Сигналом (от лат. signum — знак) — называют некоторый процесс (механический, оптический, химический, термический и т.п.), несущий информацию. Человек воспринимает окружающую информацию при помощи сигналов, его пять чувств (зрение, слух, осязание, обоняние, вкус), используя различные сигналы, образуют «интерфейс» с внешним миром.

Сигналы могут быть дискретными и непрерывными. Дискретные сигналы состоят из отдельных, хорошо отличающихся друг от друга символов, а непрерывные сигналы могут иметь участки, сколь угодно мало отличающиеся друг от друга. Например, патефонная пластинка и магнитофонная лента — источники непрерывного (или аналогово) звукового сигнала, а CD и DVD — дискретного. Математически дискретные сигналы обычно выражают при помощи целого количества вещественных чисел, а непрерывные — вещественными непрерывно меняющимися величинами. Поскольку память компьютера всегда ограничена, а информация, которую он содержит имеет цифровой вид, ЭВМ не может хранить непрерывных сигналов. Для преобразования непрерывных сигналов в дискретные используются специальные устройства, аналогоцифровые преобразователи (АЦП или ADC — Analogue to Digital Converter), для обратного преобразования применяют цифроаналоговые преобразователи (ЦАП или DAC — Digital to Analogue Converter). Например, звук с микрофона записывают на жёсткий диск после преобразования АЦП в цифровой дискретный вид, а для проигрывания сигнал подаётся на акустические колонки в неперывном виде, после преобразования ЦАП.

Очевидны преимущества цифрового сигнала по сравнению с аналоговым, как-то:

• При копировании цифровых данных не происходит снижения качества, цифровая копия полностью идентична оригиналу. Стоимость самой операции копирования цифровой информации чрезвычайно низка.
• Работать с цифровой информацией (модифицировать, редактировать, делать монтаж фрагментов и т. д.) много проще и удобнее, чем с соответствующими аналоговыми данными.
• Цифровые данные удобнее хранить и передавать, особенно — по локальным компьютерным сетям и в Интернете.

Далее рассматриваются только цифровые изображения.

Растровая модель изображения данных — цифровое представление графических объектов в виде совокупности ячеек растра (пикселов). Базовым объектом в растровой графической модели является точка. Математическую модель растрового изображения из m × n пикселов можно описать функцией интенсивности (яркости) цвета

где D — количество цветов (оттенков цвета).

Изображение на плоскости является примером двумерного статического сигнала. Каждую из точек оцифрованного изображения x_ij называют пикселом (pixel — PIcture ELement), а всю совокупность точек — растром (raster). Для записи двухцветного изображения (D = 2) достаточно одного бита: 0 для кодирования чёрного цвета, 1 — для белого. Для полутонового (grayscale) изображения (D = 256 градаций серого, от чёрного до белого включительно) понадобится уже 8 бит: в двоичном виде от 00000000 (чёрный) до 11111111 (белый). Разрядность оцифровки в компьтерной графике называют битовой глубиной цвета. В н.в. стандартная глубина цвета в компьютерной графике составляет 32 бита (по 8 бит на каждый из «каналов», красный, зелёный, синий, и ещё 8 для т.н. α-канала, отвечающего за прозрачность), что соответствует более чем 16 000 000 цветов. Для наиболее качественных изображений, например, в издательских системах, используется ещё большее количество цветов.

Как известно, все видимые человеком предметы можно разделить на два класса: объекты, которые излучают свет (например, электрическая лампа, монитор) и объекты, свет отражающие (бумага, клавиатура). В связи с таким разделением видимых объектов на излучающие и отражающие свет существуют два основных метода моделирования цвета: аддитивный для первого случая и субтрактивный — для второго.

Известно также, что цветовое восприятие человека обусловлено наличием трех видов световосприимчивых рецепторов на сетчатке глаза, максимумы спектральной чувствительности которых соответствуют синему, зеленому и красному цветам. Поэтому эта тройка цветов является базовой для одной из аддитивных моделей цвета   RGB (Red, Green, Blue). Любой цвет в RGB состоит из 3-х базовых цветов, взятых с определёнными коэффициентами (как любой вектор является линейной комбинацией векторов базиса линейного пространства). Т.о. любой цвет может быть представлен тройкой целых чисел (R,G,B), где R, G, B = 0, 1, …, 255 (24-х битная глубина цвета). В частности, в модели RGB (0, 0, 0) соответствует («чистому») чёрному цвету, а (255, 255, 255) — («чистому») белому.

Наглядно систему RGB удобно представить в виде трёхмерного цветового куба. При этом любой из 2²⁴ цветов соответствует целочисленной точке, лежащей внутри и на поверхности данного куба.

Субтрактивные модели, например, CMY (Cyan, Magenta, Yellow) и CMYK (Cyan, Magenta, Yellow, blacK) используются для задания цвета на объектах, поглощающих свет, в частности для печати на бумаге. В этих моделях, в отличие от RGB, для того, чтобы получить требуемый цвет, базовые цвета вычитаются из белого цвета. Например, когда бумага окрашивается цветом сyan, то красный свет, падающий на бумагу, полностью поглощается, т.е. краситель сyan как бы вычитает красный свет из падающего белого, который является суммой красного, синего и зелёного света.

Рассмотренные цветовые модели RGB и CMYK подходят, соответственно, для отображения на мониторе и для полиграфии, и не очень удобны для человеческого восприятия цвета, для которого, как считается, важны тон, насыщенность и светлота цвета. Поэтому есть и другие модели цвета.

Литература

1. И. А. Полежаев. Сигнал. О некоторых понятиях кибернетики. М: Советское радио, 1958.
2. Дж. Корриган. Компьютерная графика. М: 1995.