Геометричні характеристики растра

Для растрових зображень, що складаються з точок, особливу важливість має поняття дозволу, що виражає кількість точок, що припадають на одиницю довжини. При цьому слід розрізняти:

· дозвіл оригіналу;

· дозвіл екранного зображення;

· дозвіл друкованого зображення.

Дозвіл оригіналу. Дозвіл оригіналу вимірюється в точках на дюйм (dots per inch - dpi) і залежить від вимог до якості зображення і розміру файлу, способу оцифровки і створення початкової ілюстрації, вибраного формату файлу та іншим параметрам. У загальному випадку діє правило: чим вище вимога до якості, тим вище повинен бути дозвіл оригіналу.

Дозвіл екранного зображення. Для екранних копій зображення елементарну точку растра прийнято називати пикселом. Розмір пікселя варіюється залежно від вибраного екранного дозволу (з діапазону стандартних значень), дозвіл оригінала і масштаб відображення.

Монітори для обробки зображень з діагоналлю 20-21 дюйм (професійного класу), як правило, забезпечують стандартні екранні дозволи 640х480, 800х600, 1024х768, 1280х1024, 1600х1200, 1600х1280, 1920х1200, 1920х1600 точок. Відстань між сусідніми точками люмінофора у якісного монітора складає 0, 22-0, 25 мм.

Для екранної копії достатньо дозволу 72 dpi, для роздруківки на кольоровому або лазерному принтері 150-200 dpi, для виводу на фотоекспонірующем пристрої 200-300 dpi. Встановлено емпіричне правило, що при роздруківці величина дозволу оригіналу повинна бути в 1, 5 рази більше, ніж линиатура растра пристрою виводу. У разі, якщо тверда копія буде збільшена в порівнянні з оригіналом, ці величини слід помножити на коефіцієнт масштабування.

Дозвіл друкованого зображення і поняття лініатури. Розмір точки растрового зображення як на твердій копії (папір, плівка і т. д.), так і на екрані залежить від застосованого методу і параметрів растрування оригіналу. При раструванні на оригінал як би накладається сітка ліній, комірки якої утворюють елемент растра. Частота сітки растра вимірюється числом ліній на дюйм (lines per inch - Ipi) і називається лініатурой.

Розмір точки растра розраховується для кожного елементу і залежить від інтенсивності тону в цій комірці. Чим більше інтенсивність, тим щільніше заповнюється елемент растра. Тобто, якщо в комірку потрапив абсолютно чорний колір, розмір точки растра співпаде з розміром елемента растра. У цьому випадку говорять про 100% заповнюваності. Для абсолютно білого кольору значення заповнюваності складе 0%. На практиці заповнюваність елемента на відбитку зазвичай становить від 3 до 98%. При цьому всі точки растра мають однакову оптичну щільність, в ідеалі наближається до абсолютно чорному кольору. Ілюзія більш темного тону створюється за рахунок збільшення розмірів точок і, як наслідок, скорочення пробільного поля між ними при однаковій відстані між центрами елементів растра. Такий метод називають растрированием з амплітудною модуляцією (AM).

Таким чином, роздільна здатність характеризує відстань між сусідніми пікселями (рис. 1.). Роздільну здатність вимірюють кількістю пікселів на одиницю довжини. Найбільш популярною одиницею виміру є dpi (dots per inch) - кількість пікселів в одному дюймі довжини (2.54 см). Не слід ототожнювати крок з розмірами пікселів - розмір пікселів може бути рівний кроку, а може бути як менше, так і більше, ніж крок.

Рис. 1. Растр

Розмір растру зазвичай вимірюється кількістю пікселів по горизонталі і вертикалі. Можна сказати, що для комп'ютерної графіки часто найбільш зручний растр з однаковим кроком для обох осей, тобто dpiХ = dpiУ. Це зручно для багатьох алгоритмів виводу графічних об'єктів. Інакше - проблеми. Наприклад, при малюванні кола на екрані дисплея EGA (застаріла модель комп'ютерної відеосистеми, її растр-прямокутний, пікселі розтягнуті по висоті, тому для зображення кола необхідно генерувати еліпс).

Форма пікселів растра визначається особливостями пристрою графічного виводу (рис. 1.2). Наприклад, пікселі можуть мати форму прямокутника або квадрата, які за розмірами дорівнюють кроці растра (дисплей на рідких кристалах); пікселі круглої форми, які за розмірами можуть і не рівнятися кроці растра (принтери).

