1. Цифровые изображения. Способы кодирования, форматы хранения.

Чтобы понять внутренний мир цифровой фотографии, необходимо прежде всего познакомиться с основами компьютерной графики. Поэтому в данной главе мы поговорим о двух видах компьютерных изображений - векторных и растровых - и подробно рассмотрим основные характеристики последних - графическое разрешение и глубину цвета. Мы остановимся также на такой характеристике устройств вывода, как разрешающая способность, от которой зависит качество изображения на экране монитора или на печатном оттиске. Для полного понимания того, как работают графические программы, некоторое внимание будет уделено основным цветовым моделям. И, наконец, мы познакомимся с форматами файлов, в которых сохраняются цифровые фотографии.

Растровые и векторные изображения (принципиальное сравнение)

Компьютерная технология имеет свою специфику, которая заключается в том, что изображение, прежде чем оно появится на экране монитора, должно быть преобразовано в цифровую форму или закодировано. В свою очередь цифровая компьютерная графика по способу кодирования подразделяется на растровую (точечную) и векторную. Каждая из них имеет свою область применения, свои достоинства и недостатки.

В растровой графике, как и на экране телевизора или монитора, любое изображение состоит из совокупности очень мелких элементов (точек), которые называются пикселами (pixel). Слово «пиксел» - это аббревиатура от английских слов picture element (элемент изображения). Каждый пиксел изображения отображается в определенном месте компьютерного экрана и имеет точные координаты по горизонтали и вертикали (рис.001).

Проще всего представить растровое изображение как картинку, созданную путем раскрашивания миниатюрных квадратиков на листе миллиметровой бумаги (рис.002). Каждый квадратик характеризуется точным местоположением и может быть снабжен адресом в соответствии с его координатами по горизонтали и вертикали. Программы растровой графики работают по такому же принципу. Они дают возможность создавать и редактировать каждый пиксел изображения. В изображении, созданном растровой программой, размер пикселов очень мал, обычно меньше 0,35 миллиметра. Пикселы настолько малы, что изображение может казаться таким же четким, как и фотография. Одна из причин того, почему точечное изображение выглядит таким реалистичным, заключается в том, что растровые программы могут придать каждому пикселу изображения практически любой из миллионов различимых человеческим глазом оттенков.

Основным достоинством растровой графики является простота и, как следствие, техническая реализуемость автоматизации ввода или оцифровки изобразительной информации. Существует большое количество внешних устройств для оцифровки изображений - сканеров, цифровых фотоаппаратов.

Не менее важным достоинством точечной графики является фотореалистичность. Можно получать живописные эффекты, например, туман или дымку, добиваться тончайшей нюансировки цвета, создавать глубину и нерезкость, размытость, акварельность и многое, многое другое.

Однако точечной графике присущи и существенные недостатки. Один из них обнаруживается при первой же попытке нарисовать что-либо в программе точечной графики. Она потребует от вас указать разрешение рисунка — количество точек на единицу длины - и глубину цвета - количество цветовых бит на пиксел. Ничего этого знать в векторной программе не нужно. Конечно, указанные значения в дальнейшем можно изменить, но, как правило, это приводит к тем или иным погрешностям.

Еще один недостаток проявится, как только вы попытаетесь отсканировать, по вашему мнению, не очень большую фотографию с максимальным разрешением и глубиной цвета. Одна картинка потребует для сохранения огромный объем дискового пространства - несколько десятков мегабайт.

Объем файла точечной графики - это произведение ширины и высоты изображения в пикселах на глубину цвета. Поэтому ваш сканер в состоянии сосчитать эту величину и предсказать размер файла для сохранения изображения. При этом совершенно безразлично, что изображено на фотографии. Если все три параметра одинаковы, то размер файла без сжатия будет одинаков для любого изображения.

Еще один недостаток проявится, когда вам потребуется слегка повернуть изображение с четкими тонкими вертикальными линиями (рис.003). Вы обнаружите, что они превратились в ступеньки. Если же вы попытаетесь увеличить масштаб изображения, то увидите, что оно станет нерезким, и на нем появятся пикселы (рис.004). Это означает, что в растровой графике при любых трансформациях - поворотах, масштабировании, наклонах - нельзя обойтись без искажений.

Из программ для работы с растровой графикой наиболее популярны Adobe Photoshop, Corel Photo Paint (рис.005).

Принцип кодирования информации в векторной графике сильно отличается от растровой. В векторной графике все изображения описываются в виде математических объектов - контуров. Каждый контур представляет собой независимый объект, который можно перемещать, масштабировать, изменять множество раз (рис.006). Все линии определяются начальными точками и формулами, описывающими сами линии. Поэтому при изменении размера рисунка пропорции и очертания всегда точно выдерживаются. Лишь после установки размера определяются точки экрана, через которые будет проводиться линия. Векторную графику часто называют также объектно-ориентированной графикой, так как изображение состоит из отдельных объектов — прямых и кривых линий, замкнутых и разомкнутых фигур, прямоугольников, эллипсов и т.п., каждый из которых имеет свои характеристики цвета, толщины контура, стиля линии и т.д.

