Основы цифровой обработки изображений

Разрешение изображения — линейная величина, определяющая размер пикселей изображения. Разрешение изображения измеряется в пикселях на сантиметр (pixel/cm) или пикселях на дюйм (pixel/inch).

Разрешение — это линейная величина. Например, когда разрешение изображения равно 120 пикселям на сантиметр, то это не 120 пикселей на квадратный сантиметр. На самом деле 120 таких пикселей, находящихся рядышком, укладываются точно в отрезок длиной в 1 см.

Черно-белые изображения не имеют полутонов. Вместо этого каждый отдельный пиксель будет выводиться в таком виде, в каком он хранится в файле. Если разрешение очень низкое, то пиксели становятся видимыми в виде зазубренных краев. Чтобы пиксели были достаточно малы и незаметны для вооруженного глаза, изображения сканируют при очень высоких разрешениях — обычно в диапазоне 360—500 пикселей на сантиметр.

Во время печати полутоновых и цветных изображений они преобразуются в последовательность полутоновых точек, а это меняет требования к разрешению изображения. Прежде, чем сканировать любое из этих изображений, необходимо определить линеатуру, с которой проект будет выводиться на печать. В промышленности используют следующий стандартный подход: после того, как определено значение линеатуры, его умножают на два и при таком значении разрешения выполняют сканирование изображения.

Существует множество понятий, обозначаемых одним и тем же термином «разрешение», хотя эти понятия далеки друг от друга. Применительно к монитору термин «разрешение» употребляется в двух контекстах: 1) размер рабочей области экрана в пикселях (800x600, 1024x768); 2) размер пикселей, создающих изображение на экране монитора. Большинство мониторов имеют разрешение (во втором контексте) 72 пикселей на дюйм (ppi) — именно по этой причине большинство web-графики имеет аналогичное разрешение.

 

В процессе печати нельзя воспроизвести непрерывные оттенки; каждый раз накладывается только один цвет. Для обхода этого ограничения используется хитрый прием: темные оттенки изображаются большими точками, светлые оттенки — маленькими. Эти точки называются полутоновыми.

Рис. 16. Полутоновый растр

Как и пиксели, полутоновые точки упорядочены в виде сетки квадратов, или ячеек. Каждая точка печатается в центре ячейки. Хотя размеры точек могут быть разными, центры ячеек сохраняют между собой одинаковую дистанцию. Благодаря этому большие точки будут находиться ближе друг к другу, а меньшие — дальше, передавая этим внешний вид непрерывных оттенков.

Каждая точка занимает определенный процент ячейки — это называется затенением или растеризацией. Например, когда печатаемая точка занимает 80% ячейки, это называется 80%-ным оттенком (80%-ным растром).

 

Решетка полутоновых ячеек называется растром, а размер этих ячеек определяется линеатурой. Как и разрешение, линеатура является линейной единицей измерения, показывающей, сколько расположенных подряд ячеек составляют один сантиметр (дюйм).

Малые значения линеатуры означают больший размеры ячеек, точки расположены достаточно далеко друг от друга. При печати же с высокой линеатурой отдельные точки становится труднее различить, в результате чего изображение приобретает «фотографический» вид.

В идеальном мире можно было бы всегда использовать наивысшее доступное значение. В реальности же приходится использовать разные значения линеатуры. Причина заключается в том, что в промышленности используется разная бумага. Низкокачественная бумага хорошо впитывает краску и чернила. При печати на впитывающей бумаге краска слегка расходится и наблюдается феномен, называемый увеличением (растискиванием) точек. Если точки расположены слишком близко друг к другу, то краска может разойтись настолько, что точки начнут сливаться, сводя на нет любую попытку воспроизведения оттенков. Поэтому при печати на низкокачественной бумаге используют более низкое значение линеатуры. Например, в большинстве газет — от 85 до 100 lpi. Для немелованной бумаги обычно подходят значения от 110 до 133 lpi. В журналах, печатаемых на простой мелованной бумаге, обычно используется линеатура в диапазоне 133 — 150 lpi. В особых случаях, например, при выпуске годовых отчетов, печатаемых на бумаге высочайшего качества, используется линеатура 200 lpi.

 

При выводе изображения его пиксели сличаются принтером с ячейками полутоновой решетки. В каждой ячейке из попадающих в нее пикселей берутся процентные значения, затем вычисляется среднее арифметическое и создается полутоновая точка соответствующего размера. (Если разрешение превосходит линеатуру в два раза, в каждую полутоновую ячейку попадает 4 пикселя).

 

После того, как устройство вывода определило размер воспроизводимых им полутоновых точек, оно должно их создать, используя мельчайшие «элементарные частицы» любого печатающего устройства — принтерные точки. Принтерные точки — это крохотные квадратики, единственные элементы, которые может создавать устройство вывода. Размер точки определяется разрешением принтера. Разрешение принтера измеряется в dpi — количество точек на дюйм.

