Ноу Інти, лекція, основи оцифровки

масштабування

Екранна версія зображення - це просто матриця точок, яка описується своїми розмірами по висоті і ширині. Зображення з розмірами 600 на 400 буде займати фіксовану частку екранного простору на будь-якому моніторі, незалежно від його принципу дії. Воно закриє майже весь екран, якщо для нього обрано дозвіл 640 * 480, на екрані з роздільною здатністю 1024 * 768 воно займе приблизно чверть простору, нарешті, при дозволі 1600 * 1200 буде зайнято трохи більше однієї дев'ятої площі екрану. При цьому фізичні розміри, тобто розміри, які розраховуються в дюймах і сантиметрах, будуть залежати від діагоналі монітора.

Нехай потрібно віддрукувати зображення розміром 600 * 600 пікселів. Ці розміри - даність, зараз не має значення спосіб їх отримання дозвіл сканування і установки друку. Якщо задати розміри друкованої версії в 10 дюймів, то дозвіл дорівнюватиме 600 dot / 10 inch = 60 dpi. Наведемо ряд значень дозволу для різних габаритів друкарського відбитка:

600dot / 5inch = 120dpi;
600dot / 3inch = 200dpi;
600dot / 2inch = 300dpi.

Всі ці зміни абсолютно не зачіпають екранну версію, всі її переваги і недоліки закладені на етапі сканування і зміни області друку не впливають на якість оцифрованого оригіналу. А ось на якість друкованої версії це впливає і суттєво.

Для будь-якого друкарського обладнання є деякий оптимальне значення роздільної здатності цифрового зображення, коли пристрій друку буде здатне передати максимальне число деталей оригіналу. Якість результату залежить і від типу обраної паперу. Це вплив особливо сильно проявляється для найбільш популярних у наш час друкованих пристроїв - кольорових струменевих принтерів.

Нехай, для вибраного принтера і сорти паперового носія оптимальним є значення дозвіл, рівне 200 dpi. Які наслідки викличе висновок на друк вибраного оригіналу з дозволом в 120 dpi. Це рішення призведе до втрати якості, оскільки частина деталей буде втрачена під час друку. А якщо поборотися за результат, вибравши більш високий дозвіл друку? Якщо, наприклад, виставити 300 dpi або більше, то принтеру буде передана надлишкова інформація, якою він просто не зможе скористатися.

Припустимо, що сканована версія зображення демонструє посередню якість при виведенні на монітор. Чи можна виправити становище, віддрукувавши її на високоякісному папері з високою роздільною здатністю? Фокус не вийде, оскільки печатка не додає нової інформації до оригіналу, принтер використовує тільки ті дані, які закладені в зображення на етапі оцифровки. Ці уявні експерименти, звичайно, спрощують реальний стан справ, але дія принципу розумної достатності для вибору оптимального дозволу друку навряд чи можна заперечити.

Отже, якщо зафіксувати точкові розміри зображення, то будь-які зміни дозволу тягнуть за собою модифікацію області друку. Справедливо і зворотне твердження. У растровій графіці це перетворення прийнято називати масштабуванням.

Навіщо масштабувати зображення? Причини для цього різноманітні і часто дуже вагомі. Багато сучасні цифрові камери середнього рівня продукують зображення невеликого розміру, які, будучи надрукованими, займають площу поштової марки. Настільні видавничі системи вимагають зображення фіксованих розмірів, які можуть не збігатися з оригінальними габаритами і ін.

Масштабування не змінює фізичні розміри графічного файлу, оскільки не впливає ні на один з параметрів (число точок, глибина кольору), від яких залежить його значення.

дискретизація

Зміна числа точок зображення називається дискретизацією. Ця операція очевидним чином впливає на розміри екранної версії зображення, яка на моніторі з незмінними характеристиками стає більше або менше, залежно від заданих значень.

Мал. 2.4. Зміна екранних розмірів при виборі різних значень дозволу. Фрагмент очі показаний з десятикратним збільшенням

На відміну від масштабування дискретизація - це не елементарна з обчислювальної точки зору операція, оскільки вона рішуче втручається в структуру зображення.

Нехай є зображення розміром 400 * 400 точок. Якщо скоротити його екранні розміри до 300 * 300. то, на перший погляд, це означає незначне втручання в оригінал - скорочення всього лише на три чверті. Інша картина відкривається якщо підрахувати кількість точок до операції і після. Початкова картинка складалася з 400 * 400 = 160 000 точок, а після перетворення налічує 300 * 300 = 90000 точок - майже наполовину менше. Зрозуміло, що така масштабна за своїми наслідками операція не може не позначитися на якості картинки.

