Растровая графика. Принцип построения растровых изображений основан на конечности разрешающей способности глаза, когда при сближении двух точек

Принцип построения растровых изображений основан на конечности разрешающей способности глаза, когда при сближении двух точек, глаз перестает их различать. Растровое изображение можно представить, как массив пикселей, каждый из которых имеет цвет. Соответственно, растр – представление изображения, выражаясь языком математики, методом дифференцирования (деления непрерывности на элементарные отрезки). Именно из принципа представления растрового изображения и проистекают его недостатки. Совершенно очевидно, что это дает относительно большую размерность[1]. Кроме того, элементарная единица изображения пиксель – неделима. Отсюда невозможность масштабирования растрового изображения. Увеличив растровое изображение раз в 10, единственно, что можно будет увидеть – нагромождение цветных квадратиков в стиле раннего авангарда, понять смысл которого можно только из далека, да и то, если позволит размер экрана.

Достоинства растра – это прямое продолжение его недостатков. Только в нем можно получить доступ к каждому пикселю изображения, изменить его яркость, тон или насыщенность, поменять белое на черное. Именно на этом основаны многочисленные графические фильтры, позволяющие делать изображение размытым, или, наоборот более резким, более или менее контрастным, тонированным. Растровые форматы используются при сканировании и захвате изображения с экрана. Растровые редакторы гораздо чаще используются для редактирования изображения, чем для их создания.

В системах растрового сканирования изображение разбивается на строки, базовым элементом которых является точка.

Основная характеристика растрового изображения определяется понятием - разрешение. Разрешение – это максимальное количество точек одинакового размера, которое может поместить в каком–то отрезке (горизонтальном или вертикальном) изображения, приходящихся на единицу длины. При этом следует различать:

- разрешение оригинала;

- разрешение экранного изображения;

- разрешение печатного изображения.

Разрешение оригинала в мировой практике измеряется в точках на дюйм (dot per inch - dpi), что связано с широким использованием единицы длины дюйм (inch) в сканирующей аппаратуре и полиграфии. Разрешение зависит от требований к качеству изображения и размеру файла, способу оцифровывания или метода создания исходной иллюстрации, требований к формату файла и другим параметрам. В общем случае действует правило: чем выше требование к качеству изображение, тем выше должно быть требование к разрешению оригинала.

Разрешение экранного изображения определяется точкой на экране (пикселем или пэлом (pel от словосочетания picture element). Изображение формируется на растре, представляющем собой совокупность горизонтальных растровых строк, каждая из которых состоит из отдельных пикселей; растр - это матрица из пикселей, покрывающих всю площадь экрана. Размер пикселя величина переменная, которая варьируется в зависимости от выбранного экранного разрешения (выбранного стандарта, режима работы монитора), разрешения оригинала и масштаба изображения. Для стандартного монитора с размером экрана по диагонали до 20 - 21 дюйма, как правило, обеспечивается стандартное экранное разрешение:

640Х480, 800Х600, 1024Х768, 1280Х1024,... 1920Х1600.

При этом расстояние между отдельными пикселями лежит в пределах 0.22 - 0.25 мм. Для экранного изображения достаточно 72 dpi. При распечатке изображения на цветном лазерном принтере достаточно 150 - 200 dpi.

Существует прямая зависимость между разрешением и размером изображения в пикселях: при неизменном физическом размере с повышением разрешения картинки видимый размер на ее экране (занимаемая площадь) увеличивается. Обратная зависимость заключается в том, что при неизменном числе пикселей видимый размер изображения меняется обратно пропорционально значению разрешения: чем больше разрешение, тем меньше изображение.

Размер изображения, его разрешение и способ их связи между собой –основные параметры, которыми пользователь управляет, работая в графическом редакторе. При этом возникают две проблемы, связанные с разрешением и размером. Первая связана с масштабированием изображения, вторая - с подбором оптимального соотношения (по объему файла и качеству изображения) для различных задач. Проблемы масштабирования возникают при необходимости увеличить растровое изображение. Разрешение падает пропорционально кратности увеличения, если число пикселей зафиксировано. Кроме того, не все форматы файлов работают с операцией масштабирования.

