)로 캡처한다.

적용들

이미지 저장

참고 항목: 비트맵
래스터를 사용하여 점 패턴을 요약하십시오.

대부분의 컴퓨터 이미지는 월드 와이드 웹에서 인기 있는 GIF, JPEG, PNG 등 래스터 그래픽 형식이나 압축 변형 형태로 저장된다.[3][4]래스터 데이터 구조는 (일반적으로 직사각형, 사각형 기반) 2D 평면을 셀로 다듬는 것을 기반으로 하며, 각각 단일 값을 포함한다.데이터를 파일에 저장하려면 2차원 배열을 직렬화해야 한다.이를 위한 가장 일반적인 방법은 1열(일반적으로 위)열의 셀을 왼쪽에서 오른쪽으로 나열한 뒤 곧바로 2열 셀 등을 나열하는 행-주요 형식이다.

오른쪽 예제에서 테셀레이션 A의 셀은 점 패턴 B에 겹쳐져 각 셀의 점 수를 나타내는 사분면 카운트의 배열 C가 된다.시각화를 위해 룩업 테이블을 사용하여 이미지 D의 각 셀에 색상을 입혔다.다음은 일련 번호 행 주 배열:

1 3 0 0 1 12 8 0 1 4 3 3 0 2 0 2 1 7 4 1 5 4 2 2 0 3 1 2 2 2 2 3 0 5 1 9 3 3 3 4 5 0 8 0 2 4 3 2 8 4 3 2 2 7 2 3 2 10 1 5 2 1 3 7

2차원 그리드를 재구성하려면, 파일은 적어도 열의 수를 포함하는 시작 부분의 헤더 섹션과 픽셀 데이터 유형(특히 값당 비트 또는 바이트 수)을 포함해야 하며, 판독기가 다음 값을 읽기 시작하기 위해 각 값이 어디에서 끝나는지 알 수 있다.헤더에는 행 수, 지리적 데이터에 대한 지리 회의 매개변수 또는 Exif 표준에 지정된 것과 같은 기타 메타데이터 태그도 포함될 수 있다.

압축

주요 기사:이미지 압축

고해상도 래스터 그리드는 픽셀 수가 많아 메모리를 많이 소모한다.이로 인해 데이터 볼륨을 더 작은 파일로 압축하는 여러 가지 접근 방식이 생겨났다.가장 일반적인 전략은 픽셀 값에서 패턴이나 추세를 찾아본 다음, 원본 데이터 대신 패턴의 파라미터화된 형태를 저장하는 것이다.공통 래스터 압축 알고리즘에는 RLE(Run-Length Encryption), JPEG, LZ(PNG와 ZIP의 기본), LZW(GIF의 기본) 등이 있다.

예를 들어, Run length 인코딩은 배열에서 반복된 값을 찾고 이를 값과 표시되는 횟수로 대체한다.따라서 위의 래스터는 다음과 같이 표현될 것이다.

가치 1 3 0 112 8 0 1 4 3...
길이 1 1 2 1 1 1 1 1 1 2...

이 기법은 선 그리기와 같이 동일한 값의 넓은 영역이 있을 때 매우 효율적이지만 픽셀이 보통 이웃과 약간 다른 사진에서 RLE 파일은 원본의 두 배까지 크기가 될 것이다.

RLE, LZW와 같은 일부 압축 알고리즘은 손실 없이 원래 픽셀 값을 압축 데이터에서 완벽하게 재생성할 수 있다.JPEG와 같은 다른 알고리즘은 매개변수화된 패턴이 원래 픽셀 값의 근사치에 불과하므로, 후자는 압축된 데이터에서만 추정할 수 있기 때문에 손실성이 있다.

래스터-벡터 변환

벡터 영상(라인 작업)은 소프트웨어로 래스터화(픽셀로 변환)할 수 있고 래스터 영상(벡터 그래픽으로 변환된 래스터 영상)은 벡터화(벡터 그래픽으로 변환된 래스터 영상)가 가능하다.두 경우 모두 광학 문자 인식의 경우처럼 특정 벡터화 연산이 두드러진 정보를 재현할 수 있지만 일부 정보는 손실된다.

디스플레이

주요 기사:전자 텔레비전 및 컴퓨터 모니터

1920년대에 개발된 초기 기계식 텔레비전은 래스터화 원리를 채택했다.브라운관 디스플레이를 기반으로 한 전자 텔레비전은 좌우로 도색된 수평 래스터와 상하로 도색된 래스터 라인으로 래스터를 스캔한다.

