Ручные сканеры присутствуют в этом перечне только ради полноты классификации. Это устройства вчерашнего дня, которые повсеместно сняты с производства. По своим техническим характеристикам они являются аутсайдерами среди приборов данного класса, обладают низким разрешением, невысокой скоростью работы, узкой кареткой и требуют ручного управления. Оперативность и небольшие габаритные размеры - вот причины, которые примиряют некоторых пользователей с присутствием этих приборов в составе компьютерной периферии.
Листовые (страничные, протяжные, рулонные) сканеры предназначены для оцифровки отдельных листов или разброшюрованных печатных изданий. Они работают с оригиналом по принципу факсимильного аппарата. Отдельные странички подаются в приемный лоток и при помощи роликовой системы подачи прокатываются через прибор. В процессе движения страницы выполняется ее сканирование. Некогда популярные листовые сканеры постепенно сходят со сцены. Их доля на рынке оцифровывающих устройств постоянно снижается. Но сам принцип действия
В барабанных сканерах в качестве светочувствительных элементов используются фотоэлектронные умножители - устройства, предназначенные для усиления слабых фототоков. Это самая старая и наиболее отлаженная технология оцифровки. В семействе сканеров устройства барабанного типа лидируют по числу различных конструктивных реализаций. Виды и подвиды этих устройств столь многочисленны и не похожи по своим конструктивным характеристикам, что довольно трудно дать общее описание их принципа действия. Приведем классическую схему. Объект, обычно слайд или диапозитив, крепится на прозрачный барабан, который быстро вращается и перемещает оригинал в осевом направлении. Внутри барабана находится источник яркого света, обычно это галогеновая или ксеноновая лампа. Направленный пучок света проходит сквозь оригинал и через приемную апертуру попадает на систему наклонных зеркал, которые расщепляют световой поток на три составляющие. Фотоэлектронные умножители усиливают полученный свет, а аналого-цифровой преобразователь обрабатывает сигнал и преобразует его из аналоговой формы в цифровую.
Самыми распространенными аппаратами оцифровки в наше время являются планшетные сканеры. Их можно найти на столе инженера и архитектора, в офисе, студии дизайнера, учебной аудитории. Технология считывания этих устройств в разных модификациях подробно освещена в учебной литературе и журналах. В упрощенном виде она состоит в следующем. Относительно неподвижного оригинала, расположенного на прозрачной (обычно стеклянной) подложке, перемещается каретка со светочувствительными элементами и фокусирующей оптической системой. Световой поток, отражаясь от поверхности непрозрачного объекта, принимается матрицей фоторецепторов (ПЗС-матрицей), затем переводится в форму электрических сигналов и преобразуется из аналоговой формы в цифровую.
Эта технология получила множество различных технических реализаций. Например, существуют сканеры, у которых оригинал смещается относительно неподвижной оптической системы, есть системы с гибридной оптикой, которая совмещает стационарные и подвижные компоненты.
Разрешение - это один из самых распространенных терминов в компьютерной графике. Он употребляется по отношению к самым различным приборам и объектам и, может быть, этим объясняется значительная часть тех сложностей, с которыми сталкиваются пользователи, начинающие свой путь в компьютерной графике.
Разрешение растрового изображения - количество точек (dot) или пикселов (pixel), приходящееся на единицу длины. Как правило, в качестве линейной единицы измерения используются дюймы (inch). Отсюда наименование этого параметра - dpi (dot per inch) или ppi (pixel per inch).
Разрешение - это логическая единица измерения. Она описывает плотность точек графического изображения. На логическом уровне описания ни сами пикселы, ни результирующее изображение не имеют физических размеров. Они обретают конкретную протяженность только при выводе на определенное техническое устройство - принтер, монитор, проектор и пр.
Пусть изображение с разрешением в 100 dpi имеет высоту и ширину по 200 пикселов. Его фактическая высота (ширина) легко находится делением высоты (ширины), измеренной в точках, на разрешение. Оно представляет собой квадрат со стороной в два дюйма. Если, не меняя количества точек по сторонам, увеличить разрешение в два раза, то фигура получит новые габариты, равные одному дюйму. И наоборот, уменьшение разрешения влечет за собой увеличение фактических габаритов, если пиксельные размеры остаются неизменными.
Если известны физические размеры изображения и его разрешение, то легко найти количество составляющих точек. Пусть сканируется квадратная картинка со стороной в три дюйма и разрешением 100 dpi, тогда оцифрованное изображение будет включать в себя 300 точек по каждому направлению.
(рис 2.1) Изображение в натуральную величину и при четырехкратном увеличении
Что произойдет, если, оставляя число точек неизменным, менять фактические линейные размеры изображения? Точный ответ помогает найти простая и наглядная аналогия. Представим, что носителем изображения является материал с неограниченной способностью к растяжению и сжатию. Если сильно растянуть такую страницу, то увеличатся и размеры отдельных точек. В результате дискретная структура картинки, ранее не заметная для наблюдателя станет очевидной. Типичный пример такой ситуации иллюстрирует рис. 2.1, где приведено изображение с разрешением в 72 dpi и его вариант, увеличенный в четыре раза.
Понятие разрешения применятся не только к растровым изображениям; оно служит важнейшей характеристикой многих цифровых приборов и процессов. Так качество сканера, объем графической информации, который способен обработать это прибор во многом зависит от его разрешения. Это в полной мере относится к планшетным, ручным, листовым сканерам и оцифровывающим устройствам, предназначенным для обработки слайдов и диапозитивов.
У приборов, построенных по классической схеме планшетного сканера, горизонтальное разрешение зависит от плотности фоторецепторов сканирующей головки, вертикальное определяется минимальным шагом смещения каретки вдоль оригинала. Иногда первую величину называют оптическим разрешением, а вторую - механическим. У многих современных моделей сканеров эти параметры различаются. Как правило, механическое разрешение выше оптического. Обычное разрешение современных планшетных сканеров равняется 1200*2400 dpi, а моделей полупрофессионального класса оно может достигать 2400*4800 dpi, лучшие представители этого типа приборов могут иметь еще более высокое разрешение.
Совершенно прозрачна связь между
spi (sample per inch )dpi. Их аргументацию можно принять, если бы не многолетняя терминологическая традиция, которая разрешает описывать привычными терминами точка и dpi любые цифровые устройства (мониторы, сканеры, видеокамеры) и процессы (сканирование, видеомонтаж и пр).Результат оцифровки зависит от размеров пикселов. Точки большого размера огрубляют растровое изображение, делают видимой его дискретную структуру. При неизменных размерах оригинала, плотность выборки и размеры точек связаны по закону обратной пропорциональности. Чем выше разрешение, тем меньше размеры элементов изображения, снятых приборов с оригинала (рис. 2.2).
Утверждение о положительном влиянии высокого разрешения на результаты оцифровки хорошо согласуется с нашим повседневным опытом и легко принимается на веру. Однако, как и большинство постулатов, очевидных для здравого смысла, оно справедливо только для некоторой усредненной ситуации. Можно привести примеры, когда увеличение плотности выборки не дает заметного прироста качества, и, более того, способно повлечь за собой деградацию оцифрованного изображения.
(рис 2.2) Зависимость качества оцифровки от разрешения
В описаниях сканеров иногда указывают очень большие значения разрешения, заведомо превосходящие технические возможности этих приборов В таких случаях, скорее всего, речь идет о так называемом интерполированном разрешении. Интерполяцией в математике называют процесс вычисления промежуточных значений функции или величины по их опорным значениям. Тот же самый смысл имеет это понятие и в сканировании. На основе матрицы оцифрованных точек, снятых прибором с оригинала, при помощи специального программного обеспечения строятся промежуточные пикселы. Их цветовые и яркостные параметры рассчитываются по соседним точкам на основе алгоритмов усреднения или по более сложным зависимостям. Иными словами, программа сканирования самостоятельно рассчитывает "недостающие" точки, например, получив со сканера сетку размером 5*5 точек, она может расширить ее до размеров 10*10 и более.