Рис. 2. приклади показу одного і того ж зображення на різних растрах

Інтенсивність тону (так звану светлоту) прийнято поділяти на 256 рівнів. Більше число градацій не сприймається зором людини і є надлишковим. Менша кількість погіршує сприйняття зображення (мінімально допустимим для якісної напівтонової ілюстрації прийнято значення 150 рівнів). Неважко підрахувати, що для відтворення 256 рівнів тону достатньо мати розмір комірки растру 256 = 16 х 16 точок.

При виведенні копії зображення на принтері або поліграфічному обладнанні линиатуру растра вибирають, виходячи з компромісу між необхідною якістю, можливостями апаратури і параметрами друкованих матеріалів. Для лазерних принтерів рекомендована линиатура становить 65-100 dpi, для газетного виробництва - 65-85 dpi, для книжково-журнального - 85-133 dpi, для художніх та рекламних робіт - 133-300 dpi.

Динамічний діапазон. Якість відтворення тонових зображень прийнято оцінювати динамічним діапазоном (D). Це оптична щільність, чисельно рівна десятковому логарифму величини, зворотною коефіцієнту пропускання (Для оригіналів, що розглядаються «на просвіт», наприклад слайдів) або коефіцієнту відбиття (Для інших оригіналів, наприклад поліграфічних відбитків).

Для оптичних середовищ, що пропускають світло, динамічний діапазон лежить в межах від 0 до 4. Для поверхонь, що відбивають світло, значення динамічного діапазону становить від 0 до 2. Чим вище динамічний діапазон, тим більше число півтонів присутня в зображенні і тим краще якість його сприйняття.

У цифровому світі комп'ютерних зображень терміном піксел позначають декілька різних понять. Це може бути окрема точка екрану комп'ютера, окрема точка надрукована на лазерному принтері або окремий елемент растрового зображення. Ці поняття не одне і теж, тому щоб уникнути плутанини слід називати їх таким чином: відео піксел при посиланні на зображення екрану комп'ютера; точка при посиланні на окрему крапку, створювану лазерним принтером. Існує коефіцієнт прямокутності зображення, який введений спеціально для зображення кількості пікселів матриці малюнка по горизонталі і по вертикалі.

Повертаючись до аналогії з листом паперу можна відмітити, що будь растровий малюнок має певна кількість пікселів в горизонтальних і вертикальних рядах. Існують наступні коефіцієнти прямокутності для екранів: 320х200, 320х240, 600х400, 640х480, 800х600 та ін. Цей коефіцієнт часто називають розміром зображення. Твір цих двох чисел дає загальна кількість пікселів зображення.

Існує також таке поняття як коефіцієнт прямокутності пікселов. На відміну від коефіцієнта прямокутності зображення він відноситься до реальних розмірів відео піксела і є відношенням реальної ширини до реальної висоті. Даний коефіцієнт залежить від розміру дисплея і поточного дозволу, і тому на різних комп'ютерних системах приймає різні значення. Колір будь-якого піксела растрового зображення запам'ятовується в комп'ютері за допомогою комбінації бітів. Чим більше бітів для цього використовується, тим більше відтінків кольорів можна отримати. Число бітів, використовуваних комп'ютером для будь-якого піксела, називається бітовою глибиною піксела. Найбільш просте растрове зображення складається з пікселів мають тільки два можливих кольори чорний і білий, і тому зображення, що складаються з пікселів цього виду, називаються однобітових зображеннями. Число доступних квітів або градацій сірого кольору одно 2 в ступені рівною кількістю бітів в пікселі.

Кольори, що описуються 24 бітами, забезпечують більше 16 мільйонів доступних кольорів і їх часто називають природними кольорами. Растрові зображення володіють безліччю характеристик, які повинні бути організовані і фіксовані комп'ютером.

Розміри зображення і розташування пікселів в ньому це дві основних характеристики, які файл растрових зображень повинен зберегти, щоб створити картинку. Навіть якщо зіпсована інформація про колір будь-якого пікселя і будь-яких інших характеристиках комп'ютер все одно зможе відтворити версію малюнка, якщо буде знати, як розташовані всі його пікселі. Піксел сам по собі не володіє ніяким розміром, він усього лише область пам'яті комп'ютера, що зберігає інформацію про колір, тому коефіцієнт прямокутності зображення не відповідає ніякої реальної розмірності. Знаючи тільки коефіцієнт прямокутності зображення з деякою роздільною здатністю можна визначити справжні розміри малюнка. Оскільки розміри зображення зберігаються окремо, пікселі запам'ятовуються один за іншим, як звичайний блок даних. Комп'ютеру не доводиться зберігати окремі позиції, він усього лише створює сітку за розмірами заданим коефіцієнтом прямокутності зображення, а потім заповнює її піксель за пікселем.