Визуализация цифрового изображения

На предыдущих этапах цифровое изображение получило форму, доступную для хранения и обработки на соответствующих электронных устройствах, но недоступную для восприятия и управления человеком.

Чтобы увидеть изображение, необходимо при помощи соответствующих программ и драйверов устройств, используя ту же самую таблицу квантования, имеющуюся матрицу представить доступными для человеческого восприятия средствами. Иными словами, визуализировать цифровое изображение, например, на экране монитора, а может и на принтере.

Процедуру оцифровки изображения (дискретизации, квантования и кодирования) часто называют растеризацией (хотя в полиграфии под этим термином понимают нечто другое).

 

Разрешение пиксельной графики

Элемент дискретизации изображений — пиксел

Разрешение — это количество дискретных элементов (пикселов) в единицу длины.

Любое изображение пиксельной (часто говорят растровой или битовой) графики — это мозаика, составленная из пикселов.

Отличительными особенностями пиксела являются его однородность (все пикселы по размеру одинаковы) и неделимость (пиксел не содержит более мелких пикселов).

Единица разрешения — ppi

Разрешение можно определить как количество пикселов в дюйме, обычно оно обозначается как ppi (читается "пи-пи-ай"), что является сокращением от словосочетания " pixels per inch " и переводится как "пикселов в каждом дюйме".

Однако стандарты России требуют выражать разрешение в пикселах на сантиметр. Полезно помнить таблицу пересчета:

ppi	пикс./см
	28,346
	39,37
	59,055
	118,11
	236,22

Главный вопрос, связанный с использованием разрешения, состоит в правильном выборе значения разрешения.

«оригинал» разрешение Х ppi «оригинал» разрешение 2Х ppi

 

Особенность изображения треугольника состоит в несовпадении сетки дискретизации и границы между белыми и черными областями. Если использовать разрешение, ранее выбранное для квадрата, результат визуализации оцифрованного изображения приобретет вид далекий от треугольного.

Имеет смысл заново отсканировать (произвести дискретизацию) оригинала. Необходимо уменьшить размер элементов дискретизации (пикселов), а для этого, соответственно, придется увеличивать разрешение. Например, размер пикселов можно уменьшить вдвое. В этом случае в визуализированном изображении ступеньки станут в два раза меньше.

Таким образом, увеличивая разрешение (и, соответственно, уменьшая фактический размер пикселов), можно достичь такого уровня, при котором эти элементы станут неразличимыми для восприятия.

Дискретизация минимального элемента штрихового изображения

Для штриховых изображений необходимо обеспечить достоверное отображение минимальных элементов оригинала. Соотношение между размером минимального элемента и размером пиксела должно быть оптимальным: обеспечивать требуемое качество изображения и не увеличивать чрезмерно объем документа.

Можно вывести общую формулу, позволяющую оценить требуемое разрешение. Обозначим толщину минимального штриха буквой L, а разрешение — буквой R ppi. Итак, если толщина штриха измеряется в миллиметрах, то

R = 25,4 (мм): (L: 2) иначе R = 50,8 (мм)/L(мм).

Если толщина штриха измеряется в дюймах, формула будет еще проще:

R = 1: (L: 2) иначе R = 2/L.

Если толщина штриха измеряется в пунктах (пункт равен 1/72 дюйма), то формула тоже не сложная: R = 144/L.

Пример. Скажем, толщина линии составляет половину пункта, т. е. толщина линии равна примерно 0,176 мм.

Тогда разрешение ‑ 25,4 (мм): (0,176: 2) = 288 (пикселов на дюйм), или проще – 144/0,5=288, что также означает разрешение 288 ppi, которое весьма часто используется в дизайнерской практике. (288/2,54=113,4 пикселов на сантиметр)

 

Глубина цвета пиксельной графики

В общем случае изображение может состоять более чем из двух цветов. В технических средствах сначала использовались 16 градаций тона (цвета), потом — 64 и, наконец, 256 градаций. (В настоящее время существуют системы, позволяющие оперировать 1024 градациями.) 256 возможных вариантов ‑ это унифицированная единица измерения информации, которая получила название байта (byte). Байт равен восьми битам, восьми двоичным разрядам.

Таблица квантования тонового изображения

Таблица квантования, предназначенная для передачи непрерывного тона, состоит из 256 строк, т. е. 256 двоичных кодов: в диапазоне от 00000000 до 11111111.

Таким образом, начальному коду (то есть 0 в десятичной системе счисления) ставим в соответствие черный цвет, а конечному (то есть 255 в десятичной системе счисления) — белый цвет, остальные 254 кода будут соответствовать оттенкам серого: от очень темного, близкого к черному, до очень светлого, близкого к белому.

Кодовая таблица градаций тона "серая шкала" (grayscale).

Номер по порядку	Двоичный код	Десятичный код	Значение
			Черный
			Самый темно-серый
			Очень темно-серый
…	…	…	…
			Средний серый
…	…	…	…
			Очень светло-серый
			Самый светло-серый
			Белый

Исследования свидетельствуют, что в среднем человеческий глаз может уверенно различать около 64 градаций тона. И хотя это среднестатистический показатель (видимо, у людей с тренированным зрением этот уровень значительно выше), тем не менее "серая шкала" превышает его в четыре раза.

Глубина цвета

Вернемся к рассмотрению битовой карты. В каждую ячейку матрицы может быть помещен один бит информации, т. е. одно двоичное число (или 0, или 1).

Теперь в связи с тоновыми изображениями ситуация изменилась: каждый пиксел тонового изображения требует для своего представления не одного двоичного бита, а восьми, т. е. целого байта информации.

Сохраняя принятое определение битовой карты и условие неизменности разрешения, проблема решается за счет добавления новых битовых карт по числу дополнительных разрядов. Эти дополнительные карты располагаются как бы в пространстве, а именно в «глубину». И, соответственно, общее количество битовых карт (а по сути разрядов или двоичных цифр) определяет «глубину» таблицы квантования. В русской терминологии используется форма «глубина цвета».

Глубина цвета измеряется числом двоичных разрядов, отведенных для каждого пиксела.

Сглаживание

Для тоновых изображений, которые отображаются на экране монитора (особенно преобразованных из штриховых), характерно использование сглаживания (anti-aliasing). Суть сглаживания заключается во взаимном влиянии пикселов у границы контрастных областей изображения.

Сглаживание (anti-aliasing) часто используют при увеличении разрешения тонового изображения.

 

10х10 пикселов преобразовано в 20х20

На границе белого и черного при использовании сглаживания создается полоска серых пикселов. Вследствие этого несколько уменьшается видимость ступенчатости битовой карты, но понижается резкость изображения.