Существует ограниченное число ситуаций, в которых использование искусственно завышенного интерполированного разрешения является оправданным. Например, сканирование штриховой графики (карандашных рисунков, рукописного или печатного текста, планов, чертежей и пр.) позволяет получить более гладкие границы объектов и линий. За более высокое качество результата часто приходится платить значительным увеличением размеров графического файла.
Уже упоминалось о том, что по объективным техническим причинам оптическое и механическое разрешение сканера могут не совпадать. Если в техническом паспорте устройства указывается разрешение 600*1200, то это значит, то максимальная вертикальная плотность точек в два раза выше горизонтальной. Несложный анализ показывает, что если для сканирования выбрано разное разрешение по осям координат (например 600* 1200 dpi), то в оцифрованном оригинале будут потеряны исходные пропорции. Этого не происходит, потому что сканер самостоятельно уравняет плотности по направлениям и добавит по горизонтали недостающие точки за счет интерполяции.
Процедура интерполяции часто используется и в тех случаях, когда задано разрешение сканирования, не кратное оптическому. Например, сканер способен работать с разрешением 300*600 dpi, а в установках управляющей программы установлено 175 dpi.
Если обрабатывается оригинал маленького размера, который планируется значительно увеличить в размерах, то использование высокого интерполированного разрешения становится не только оправданным, но и часто необходимым.
Необходимо отметить, что термин разрешение перегружен значениями. Его часто применяют для описания некоторых цифровых приборов в смысле, отличном от вышеизложенного. Так разрешением экрана компьютерного монитора называют максимальные габариты экранного изображения в пикселах, например: 800*600, 1024*768, 1280*1024 и др. Эти числа по сути дела представляют собой логические размеры экрана - максимальное число адресуемых точек по ширине и высоте. Фактическое разрешение монитора, в смысле плотности пикселов на единицу длины, зависит от его диагонали и колеблется от 60 dpi до 120 dpi.
Применяют этот термин и в отношении таких популярных в наше время приборов как
Информация в памяти компьютера представляется в двоичном виде. Текст, картинка, запись базы данных - все это с точки зрения вычислительной машины не более чем последовательность нулей и единиц со своими правилами обработки. Чем длиннее эта последовательность, тем, как правило, больше информации она может хранить об объекте.
В растровой графике все точки, составляющие изображение, - это совершенно независимые образования со своей яркостью и цветом. Если отвести на каждый пиксел по одному двоичному разряду, то в таком коротком слове можно запомнить только два состояния графического элемента: черное и белое. Пусть точкам соответствует кодовые последовательности, состоящие из восьми двоичных разрядов. В этом случае можно занести в
При помощи 24 (8+8+8) битов можно закодировать богатую цветовую палитру, состоящую из $$16^7 =2^8*2^8*2^8$$ миллионов цветов и оттенков. Поясним это утверждение.
Известно, что каждый видимый цвет можно представить в виде композиции трех базовых координат красной (Red, R), зеленой (Green, G) и синей (Blue, B). В компьютерной графике эти координаты часто называют каналами. На каждый канал отводится по восемь двоичных разрядов, что дает возможность кодирования 256 градаций яркости цветовой координаты. Поскольку яркости каналов являются независимыми, то общее число доступных цветов находится по формуле 256*256*256 = 16 777 216. Этот способ генерации цвета называется аддитивной моделью (аддитивной системой, системой RGB), а цветовое пространство, состоящее из 16 777 216 элементов, иногда именуют True Color.
Количество двоичных разрядов, приходящихся на одну точку, пиксел или выборку принято называть глубиной цвета. Эта характеристика относится не только к изображениям; с ее помощью можно описывать свойства цифровых устройств и процессов, например сканеров.
Как, например, истолковать строчку технического описания сканера, в которой говорится о его 24-битной глубине цвета. Это значит, что данный прибор может производить 8-разрядную выборку для каждого цветового канала. Иными словами, это вполне приличное устройство, способное сканировать в цвете оригиналы с ограниченным цветовым диапазоном, например плакаты афиши, географические карты, архитектурные планы, рисованные книжные иллюстрации т.п.
Давно прошли те времена, когда сканеры могли продуцировать только полутоновые черно-белые изображения, т.е. имели глубину цвета равную восьми битам. Большинство современных устройств оцифровки обладают 36-битной и более глубиной. Лучшие марки полупрофессиональных планшетных сканеров имеют глубину, равную 48 битам, что составляет 16 бит на один канал. Это позволяет представить колоссальное количество цветовых нюансов $$2^{16}*2^{16}*2^{16} = 281 474 976 710 656$$.
Зачем такая высокая разрядность? Только несколько сотен часть цветов имеют названия, глаз обычного человека не способен различить все градации даже пространства Photoshop позволяет полноценно обрабатывать изображения с подобной глубиной цвета. Две основные причины заставляют повышать глубину цвета устройств ввода.
Первая - технологическая. Матрица фоторецепторов в сканерах более высокой разрядности обладает, как правило повышенной чувствительностью и в меньшей степени "загрязняет" изображение собственными шумами.
Вторая причина - программная Большое количество битов увеличивает гибкость редактирования на всех последующих этапах обработки изображения. Многие операции с изображениями, например гамма-коррекция, изменение цветового пространства и др., обедняют тоновое пространство, понижают число цветовых градаций. Если начинать обработку 16-битовых каналов, то, имея достаточный запас, можно безболезненно пережить потерю некоторых малозначительных деталей. Совершенно иная ситуация складывается при работе с 8-битовыми каналами. Здесь любые потери могут иметь решающие последствия для качества изображения.
В настоящее время, ограниченное число графических приложений и программ управления сканирующим оборудованием полноценно поддерживают глубину цвета в 16 бит на канал. К числу немногих исключений принадлежит растровый редактор Photoshop.
Растровая графика всегда считалась отраслью информатики с повышенными требованиями к вычислительной мощности компьютера. Стремительный прогресс технического обеспечения снимает многие жесткие ограничения на обработку растровых изображений на персональном компьютере, но "болевой порог" дефицита ресурсов не преодолен, а только отодвинут.
Точечная дисперсная структура растровых изображений во многом объясняет повышенные требования к подсистеме памяти компьютера. Качественная картинка требует плотной упаковки элементарных частичек изображения - пикселов и для каждого из них требуется хранить сведения о цвете и яркости. Чтобы обеспечить возможность отмены ошибочных действий в памяти компьютера приходится хранить несколько версий обрабатываемого изображения. В процессе редактирования требуется помнить и множество дополнительных объектов, связанных с оригиналом, например, снимки состояний, текстуры, кисти и пр. Перерасход оперативной памяти активизирует обращения к дисковой подсистеме и, как следствие существенно замедляет работу компьютера.
Размеры изображения можно контролировать на стадии первичной оцифровки. Любая программа управления сканером выводит данные об объеме оцифрованной версии картинки Результат зависит от физических размеров оригинала, разрешения сканирования и выбранной цветовой модели.
Пусть изображение с габаритами 6*4 дюйма сканируется с разрешением 300 dpi. Количество выборок по горизонтали и вертикали находится умножением ширины и высоты оригинала на разрешение: 6 * 300 = 1800, 4 * 300 dpi = 1 200. Общее число точек равняется 1 800 * 1 200 = 2 160 000.
Теперь легко подсчитать необходимые затраты памяти для различных цветовых моделей. Если оригинал цветной и выбрана система RGB, то на каждую точку будет отведено 24 двоичных разряда, т.е. 3 байта. Для вычисления общих затрат памяти в байтах требуется умножить число точек на три, что дает 6 480 000 байт или почти 6,5 Мбайт. Если сканировать этот оригинал в градациях серого, то результирующий объем будет в три раза меньше 2, 16 Мбайт. Режим LineArt, где на каждую точку отводится по одному биту, потребует 2 160 000*1 бит или 216 000 байт.
Можно заметить, что связь между размерами изображения и его разрешением не является линейной. Удвоение разрешения увеличивает объем занимаемой памяти в четыре раза, утроение - в девять раз. Так небольшая, на первый взгляд, разница между 150 и 200 dpi может обернуться многими мегабайтами дискового пространства и оперативной памяти.