С другой стороны, наличие излишней информации (большое разрешение) в изображении не помогает улучшить качество, но сильно увеличивает объем файла.

В полиграфии изображение проецируется на светочувствительную пластину через стекло, на котором равномерно нанесена непрозрачная растровая решетка. Изображение, таким образом, разбивается на отдельные ячейки, называемые элементами растра. Чем больше ячеек растра содержится в одной строке, тем более высокое качество изображения будет получено при печати.

Размер точки растрового изображения в независимости от его носителя определяется методом и параметрами растрирования оригинала. Частота сетки растра измеряется числом линий на дюйм (lines per inch - lpi) и называется линиатурой. Чем выше значение lpi растра, тем более четким выглядит изображение. Максимальное значение линиатуры на сегодняшний день составляет 300 линий на дюйм.

Выработано эмпирическое правило: при распечатке величина разрешения должна быть в 1.5 раза больше, чем линиатура устройства вывода. В случае, если твердая копия будет увеличена по сравнению с оригиналом, то все эти величины должны быть умножены на величину масштаба.

Размер точки растра рассчитывается для каждого элемента и зависит от интенсивности тона в данной ячейке. Чем больше интенсивность, тем полнее заполняются элементы растра. Например, иллюзия более черного цвета создается за счет увеличения размеров точек и, как следствие, сокращения пробельного поля между ними при постоянном расстоянии между центрами элементов растра. Такой метод называют растрированием с амплитудной модуляцией. Существуют и другие методы растрирования, обеспечивающие более высокое качество изображения (растрирование с частотной модуляцией, стохастическое растрирование). Эти способы требуют больших вычислительных ресурсов и высокоточного полиграфического оборудования.

Интенсивность тона изображения принято подразделять на 256 уровней, поскольку более высокое число градаций не воспринимается глазом человека, т.е. оно избыточное. Минимальное число градаций, допустимое для получения качественных изображений, определено 150 уровнями. Таким образом, в элементе растра может быть по максимуму 256 точек (16 х 16=256). Разрешение оригинала, частота растра и градация уровней связаны зависимостью, определяемой формулой

,

где N - число градаций уровней тона. Единица в формуле соответствует абсолютно белому цвету, то есть, ячейка растра в этот момент не заполнена.

Качество воспроизведения многотоновых изображений принято оценивать динамическим диапазоном. Эта величина характеризует степень различия между уровнями самого светлого и самого темного участков изображения. Чем выше этот параметр, тем большее число полутонов присутствует на изображении и тем качественнее оно воспринимается. Максимальное значение динамической плотности (это величина логарифмическая) может достигать величины равной 4, что соответствует различию самого светлого и самого темного участков изображения в 10 000 раз. Заметим, что эта величина достижима для оптических сред, пропускающих свет. Для оригиналов отражающих свет эта величина составляет от 0 до 2. Ниже приведены значения динамического диапазона, характерные для распространенных источников изображения:

- 0.9 –.1.0 на газетной бумаге;

- 1.5 – 2.0 на мелованной бумаге;

- 2.0 – 2.5 фотоснимки;

- 2.5 – 3 негативы;

- 2.7 – 3.2 качественные слайды;

- 3.5 – 4.0 специально подобранные слайды.

Средства растровой графики принято использовать при иллюстрации изображений с высоким качеством передачи цвета и полутонов. Здесь необходимо отметить, что размеры файлов растровых изображений быстро увеличиваются с ростом требуемого разрешения. Так фото размером 10х15, оцифрованное с разрешением 200-300 dpi с цветовым разрешением 24 бита, занимает 4 Мбайта в формате TIFF[2]. При высокой степени оцифровывания слайд занимает 120-150 Мбайт.

Одним из недостатков растровой графики является, так называемая, пикселизация изображения при его увеличении (рис. 1.2). При большом увеличении становятся заметны элементы растра. Для снятия этого недостатка обычно используют при подготовке информации более высокое качество оцифровывания, либо применяется стохастический метод растрирования, либо специальные методы интерполирования изображения.

Дата добавления: 2014-01-07