6.7. Качество изображения

Сканеры различаются по многим параметрам: технологии считывания изображения, типу механизма и некоторым другим. Очень важными считаются параметры сканирующего устройства, влияющие на качество изображения. К таким параметрам относятся:

• оптическая разрешающая способность,

• число передаваемых полутонов и цветов,

• диапазон оптических плотностей,

• интеллектуальность сканера,

• световые искажения,

• точность фокусировки (резкость),

• коэффициент увеличения,

• область отображения.

Говоря о разрешении сканера, следует отличать истинное, оптическое, от программно-обеспечиваемого разрешения (интерполяционное разрешение). Следует также знать, что увеличение разрешения вдоль сканирующей линейки и в направлении движения оригинала достигается различными способами. Оптическое разрешение вдоль сканирующей линейки (горизонтальное разрешение) определяется количеством регистрирующих элементов линейки CCD.

Увеличение расширения достигается использованием программного обеспечения, которое интерполирует результаты сканирования. Программное обеспечение сканера вставляет дополнительный пиксел между каждой парой соседних пикселов и присваивает добавленному пикселу усредненное значение цвета прилежащих пикселов. Таким образом, сканер, о котором в проспекте говорится, что он имеет разрешения 500 dpi, обычно имеет камеру с оптическим разрешением только 270 dpi, а сканер, заявленный как имеющий разрешение 800 dpi, на самом деле имеет камеру 450 dpi.

Значение разрешения в направлении движения оригинала (вертикальное разрешение) определяется скоростью перемещения документа относительно линейки сканирования (камер CCD), При уменьшении скорости увеличивается разрешение сканирования и наоборот. Таким образом, сканер, заявленный как имеющий разрешение 800 dpi, и в самом деле может физически сканировать 800 dpi no оси движения, сканируя при этом 400 dpi вдоль сканирующей линейки. И если вас больше интересует скорость, а не безукоризненное качество изображения, то, уменьшая разрешение сканирования, вы можете тем самым уменьшить время сканирования.

При высоких значениях разрешения, получаемых при интерполяции, изображение выглядит лучше – сглаживаются границы растровых объектов и четче прорабатываются мелкие детали. Это, несомненно, полезно, особенно для тех пользователей, которым важно визуальное качество сканированного изображения, однако подобная интерполяция не сделает ничего или почти ничего для программы автоматической векторизации.

Сшивание изображения. Высокого оптического разрешения можно достичь при использовании высокой плотности регистрирующих элементов CCD или при использовании двух или трех CCD вместе. При нескольких CCD возникают проблемы при сшивании частей сканируемого изображения. Но, поскольку CCD располагаются в фиксированном положении, они могут быть откалиброваны с целью устранения сдвигов. В зависимости от модели сканера выравнивание производится либо автоматически, либо при помощи настроек пользователем. Любой из этих методов прост для пользователя, но выравнивание вручную может дать более точные результаты, чем автоматическое аппаратное выравнивание, результат которого практически всегда сдвинут на один пиксел.

Некоторые сканеры, хотя и не все, чувствительны к перепадам температуры, для них выравнивание требуется чаще, чем для других.

Порог чувствительности. Полутоновые сканеры производят два типа данных: полутоновые и бинарные. При полутоновом способе воспроизведения каждый пиксел имеет много возможный уровней яркости. При бинарном - только два уровня. Перевод полутоновых данных в бинарные происходит за счет процесса, называемого выбором порога чувствительности.

В полутоновом изображении яркость каждого пиксела выражается как значение от 0 до 255, а именно: 0 - белое и 255 - черное. Чтобы преобразовать это значение в бинарное, сканер должен определить точку в этом диапазоне, выше которой пиксел становиться белым, а ниже - черным. Эта точка называется порогом чувствительности.

Сканер выполняет такую настройку, интерпретируя разные уровни контрастности изображения для отделения изображения от фона. Самый простой метод - установить один уровень для всего документа, выбрав среднее значение, которое обеспечит достойный компромисс. Этот параметр обычно устанавливается во время предварительного сканирования, когда сканер совершает один (полный или частичный) проход по изображению и определяет подходящее значение порога чувствительности или дает возможность пользователю установить это значение. Используется и такая вариация этого метода, когда сканер несколько раз проходит туда-сюда по части изображения, давая возможность пользователю сразу увидеть результат, получаемый при различных значениях порога чувствительности.

Некоторые сканеры разбивают документ на плитки - обычно квадратики 2x2 дюйма или однодюймовые полоски, - чтобы для разных частей чертежа могли быть установлены различные значения порога чувствительности. Это дает лучший результат, чем метод с одним значением, но и этот метод не справляется с перепадами контрастности внутри каждой плитки (полоски). Другой тип задания порога чувствительности - это когда настройка осуществляется по всей длине CCD. Он имеет свои недостатки - обрабатывается лишь ограниченный объем фонового шума, и качественные результаты получаются только при наличии ортогональных шумовых линий, подобных тем, которые образуются из-за сворачивания оригиналов.

Самое последнее новшество, до сих пор внедренное только одной компанией, Vidar, называется Adaptive Area Thresholding. Изображение разбивается не на относительно большие плитки, а на крошечные ячейки со стороной не более 0,1 или 0,2 дюйма. Этот метод гораздо лучше справляется с перепадами контрастности и даже, в сочетании с многократным прогоном чертежа, может быть использован для достижения идеальных установок порога чувствительности.

