Тема_05_Растрова графіка_08

31

5.6.Вихідна роздільна здатність.

Укомп’ютерному файлі піксель не має якого-небудь певного розміру, так як є всього лише частинкою пам’яті, що зберігає відомості про колір. Він набуває фізичний розмір лише при візуалізації зображення на якомусь пристрої виведення, найбільш поширеними з яких є монітор та принтер. Кожний з цих пристроїв характеризується своєю роздільною здатністю, тому має сенс зупинитися на розгляді роздільної здатності цих пристроїв.

Монітор

Улітературі з комп’ютерної графіки найбільш заплутаним з усіх понять пов’язаних

зроздільною здатністю, є роздільна здатність монітора. Фактично існують кілька характеристик, які претендують на роль терміна "роздільна здатність монітора". У першу чергу, це відноситься до фізичної роздільної здатності монітора, що визначає максимальну кількість окремих точок які він може генерувати. Вона вимірюється числом точок в одному горизонтальній рядку та числом горизонтальних рядків екрана. Фізична роздільна здатність залежить від розмірів екрану, типу та якості монітора.

УЕПТ (CRT) і РК (LCD) моніторах використовуються різні методи формування пікселів зображення, що накладає обмеження на їх будову. ЕПТ-монітор дозволяє досить просто змінити роздільну здатність на екрані без виникнення будь-яких викривлень зображення. РК-монітори мають фіксовану кількість точок на екрані по вертикалі і горизонталі, і тому тільки: при одній "рідній" роздільній здатності цей монітор буде мати оптимальні якості зображення. При перемиканні РК-монітора на іншу роздільну здатність відеодрайвер просто стисне або розтягне пікселі, щоб вони вписалися в "рідні" розміри, це призводить до появи спотворень.

Усвою чергу, для ЕПТ-моніторів роздільна здатність дисплея не визначається тільки монітором. Вона значною мірою залежить від спеціального пристрою, називаємого відеоплатой, або відеокартою, і програмного забезпечення, що підтримує роботу цього пристрою. У даному випадку роздільна здатність дисплея вимірюється кількістю відеопікселів, що відображаються на екрані.

Для IBM-сумісних комп’ютерів роздільна здатність дисплея може приймати ряд фіксованих значень, що задаються у формі 640 х 480, 600 х 800, 1024 х 768. 1240 х 1024 тощо, що показує число відеопікселів, що генеруються по горизонталі та вертикалі. Кожному з них відповідає своя роздільна здатність в одиницях ppi (пікселів на дюйм). Це підтверджується результатами, наведеними на рис. 4.17.

Особливості формування фізичного розміру зображення в растровому і векторному редакторах

Фізичний розмір растрового зображення визначається шириною і висотою у пікселях. І хоча при створенні зображення всередині растрового редактора надається можливість завдання і розмірів та роздільної здатності, технологія формування його розміру залежить від встановлених одиниць виміру.

1.Вибір в якості одиниці вимірювання пікселя призводить до того, що розмір зображення визначається встановленими значеннями ширини і висоти, але не залежить від роздільної здатності.

2.При установці в якості одиниць виміру дюймів або сантиметрів розмір зображення визначається добутком ширини на висоту, помноженими на роздільну здатність в квадраті:

Розмір зображення в пікселях = (ширина х висота) х (роздільна здатність)2,

де ширина і висота вимірюються в дюймах (сантиметрах), а роздільна здатність в ppi (ррс). Проте в обох випадках (визначаєте ви розміри зображення в пікселях або у дюймах

32

(сантиметрах) та роздільної здатності ppi (ppc)) встановлена роздільна здатність зберігається у файлі зображення для подальшого використання в програмах з реальною метрикою, якими, наприклад, є програми для редагування векторних ілюстрацій та верстки.

Роздільна здатність принтера

У даний час на ринку існує широкий спектр різноманітних пристроїв для друку, що розрізняються як за принципом дії (офсет, лазерні та струменеві), так і за призначенням: офісні, фотопринтери, широкоформатні принтери та пристрої, призначені для виконання колірної проби.