LED 모니터와 같은 현대적인 평면 디스플레이는 여전히 래스터 접근 방식을 사용한다.각 화면 픽셀은 메모리에 있는 적은 수의 비트에 직접 대응한다.[5]화면은 픽셀을 통해 스캔하고 각 비트 세트에 따라 색칠하는 것만으로 상쾌해진다.속도가 중요한 새로 고침 절차는 종종 전용 회로에 의해 구현되며, 종종 그래픽 처리 장치의 일부로 구현된다.

이 접근법을 사용하여, 컴퓨터는 표시할 모든 데이터를 저장하는 메모리 영역을 포함한다.중앙 프로세서는 이 메모리 영역에 데이터를 쓰고 비디오 컨트롤러는 거기서 데이터를 수집한다.이 메모리 블록에 저장된 데이터의 비트는 디스플레이에 이미지를 구성하는 데 사용될 픽셀의 궁극적인 패턴과 관련이 있다.[6]

래스터 컴퓨터 그래픽으로 스캔한 초기 디스플레이는 1960년대 후반 A에 의해 발명되었다.벨 연구소의 마이클 홀([7]Michael Noll)이 1970년 2월 5일 출원했으나, 컴퓨터 소프트웨어의 특허성 문제로 1977년 대법원에 제소되었다.[8]

인쇄

주요기사 : 레이저 프린팅 및 잉크젯 프린팅

1970년대와 1980년대에, 벡터 그래픽을 사용한 펜 플로터는 특히 큰 포맷 용지에 정밀한 도면을 만드는 데 흔했다.그러나, 그 이후로 거의 모든 프린터는 레이저와 잉크젯 프린터를 포함하여 래스터 그리드로 인쇄된 이미지를 만든다.소스 정보가 벡터일 때는 렌더링 사양과 포스트스크립트 등의 소프트웨어를 사용해 래스터 이미지를 생성한다.

입체 래스터

주요기사: 복셀

입체 복셀 래스터 그래픽은 비디오 게임에도 활용되며 MRI 스캐너 등 의료 영상에도 활용된다.[9]

지리 정보 시스템

지리적 현상은 일반적으로 GIS에서 래스터 형식으로 표현된다.래스터 그리드는 지리 참조가 되어 있어서 각 픽셀("픽셀"의 "그림" 부분이 관련이 없기 때문에 일반적으로 GIS에서 셀이라고 함)은 지리적 공간의 사각 영역을 나타낸다.[10]각 셀의 값은 그 지역의 측정 가능한 (정량적 또는 정량적) 특성을 나타내며, 전형적으로 한 분야로 개념화된다.래스터에 일반적으로 표현되는 밭의 예로는 온도, 인구밀도, 토양수분, 지반피복, 지표면 고도 등이 있다.두 개의 샘플링 모델을 사용하여 현장에서 셀 값을 도출한다. 격자에서는 각 셀의 중심점에서 값을 측정한다. 격자에서는 값은 전체 셀에 걸쳐 값의 요약(일반적으로 평균 또는 모드)이다.

해상도

추가 정보:이미지 해상도

래스터 그래픽은 분해능에 따라 달라지는데, 이는 명백한 품질의 손실 없이 임의 분해능으로 스케일업할 수 없다는 것을 의미한다.이 특성은 벡터 그래픽을 렌더링하는 장치의 품질에 따라 쉽게 확장되는 기능과 대조된다.래스터 그래픽은 벡터 그래픽보다 사진과 사진 현실적 이미지를 더 실질적으로 다루는 반면, 벡터 그래픽은 종종 유형 설정이나 그래픽 디자인에 더 도움이 된다.현대의 컴퓨터 모니터는 일반적으로 인치당 약 72 - 130 픽셀을 표시하며, 일부 최신 소비자 프린터는 인치당 2400 도트(DPI) 이상을 해결할 수 있다. 주어진 프린터 해상도에 가장 적합한 이미지 해상도를 결정하는 것은 어려울 수 있다. 인쇄된 출력은 보는 사람이 식별할 수 있는 것보다 더 큰 세부 수준을 가질 수 있기 때문이다.모니터에 표시하다일반적으로 150~300PPI의 해상도는 4색 공정(CMYK) 인쇄에 적합하다.

