4. СВОЙСТВА РАСТРОВЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ

Растровые изображения, в отличие от векторных, обладают рядом специфических свойств. К ним относятся разрешение, цветовая глубина, физический размер и применяемая цветовая модель.

Разрешение (resolution) – важнейший параметр растровой картинки. Разрешение показывает, на сколько пикселов разбивается единица длины изображения и традиционно меряется в точках на дюйм (dots per inch, dpi). Очевидно, чем выше разрешение, чем более мелкие детали будут четко показаны на изображении и тем больший объем памяти оно займет.

На Рис. 4.1 показано одно и то же растровое изображение, выполненное с различными разрешениями.

Рис. 4.1 – Различные разрешения растрового изображения.

Ясно видно, что при низком разрешении возникает так называемый эффект пикселизации - картинка явно распадается на довольно крупные квадратики и изображение теряет четкость.

Выбор разрешения зависит прежде всего от дальнейшей судьбы изображения. Дело в том, что разрешение изображения должно соответствовать разрешению применяемого устройства вывода (Табл. 4.1).

Табл. 4.1

С точки зрения качества отпечатка можно сказать, что изображение с разрешением 300dpi при качественной печати неотличимо от обычной фотографии. Именно с таким разрешением выполняется печать цифровых фотографий. В то же время обычные "химические" фотографии пока обеспечивают гораздо большее разрешение. На кадре пленки 35мм удается зафиксировать до 20 млн. "пикселов" (сгустков молекул серебра), в то время как лучшие на сегодняшний день цифровые фотоаппараты дают только 10..12 млн. пикселов.

С другой стороны, экранное разрешение в 72..96dpi более чем достаточно для восприятия изображений. В большинстве режимов работы монитора число пикселов на экране превосходит качество привычной телевизионной картинки. Так, в системе телевидения SECAM передается 625 строк изображения (в PAL и NTSC еще меньше), что заметно ниже качества картинки при разрешении монитора 1024´768. Еще хуже качество изображения с видеомагнитофона стандарта VHS, дающего всего 240 строк. DVD-диски обеспечивают около 800 строк. Недостаточное разрешение телевизионных изображений компенсируется их просмотром с большого расстояния (3..4м), при этом мелкие детали "додумываются" человеческим мозгом. В целом же на сегодняшний день из всех применяемых носителей графической информации наилучшее разрешение (около 3000dpi) дает широкоформатная 70мм кинопленка. Приближается к такому уровню изображение специальных цифровых видеокамер Sony CineAlta с разрешением 1080dpi (Рис. 4.2), специально созданных по заказу режиссера Дж. Лукаса для съемок фильма "Звездные войны: Эпизод II".

Рис. 4.2 – Цифровая камера Sony CineAlta с разрешением 1080dpi.

Цветовая глубина растрового изображения указывает, сколько памяти в битах будет выделено для хранения информации о цвете каждого пиксела. При глубине в 1 бит пиксел принимает только два значения – 0 и 1, соответствующие белому и черному цветам. Такой режим обычно называется Lineart и применяется, к примеру, при сканировании текста. Для работы с черно-белыми изображениями предназначен режим "Оттенки серого" [Grayscale], при котором на каждый пиксел выделяется 8 бит, дающих 2⁸=256 оттенков серого цвета. Наконец, в полноцветном режиме на пиксел выделяется 24 или 48 бит, что дает 2²⁴=16777216 и 2⁴⁸»2.8´10¹⁴ оттенков соответственно. В подавляющем большинстве случаев устройства вывода цветных изображений (мониторы, особенно TFT, и струйные принтеры) не обеспечивают отображения цветов свыше 24 бит, к тому же человеческий глаз практически не замечает разницу между 16 миллионами и 2.8´10¹⁴ оттенков.

Вы сами можете легко проверить этот факт. В настройках свойств монитора есть пункт "Качество цветопередачи" (Рис. 4.3). В большинстве случаев можно выбрать значения глубины в 16, 24 или 32 бита. Вряд ли вы сможете визуально заметить разницу между глубиной в 24 и 32 бита, хотя последний вариант требует гораздо большей загрузки процессора и замедляет работу всей системы.

Рис. 4.3 – Диалоговое окно установления цветовой глубины монитора (Windows XP).

Один из самых запутанных вопросов связан с соотношением разрешения и реального физического размера растрового изображения. Рассмотрим пример.