Роздільна здатність усіх перерахованих типів принтерів визначається кількістю точок, які принтер може надрукувати на одному дюймі (dpi – dots per inch). Так, якщо лазерний принтер має роздільна здатність 300 точок на дюйм, то в одному дюймі він може надрукувати 300 точок.

Однак при традиційному друку більш широко використовується інша одиниця виміру роздільної здатності – лініатура: (lpi – line per inch), або, як її іноді ще називають, частота растру. Щоб зрозуміти фізичний зміст цих термінів, зробимо невеликий екскурс в технологію друку.

Растрування і лініатура

Монітори, що використовуються для перегляду і редагування зображень, дозволяють відображати тон і гладкі переходи між суміжними кольорами або градаціями сірого в широкому діапазоні значень. Однак друкарська машина оперує з точками друкарської фарби за принципом "все або нічого". Це означає, що коли точка є, вона зафарбована на 100% одним з чотирьох кольорів CMYK, в іншому випадку (точки немає) точка пофарбована в колір фону (паперу). Ні принтер, ні офсетний друк не в змозі, наприклад, зафарбувати точку наполовину, щоб вона не була ні чорної, ні білої, а мала якийсь сіруватий відтінок.

Варто згадати, що існують вивідні пристрої, які дозволяють створювати друковані точки різних відтінків. До них відносяться, наприклад, термодифузійний та сублімаційні принтери, а також друковані машини глибокого друку. Однак їхня частка в загальному парку обладнання становить всього 3-4%. Тому при використанні традиційного друку виникає проблема моделювання відтінків сірого в разі використання одного кольору (чорний) або мільйонів кольорів при використанні тільки чотирьох базових кольорів (блакитний, пурпурний, жовтий і чорний).

За останнє десятиліття були розроблені і реалізовані два різних технологічних підходи до вирішення цієї проблеми:

–використання півтонів (амплітудно-модульоване растрування);

–стохастичне (частотно-модульоване) растрування.

В основі отримання півтонів лежить технологія растрування (амплітудного), що є в даний час найбільш поширеною. Вона виникла з традиційного процесу фотографування оригіналу через сітку певної просторової частоти, результатом якого є перетворення оригіналу в конгломерат точок різного розміру. На цій технології заснована робота чорнобілих лазерних принтерів, більшості кольорових лазерних принтерів, а також фотоскладальних автоматів, що використовують мову PostScript.

Технологія стохастичного растрування з’явилася відносно недавно. У ній відмовилися від растрів регулярної структури. Замість цього тут використовуються математичні методи розміщення точок фіксованого розміру в квазівипадкових позиціях.

Зупинимося на особливостях реалізації процесу растрування. Згадаймо, що мета растрування – створення ілюзії безперервного тону. У рамках амплітудного (традиційного) растрування це досягається створенням точок змінного розміру, які розміщуються в регулярній матриці з рівновіддаленими центрами точок. Області зображення, складені з великих точок, сприймаються як більш темні тони, а з невеликих –

33

як більш світлі (рис. 4.20).

Рис. 4.20. При використанні технології напівтонового растрування розміри на півтонових точок варіюються для моделювання різних тонів зображення, але відстань між ними залишається фіксованою: 1 – оригінал; 2 – збільшений фрагмент зображення з рівномірно розподіленими напівтоновими точками змінного розміру.

Растрова форма описується трьома параметрами:

–частотою растру (лініатурою);

–формою напівтонової точки;

–кутом повороту.

Кожен з цих чинників по-своєму впливає на якість надрукованого зображення.

Поняття лініатури, або в чому різниця між dpi і lpi?

Як вже зазначалося, щоб отримати на друкарському відтиску ілюзію безперервних тонових переходів, зображення розбивають на безліч окремих елементів (осередків) – напівтонових (растрових) точок (рис. 4.21). Цей процес називають раструванням. Він базується на обмеженій роздільній здатності людського ока, що сприймає окремі близько розташовані надруковані точки (починаючи з певного розміру або при спостереженні з певної відстані) у вигляді однорідного поля.

