13.8. Полутоновые изображения
Аппроксимация полутонами – это метод, в котором используется минимальное число уровней интенсивности, обычно белый и черный, для улучшения визуального изображения, т.е. получения нескольких полутонов серого или уровней интенсивности.
Этот метод известен давно. Первоначально он использовался при изготовлении шелковых картин и других текстильных изделий. В 1880 г. Хагеном была изобретена современная полутоновая печать. В этом методе можно получать большое количество фотографических полутонов серого, используя чисто двухуровневую среду: черную краску на белой бумаге. Полутоновая печать – клеточный процесс. Для газетных фотографий из-за низкого качества бумаги применяются клетки 50-90 т/дюйм. Бумага более высокого качества для книг и журналов позволяет использовать клетки 100-300 т/дюйм. Успех метода полутонов зависит от свойства человеческого глаза быть интегратором, т.е. объединять или сглаживать дискретную информацию.
Визуальное изображение машинно-сгенерированных изображений можно улучшить методом конфигурирования. В противоположность полутоновой печати, в которой используются переменные размеры клеток, в данном методе размеры клеток фиксированы. Несколько пикселей объединяются в конфигурации. Происходит ухудшение пространственного разрешения за счет улучшения визуального (рис.13.36).
Рис. 13.36 Примеры конфигураций ждя четырех клеток
Например, для каждой клетки используется 4 пиксела. Таким образом получается 5 уровней серого. В общем случае:
-
число уровней интенсивности (
),
-
число пикселов в клетке.
При выборе конфигураций надо проявлять осторожность, так как могут возникнуть нежелательные мелкомасштабные структуры. Например, не надо применять линейчатые конфигурации (рис.13.37), иначе это приведет к появлению нежелательных горизонтальных и вертикальных линий.
Рис. 13.37 Варианты конфигураций
Пример конфигураций для девяти клеток приведен на рис. 13.38.
Рис. 13.38 Конфигурация для девяти клеток
Число уровней интенсивности может увеличиваться с помощью увеличения размера клетки. Клетки конфигурации не обязательно должны быть квадратными. Так как использование конфигурации ведет к потере пространственного разрешения, то это приемлемо в случае, когда разрешение изображения меньше разрешения дисплея. Разработаны методы улучшения визуального изображения при сохранении пространственного разрешения. Например, метод порогового значения для каждого пиксела. Если интенсивность больше некоторой пороговой величины, то пиксел горит, иначе – не горит.
Пороговая величина (Т) обычно определяется по формуле:
Т
=
.
если
то пиксел горит, иначе не горит.
При простом пороговом методе наблюдается низкое качество. Будут теряться мелкие детали, а изображение шара, освещенного светом, будет иметь внутри белый круг. Улучшить изображение помогает метод порога с переносом, где ошибка не отбрасывается, а распределяется на следующий пиксел.
Если
,
то пиксел не горит, ошибка равна
и
Если
,
то пиксел горит, ошибка равна
и
Пример.
Пусть интенсивность задана в интервале от 0 до 29 (рис. 13.39).
Рис. 13.39 Схема переноса ошибки
Ряд интенсивностей представлен в таблице 13.2:
Таблица 13.2 Пример закраски простым и пороговым методами
Значение I |
11 |
13 |
15 |
17 |
19 |
21 |
23 |
23 |
21 |
18 |
14 |
10 |
6 |
5 |
5 |
Ошибки |
|
(11) |
(-5) |
(10) |
(-2) |
(-12) |
(9) |
(3) |
(-3) |
(-11) |
(7) |
(-8) |
(2) |
(8) |
(13) |
Простое ограничение |
- |
- |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
- |
- |
- |
- |
- |
Метод порога с переносом |
- |
+ |
- |
+ |
+ |
- |
+ |
+ |
+ |
- |
+ |
- |
- |
- |
+ |