다만 오버프린팅(사실상 모든 가정/사무실 잉크젯 및 레이저 프린터)이 아닌 디더링(할프톤)을 통해 컬러 배합을 수행하는 인쇄 기술에 대해서는 프린터 DPI와 이미지 PPI의 의미가 매우 다르며 이는 오해의 소지가 있다.디더링 프로세스를 통해 프린터는 여러 개의 프린터 도트 중에서 하나의 이미지 픽셀을 제작하여 색의 깊이를 증가시키므로, 프린터의 DPI 설정을 원하는 PPI보다 훨씬 높게 설정하여 이미지 해상도를 희생시키지 않고 충분한 색의 깊이를 보장해야 한다.따라서 예를 들어 250 PPI에서 이미지를 인쇄하려면 실제로 1200 DPI의 프린터 설정이 필요할 수 있다.[11]

래스터 기반 이미지 편집기

래스터 기반 이미지 편집기(예: PaintShop Pro, Corel Pictor, Adobe Photoshop, Painte)NET, 마이크로소프트 페인트, KIMP는 선과 도형(벡터)을 편집하는 Xfig, CorelDROW, Adobe Illustrator, Inkscape와 같은 벡터 기반 이미지 편집기와 달리 픽셀 편집 중심으로 회전한다.래스터 기반 영상 편집기에서 영상이 렌더링되면 영상은 수백만 픽셀로 구성된다.그 중심에는 래스터 이미지 편집기가 각각의 픽셀을 조작하여 작동한다.[4]대부분의[citation needed] 픽셀 기반의 이미지 편집기는 RGB 컬러 모델을 사용하지만, CMYK 컬러 모델과 같은 다른 컬러 모델도 사용할 수 있다.[12]

참고 항목

참조

  1. ^ "Patent US6469805 - Post raster-image processing controls for digital color image printing". Google.nl. Retrieved 30 November 2014.
  2. ^ Bach, Michael; Meigen, Thomas; Strasburger, Hans (1997). "Raster-scan cathode-ray tubes for vision research – limits of resolution in space, time and intensity, and some solutions". Spatial Vision. 10 (4): 403–14. doi:10.1163/156856897X00311. PMID 9176948.
  3. ^ a b "Types of Bitmaps". Microsoft Docs. Microsoft. 29 March 2017. Retrieved 1 January 2019. The number of bits devoted to an individual pixel determines the number of colors that can be assigned to that pixel. For example, if each pixel is represented by 4 bits, then a given pixel can be assigned one of 16 different colors (2^4 = 16).
  4. ^ a b "Raster vs Vector". Gomez Graphics Vector Conversions. Retrieved 1 January 2019. Raster images are created with pixel-based programs or captured with a camera or scanner. They are more common in general such as jpg, gif, png, and are widely used on the web.
  5. ^ "bitmap display from FOLDOC". Foldoc.org. Retrieved 30 November 2014.
  6. ^ 머레이, 스티븐"그래픽 장치."로저 R이 편집한 컴퓨터 과학.플린, 제2권: 소프트웨어 및 하드웨어, 맥밀런 레퍼런스 USA, 2002, 페이지 81-83.게일 eBooks, https://link-gale-com.libaccess.lib.mcmaster.ca/apps/doc/CX3401200218/GVRL?u=ocul_mcmaster&sid=GVRL&xid=acaf5d43.2020년 8월 3일에 접속.
  7. ^ Noll, A. Michael (March 1971). "Scanned-Display Computer Graphics". Communications of the ACM. 14 (3): 143–150. doi:10.1145/362566.362567. S2CID 2210619.
  8. ^ "Patents". Noll.uscannenberg.org. Retrieved 30 November 2014.
  9. ^ "CHAPTER-1". Cis.rit.edu. Retrieved 30 November 2014.
  10. ^ Bolstad, Paul (2008). GIS Fundamentals: A First Text on Geographic Information Systems (3rd ed.). Eider Press. p. 42.
  11. ^ Fulton, Wayne (April 10, 2010). "Color Printer Resolution". A few scanning tips. Retrieved August 21, 2011.
  12. ^ "Print Basics: RGB Versus CMYK". HP Tech Takes. HP. 12 June 2018. Retrieved 1 January 2019. If people are going to see it on a computer monitor, choose RGB. If you’re printing it, use CMYK. (Tip: In Adobe® Photoshop®, you can choose between RGB and CMYK color channels by going to the Image menu and selecting Mode.)