Рис. 4.21. При раструванні зображення представляється у вигляді матриці півтонових комірок. Розмір напівтоної комірки матриці, що визначає лініатуру (lpi), може змінюватися, а от відстань між друкованими точками фіксована і залежить від роздільної здатності принтера (dpi)

Частота растра, або лініатура растра (див. рис. 4.21), визначає щільність сітки напівтонового растра, що встановлює рівень відображення деталей зображення. Чим більше значення лініатури, тим більша кількість деталей оригіналу може бути відображена при його роздруку. Як вже зазначалося, лініатура вимірюється в лініях на дюйм. Наприклад, лініатура растра 100 lpi означає, що принтер може формувати 100 півтонових комірок на дюйм.

34

Рис. 4.22. Накладення сітки напівтонового растра (лініатури) на сітку, що забезпечується вихідною роздільною здатністю, визначає два аспекти роздільної здатності надрукованого зображення – просторове та яркісне (колірне)

Розміри комірок двох сіток, наведених на рис. 4.22, визначають значення просторової (ліворуч) та яскрісної (праворуч) роздільної здатності надрукованого зображення. Тут величина лініатури (напівтонові клітинки, який відповідають великі квадрати) характеризує просторову роздільна здатність, а роздільна здатність принтера (маленькі квадрати) – яркісна (або колірна) роздільна здатність.

Варіювання розмірів і щільності растрових елементів створює в зображенні оптичну ілюзію зміни яскравості сірих тонів або плавних колірних переходів.

Одиниця вимірювання роздільної здатності принтера lpi з фізичного змісту (особливо у випадку чорно-білого зображення) близька до одиниці вимірювання роздільної здатності сканера spi. В обох випадках реальне зображення розбивається на окремі елементи: дискрети у випадку сканера та півтони для принтера. Різниця між ними полягає у способі заповнення цих елементів: однорідне в разі дискретів і неоднорідне в разі півтонів.

У технології друку імітація різних відтінків сірого (або градацій яскравості) досягається шляхом варіювання ступеня заповнення растрової (напівтонової) комірки чорними (друкованими) точками. Значення сірого для такої напівтонової комірки визначається співвідношенням між зафарбованою і не зафарбованою частинами комірки. Приклади такої імітації наведено на рис. 4.23.

Рис. 4.23. Растрові комірки з різним заповненням їх друкованими точками

У наведеному прикладі растрова комірка є квадрат зі стороною в 8 друкованих точок. У ній може розміститися до 64-х друкованих точок, що дозволяє імітувати 65 (64 +1) градацій яскравості. Наприклад, заповнення комірки 4, 8, 16 і 36 друкованими точками дає можливість відтворення півтонів, що містять відповідно 6, 12,5, 25 та 56% сірого.

На рис. 4.24 представлена ілюстрація взаємозв’язку елемента реального зображення та імітації його шляхом відповідного заповнення напівтонової комірки.

При виведенні на друк окремий дискрет (піксель) оцифрованого зображення відповідає одній растровій комірці. В процесі друку зображення кожна напівтонова комірка заповнюється різною кількістю друкованих точок відповідно з імітуємим нею елементом зображення.

Тепер, коли ми з’ясували механізм формування відтінків друкованого зображення за допомогою півтонів та друкарських точок, можна приступити до осмислення зв’язку між роздільною здатністю принтера та лініатурою растра. В ідеалі надруковане сіре півтонове зображення повинно відтворювати 256 градацій сірого, а кольорове – 256 відтінків для кожного з чотирьох кольорів друкарської фарби. Для реалізації цього

35

потрібні напівтонові клітинки, що містять 256 (16 х 16) друкованих точок. Це висуває високі вимоги до роздільної здатності принтера оскільки число відтінків, яке може бути відображено за допомогою фіксованої напівтонової комірки, безпосередньо залежить від роздільної здатності пристрою друкування, тобто від числа відтворюваних в одному дюймі друкованих точок (dots per inch – dpi).