Пусть мы сканируем область изображения размером 20´30мм (0.78´1.18 дюйма) с разрешением 300 dpi. При этом картинка будет разбита на 300´0.78=234 пиксела по горизонтали и 300´1.18=354 пиксела по вертикали. Теперь отсканируем ту же область с разрешением 600 dpi. Получим 600´0.78=468 пикселов по горизонтали и 600´1.18=708 пикселов по вертикали. Что же, при изменении разрешения картинка увеличилась в два раза?

Для растровых изображений существуют два отдельных понятия: пиксельный размер и размер отпечатка. Размер отпечатка может задаваться произвольно и зависит от возможностей вашего оборудования. Если умножить длину или ширину отпечатка в дюймах на разрешение, то получим пиксельный размер изображения:

Пусть с цифрового фотоаппарата получена фотография размером 2272´1704 пиксела. C каким качеством можно напечатать такую фотографию на листе формата А4 (210´297мм или 8.2´11.6 дюйма)?

Из (1) имеем следующие уравнения:

8.2 ´ X = 1704

11.6 ´ Y = 2272

Обратите внимание, что длинная сторона снимка в 2272 пиксела располагается по длинной стороне листа. Получаем X » 207, Y » 195. Таким образом, на листе формата А4 можно получить отпечаток с разрешением примерно 200dpi – вполне приемлемо для такого формата.

Решим обратную задачу. Мы хотим получить отпечаток 10´15см (4´6 дюйма) с разрешением 300dpi. Какой пиксельный размер изображения для этого понадобится? Получаем следующие уравнения:

6 ´ 300 = X

4 ´ 300 = Y

Отсюда X = 1800, Y = 1200. Всего в картинке должно быть 1800´1200=2160000 пикселов или 2,16MPx. Следовательно, для получения отпечатка желаемого качества нужен цифровой фотоаппарат с матрицей более 2MPx.

4.1. Форматы хранения графической информации

Растровые изображения, особенно высокого разрешения и с большой цветовой глубиной, занимают значительные объемы памяти. Попробуем подсчитать, сколько места в памяти займет цветная картинка формата А4 (8.2´11.6 дюйма), если ее отсканировать с разрешением 300dpi и цветовой глубиной 24 бита.

Подсчитаем размер изображения в пикселах:

X=11.6´300=3480

Y=8.2´300=2460

Таким образом, всего картинка состоит из 3480´2460=8560800 точек. На каждую точку отводится 24 бита или 3 байта. Тогда общий объем памяти для хранения изображения будет равен 8560800´3=25682400 байт или 24.5 Мб.

Очевидно, работать с файлом такого размера затруднительно. Поэтому во многих форматах хранения растровых изображений предусмотрено сжатие информации. Можно сказать, что при сохранении изображения в таком формате включается программа-архиватор, сжимающая данные.

Принципиально существуют два способа сжатия информации: без потерь и с потерями (Рис. 4.4).

Рис. 4.4 – Алгоритмы сжатия информации.

При сжатии без потерь распакованные из архива данные точно соответствуют первоначальным, поэтому такими способами можно сжимать текст и исполнимые файлы программ. Принцип сжатия основан на поиске в файле повторяющихся фрагментов и вынесении их в отдельную таблицу. Сжатие без потерь реализовано в формате хранения растровых изображений TIFF, причем можно на выбор указать алгоритм сжатия: LZW или ZIP. На Рис. 4.5 приведено диалоговое окно сохранения изображения в формате TIFF программы Adode Photoshop, в котором нужно явно указать способ сжатия.

Рис. 4.5 – Выбор вида сжатия файла (Adode Photoshop 8.0) .

Названия алгоритмов образованы по первым буквам фамилий их авторов.

Сжатие с потерями основано на том факте, что, удалив мелкие детали изображения, можно резко сократить объем файла (в 100 и более раз). После распаковки полученный файл будет отличаться от исходного, поэтому таким способом сжимают только изображения, видео и звук. Алгоритм сжатия с потерями был разработан группой специалистов Joint Photographic Experts Group и получил название JPEG.

Рис. 4.6 – Сжатие изображения с потерями.

а) исходное изображение (24Кб)

б) изображение формата JPEG с 40% качеством (13Кб)

При сохранении файла в формате JPEG указывается уровень качества: от максимального (100%) до минимального. Чем ниже качество, тем меньше размер файла (Рис. 4.6). Формат JPEG лучше всего использовать, если изображение предназначено для вывода не экран, поэтому он широко распространен в Интернете.