Для расчета размеров изображений не требуется прибегать к расчетам по формулам; всю вычислительную работу можно передоверить программам. Большая часть программных средств управления сканерами на лету подсчитывает размер файла и выводит его в диалоговом окне, после определения всех
(рис 2.3) Диалоговое окно New
Для этих целей можно воспользоваться редактором Photoshop. Самый простой способ - это выполнить команду File - New (Файл - Создать), диалоговом окне, показанном на рис. 2.3, ввести размеры файла в пикселах и цветовую модель изображения. Программа выполнить все необходимые вычисления и покажет результат в строчке под названием Image Size (Размер изображения), расположенной в правой нижней части диалогового окна.
Изображение, оцифрованное на сканере, в процессе редактирования представляется на мониторе компьютера и обрабатывается в редакторе таким образом, чтобы получилась печатная версия высокого качества. Эта цепочка операций настолько привычна для большинства пользователей, что мало кто задумывается о тех непростых трансформациях, которые претерпевает оригинал на этом пути.
Экранная версия изображения - это просто матрица точек, которая описывается своими размерами по высоте и ширине. Изображение с размерами 600 на 400 будет занимать фиксированную долю экранного пространства на любом мониторе, независимо от его принципа действия. Оно закроет почти весь экран, если для него выбрано разрешение 640*480, на экране с разрешением 1024*768 оно займет примерно четверть пространства, наконец, при разрешении 1600*1200 будет занято чуть более одной девятой площади экрана. При этом физические размеры, т.е. размеры, которые рассчитываются в дюймах и сантиметрах, будут зависеть от диагонали монитора.
А каковы будут размеры картинки при выводе ее на печать? Для искушенного пользователя Photoshop ответ очевиден. Размеры печатной версии совпадают с габаритами сканированного оригинала (если быть предельно точным, то с размерами области сканирования). Это естественное соглашение для всех программ обработки графики является установкой по умолчанию; но большая часть растровых редакторов располагает специальными средствами изменения размеров печати.
Чтобы установить такой размер экранной версии изображения, который совпадает с его печатным вариантом, требуется выполнить команду главного меню View - Print Size (Просмотр - Размер при печати) редактора Photoshop или воспользоваться кнопкой панели с тем же названием.
Пусть требуется отпечатать изображение размером 600*600 пикселов. Эти размеры - данность, сейчас не имеет значения способ их получения разрешение сканирования и установки печати. Если задать размеры печатной версии в 10 дюймов, то разрешение будет равно 600 dot / 10 . Приведем ряд значений разрешения для разных габаритов печатного оттиска:
Все эти изменения совершенно не затрагивают экранную версию, все ее достоинства и недостатки заложены на этапе сканирования и изменения области печати не влияют на качество оцифрованного оригинала. А вот на качество печатной версии это влияет и существенно.
Для любого печатного оборудования есть некоторое оптимальное значение разрешения цифрового изображения, когда устройство печати будет способно передать максимальное число деталей оригинала. Качество результата зависит и от типа выбранной бумаги. Это влияние особенно сильно проявляется для наиболее популярных в наше время печатных устройств - цветных струйных принтеров.
Пусть, для выбранного принтера и сорта бумажного носителя оптимальным является значение разрешение, равное 200 dpi. Какие последствия вызовет вывод на печать выбранного оригинала с разрешением в 120 dpi? Это решение приведет к потере качества, поскольку часть деталей будет потеряна при печати. А если побороться за результат, выбрав более высокое разрешение печати? Если, например, выставить 300 dpi или более, то принтеру будет передана избыточная информация, которой он просто не сможет воспользоваться.
Предположим, что сканированная версия изображения демонстрирует посредственное качество при выводе на монитор. Можно ли поправить дело, отпечатав ее на высококачественной бумаге с высоким разрешением? Фокус не получится, поскольку печать не добавляет новой информации к оригиналу, принтер использует только те данные, которые заложены в изображение на этапе оцифровки. Эти мысленные эксперименты, конечно, упрощают реальное положение дел, но действие принципа разумной достаточности для выбора оптимального
Итак, если зафиксировать точечные размеры изображения, то любые изменения разрешения влекут за собой модификацию области печати. Справедливо и обратное утверждение. В растровой графике это преобразование принято называть масштабированием.
Зачем масштабировать изображение? Причины для этого многообразны и часто очень весомы. Многие современные цифровые камеры среднего уровня продуцируют изображения небольшого размера, которые, будучи отпечатанными, занимают площадь почтовой марки.
Масштабирование не меняет физические размеры графического файла, поскольку не воздействует ни на один из параметров (число точек, глубина цвета), от которых зависит его значение.
Изменение числа точек изображения называется дискретизацией. Эта операция очевидным образом влияет на размеры экранной версии изображения, которая на мониторе с неизменными характеристиками становится больше или меньше, в зависимости от заданных значений.
(рис 2.4) Изменение экранных размеров при выборе различных значений разрешения. Фрагмент глаза показан с десятикратным увеличением
Поясним эту операцию на примере изображения из стандартной коллекции редактора (рис. 2.4). Оригинальная версия картинки, которая занимает среднюю позицию, имеет разрешение в 72 dpi. Увеличение разрешения в два раза до 144 dpi влечет за собой возрастание количества точек и рост линейных размеров экранной версии изображения (правый образец). Уменьшение разрешения до 36 dpi продуцирует прямо противоположные последствия (левый образец).
В отличие от масштабирования дискретизация - это не элементарная с вычислительной точки зрения операция, поскольку она решительно вмешивается в структуру изображения.
Пусть имеется изображение размером 400*400 точек. Если сократить его экранные размеры до 300*300, то, на первый взгляд, это означает незначительное вмешательство в оригинал - сокращение всего лишь на три четверти. Иная картина открывается если подсчитать количество точек до операции и после. Исходная картинка состояла из 400*400 = 160 000 точек, а после преобразования насчитывает 300*300 = 90000 точек - почти наполовину меньше. Понятно, что такая масштабная по своим последствиям операция не может не сказаться на качестве картинки.
Еще более сложные задачи приходится решать при увеличении количества точек. Если при их уменьшении программа просто отбрасывает лишние пикселы, то при увеличении матрицы дополнительные точки надо "придумать". Добавление новых пикселов выполняется по специальным алгоритмам интерполяции.
Уменьшение количества точек изображения - это сравнительно безопасная процедура, которая не оказывает прямого влияния на качество оригинала Увеличение точек сложнее по своим алгоритмам и последствиям Небольшое приращение растра не влечет за собой заметных отрицательных последствий. Масштабное преобразование такого рода почти всегда ухудшает резкость изображения, отчасти размывая образ.
В растровой графике получили распространение три основных метода дискретизации (все они поддерживаются редактором Photoshop), которые различаются между собой скоростью работы и точностью результатов:
Photoshop. Новые точки рассчитываются по существующим соседям на основе несколько более сложных алгоритмов, чем в предыдущем методе;Что происходит с разрешением и областью печати при выполнении процедуры дискретизации? Ответ дает определение понятия разрешение: Длина (.
Это соотношение показывает, что при любой дискретизации изображения должны меняться его фактическая длина или разрешение. С точки зрения математики обе возможности равноправны, важно только сохранить равенство правой и левой частей уравнения. При дискретизации изображения в Photoshop меняются размеры печати, при этом разрешение остается неизменным. Путем чуть более сложных манипуляций с числовыми полями того же диалогового окна можно компенсировать изменение числа точек при помощи новых значений разрешения.
Операцию дискретизации могут выполнять и устройства оцифровки. При обработке оригинала с разрешением, которое не является целой частью максимального оптического dpi. Простым умножением можно найти количество светочувствительных, которые будут задействованы в этой процедуре. Оно равно 600 * 3 = 1800. Если установлено разрешение, равное половине максимального (300 dpi), то в процессе оцифровки будет участвовать 900 датчиков, т.е. каждый второй. Работу в таком режиме можно организовать элементарными средствами, не внося глубокие изменения в алгоритмы управления прибором. Совсем иная ситуация возникает, если выбрать такую плотность оцифровки, которая не является целой частью максимального оптического разрешения. Это приведет к нарушению регулярности расположения активных датчиков, поэтому подлинный вид сканируемого оригинала может быть сформирован только с участием специальных корректирующих алгоритмов, работающих по принципу программной интерполяции.