Рис. 4.24. Імітація сірого кольору шляхом вибірного заповнення растрової комірки друкованими точками: 1 – елемент зображення з 37% вмістом сірого; 2 – растрова комірка, заповнена друкованими точками на 37%

Фактично роздільна здатність принтера і лініатура растра пов’язані між собою зворотною залежністю. Тому існує проста формула, що дозволяє обчислити максимальне число відтінків або колірних тонів, яке може вивести даний растровий друкувальний пристрій:

Максимальне число колірних тонів (відтінків) = = (Роздільна здатність принтера/Лініатура растра)2 + 1.

Наведена формула має досить просту фізичну інтерпретацію. Збільшення числа півтонових комірок в дюймі призводить до зменшення їх розміру і, як наслідок, зниженню кількості в них друкованих точок, що в них містяться. Тому із зростанням щільності растра (підвищенням лініатури) спостерігається зниження кількості максимально можливих відтінків сірого, яке може бути відтворене за допомогою напівтонової комірки. Іншими словами, збільшення просторової роздільної здатності друку призводить до зниження колірної роздільної здатності (при постійній роздільній здатності принтера).

Взаємозв’язок роздільної здатності принтера і частоти растру з такими характеристиками зображення, як контраст і точність відображення деталей, можна проілюструвати на прикладі лазерного принтера. Так, принтер з роздільною здатністю 300 dpi при використанні частоти растру 53 lpi може вивести при друку не більше 33 градацій яскравості. Збільшення частоти растру при такій роздільній здатності до 75 lpi дозволить отримати більшу кількість деталей, але одночасно приведе до зростання контрасту зображення за рахунок зниження кількості відтворених тонів (17 замість 33). Принтер з роздільною здатністю 600 dpi може відтворити 65 тонів при лініатурі растра 75 lpi, а принтер з роздільною здатністю 1200 dpi – 178 тонів при лініатурі растра 90 lpi. У табл. 4.3 приведений зв’язок між роздільною здатністю принтера і рекомендованими для них значеннями лініатури.

Таблиця 4.3. Ряд стандартних роздільних здатностей лазерних принтерів та допустимі для них лініатури

36

Практично ідеальні параметри забезпечує фотонабірний автомат з роздільною здатністю 2400 dpi – 256 тонів для кожного кольору при лініатурі растра близько 150 lpi. У цьому випадку якість зображення практично повністю визначається лініатурою – чим вона вище, тим краще якість надрукованого зображення рис. 4.25).

Рис. 4.25. Зв’язок якості зображення з лініатурою: 1 – 33 lpi, 2 – 53 lpi, 3 – 75 lpi

Таким чином, підбиваючи підсумки, можна сказати, що при фіксованій роздільній здатності принтера правильний вибір частоти растру забезпечує необхідний компроміс між достатньою кількістю деталей зображення і його контрастом (кількістю тонів, мала кількість яких робить зображення мозаїчним або, як ще його називають, – "комп’ютерним"). Нижче в табл. 4.4 наведені рекомендації щодо реалізації оптимального співвідношення між лініатурою растра (lpi) та роздільною здатністю різних типів принтерів (dpi).

Таблиця 4.4. Рекомендована роздільна здатність зображень для різних пристроїв виводу

Взаємозв’язок роздільної здатності різних пристроїв настільної видавничої системи

Роздільна здатність на кожному етапі додрукарської підготовки та друку залежать один від одного, тому надмірна роздільна здатність на одному з етапів може негативно

37

позначитися на інших етапах. Перш ніж приступити до конкретних рекомендацій давайте спочатку підіб’ємо деякі підсумки вивчення різних типів роздільної здатності. Отже.

1.Сканування. На цьому етапі роздільна здатність визначається відстанню між елементами (дискрети або пікселями) зображення, створеними в процесі оцифрування зображення. Наприклад, якщо ми скануємо оригінал шириною 2 дюйми з роздільною здатністю 100 dpi, то отримуємо на виході зображення шириною 200 пікселів. Саме з такою роздільною здатністю воно надходить на пристрою виводу.

