Растровые изображения и разрешение принтера

Разрешением или разрешающей способностью называется количество растровых точек, необходимое для представления графической информации на заданной единице длины или площади. Для мониторов разрешающая способность определяется как количество пикселов на линейный дюйм экрана (ppi), для устройств вывода - количество точек на линейный дюйм бумаги (cpi), а для сканеров - количество пикселов, считанных на линейном дюйме сканируемого оригинала. От разрешающей способности устройства вывода во многом зависит четкость воспроизведения растровых изображений, а также тоновой интервал полученных репродукций.

Пикселом называется минимальный структурный элемент растрового изображения. Изображения с высоким разрешением содержат достаточный объем данных (описание позиции и цветового значения каждого пиксела) для передачи большинства деталей оригинала. Изображения с низким разрешением содержат значительно меньший объем информации, который не позволяет обеспечить такой же уровень детализации.

Увеличение собственного разрешения растровых изображений не всегда приводит к повышению их качества при печати; это наглядно проявляется, когда изображение содержит больше информации, чем может воспроизвести устройство вывода. Таким образом, чтобы напечатать растровое изображение с наилучшим качеством, необходимо подобрать для него оптимальное разрешение. Если разрешение изображения окажется намного выше, чем разрешающая способность принтера, то его вывод займет очень много времени; если же оно окажется слишком низким, то не получится добиться хорошего качества печати.

Линиатура растра

Линиатура растра, или частота растра, измеряется в линиях на дюйм (lpi) и характеризует количество строк растра (или рядов растровых точек), необходимое для воспроизведения изображения на пленке или бумаге. Соотношение между разрешающей способностью выводного устройства (dpi) и линиатурой растра (lpi) определяет качество репродуцирования растрового изображения. При выборе линиатуры для вывода фотоформ необходимо учитывать не только разрешающую способность фотоавтомата, но и тип бумаги, на которой вы собираетесь печатать публикацию, а также тип печатной машины.

Пример: газеты обычно печатаются с невысокой линиатурой (85 lpi), что объясняется значительной впитывающей способностью газетной бумаги и большой скоростью печатной машины. Повышение частоты растра в данном случае привело бы к перенасыщению бумаги краской и к потере четкости изображений. Для печати четырехкрасочного журнала на мелованной бумаге оптимальная линиатура составляет 133 lpi; выбор меньшего значения может обернуться заметным снижением качества иллюстраций, выражающимся в потере мелких деталей.

Линиатура растра определяет размер полутоновых растровых ячеек, от которого в свою очередь зависит максимальный размер точки растра. Каждая растровая точка формируется из нескольких точек принтера; максимальное количество принтерных точек, с помощью которых может быть создана одна растровая точка, зависит от разрешающей способности принтера. Соотношение между частотой растра и разрешающей способностью принтера определяет максимальный тоновой интервал, который может быть получен при печати. Повышение частоты растра означает уменьшение размера полутоновой ячейки; это приводит к сокращению числа принтерных точек, используемых для создания точек растра, а следовательно - к уменьшению числа репродуцируемых полутонов. Формула позволяет определять количество градаций серого цвета, репродуцируемых при имеющемся соотношении частоты растра и разрешающей способности принтера. (Для большинства устройств вывода их максимальное число составляет 256.) Исходя из этого, вы можете рассчитывать оптимальную для данной разрешающей способности частоту растра.

Оцифровка изображений

Как видно из графика МКО, монитор может отображать не всю цветовую информацию, присутствующую в диапозитиве. С другой стороны, он отображает явно больше цветов, чем может быть получено с помощью самых лучших методов печати. Из-за этого возникают трудности при оценке того, как будет выглядеть после печати изображение, созданное с помощью компьютерной системы.

Рис.14. Цветовой охват фотопленки, монитора и устройства печати

Для решения этой проблемы разработаны программы, за которыми утвердилось общее название «Программы управления цветом» (Color Management Software). В качестве примеров укажем программы «Precision Color Management System» фирмы Kodak и «FotoTune» фирмы Agfa Gevaert. Принципиальная основа этих программ довольно проста. На первом этапе точно определяется цветовой охват применяемых устройств ввода и вывода. При этом для самых распространенных сканеров, мониторов и принтеров можно исходить из данных калибровки, которые либо уже содержатся в программном обеспечении, либо могут быть получены дополнительно. Однако при этом нельзя полностью исключить проблемы, поскольку в аппаратуре могут возникать небольшие индивидуальные отклонения. Поэтому для профессиональных целей предусматриваются программные компоненты, которые позволяют индивидуально определить цветовой охват применяемого устройства. На втором этапе производится интеграция программы управления цветом и данных калибровки с используемой программой обработки изоб-ражения может быть выражена, например, значением напряжения, которое будет измерено в данной точке при сканировании На рис.15 показана принципиальная схема измерения яркости изображения, представленного шестиступенчатой шкалой серого.