К достоинствам векторной графики, несомненно, относится то, что она экономна в плане объемов дискового пространства, необходимого для хранения изображений. Это связано с тем, что сохраняется не само изображение, а только некоторые основные данные, используя которые, программа всякий раз воссоздает изображение заново. Кроме того, описание цветовых характеристик почти не увеличивает размер файла.

Объекты векторной графики легко трансформируются, что не оказывает практически никакого влияния на качество изображения. В тех областях графики, где принципиальное значение имеет сохранение ясных и четких контуров, например, в шрифтовых композициях, в создании логотипов и др., векторные программы незаменимы. Векторная графика использует все преимущества разрешающей способности любого устройства вывода, например, принтера. Изображение всегда будет выглядеть настолько качественно, насколько его может обеспечить данное устройство.

Векторная графика может включать в себя и фрагменты растровой графики. Такой фрагмент становится объектом, как и все остальные, правда, со значительными ограничениями в обработке.

Важным преимуществом программ для работы с векторной графикой являются развитые средства интеграции изображений и текста, единый подход к ним и, как следствие, возможность создания качественного конечного продукта. Поэтому программы векторной графики незаменимы в области дизайна, технического рисования, в чертежно-графических и оформительских работах.

Наиболее популярными программами векторной графики являются CorelDRAW, Adobe Illustrator, Macromedia FreeHand (рис.007).

Однако, с другой стороны, векторная графика может показаться чрезмерно жесткой, ограниченной. Она действительно ограничена в чисто живописных средствах: в таких программах практически невозможно создавать фотореалистические изображения. Кроме того, векторный принцип описания изображения не позволяет автоматизировать ввод графической информации, как это делает сканер для растровой графики.

Векторные форматы

AI (Adobe Illustrator) (рис.008)

Наиболее распространенными графическими векторными редакторами на данный момент являются CorelDraw, Adobe Illustrator. Каждая программа имеет свой «родной формат», который учитывает и включает в себя особенности каждого из редакторов. Неудобство такого количества форматов в том, что нет универсальных просмотрщиков для векторных изображений. 

Одним из самых распространенных форматов является AI, родной формат программы Adobe Illustrator, одним из преимуществ этой программы является ее родство с Adobe Photoshop, так как у них очень похож интерфейс. Другим плюсом такого родства является возможность прямого переноса векторной формы из Illustrator в Photoshop, а также экспортирование векторных форм из Photoshop в Illustrator.

Давайте, еще раз пометим для себя, что у векторных форматов не существует проблемы с потерей качества, потому что векторное изображение это уникальная формула, как говорится, из песни слов не выкинешь. Второе, так как векторные изображения в большинстве случаев применяются для полиграфии, то родная векторная палитра не RGB, а CMYK. Kонечно, в любом из этих форматов присутствует возможность хранения цветовой информации в RBG. Поэтому, когда вы работаете с растровыми и векторными редакторами сразу, помните о цветовых палитрах.

Формат AI, хранит в себе информацию о векторных формах, цвете, слоях, которые могут быть не только векторными, но и растровыми, то есть если вам нужно создать изображение с фотографиями, то можете смело импортировать вашу фотографию в один из слоев Illustrator. Одним из недостатков этого формата является то, что максимальный размер изображения может быть не более 3x3 метра.

EPS (Encapsulated PostScript)

EPS является самым универсальным форматом для хранения данных. Этот формат может хранить информацию как векторную, так и растровую. Предназначен для печати на PostScript устройствах, то есть на обычных принтерах и в полиграфии. Существует множество разновидностей этого формата, но самым стабильным до сих пор является EPS разработанный фирмой Adobe. В EPS обычно записывается конечный вариант работы, перед печатью.

 CDR (CorelDraw)

Формат CDR, как вы уже видите из названия, является родным для самого популярного редактора векторных изображений CorelDraw. Также как и в AI, в CDR может храниться информация о векторных формах, растровых и векторных слоях, цветах. Одним из преимуществ этого формата, является возможность встраивать шрифты (например, если вы используете какой-то редкий шрифт, которого нет на другом компьютере, на который вы хотите перенести изображение, вы можете вместе с самим рисунком сохранить и данный шрифт). Другим преимуществом является максимальный размер изображения до 45 квадратных метров. В CDR есть возможность в одном файле хранить несколько страниц, расшифруем это, например, вам нужно создать брошюру, для этого вы можете внутри одного файла сделать нужное количество страниц, и каждую редактировать отдельно. Есть еще одна тонкость, при выходе каждой новой версии программы, предыдущая версия, например, CorelDraw9, не поймет файл, сохраненный в CorelDraw10 и старше.

WMF(Windows Metafile)

Еще один родной формат Windows, но в этот раз векторный, в отличие от BMP (растровый). Преимущество данного формата  в том, что его понимают любые графические программы под Windows, например, самый популярные браузер графики ACDSee покажет вам этот формат, но ни CDR, ни AI, ни EPS вы не сможете увидеть.  WMF плохо работает с цветами, и при сохранении файла в WMF будьте готовы к тому что цветовая гамма у вас будет совсем не такая какую вы ожидали.