Выбор разрешения сканирования часто обосновывается рациональными доводами, но, несмотря на веские физические аргументы и стройные логические рассуждения, у пользователя почти всегда остается значительная свобода выбора. Даже в мысленном эксперименте трудно представить себе такую ситуацию, когда невозможно отступить от рассчитанного разрешения сканирования. В большинстве случаев качество изображения не претерпевает критических изменений даже при значительных отклонениях разрешения от рассчитанных оптимальных значений. Поэтому следует выбирать такую плотность оцифровки, которая приближает расчетное значение сверху и одновременно является целой частью максимального оптического разрешения выбранного устройства сканирования. Иными словами, если сканер способен работать с разрешением в 300 dpi, то кратные числа 75, 100, 150 dpi предпочтительнее, чем установки сканирования, не являющиеся целой частью от 300, например 120 или 175 dpi. Если для некоторого оригинала при помощи расчета или иным путем получено оптимальное разрешение, равное 140 dpi, то в реальной сессии сканирования целесообразно установить 150 dpi.
Отметим еще раз принципиальные различия между масштабированием и дискретизацией. Первая операция влияет только на печатную версию изображения, она никоим образом не воздействует на актуальные пикселы, поэтому экранная версия картинки не претерпевает никаких изменений даже при значительных преобразованиях масштаба. Ее результаты можно заметить только при выводе документа на печать. Вторая операция более сложная по технике и более ответственная по своим результатам. Она выполняет глубокую перестройку изображения, при определенных условиях, воздействуя на каждый его пиксел.
В англоязычной литературе часто проводят тонкое терминологическое различие между увеличением и уменьшением количества точек. Первая операция называется upsampling, а вторая - downsampling, а сам родовой термин - resampling. В отечественной литературе можно встретить дословный, калькированный перевод этих операций на русский язык - апсамплинг, даунсамплинг и ресамплинг! Если с последним термином еще можно примириться, то первые два слова явно не согласуются со строем русской речи и их существование не диктуется технической необходимостью.
Photoshop - это профессиональный растровый редактор, поэтому он полноценно поддерживает функции масштабирования и дискретизации. Все возможные операции этого типа выполняются средствами одного диалогового окна Image Size (Размер изображения). Для вывода его на экран достаточно выполнить команду Image - Image Size (рис. 2.5).
(рис 2.5)
Рассмотрим основные возможности этого окна:
Pixel Dimensions (Размерность). В этом разделе выводятся размеры изображения, заданные в пикселах или процентах, и общий размер текущего документа в килобайтах или мегабайтах. Поля этого раздела доступны, если опция Resample Image (Интерполяция) является активной. В противном случае программа запрещает прямое изменение этих величин;Document Size (Размер печатного оттиска). В этой секции выводится сведения о фактических габаритах печатного оттиска и разрешении, при котором изображение получает текущие размеры. Эти поля допускают прямое изменение. Увеличение размеров печатного оттиска влечет за собой возрастание числа пикселов цифровой версии изображения и наоборот;Constrain Proportion Resample Image (Интерполяция). Эта опция управляет процессом дискретизации. Если она включена, то программа разрешает менять точечные размеры оригинала, а следовательно и общее количество пикселов, по выбору пользователя. В противном случае все поля раздела Pixel Dimension становятся недоступными, и управление габаритами осуществляется только посредством настройки печатных размером или разрешения.Nearest Neighbor (По соседним пикселам), Bilinear (Билинейная) и три варианта метода Bicubuc (Бикубическая). Особенности этих алгоритмов дискретизации обсуждались в предыдущем разделе.Если манипуляции с установками диалогового окна Image Size оказались неудачными, то можно их сбросить и вернуться к стартовым значениям параметров. Для этого надо нажать и удерживать клавишу Alt, в результате кнопка Cancel превратиться в Reset, которая служит для отказа от сделанных окне изменений. Этот стандартный для редактора прием используется во многих диалогах программы.
Какие причины заставляют прибегать к масштабированию? Невозможно упомянуть обо всех ситуациях, когда это прием оказывается необходимым. Приведем лишь один пример. Многие цифровые камеры продуцируют оригиналы низкого разрешения и значительных размеров. Пусть получено изображение с разрешением 72 dpi и с размерами 30 на 20 сантиметров. Если отправить его на печать в таком состоянии, то качество оттиска будет невысоким. Можно с уверенностью прогнозировать появление неровностей на краях линий и отчетливо различимые ступеньки на областях с плавными цветовыми переходами. Количество точек в оригинале достаточно велико (почти полмиллиона) для того, чтобы получить печатную версию высокого качества. Требуется просто уменьшить размеры печатной версии. Для этого надо отключить опцию Resample Image и в полях раздела Document Size ввести разумные размеры печати, например 10 сантиметров по ширине. Программа пересчитает все остальные доступные параметры. Высота при этом будет равняться 6,5 см, а разрешение станет равным 215. Эти значения гарантируют печать достаточно высокого качества.
Бикубическая интерполяция - метод интерполяции, в котором новые точки растрового изображения создаются по цветовым и яркостным значениям нескольких соседних пикселов. Этот метод интерполяции основан на более сложном алгоритме расчета, чем метод ближайшего соседа, поэтому он требует больших вычислительных ресурсов, но дает более качественные результаты.
Глубинацвета - общее количество двоичных разрядов, приходящихся на один пиксел растрового изображения. Пусть некоторое изображение записано в системе RGB, и на каждую хроматическую координату R, G, и B отводится по 8 двоичных разрядов (1 байт). Можно утверждать, что это изображение имеет глубину цвета 8 бит на канал или 3 * 8 = 24 бита на пиксел.
Дискретизация - изменение числа точек растрового изображения.
Интерполированное разрешение - характеристика устройств оцифровки, у которых точки цифрового изображения получаются комбинацией физического считывания и программной интерполяции.
Интерполяция растрового изображения - процедура расчета и добавления новых точек в растровое изображение.
Масштабирование растрового изображения - изменение разрешения изображения при выводе его на различные носители, при условии сохранения точечных размеров оригинала.
Метод ближайшего соседа - метод интерполяции, который порождает новые точки растрового изображения, заимствуя цветовые и яркостные характеристики от ближайшей соседней точки. Самый быстрый и грубый метод интерполяции.
Механическое разрешение - характеристика планшетных сканеров, равная вертикальной плотности выборки. Этот параметр, как правило, равняется минимальному смещению каретки планшетного сканера, поэтому называется вертикальным разрешением.
Оптическое разрешение - характеристика планшетных сканеров, равная плотности фоторецепторов. Иногда этот параметр называют горизонтальным разрешением.
Оцифровка - процедура перевода изображения в растровую электронную форму.
Разрешение изображения - характеристика растрового изображения, задающая плотность точек (пикселов) на единицу длины. Измеряется обычно в точках на дюйм (dot per ) или пикселах а дюйм (pixel per ).
Разрешение цифрового фотоаппарата - общее количество рецепторов фоточувствительной матрицы, например 8 мегапикселов = 8 млн. пикселов.
Разрешение экрана - два числа, равные максимальному количеству независимых адресуемых точек по ширине и высоте, например 800*600, 1024*768.
Цветовое пространство True Color - цветовое пространство системы RGB с глубиной цвета 24 бита на точку. Множество цветов этого пространства составляет 16 777 216. Этой палитры достаточно для представления и обработки большей части цифровых изображений в электронном издательстве и полиграфии.
Ручные сканеры присутствуют в этом перечне только ради полноты классификации. Это устройства вчерашнего дня, которые повсеместно сняты с производства. По своим техническим характеристикам они являются аутсайдерами среди приборов данного класса, обладают низким разрешением, невысокой скоростью работы, узкой кареткой и требуют ручного управления. Оперативность и небольшие габаритные размеры - вот причины, которые примиряют некоторых пользователей с присутствием этих приборов в составе компьютерной периферии.