Ще більш складні завдання доводиться вирішувати при збільшенні кількості точок. Якщо при їх зменшенні програма просто відкидає зайві пікселі, то при збільшенні матриці додаткові точки треба "придумати". Додавання нових пікселів виконується за спеціальними алгоритмами інтерполяції.

Зменшення кількості точок зображення - це порівняно безпечна процедура, яка не робить прямого впливу на якість оригіналу Збільшення точок складніше за своїми алгоритмами і наслідків Невелике збільшення растра не тягне за собою помітних негативних наслідків. Масштабне перетворення такого роду майже завжди погіршує різкість зображення, частково розмиваючи образ.

Що відбувається з дозволом і областю друку при виконанні процедури дискретизації? Відповідь дає визначення поняття дозвіл: Довжина (inch) * Дозвіл (dpi) = Кількість точок.

Це співвідношення показує, що при будь-дискретизації зображення повинні змінюватися його фактична довжина або дозвіл. З точки зору математики обидві можливості рівноправні, важливо тільки зберегти рівність правої і лівої частин рівняння. При дискретизації зображення в Photoshop змінюються розміри друку, при цьому дозвіл залишається незмінним. Шляхом трохи більше складних маніпуляцій з числовими полями того ж діалогового вікна можна компенсувати зміну числа точок за допомогою нових значень дозволу.

Вибір дозволу сканування часто обгрунтовується раціональними доводами, але, незважаючи на вагомі фізичні аргументи і стрункі логічні міркування, у користувача майже завжди залишається значна свобода вибору. Навіть в уявному експерименті важко уявити собі таку ситуацію, коли неможливо відступити від розрахованого дозволу сканування. У більшості випадків якість зображення не зазнає критичних змін навіть при значних відхиленнях дозволу від розрахованих оптимальних значень. Тому слід вибирати таку щільність оцифрування, яка наближає розрахункове значення зверху і одночасно є цілою частиною максимального оптичного дозволу вибраного пристрою сканування. Іншими словами, якщо сканер здатний працювати з дозволом в 300 dpi. то кратні числа 75, 100, 150 dpi краще, ніж установки сканування, які не є цілою частиною від 300, наприклад 120 або 175 dpi. Якщо для деякого оригіналу за допомогою розрахунку або іншим шляхом отримано оптимальне дозвіл, рівне 140 dpi. то в реальному сесії сканування доцільно встановити 150 dpi.

Відзначимо ще раз принципові відмінності між масштабуванням і дискретизацією. Перша операція впливає тільки на друковану версію зображення, вона жодним чином не впливає на актуальні пікселі, тому екранна версія картинки не зазнає ніяких змін навіть при значних перетвореннях масштабу. Її результати можна помітити тільки при виведенні документа на друк. Друга операція складніша по техніці і більш відповідальна за своїми результатами. Вона виконує глибоку перебудову зображення, за певних умов, впливаючи на кожен його піксел.

В англомовній літературі часто проводять тонке термінологічне розходження між збільшенням і зменшенням кількості точок. Перша операція називається upsampling, а друга - downsampling, а сам родовий термін - resampling. У вітчизняній літературі можна зустріти дослівний, калькований переклад цих операцій на українську мову - апсамплінг, даунсамплінг і ресамплінг! Якщо з останнім терміном ще можна примиритися, то перші два слова явно не узгоджуються з ладом російської мови і їх існування не диктується технічною необхідністю.

Масштабування і дискретизація в Photoshop

Розглянемо основні можливості цього вікна:

Pixel Dimensions (Розмірність). В цьому розділі виводяться розміри зображення, задані в пікселах або відсотках, і загальний розмір поточного документа в кілобайтах або мегабайтах. Поля цього розділу доступні, якщо опція Resample Image (Інтерполяція) є активною. В іншому випадку програма забороняє пряму зміну цих величин;
Document Size (Розмір друкованого відбитка). У цій секції виводиться відомості про фактичні габаритах друкованого відбитка і дозволі, при якому зображення отримує поточні розміри. Ці поля допускають пряму зміну. Збільшення розмірів друкованого відбитка тягне за собою зростання числа пікселів цифрової версії зображення і навпаки;
Constrain Proportion (Зберегти пропорції). Дана опція управляє збереженням пропорцій документа. Якщо вона включена, то при будь-яких операціях з зображенням буде збережено вихідне співвідношення сторін. Якщо опція не вибрана, то розміри сторін дозволяється змінювати незалежно один від одного.
Resample Image (Інтерполяція). Ця опція управляє процесом дискретизації. Якщо вона включена, то програма дозволяє змінювати точкові розміри оригіналу, а отже і загальна кількість пікселів, на вибір користувача. В іншому випадку всі поля розділу Pixel Dimension стають недоступними, і управління габаритами здійснюється тільки за допомогою настройки друкованих розміром або дозволу.
Зміна розмірів растра виконується за допомогою алгоритмів інтерполяції. Для вибору методу інтерполяції служить безіменний список, розташований поруч з перемикачем. У ньому можна вибрати один з п'яти доступних методів перерахунку зображення Nearest Neighbor (За сусіднім пикселам), Bilinear (Білінійна) і три варіанти методу Bicubuc (Бикубическая). Особливості цих алгоритмів дискретизації обговорювалися в попередньому розділі.

Які причини змушують вдаватися до масштабування? Неможливо згадати про всі ситуації, коли це прийом виявляється необхідним. Наведемо лише один приклад. Багато цифрові камери продукують оригінали низького дозволу і значних розмірів. Нехай отримано зображення з роздільною здатністю 72 dpi і з розмірами 30 на 20 сантиметрів. Якщо відправити його на друк в такому стані, то якість відбитка буде невисоким. Можна з упевненістю прогнозувати появу нерівностей на краях ліній і чітко помітні сходинки на областях з плавними колірними переходами. Кількість точок в оригіналі досить велике (майже півмільйона) для того, щоб отримати друковану версію високої якості. Потрібно просто зменшити розміри друкованої версії. Для цього треба відключити опцію Resample Image і в полях розділу Document Size ввести розумні розміри друку, наприклад 10 сантиметрів по ширині. Програма перерахує всі інші доступні параметри. Висота при цьому буде дорівнювати 6,5 см, а дозвіл стане рівним 215. Ці значення гарантують друк досить високої якості.

Ключові терміни

Бикубическая інтерполяція - метод інтерполяції, в якому нові точки растрового зображення створюються за колірні і яскравість значень декількох сусідніх пікселів. Цей метод інтерполяції заснований на більш складному алгоритмі розрахунку, ніж метод найближчого сусіда, тому він вимагає великих обчислювальних ресурсів, але дає більш якісні результати.

Глубінацвета - загальна кількість двійкових розрядів, що припадають на один піксель растрового зображення. Нехай деяке зображення записано в системі RGB. і на кожну хроматичну координату R, G, і B відводиться по 8 двійкових розрядів (1 байт). Можна стверджувати, що це зображення має глибину кольору 8 біт на канал або 3 * 8 = 24 біта на піксель.

Дискретизація - зміна числа точок растрового зображення.

Інтерпольоване дозвіл - характеристика пристроїв оцифровки, у яких точки цифрового зображення виходять комбінацією фізичного зчитування і програмної інтерполяції.

Інтерполяція растрового зображення - процедура розрахунку і додавання нових точок в растрове зображення.

Масштабування растрового зображення - зміна дозволу зображення при виводі його на різні носії, за умови збереження точкових розмірів оригіналу.

Метод найближчого сусіда - метод інтерполяції, який породжує нові точки растрового зображення, запозичуючи колірні і яскравість характеристики від найближчої сусідньої точки. Найшвидший і грубий метод інтерполяції.

Механічне дозвіл - характеристика планшетних сканерів, рівна вертикальної щільності вибірки. Цей параметр, як правило, дорівнює мінімальному зсуву каретки планшетного сканера, тому називається вертикальним дозволом.

Оптичний дозвіл - характеристика планшетних сканерів, що дорівнює щільності фоторецепторів. Іноді цей параметр називають горизонтальним дозволом.

Оцифровка - процедура перекладу зображення в растрову електронну форму.

Дозвіл зображення - характеристика растрового зображення, що задає щільність точок (пікселів) на одиницю довжини. Вимірюється зазвичай в точках на дюйм (dot per inch. Dpi) або пікселях а дюйм (pixel per inch. Ppi).

Дозвіл цифрового фотоапарата - загальна кількість рецепторів фоточутливої матриці, наприклад 8 мегапікселів = 8 млн. Пікселів.

Кольорова палітра True Color - колірний простір системи RGB з глибиною кольору 24 біта на точку. Безліч квітів цього простору становить 16 777 216. Цією палітри досить для подання та обробки більшої частини цифрових зображень в електронному видавництві та поліграфії.