Линия как мера разрешения

При оцифровке со слишком низким пространственным или временным разрешением происходит не только потеря деталей, но из-за появления ложных частот возникает еще и новый узор. На изображениях он принимает форму видимых полос или волнистых линий. Как же измеряют разрешение при оцифровке и где находится граница диапазона распознавания деталей?

В области электронной обработки данных в качестве единицы измерения применяют число точек изображения на дюйм, которые можно распознать или сгенерировать. Сокращенно эта единица обозначается «dpi» (dots per inch, что и означает «точек на дюйм»). Каждому понятно, что значит «принтер с разрешением 300 dpi» или «сканер с разрешением 400 dpi».

То, что из рекламных соображений эти данные зачастую несколько завышаются, никого не удивляет. В противоположность этому, в оптике разрешение указывается в линиях. По сути дела, это более осмысленная величина, поскольку именно разрешение оцифровывателей определяют по испытательным изображениям, содержащим так называемые тонкоструктурные линейчатые миры. Между разрешением в точках на единицу длины и в линиях на единицу длины существует простая взаимосвязь. Рассмотрим рис.20.

Как видно из рисунка, одна линия всегда состоит из пар точек, различающихся по яркости. Если принтер обладает разрешением 300 dpi, он может разместить на одном дюйме 300 черных точек. Это соответствует почти черной площадке, показанной справа. Для образования линий нужно, чтобы за каждой черной точкой в изображении следовала белая. Следовательно, с помощью рассматриваемого принтера можно отпечатать ровно 150 линий на дюйм. Таким образом, разрешение в линиях соответствует половине разрешения в точках.

В принципе было бы разумно для других устройств учитывать как белые, так и черные линии. (Именно так принято в телевидении. Чтобы избежать путаницы, используют обозначение «твл» (телевизионных линий — в отличие от оптических) и разрешение указывают в «твл» на единицу длины, равную высоте экрана). В этом случае разрешение в точках будет совпадать с разрешением в линиях. Однако при этом мы отойдем от определения линии, принятого в оптике. К сожалению, в компьютерной отрасли приходится мириться с тем, что данные устройств либо совсем не позволяют, либо позволяют очень неопределенно судить об их действительном качестве. Довольно часто бывает, что сканер, при горизонтальном разрешении якобы в 1200 dpi фактически имеет разрешение лишь 300 линий.

С помощью соответствующего испытательного изображения весьма несложно выяснить разрешение сканера или видеокамеры Пример показан на рис.21.

В приведенном примере испытательное изображение оцифровывалось сканером ScanJet IIc в режиме наивысшего возможного оптического разрешения. Как видно, линейчатая мира различается примерно до значения 200 линий на дюйм. Таким образом, разрешение этого сканера составляет приблизительно 400 dpi, что соответствует его технической спецификации. Чтобы при этом линии можно было видеть как раздельные, расстояние между двумя линиями должно составлять не менее 25,4/200 0,12 мм.

Из приведенного рисунка также видно, что в нижней части линейчатой миры линии разрешаются не полностью. В этой зоне яркостные переходы на краях линий оказываются не резкими, а довольно плавными. Поэтому при определении разрешения оцифровывателей иногда бывает необходимо устанавливать нижнее значение разности яркостей, начиная с которого край линии еще можно считать различимым.

Наряду с оптическим разрешением оцифровывателя, которое обусловлено его конструкцией и является фиксированным параметром, для сканеров, в частности, зачастую указываются и более высокие значения разрешения, которые могут быть обеспечены чисто вычислительным путем — в большинстве случаев с использованием интерполяции. Благодаря интерполяции создаются дополнительные точки изображения, которые получают путем усреднения соседних точек. Если яркость двух соседних точек составляет 100 и 120, то, к примеру, можно создать лежащую между ними дополнительную точку с яркостью 110. Этот способ лучше, чем примитивное повышение разрешения путем простого удвоение точек, как нередко делалось в простых сканерах для улучшения их технических параметров, но редко приводило к желаемому результату. Интерполяция ни в коем случае не может увеличить детальность изображения, поскольку ограничивающим фактором здесь является оптическое разрешение. Тем не менее в изображениях, содержащих много тонких регулярных структур, благодаря математическому способу повышения разрешения иногда удается избежать появления муар-эффектов.