Листовые (страничные, протяжные, рулонные) сканеры предназначены для оцифровки отдельных листов или разброшюрованных печатных изданий. Они работают с оригиналом по принципу факсимильного аппарата. Отдельные странички подаются в приемный лоток и при помощи роликовой системы подачи прокатываются через прибор. В процессе движения страницы выполняется ее сканирование. Некогда популярные листовые сканеры постепенно сходят со сцены. Их доля на рынке оцифровывающих устройств постоянно снижается. Но сам принцип действия
В барабанных сканерах в качестве светочувствительных элементов используются фотоэлектронные умножители - устройства, предназначенные для усиления слабых фототоков. Это самая старая и наиболее отлаженная технология оцифровки. В семействе сканеров устройства барабанного типа лидируют по числу различных конструктивных реализаций. Виды и подвиды этих устройств столь многочисленны и не похожи по своим конструктивным характеристикам, что довольно трудно дать общее описание их принципа действия. Приведем классическую схему. Объект, обычно слайд или диапозитив, крепится на прозрачный барабан, который быстро вращается и перемещает оригинал в осевом направлении. Внутри барабана находится источник яркого света, обычно это галогеновая или ксеноновая лампа. Направленный пучок света проходит сквозь оригинал и через приемную апертуру попадает на систему наклонных зеркал, которые расщепляют световой поток на три составляющие. Фотоэлектронные умножители усиливают полученный свет, а аналого-цифровой преобразователь обрабатывает сигнал и преобразует его из аналоговой формы в цифровую.
Самыми распространенными аппаратами оцифровки в наше время являются планшетные сканеры. Их можно найти на столе инженера и архитектора, в офисе, студии дизайнера, учебной аудитории. Технология считывания этих устройств в разных модификациях подробно освещена в учебной литературе и журналах. В упрощенном виде она состоит в следующем. Относительно неподвижного оригинала, расположенного на прозрачной (обычно стеклянной) подложке, перемещается каретка со светочувствительными элементами и фокусирующей оптической системой. Световой поток, отражаясь от поверхности непрозрачного объекта, принимается матрицей фоторецепторов (ПЗС-матрицей), затем переводится в форму электрических сигналов и преобразуется из аналоговой формы в цифровую.
Эта технология получила множество различных технических реализаций. Например, существуют сканеры, у которых оригинал смещается относительно неподвижной оптической системы, есть системы с гибридной оптикой, которая совмещает стационарные и подвижные компоненты.
Разрешение - это один из самых распространенных терминов в компьютерной графике. Он употребляется по отношению к самым различным приборам и объектам и, может быть, этим объясняется значительная часть тех сложностей, с которыми сталкиваются пользователи, начинающие свой путь в компьютерной графике.
Разрешение растрового изображения - количество точек (dot) или пикселов (pixel), приходящееся на единицу длины. Как правило, в качестве линейной единицы измерения используются дюймы (inch). Отсюда наименование этого параметра - dpi (dot per inch) или ppi (pixel per inch).
Разрешение - это логическая единица измерения. Она описывает плотность точек графического изображения. На логическом уровне описания ни сами пикселы, ни результирующее изображение не имеют физических размеров. Они обретают конкретную протяженность только при выводе на определенное техническое устройство - принтер, монитор, проектор и пр.
Пусть изображение с разрешением в 100 dpi имеет высоту и ширину по 200 пикселов. Его фактическая высота (ширина) легко находится делением высоты (ширины), измеренной в точках, на разрешение. Оно представляет собой квадрат со стороной в два дюйма. Если, не меняя количества точек по сторонам, увеличить разрешение в два раза, то фигура получит новые габариты, равные одному дюйму. И наоборот, уменьшение разрешения влечет за собой увеличение фактических габаритов, если пиксельные размеры остаются неизменными.
Если известны физические размеры изображения и его разрешение, то легко найти количество составляющих точек. Пусть сканируется квадратная картинка со стороной в три дюйма и разрешением 100 dpi, тогда оцифрованное изображение будет включать в себя 300 точек по каждому направлению.
(рис 2.1) Изображение в натуральную величину и при четырехкратном увеличении
Что произойдет, если, оставляя число точек неизменным, менять фактические линейные размеры изображения? Точный ответ помогает найти простая и наглядная аналогия. Представим, что носителем изображения является материал с неограниченной способностью к растяжению и сжатию. Если сильно растянуть такую страницу, то увеличатся и размеры отдельных точек. В результате дискретная структура картинки, ранее не заметная для наблюдателя станет очевидной. Типичный пример такой ситуации иллюстрирует рис. 2.1, где приведено изображение с разрешением в 72 dpi и его вариант, увеличенный в четыре раза.
Понятие разрешения применятся не только к растровым изображениям; оно служит важнейшей характеристикой многих цифровых приборов и процессов. Так качество сканера, объем графической информации, который способен обработать это прибор во многом зависит от его разрешения. Это в полной мере относится к планшетным, ручным, листовым сканерам и оцифровывающим устройствам, предназначенным для обработки слайдов и диапозитивов.
У приборов, построенных по классической схеме планшетного сканера, горизонтальное разрешение зависит от плотности фоторецепторов сканирующей головки, вертикальное определяется минимальным шагом смещения каретки вдоль оригинала. Иногда первую величину называют оптическим разрешением, а вторую - механическим. У многих современных моделей сканеров эти параметры различаются. Как правило, механическое разрешение выше оптического. Обычное разрешение современных планшетных сканеров равняется 1200*2400 dpi, а моделей полупрофессионального класса оно может достигать 2400*4800 dpi, лучшие представители этого типа приборов могут иметь еще более высокое разрешение.
Совершенно прозрачна связь между
spi (sample per inch )dpi. Их аргументацию можно принять, если бы не многолетняя терминологическая традиция, которая разрешает описывать привычными терминами точка и dpi любые цифровые устройства (мониторы, сканеры, видеокамеры) и процессы (сканирование, видеомонтаж и пр).Результат оцифровки зависит от размеров пикселов. Точки большого размера огрубляют растровое изображение, делают видимой его дискретную структуру. При неизменных размерах оригинала, плотность выборки и размеры точек связаны по закону обратной пропорциональности. Чем выше разрешение, тем меньше размеры элементов изображения, снятых приборов с оригинала (рис. 2.2).
Утверждение о положительном влиянии высокого разрешения на результаты оцифровки хорошо согласуется с нашим повседневным опытом и легко принимается на веру. Однако, как и большинство постулатов, очевидных для здравого смысла, оно справедливо только для некоторой усредненной ситуации. Можно привести примеры, когда увеличение плотности выборки не дает заметного прироста качества, и, более того, способно повлечь за собой деградацию оцифрованного изображения.
(рис 2.2) Зависимость качества оцифровки от разрешения
В описаниях сканеров иногда указывают очень большие значения разрешения, заведомо превосходящие технические возможности этих приборов В таких случаях, скорее всего, речь идет о так называемом интерполированном разрешении. Интерполяцией в математике называют процесс вычисления промежуточных значений функции или величины по их опорным значениям. Тот же самый смысл имеет это понятие и в сканировании. На основе матрицы оцифрованных точек, снятых прибором с оригинала, при помощи специального программного обеспечения строятся промежуточные пикселы. Их цветовые и яркостные параметры рассчитываются по соседним точкам на основе алгоритмов усреднения или по более сложным зависимостям. Иными словами, программа сканирования самостоятельно рассчитывает "недостающие" точки, например, получив со сканера сетку размером 5*5 точек, она может расширить ее до размеров 10*10 и более.
Существует ограниченное число ситуаций, в которых использование искусственно завышенного интерполированного разрешения является оправданным. Например, сканирование штриховой графики (карандашных рисунков, рукописного или печатного текста, планов, чертежей и пр.) позволяет получить более гладкие границы объектов и линий. За более высокое качество результата часто приходится платить значительным увеличением размеров графического файла.
