ekd / ответы на вопросы часть 1 / 8_Разрешение

Вопрос 8 Разрешение

Разрешение - один из самых распространенных терминов в компьютерной графике. Его употребляют 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.

Растровые изображения состоят из совокупности элементарных графических элементов - точек, которые иногда называют пикселями (от англ.picture element). На элементарном уровне любая растровая картинка представляет собой регулярную сетку точек, каждая из которых обладает независимыми параметрами яркости и цветности. Сложение цветов и яркостей этих элементарных частичек изображения воспринимается наблюдателем как целостный графический образ.

Важнейшей характеристикой точечного изображения является его разреше­ние. Разрешение — 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).

Разрешение — 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. Изображение представляет собой квадрат со стороной 2 дюйма. Если, не меняя количества точек по сторо­нам, увеличить разрешение в 2 раза, то фигура получит новые размеры, равные 1 дюйму. И наоборот, уменьшение разрешения влечет за собой увеличение фак­тических размеров, 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 3 дюйма и разрешением 100 dpi, тогда оцифрованное изображение будет включать в себя 300 точек по каждому направлению.

Что произойдет, если оставляя число точек неизменным, менять фактиче­ские линейные размеры изображения? Точные ответы дает 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.

Понятие «разрешение» применяется не только к растровым изображениям; оно служит важнейшей характеристикой многих цифровых приборов и процес­сов. Так, качество сканера, объем графической информации, который способен обработать этот 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, 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 1200x2400 dpi, а у моделей полу­профессионального класса оно может достигать 2400x4800 dpi, лучшие предста­вители этого типа приборов могут иметь еще более высокое разрешение.

Очевидна связь между разрешением сканера и качеством оцифровки. Ска­нирование с более высокими установками разрешения при прочих равных усло­виях позволяет получить более качественный вариант картинки. Большая плот­ность выборки позволяет внести в цифровую версию мелкие детали, которые в противном случае могли бы быть просто пропущены.

Иногда применительно к сканерам слово «выборка» вместо «точка», и еди­ницы измерения плотности оцифровки spi (sample per inch) вместо 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.

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 улучшения качества и, более того, способно повлечь за собой деградацию оцифрованного изображения.

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 5x5 точек, она может расширить ее до размеров 10x10 и более.

В немногих случаях 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 600x1200, то это значит, что максимальная вертикальная плотность точек в 2 раза выше горизонтальной. Не­сложный анализ показывает, что если для сканирования выбрано разное разре­шение по осям координат (например, 600x1200 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 300x600 dpi, а в установках управляющей программы задано 175 dpi. Если обрабатывается оригинал маленького размера, который планируется значительно увеличить, то использование высокого интерполи­рованного разрешения становится не только оправданным, но и часто необхо­димым.