2.Фотографія. Розмір зображення цифрової камери характеризується тільки кількістю мегапікселів. Тому для визначення розміру відбитка необхідно вказати роздільна здатність, з яким вын буде виведений на друк. Цю процедуру можна виконати в одному з растрових редакторів: Photoshop, Corel PHOTO-PAINT, Corel Paint Shop Pro та ін.

3.Редагування (або відображення) на моніторі. Роздільна здатність, з яким сканували зображення, не впливає на його зовнішній вигляд, все визначається розміром зображення. Це пов’язано з тим, що малюнок шириною 200 пікселів займає свої 200 пікселів на екрані дисплея, для чого цілком достатньо навіть роздільної здатності екрану

480 х 640 або 600 х 800 пікселів.

4.Друк. На цьому етапі роздільна здатність сприймається такою, якою воно було реалізована на етапі сканування. Вона використовується принтером для установки просторової відстані між окремими пікселями на папері. У результаті зображення шириною 200 пікселів при роздільної здатності принтера 100 dpi буде надруковано шириною 2 дюйми відповідно до розміру відсканованого оригіналу. При бажанні можна масштабувати виведене на друк зображення, друкуючи з роздільною здатністю 200 dpi для отримання зображення шириною 1 дюйм або друкуючи з роздільною здатністю 50 dpi для виводу на друк зображення шириною 4 дюйми.

Якщо у файлі растрового зображення не задана інформація про те, скільки точок на дюйм має зображення, то за замовчуванням для відтворення кожного пікселя буде використовуватися елемент з мінімальним розміром. У разі лазерного принтера таким елементом буде служити лазерна точка, а в моніторі комп’ютера – відеопіксель. В результаті розмір зображення на екрані буде набагато перевищувати розмір того ж зображення, надрукованого на принтері.

38

Контрольні питання

1.Чому растрову графіку називають "точкової"?

2.Які програми надають більше можливостей для роботи зі шрифтами: растрові або векторні?

3.Поясніть, у чому відмінність понять маски та виділення!

4.Для чого застосовують інструменти ретуші зображень?

5.Поясніть сутність роботи з маскою в растрових програмах.

6.Як ви розумієте термін "шар зображення"?

7.Назвіть кілька відомих вам растрових редакторів. Які їх відмінні риси (особливості)?

8.Які види комп’ютерної графіки ви знаєте?

9.Який вид графіки варто застосувати при виготовленні логотипу-емблеми вашого навчального закладу?

10.Який вид графіки слід використовувати при обробці вашої фотографії та чому?

11.Яке призначення фільтрів?

12.Поясніть алгоритм роботи фільтра.

13.Назвіть переваги і недоліки растрової графіки.

14.Перерахуйте переваги і недоліки Відомих растрових програм.

Контрольні запитання

1.Чим визначається якість зображення?

2.Розшифруйте наступні одиниці виміру: dpi, ppi, lpi.

3.Чим апаратно визначається величина оптичної роздільної здатності сканера (його складові по вертикалі та по горизонталі)?

4.Чи є різниця при визначенні поняття "роздільна здатність" для сканера, цифрової фотокамери, монітора та принтера?

5.Визначте роздільну здатність вашого домашнього монітора. Від чого вона залежить?

6.У чому різниця між dpi і lpi?

7.Поясніть суть і призначення двох операцій оцифровки: дискретизації та квантування.

8.Дайте визначення муару.

9.Поясніть такі терміни та наведіть приклади:

a.роздільна здатність;

b.растр;

c.лініатура;

d.колірна роздільна здатність;

e.яркісна роздільна здатність;

f.просторова роздільна здатність;

g.глибина кольору.

10.У чому відмінність між оптичною та інтерполяційною роздільною здатністю сканера?

11.Як створити зображення із заданою роздільною здатністю?