Коэффициент увеличения – это кратность увеличения оригинального изображения в ходе сканирования, необходимая для достижения желаемого размера выводимого изображения. Если сканировать небольшие оригиналы, которые нужно распечатать со значительным увеличением, то для этого необходимы все доступные неинтерполированные данные изображения. Для этого потребуется устройство очень высокого разрешение типа слайдовых или барабанных сканеров. Программное обеспечение, поставляемое с большинством барабанных сканеров, автоматически вычисляет требуемое входное разрешение, основываясь на размере оригинала и желательном коэффициенте увеличения. Для многих планшетных и слайдовых сканеров эти вычисления выполняются вручную.

Область отображения. Размер самого большого оригинала, который может оцифровать устройство, определяет его область отображения, также называется эффективной областью сканирования. Ручные сканеры дешевы отчасти вследствие ограниченности их областей отображения. Для планшетных сканеров максимальная область отображения обычно находится в пределах от 8,5х11 дюймов до 11х17 дюймов. Сканеры для обработки слайдов и диапозитивов имеют фиксированную область отображения, основываясь на размерах стандартной пленки или диапозитива. Область отображения барабанных сканеров лежит в диапазоне от 8х10 до 20х25 дюймов.

Разрядность битового представления и глубина цвета выражаются в степенях двойки максимальным числом цветов или градаций серого, которые может считывать сканирующее устройство для каждого вводимого пикселя. Однобитный сканер (а также цветной или полутоновый сканер в черно-белом режиме) воспроизводит все тона исходного изображения как черный или белый в соответствии с порогом чувствительности.

8-битный полутоновый сканер может теоретически вводить 2⁸ или 256 различных уровней серого. А 24-битный цветной сканер производит 8-разрядную выборку на пиксель для каждого из трех цветов каналов RGB, итого полное количество цветов 256х256х256 = = 16777216.

С ростом разрядности битового представления увеличивается и количество деталей изображения, которые может вводить сканирующее устройство. 24-битный цвет формата RGB стал стандартом для сканирования и редактирования изображений частично потому, что число 256 соответствует максимальному числу градаций яркости на цветовой канал, который может воспроизводить PostScript-цифровой издательский стандарт для печати.

Искажение цветов. При сравнении сканирующих устройств оказывается, что не все биты равнозначны. В инструментах с ПЗС-датчиками верхние два бита теоретической глубины цвета обычно являются шумовыми и не несут точной информации о цвете. Таким образом, первые шесть бит (64 цвета на канал или 262144 цветов) надежны, но последние 198 цветов на канал все менее и менее содержательны. Этот недостаток связан с внутренними ограничениями некоторых конструкций ПЗС:

1. Недорогие ПЗС чувствительны к фоновому электрическому шуму, который может искажать чистые отсчеты цвета.

2. Имеется неизбежный компромисс между габаритами ПЗС и светочувствительностью. Для получения более высокого оптического разрешения необходимо использовать ячейки ПЗС все меньшего размера. Чем меньше отдельные элементы, тем уже диапазон градаций яркости, который может различать каждый из них. Способность ПЗС ввести все детали изображения, если оригинал содержит полный диапазон тонов от белого до черного, весьма не высока.

3. Кроме того, для ПЗС характерно явление, называемое перекрестными помехами. Их природа такова: когда свет насыщает плотно упакованные смежные элементы ПЗС, то искажается чистота сигнала, который, как предполагается “видит” каждый отдельный элемент. В результате в различных пикселях оцифрованного изображения возникает некоторое взаимное искажение цветов.

Динамический диапазон (диапазон плотности). Если разрядность битового представления описывает общее число исходных градаций цвета или серого, которые может обнаружить сканирующее устройство, то динамический диапазон (диапазон плотности) определяет гладкость перехода между смежными тонами в оцифрованном изображении. Эти термины могут относиться как к оригиналу, так и к сканирующим устройствам. Применительно к оригиналам, диапазон плотности имеет значение от 0 до 4 ОД (Optical Dencity, оптическая плотность) и описывает непрозрачность прозрачных оригиналов или поглощаемую способность отражающих оригиналов. Применительно к оцифровывающим устройствам, динамический диапазон описывает способность устройства воспроизводить тонкие тоновые изменения и выражает различие между самыми светлыми (dmin) и самыми темными (dmax) тонами, которые может считывать данный инструмент. С ростом динамического диапазона сканера или оригинала расширяется диапазон градаций яркости, который сканер может считывать, а оригинал задерживать или поглощать. Чем шире динамический диапазон устройства, тем больше видимых деталей изображения он может вводить. Это особенно справедливо для теней, где труднее всего точно считать детали изображения из-за ограниченного количества световой энергии, передающей теневые детали в режимах пропускания или отображения.

Барабанные сканеры обладают большим динамическим диапазоном и значением dmax, чем большинство других типов оцифровывающих устройств, и прозрачные оригиналы (пленки, слайды) имеют более динамический диапазон и более высокое значение dmax, чем отражающие оригиналы (фотоснимки и изображения, напечатанные на бумаге). Другой фактор, влияющий на динамический диапазон при сканировании – логарифмический характер плотности. Для сканированных позитивов (отражающей печатной продукции, слайдов, рисованных оригиналов) обычно характерно большее сжатие тонов в тенях, а сканированные негативы отличаются наибольшим сжатием в самых светлых областях.