Из рисунка видно, что между яркостью элемента изображения и величиной напряжения, измеряемого светочувствительным датчиком, как правило, существует нелинейная зависимость. В приведенном выше примере предполагалось, что показатель γ (характеристика нелинейности) датчика составляет 0,45. Показатель γ гамма является константой для данного типа устройств, которая указывает соотношение между яркостью I точки изображения и значением напряжения G, выдаваемым светочувствительным датчиком. Как правило, значение напряжения выражается формулой G=I^1/γ.

Поэтому измеренное значение должно быть откорректировано в соответствии с формулой

G_корр =(G/G_макс)^γG_мах,

чтобы обеспечить требуемую линейность. Здесь G — измеренное значение, a G_макс — максимально возможное значение.

К счастью, такую процедуру приходится использовать редко, поскольку обычно коррекция производится автоматически. В противоположность этому, другие коррекции, которые связаны, в частности, с отклонениями яркости в принтерах и мониторах, должны выполняться самим пользователем.

На втором этапе измеренные аналоговые значения, получаемые от элементов датчика, должны быть переведены в пригодную для компьютера форму. Это необходимо потому, что компьютер может перерабатывать только дискретные числа, а не практически непрерывные значения напряжений, поступающих от элементов датчиков. В данном контексте «дискретный» означает целочисленный. К допустимым дискретным значениям относятся числа 1, 2 или 50, тогда как дробные числа с запятой, как например 2,33, не могут непосредственно перерабатываться компьютером. Их можно обрабатывать, только используя программно-технические приемы, которые позволяют воспринимать такие дробные числа как особую форму дискретных чисел.

Требуемое преобразование называется оцифровкой и производится с помощью электронного блока, называемого аналого-цифровым преобразователем (АЦП). Принцип действия преобразователя иллюстрирует рис.16.

Понятие «цифровой» — по-английски «digital», имеет латинское происхождение и означает «на пальцах». В отношении к цифровой технике самому слову «цифровой» больше подходит значение «ступенчатый». При этом понятие «оцифровка» в самом общем виде означает «преобразование в цифровую форму», или «преобразование в ступенчатую форму».

Решающий этап при оцифровке — это преобразование непрерывных аналоговых данных, которые возникают при измерениях, в ступенчатые, или «дискретные» значения, которые могут быть выражены целыми числами. Этот процесс сразу приводит к потере точности. Теперь измеренное значение уже не может составить, например, 123,456789, а может принять только значение 123 или 124. Однако преимущества «преобразования в цифры» существенно перевешивают этот недостаток. Цифровые значения можно запоминать на различных носителях, обрабатывать на компьютерах и хранить без потерь практически неограниченное время, причем при наличии достаточных средств коррекции ошибок любая копия данных будет точным повторением оригинала.

Чем мельче ступени, на которые разбивается аналоговый сигнал, тем выше качество оцифровки. В следующем примере аналого-цифровой преобразователь должен обеспечивать разбиение измерительного диапазона элементов датчика от 0 до 1 вольта на 255 ступеней. При этом разрешение (разрешающая способность) составляет 1/255 от максимального значения, или 0,004 вольта. Такое сочетание датчика и аналого-цифрового преобразователя позволяет различать 256 значений яркости.

Измеренное значение, (в вольтах)	0,00	0,20	0,40	0,60	0,80	1,00
Цифровое значение

Благодаря одновременному сканированию с помощью датчика с множеством элементов изображение может быть разложено на отдельные точки и передано для дальнейшей обработки на компьютер. Принцип такого сканирования иллюстрирует рис.17.

Линейная структура из светочувствительных датчиков движется вдоль изображения. После каждого шага получаются значения яркости точек изображения, которые с помощью аналого-цифрового преобразования переводятся в цифровые значения и после этого передаются на компьютер.

По этому принципу работают все аппараты, которые подготавливают изображение для компьютера. В едином процессе, называемом в общем оцифровкой, изображение раскладывается на точки, и информация о яркости каждой точки (а в случае цветных изображений и о ее цветности) вводится в компьютер. Наиболее широко распространенными устройствами оцифровки являются сканеры и видео-АЦП. Далее мы будем пользоваться общим понятием «оцифровыватели» в тех случаях, когда речь пойдет о свойствах, общих для обоих типов устройств.

В простейшем случае после оцифровки получается двухградационое изображение. При этом оцифровыватель работает с заранее установленным порогом. Ниже этого порога точка изображения воспринимается как черная (цифровое значение 0), а выше порога — как белая (цифровое значение 1). Такой режим работы обычно используется при оцифровке штриховых рисунков (чертежей) или страниц текста. В случае оцифровки фотографий, содержащих множество тонких оттенков серого, применяют полутоновый режим. В результате для каждой точки изображения получают цифровые значения, которые, как было описано ранее, соответствуют яркости этих точек. При использовании оцифровывателя, который способен различать 256 уровней серого, на компьютер для черных точек будет передаваться значение 0, а для белых — значение 255. Значения для серых точек будут лежать между этими граничными значениями.