Разрешение	Приемлемая линеатура
	до 53
	до 75
	до 110
	до 150
	до 200

 

Очевидно, что разрешение принтера влияет на линеатуру. Если размер принтерных «элементарных частиц» слишком велик для полутоновой ячейки, то сконструировать из них «точки», занимающие в ячейке заданный процент, окажется просто невозможным. В таблице приведены некоторые распространенные разрешения печатающих устройств и максимальные значение линеатуры, которые они позволяют:

 

 

Если представить полутоновый растр в виде решетки, то его ячейки должны иметь некоторую ориентацию вращения, т.е. располагаться под определенным углом, который называется углом растра. Стандартный для одноцветных растров угол — 45⁰. Этот угол делает полутоновую решетку менее заметной.

При воспроизведении полноцветного изображения печатаются четыре разных полутона, один прямо над другим. Первый из них — это полутон на основе голубой краски, второй — пурпурной, третий — жёлтой и, наконец, четвертый — черной. Если каждый полутон будет печататься под одним и тем же углом растра, центры точек наложатся, и краски сольются в неопределенного цвета месиво. С этой проблемой борются, выводя цвета под разными углами. Чёрный цвет, как правило, преобладает, поэтому у него самый оптимальный угол растра — 45⁰. Следующий по преобладанию, голубой, печатается под углом 15⁰. Пурпурный — 75⁰. Желтая краска наименее заметна, поэтому она печатается под самым заметным углом, 0⁰.

Если один из углов растра отклоняется от заданных значений, происходит конфликт полутоновых решеток, в результате чего получается отвлекающий внимание интерферирующий узор. Он называется муаром.

Форма полутоновых точек не обязательно круглая. Например, в растрах PostScript точки по умолчанию меняют свою форму. Они круглые для светлых и темных оттенков, а для средних становятся квадратными.

 

Описанные выше растры, в которых центры точек сохраняют между собой одинаковую дистанцию, называются амплитудно-модулированными или AM-растрами. Существуют также частотно-модулированные или FM-растры. Оттенки в них воспроизводятся с помощью очень мелких точек одинакового размера, распределенных в случайном порядке. Плотность этих точек высокая для темных областей и низкая для светлых.

FM-растры имеют ряд преимуществ. Во-первых, муар не образуется никогда. Мелкие детали изображения не затемняются узорами в виде розеток. Изображения воспроизводятся с намного более мелкой зернистостью. Наконец, можно выполнять печать, при которой применяется более четырех красок. Однако работа с такими растрами гораздо более трудоемка, и подходят они не для каждого проекта.

Треппинг

При полноцветной печати краски изображения практически никогда не совмещаются правильно, т.е. наносятся неточно по отношению друг к другу.

Это обусловлено высокой скоростью печати (500 метров в минуту и более). Кроме того, в процессе печати бумага немного растягивается из-за того, что смачивается краской и водой.

Для борьбы с этим явлением используется треппинг. Он заключается в том, что какой-либо цвет слегка распространяется в область, занимаемую соседним цветом таким образом, что если смещение и произойдет, то перекрывающиеся краски прикроют любые изъяны, не искажая при этом очертаний объекта.

Треппинг необходим не всегда. Он не нужен в случаях:

· когда в документе нет смежных цветов;

· когда на цветном фоне печатается черным небольшой текст или тонкие линии;

· когда в изображении мало жирных черных контуров;

· если публикация создается на основе комбинированных цветов, а цвета смежных объектов таковы, что между ними образуется технологический мост.

Технологический мост получается тогда, когда у объектов есть как минимум 20% общего цвета одного из компонентов (голубого, пурпурного, желтого или черного). В этом случае при неточном наложении визуально можно обнаружить краску, общую для двух соседних объектов, что намного незаметнее для глаза. Поэтому при планировании публикации следует, где только возможно, использовать в соседних объектах подходящие цвета.

Однако если цвета смежный объектов очень сильно различаются по одному из компонентов (на 70% и более), неправильное наложение приведет к тому, что между двумя соседними цветами появится ещё и третий. Так что дополнительный треппинг проводить придется.

Параметры треппинга устанавливаются в трёх местах:

· В программе верстки. Эти параметры воздействуют на все элементы, созданные внутри этой программы (шрифт, рамки, линейки).

· В графическом приложении. При подготовке векторного изображения необходимо провести треппинг в соответствующей программе (например, Adobe Illustrator).

· В специализированной программе, которая кроме треппинга ничего не умеет. Годится для очень трудных публикаций или при настройке на конкретную печатную машину.

При выполнении треппинга используются два вида совмещения. При расширении край объекта распространяется в окружающие цвета. Во время печати этот край печатается поверх фоновых красок, создавая таким образом необходимое перекрывание. При сжатии распространяется смежный край тех цветов, которые окружают объект.

При выборе вида совмещения для конкретного случая необходимо придерживаться одного правила: светлые цвета всегда распространяются в темные.