Уже упоминалось о том, что по объективным техническим причинам оптическое и механическое разрешение сканера могут не совпадать. Если в техническом паспорте устройства указывается разрешение 600*1200, то это значит, то максимальная вертикальная плотность точек в два раза выше горизонтальной. Несложный анализ показывает, что если для сканирования выбрано разное разрешение по осям координат (например 600* 1200 dpi), то в оцифрованном оригинале будут потеряны исходные пропорции. Этого не происходит, потому что сканер самостоятельно уравняет плотности по направлениям и добавит по горизонтали недостающие точки за счет интерполяции.
Процедура интерполяции часто используется и в тех случаях, когда задано разрешение сканирования, не кратное оптическому. Например, сканер способен работать с разрешением 300*600 dpi, а в установках управляющей программы установлено 175 dpi.
Если обрабатывается оригинал маленького размера, который планируется значительно увеличить в размерах, то использование высокого интерполированного разрешения становится не только оправданным, но и часто необходимым.
Необходимо отметить, что термин разрешение перегружен значениями. Его часто применяют для описания некоторых цифровых приборов в смысле, отличном от вышеизложенного. Так разрешением экрана компьютерного монитора называют максимальные габариты экранного изображения в пикселах, например: 800*600, 1024*768, 1280*1024 и др. Эти числа по сути дела представляют собой логические размеры экрана - максимальное число адресуемых точек по ширине и высоте. Фактическое разрешение монитора, в смысле плотности пикселов на единицу длины, зависит от его диагонали и колеблется от 60 dpi до 120 dpi.
Применяют этот термин и в отношении таких популярных в наше время приборов как
Информация в памяти компьютера представляется в двоичном виде. Текст, картинка, запись базы данных - все это с точки зрения вычислительной машины не более чем последовательность нулей и единиц со своими правилами обработки. Чем длиннее эта последовательность, тем, как правило, больше информации она может хранить об объекте.
В растровой графике все точки, составляющие изображение, - это совершенно независимые образования со своей яркостью и цветом. Если отвести на каждый пиксел по одному двоичному разряду, то в таком коротком слове можно запомнить только два состояния графического элемента: черное и белое. Пусть точкам соответствует кодовые последовательности, состоящие из восьми двоичных разрядов. В этом случае можно занести в
При помощи 24 (8+8+8) битов можно закодировать богатую цветовую палитру, состоящую из $$16^7 =2^8*2^8*2^8$$ миллионов цветов и оттенков. Поясним это утверждение.
Известно, что каждый видимый цвет можно представить в виде композиции трех базовых координат красной (Red, R), зеленой (Green, G) и синей (Blue, B). В компьютерной графике эти координаты часто называют каналами. На каждый канал отводится по восемь двоичных разрядов, что дает возможность кодирования 256 градаций яркости цветовой координаты. Поскольку яркости каналов являются независимыми, то общее число доступных цветов находится по формуле 256*256*256 = 16 777 216. Этот способ генерации цвета называется аддитивной моделью (аддитивной системой, системой RGB), а цветовое пространство, состоящее из 16 777 216 элементов, иногда именуют True Color.
Количество двоичных разрядов, приходящихся на одну точку, пиксел или выборку принято называть глубиной цвета. Эта характеристика относится не только к изображениям; с ее помощью можно описывать свойства цифровых устройств и процессов, например сканеров.
Как, например, истолковать строчку технического описания сканера, в которой говорится о его 24-битной глубине цвета. Это значит, что данный прибор может производить 8-разрядную выборку для каждого цветового канала. Иными словами, это вполне приличное устройство, способное сканировать в цвете оригиналы с ограниченным цветовым диапазоном, например плакаты афиши, географические карты, архитектурные планы, рисованные книжные иллюстрации т.п.
Давно прошли те времена, когда сканеры могли продуцировать только полутоновые черно-белые изображения, т.е. имели глубину цвета равную восьми битам. Большинство современных устройств оцифровки обладают 36-битной и более глубиной. Лучшие марки полупрофессиональных планшетных сканеров имеют глубину, равную 48 битам, что составляет 16 бит на один канал. Это позволяет представить колоссальное количество цветовых нюансов $$2^{16}*2^{16}*2^{16} = 281 474 976 710 656$$.
Зачем такая высокая разрядность? Только несколько сотен часть цветов имеют названия, глаз обычного человека не способен различить все градации даже пространства Photoshop позволяет полноценно обрабатывать изображения с подобной глубиной цвета. Две основные причины заставляют повышать глубину цвета устройств ввода.
Первая - технологическая. Матрица фоторецепторов в сканерах более высокой разрядности обладает, как правило повышенной чувствительностью и в меньшей степени "загрязняет" изображение собственными шумами.
Вторая причина - программная Большое количество битов увеличивает гибкость редактирования на всех последующих этапах обработки изображения. Многие операции с изображениями, например гамма-коррекция, изменение цветового пространства и др., обедняют тоновое пространство, понижают число цветовых градаций. Если начинать обработку 16-битовых каналов, то, имея достаточный запас, можно безболезненно пережить потерю некоторых малозначительных деталей. Совершенно иная ситуация складывается при работе с 8-битовыми каналами. Здесь любые потери могут иметь решающие последствия для качества изображения.
В настоящее время, ограниченное число графических приложений и программ управления сканирующим оборудованием полноценно поддерживают глубину цвета в 16 бит на канал. К числу немногих исключений принадлежит растровый редактор Photoshop.
Растровая графика всегда считалась отраслью информатики с повышенными требованиями к вычислительной мощности компьютера. Стремительный прогресс технического обеспечения снимает многие жесткие ограничения на обработку растровых изображений на персональном компьютере, но "болевой порог" дефицита ресурсов не преодолен, а только отодвинут.
Точечная дисперсная структура растровых изображений во многом объясняет повышенные требования к подсистеме памяти компьютера. Качественная картинка требует плотной упаковки элементарных частичек изображения - пикселов и для каждого из них требуется хранить сведения о цвете и яркости. Чтобы обеспечить возможность отмены ошибочных действий в памяти компьютера приходится хранить несколько версий обрабатываемого изображения. В процессе редактирования требуется помнить и множество дополнительных объектов, связанных с оригиналом, например, снимки состояний, текстуры, кисти и пр. Перерасход оперативной памяти активизирует обращения к дисковой подсистеме и, как следствие существенно замедляет работу компьютера.
Размеры изображения можно контролировать на стадии первичной оцифровки. Любая программа управления сканером выводит данные об объеме оцифрованной версии картинки Результат зависит от физических размеров оригинала, разрешения сканирования и выбранной цветовой модели.
Пусть изображение с габаритами 6*4 дюйма сканируется с разрешением 300 dpi. Количество выборок по горизонтали и вертикали находится умножением ширины и высоты оригинала на разрешение: 6 * 300 = 1800, 4 * 300 dpi = 1 200. Общее число точек равняется 1 800 * 1 200 = 2 160 000.
Теперь легко подсчитать необходимые затраты памяти для различных цветовых моделей. Если оригинал цветной и выбрана система RGB, то на каждую точку будет отведено 24 двоичных разряда, т.е. 3 байта. Для вычисления общих затрат памяти в байтах требуется умножить число точек на три, что дает 6 480 000 байт или почти 6,5 Мбайт. Если сканировать этот оригинал в градациях серого, то результирующий объем будет в три раза меньше 2, 16 Мбайт. Режим LineArt, где на каждую точку отводится по одному биту, потребует 2 160 000*1 бит или 216 000 байт.
Можно заметить, что связь между размерами изображения и его разрешением не является линейной. Удвоение разрешения увеличивает объем занимаемой памяти в четыре раза, утроение - в девять раз. Так небольшая, на первый взгляд, разница между 150 и 200 dpi может обернуться многими мегабайтами дискового пространства и оперативной памяти.
Для расчета размеров изображений не требуется прибегать к расчетам по формулам; всю вычислительную работу можно передоверить программам. Большая часть программных средств управления сканерами на лету подсчитывает размер файла и выводит его в диалоговом окне, после определения всех
(рис 2.3) Диалоговое окно New
Для этих целей можно воспользоваться редактором Photoshop. Самый простой способ - это выполнить команду File - New (Файл - Создать), диалоговом окне, показанном на рис. 2.3, ввести размеры файла в пикселах и цветовую модель изображения. Программа выполнить все необходимые вычисления и покажет результат в строчке под названием Image Size (Размер изображения), расположенной в правой нижней части диалогового окна.
Изображение, оцифрованное на сканере, в процессе редактирования представляется на мониторе компьютера и обрабатывается в редакторе таким образом, чтобы получилась печатная версия высокого качества. Эта цепочка операций настолько привычна для большинства пользователей, что мало кто задумывается о тех непростых трансформациях, которые претерпевает оригинал на этом пути.
Экранная версия изображения - это просто матрица точек, которая описывается своими размерами по высоте и ширине. Изображение с размерами 600 на 400 будет занимать фиксированную долю экранного пространства на любом мониторе, независимо от его принципа действия. Оно закроет почти весь экран, если для него выбрано разрешение 640*480, на экране с разрешением 1024*768 оно займет примерно четверть пространства, наконец, при разрешении 1600*1200 будет занято чуть более одной девятой площади экрана. При этом физические размеры, т.е. размеры, которые рассчитываются в дюймах и сантиметрах, будут зависеть от диагонали монитора.
А каковы будут размеры картинки при выводе ее на печать? Для искушенного пользователя Photoshop ответ очевиден. Размеры печатной версии совпадают с габаритами сканированного оригинала (если быть предельно точным, то с размерами области сканирования). Это естественное соглашение для всех программ обработки графики является установкой по умолчанию; но большая часть растровых редакторов располагает специальными средствами изменения размеров печати.
Чтобы установить такой размер экранной версии изображения, который совпадает с его печатным вариантом, требуется выполнить команду главного меню View - Print Size (Просмотр - Размер при печати) редактора Photoshop или воспользоваться кнопкой панели с тем же названием.
Пусть требуется отпечатать изображение размером 600*600 пикселов. Эти размеры - данность, сейчас не имеет значения способ их получения разрешение сканирования и установки печати. Если задать размеры печатной версии в 10 дюймов, то разрешение будет равно 600 dot / 10 . Приведем ряд значений разрешения для разных габаритов печатного оттиска:
Все эти изменения совершенно не затрагивают экранную версию, все ее достоинства и недостатки заложены на этапе сканирования и изменения области печати не влияют на качество оцифрованного оригинала. А вот на качество печатной версии это влияет и существенно.
Для любого печатного оборудования есть некоторое оптимальное значение разрешения цифрового изображения, когда устройство печати будет способно передать максимальное число деталей оригинала. Качество результата зависит и от типа выбранной бумаги. Это влияние особенно сильно проявляется для наиболее популярных в наше время печатных устройств - цветных струйных принтеров.
Пусть, для выбранного принтера и сорта бумажного носителя оптимальным является значение разрешение, равное 200 dpi. Какие последствия вызовет вывод на печать выбранного оригинала с разрешением в 120 dpi? Это решение приведет к потере качества, поскольку часть деталей будет потеряна при печати. А если побороться за результат, выбрав более высокое разрешение печати? Если, например, выставить 300 dpi или более, то принтеру будет передана избыточная информация, которой он просто не сможет воспользоваться.
Предположим, что сканированная версия изображения демонстрирует посредственное качество при выводе на монитор. Можно ли поправить дело, отпечатав ее на высококачественной бумаге с высоким разрешением? Фокус не получится, поскольку печать не добавляет новой информации к оригиналу, принтер использует только те данные, которые заложены в изображение на этапе оцифровки. Эти мысленные эксперименты, конечно, упрощают реальное положение дел, но действие принципа разумной достаточности для выбора оптимального
Итак, если зафиксировать точечные размеры изображения, то любые изменения разрешения влекут за собой модификацию области печати. Справедливо и обратное утверждение. В растровой графике это преобразование принято называть масштабированием.
Зачем масштабировать изображение? Причины для этого многообразны и часто очень весомы. Многие современные цифровые камеры среднего уровня продуцируют изображения небольшого размера, которые, будучи отпечатанными, занимают площадь почтовой марки.
Масштабирование не меняет физические размеры графического файла, поскольку не воздействует ни на один из параметров (число точек, глубина цвета), от которых зависит его значение.
Изменение числа точек изображения называется дискретизацией. Эта операция очевидным образом влияет на размеры экранной версии изображения, которая на мониторе с неизменными характеристиками становится больше или меньше, в зависимости от заданных значений.
(рис 2.4) Изменение экранных размеров при выборе различных значений разрешения. Фрагмент глаза показан с десятикратным увеличением
Поясним эту операцию на примере изображения из стандартной коллекции редактора (рис. 2.4). Оригинальная версия картинки, которая занимает среднюю позицию, имеет разрешение в 72 dpi. Увеличение разрешения в два раза до 144 dpi влечет за собой возрастание количества точек и рост линейных размеров экранной версии изображения (правый образец). Уменьшение разрешения до 36 dpi продуцирует прямо противоположные последствия (левый образец).
В отличие от масштабирования дискретизация - это не элементарная с вычислительной точки зрения операция, поскольку она решительно вмешивается в структуру изображения.
Пусть имеется изображение размером 400*400 точек. Если сократить его экранные размеры до 300*300, то, на первый взгляд, это означает незначительное вмешательство в оригинал - сокращение всего лишь на три четверти. Иная картина открывается если подсчитать количество точек до операции и после. Исходная картинка состояла из 400*400 = 160 000 точек, а после преобразования насчитывает 300*300 = 90000 точек - почти наполовину меньше. Понятно, что такая масштабная по своим последствиям операция не может не сказаться на качестве картинки.
Еще более сложные задачи приходится решать при увеличении количества точек. Если при их уменьшении программа просто отбрасывает лишние пикселы, то при увеличении матрицы дополнительные точки надо "придумать". Добавление новых пикселов выполняется по специальным алгоритмам интерполяции.
Уменьшение количества точек изображения - это сравнительно безопасная процедура, которая не оказывает прямого влияния на качество оригинала Увеличение точек сложнее по своим алгоритмам и последствиям Небольшое приращение растра не влечет за собой заметных отрицательных последствий. Масштабное преобразование такого рода почти всегда ухудшает резкость изображения, отчасти размывая образ.
В растровой графике получили распространение три основных метода дискретизации (все они поддерживаются редактором Photoshop), которые различаются между собой скоростью работы и точностью результатов:
Photoshop. Новые точки рассчитываются по существующим соседям на основе несколько более сложных алгоритмов, чем в предыдущем методе;Что происходит с разрешением и областью печати при выполнении процедуры дискретизации? Ответ дает определение понятия разрешение: Длина (.
Это соотношение показывает, что при любой дискретизации изображения должны меняться его фактическая длина или разрешение. С точки зрения математики обе возможности равноправны, важно только сохранить равенство правой и левой частей уравнения. При дискретизации изображения в Photoshop меняются размеры печати, при этом разрешение остается неизменным. Путем чуть более сложных манипуляций с числовыми полями того же диалогового окна можно компенсировать изменение числа точек при помощи новых значений разрешения.
Операцию дискретизации могут выполнять и устройства оцифровки. При обработке оригинала с разрешением, которое не является целой частью максимального оптического dpi. Простым умножением можно найти количество светочувствительных, которые будут задействованы в этой процедуре. Оно равно 600 * 3 = 1800. Если установлено разрешение, равное половине максимального (300 dpi), то в процессе оцифровки будет участвовать 900 датчиков, т.е. каждый второй. Работу в таком режиме можно организовать элементарными средствами, не внося глубокие изменения в алгоритмы управления прибором. Совсем иная ситуация возникает, если выбрать такую плотность оцифровки, которая не является целой частью максимального оптического разрешения. Это приведет к нарушению регулярности расположения активных датчиков, поэтому подлинный вид сканируемого оригинала может быть сформирован только с участием специальных корректирующих алгоритмов, работающих по принципу программной интерполяции.
Выбор разрешения сканирования часто обосновывается рациональными доводами, но, несмотря на веские физические аргументы и стройные логические рассуждения, у пользователя почти всегда остается значительная свобода выбора. Даже в мысленном эксперименте трудно представить себе такую ситуацию, когда невозможно отступить от рассчитанного разрешения сканирования. В большинстве случаев качество изображения не претерпевает критических изменений даже при значительных отклонениях разрешения от рассчитанных оптимальных значений. Поэтому следует выбирать такую плотность оцифровки, которая приближает расчетное значение сверху и одновременно является целой частью максимального оптического разрешения выбранного устройства сканирования. Иными словами, если сканер способен работать с разрешением в 300 dpi, то кратные числа 75, 100, 150 dpi предпочтительнее, чем установки сканирования, не являющиеся целой частью от 300, например 120 или 175 dpi. Если для некоторого оригинала при помощи расчета или иным путем получено оптимальное разрешение, равное 140 dpi, то в реальной сессии сканирования целесообразно установить 150 dpi.
Отметим еще раз принципиальные различия между масштабированием и дискретизацией. Первая операция влияет только на печатную версию изображения, она никоим образом не воздействует на актуальные пикселы, поэтому экранная версия картинки не претерпевает никаких изменений даже при значительных преобразованиях масштаба. Ее результаты можно заметить только при выводе документа на печать. Вторая операция более сложная по технике и более ответственная по своим результатам. Она выполняет глубокую перестройку изображения, при определенных условиях, воздействуя на каждый его пиксел.
В англоязычной литературе часто проводят тонкое терминологическое различие между увеличением и уменьшением количества точек. Первая операция называется upsampling, а вторая - downsampling, а сам родовой термин - resampling. В отечественной литературе можно встретить дословный, калькированный перевод этих операций на русский язык - апсамплинг, даунсамплинг и ресамплинг! Если с последним термином еще можно примириться, то первые два слова явно не согласуются со строем русской речи и их существование не диктуется технической необходимостью.
Photoshop - это профессиональный растровый редактор, поэтому он полноценно поддерживает функции масштабирования и дискретизации. Все возможные операции этого типа выполняются средствами одного диалогового окна Image Size (Размер изображения). Для вывода его на экран достаточно выполнить команду Image - Image Size (рис. 2.5).
(рис 2.5)
Рассмотрим основные возможности этого окна:
Pixel Dimensions (Размерность). В этом разделе выводятся размеры изображения, заданные в пикселах или процентах, и общий размер текущего документа в килобайтах или мегабайтах. Поля этого раздела доступны, если опция Resample Image (Интерполяция) является активной. В противном случае программа запрещает прямое изменение этих величин;Document Size (Размер печатного оттиска). В этой секции выводится сведения о фактических габаритах печатного оттиска и разрешении, при котором изображение получает текущие размеры. Эти поля допускают прямое изменение. Увеличение размеров печатного оттиска влечет за собой возрастание числа пикселов цифровой версии изображения и наоборот;Constrain Proportion Resample Image (Интерполяция). Эта опция управляет процессом дискретизации. Если она включена, то программа разрешает менять точечные размеры оригинала, а следовательно и общее количество пикселов, по выбору пользователя. В противном случае все поля раздела Pixel Dimension становятся недоступными, и управление габаритами осуществляется только посредством настройки печатных размером или разрешения.Nearest Neighbor (По соседним пикселам), Bilinear (Билинейная) и три варианта метода Bicubuc (Бикубическая). Особенности этих алгоритмов дискретизации обсуждались в предыдущем разделе.Если манипуляции с установками диалогового окна Image Size оказались неудачными, то можно их сбросить и вернуться к стартовым значениям параметров. Для этого надо нажать и удерживать клавишу Alt, в результате кнопка Cancel превратиться в Reset, которая служит для отказа от сделанных окне изменений. Этот стандартный для редактора прием используется во многих диалогах программы.
Какие причины заставляют прибегать к масштабированию? Невозможно упомянуть обо всех ситуациях, когда это прием оказывается необходимым. Приведем лишь один пример. Многие цифровые камеры продуцируют оригиналы низкого разрешения и значительных размеров. Пусть получено изображение с разрешением 72 dpi и с размерами 30 на 20 сантиметров. Если отправить его на печать в таком состоянии, то качество оттиска будет невысоким. Можно с уверенностью прогнозировать появление неровностей на краях линий и отчетливо различимые ступеньки на областях с плавными цветовыми переходами. Количество точек в оригинале достаточно велико (почти полмиллиона) для того, чтобы получить печатную версию высокого качества. Требуется просто уменьшить размеры печатной версии. Для этого надо отключить опцию Resample Image и в полях раздела Document Size ввести разумные размеры печати, например 10 сантиметров по ширине. Программа пересчитает все остальные доступные параметры. Высота при этом будет равняться 6,5 см, а разрешение станет равным 215. Эти значения гарантируют печать достаточно высокого качества.
Бикубическая интерполяция - метод интерполяции, в котором новые точки растрового изображения создаются по цветовым и яркостным значениям нескольких соседних пикселов. Этот метод интерполяции основан на более сложном алгоритме расчета, чем метод ближайшего соседа, поэтому он требует больших вычислительных ресурсов, но дает более качественные результаты.
Глубинацвета - общее количество двоичных разрядов, приходящихся на один пиксел растрового изображения. Пусть некоторое изображение записано в системе RGB, и на каждую хроматическую координату R, G, и B отводится по 8 двоичных разрядов (1 байт). Можно утверждать, что это изображение имеет глубину цвета 8 бит на канал или 3 * 8 = 24 бита на пиксел.
Дискретизация - изменение числа точек растрового изображения.
Интерполированное разрешение - характеристика устройств оцифровки, у которых точки цифрового изображения получаются комбинацией физического считывания и программной интерполяции.
Интерполяция растрового изображения - процедура расчета и добавления новых точек в растровое изображение.
Масштабирование растрового изображения - изменение разрешения изображения при выводе его на различные носители, при условии сохранения точечных размеров оригинала.
Метод ближайшего соседа - метод интерполяции, который порождает новые точки растрового изображения, заимствуя цветовые и яркостные характеристики от ближайшей соседней точки. Самый быстрый и грубый метод интерполяции.
Механическое разрешение - характеристика планшетных сканеров, равная вертикальной плотности выборки. Этот параметр, как правило, равняется минимальному смещению каретки планшетного сканера, поэтому называется вертикальным разрешением.
Оптическое разрешение - характеристика планшетных сканеров, равная плотности фоторецепторов. Иногда этот параметр называют горизонтальным разрешением.
Оцифровка - процедура перевода изображения в растровую электронную форму.
Разрешение изображения - характеристика растрового изображения, задающая плотность точек (пикселов) на единицу длины. Измеряется обычно в точках на дюйм (dot per ) или пикселах а дюйм (pixel per ).
Разрешение цифрового фотоаппарата - общее количество рецепторов фоточувствительной матрицы, например 8 мегапикселов = 8 млн. пикселов.
Разрешение экрана - два числа, равные максимальному количеству независимых адресуемых точек по ширине и высоте, например 800*600, 1024*768.
Цветовое пространство True Color - цветовое пространство системы RGB с глубиной цвета 24 бита на точку. Множество цветов этого пространства составляет 16 777 216. Этой палитры достаточно для представления и обработки большей части цифровых изображений в электронном издательстве и полиграфии.
Для получения официальных документов о завершении программы дополнительного профессионального образования (удостоверения о повышении квалификации, дипломов о профессиональной переподготовке и MBA) необходимо предоставить:
Внимание! Вы можете не заказывать доставку бумажной версии официального документы, а скачать его в электронном виде и распечатать самостоятельно. Информация о выданном документе в течение 1 месяца загружается в Федеральную информационную систему «Федеральный реестр сведений о документах об образовании и (или) о квалификации, документах об обучении» - ФИС ФРДО.
Доступ на новый сайт осуществляется с использованием адреса электронной почты, который был указан вами при регистрации на "старом". Мы постарались перенести все ваши данные с прежнего ресурса, однако не исключена вероятность потери части информации.
При возникновении проблемы со входом, воспользуйтесь функцией сброса пароля
Если вы обнаружите несоответствия, пожалуйста, сообщите нам.