Основні геометричні характеристики растру
Роздільна здатність растра характеризує відстань між сусідніми пікселями. Вимірюється роздільна здатність растра кількістю пікселів на одиницю довжини, зазвичай використовується одиниця вимірювання ppi (pixel per inch) - кількість пікселів в дюймі (1 дюйм ≈ 2,54 см).
Розмір растра визначається кількістю пікселів по горизонталі і вертикалі. Для комп'ютерних графічних систем найбільш зручним є растр з однаковим розміром по горизонталі і вертикалі: ppiX = ppiY. В іншому випадку виникають проблеми при виведенні зображень. Наприклад, якщо растр прямокутний (як в застарілих моніторах EGA), окружність на екрані може виглядати як еліпс.
Форма пікселів растра визначається особливостями будови графічного виведення і може бути прямокутної, квадратної (дисплей) або круглої (принтери).
Кількість квітів (глибина кольору) - одна з найважливіших характеристик растра. За кількістю квітів розрізняють наступні види зображень:
# 9679; двоколірні (бінарні) - 1 біт на піксель (найчастіше це чорно-білі зображення);
# 9679; напівтонові. Використовують градації сірого або якогось іншого кольору, наприклад 256 градацій - 1 байт на піксель;
# 9679; кольорові зображення. Використовують від 2 біт на піксель і вище.
Глибина кольору 16 біт на піксель (65 536 кольорів) відповідає палітрі High Color; 24 біт на піксель (16б7 млн квітів) - True Color. В сучасних комп'ютерних графічних системах використовується і велика глибина кольору - 32, 48 і більше біт на піксель.
Як вже зазначалося вище, основним недоліком растрової візуалізації є ефект пикселизации.
Розглянемо деякі з існуючих методів, що дозволяють візуально покращувати якість растрових зображень. При одних і тих же значеннях технічних параметрів пристрою графічного виводу може бути створена ілюзія збільшення роздільної здатності або кількості кольорів. Однак слід мати на увазі, що поліпшення однієї характеристики може відбуватися за рахунок погіршення іншого.
Антіелайзінг. У растрових системах при невисокій роздільній здатності (менше 300 dpi) існує проблема ступеневої ефекту (aliasing). Цей ефект особливо помітний на зображенні похилих ліній - при великому кроці сітки растра пікселі утворюють як би сходинки.
Розглянемо це на прикладі відрізка прямої лінії. Растрове зображення об'єкта визначається алгоритмом зафарбування пікселів, що відповідають площі зображуваного об'єкта. Різні алгоритми можуть дати різні варіанти растрового зображення одного і того ж об'єкта.
Можна сформулювати умова коректного зафарбовування наступним чином: якщо в контур зображуваного об'єкта потрапляє більше половини площі осередку растра, то відповідний піксель зафарбовується кольором об'єкта (С), інакше піксель зберігає колір фону (Сф).
Усунення ступеневої ефекту називається по-англійськи antialiasing. Для того щоб растрове зображення лінії виглядало більш гладким, можна колір кутових пікселів "сходинок сходів" замінити на деякий відтінок, проміжний між кольором об'єкту і кольором фону.
Обчислимо колір пропорційно частині площі осередку растра, що покривається ідеальним контуром об'єкта. Якщо площа всієї комірки позначити як S. а частина площі, що покривається контуром, - Sx. то шуканий колір дорівнює:
Методи згладжування растрових зображень можна розділити на дві групи:
# 9679; алгоритми генерації згладжених зображень окремих найпростіших об'єктів (ліній, фігур);
# 9679; методи обробки вже існуючого зображення.
Для згладжування растрових зображень часто використовують алгоритми цифрової фільтрації. Один з таких алгоритмів - локальна фільтрація. Вона здійснюється шляхом виваженого підсумовування яскравості пікселів, розташованих в деякій околиці поточного оброблюваного пікселя. Можна уявити собі, що в ході обробки по растру ковзає прямокутне вікно, яке вихоплює пікселі, які використовуються для обчислення кольору деякого поточного пікселя. Якщо околиця симетрична, то поточний піксель знаходиться в центрі вікна.
Базова операція такого фільтра може бути представлена у вигляді такої залежності:
де P - значення кольору поточного пікселя; F - нове значення кольору пікселя; K - нормуючий коефіцієнт; M - двовимірний масив коефіцієнтів, який визначає властивості фільтру (такий масив називається маскою).
Розміри вікна фільтра: по горизонталі jmax - jmin + 1, по вертикалі imax - imin + 1. На практиці найбільш часто використовується фільтр з вікном 3х3, який виходить при imin, jmin = -1 і imax, jmax = +1.
При обробці всього растра зазначені обчислення проводяться для кожного пікселя. Якщо в ході обробки нових значень кольору пікселів записуються в вихідний растр і залучаються до обчислення для чергових пікселів, то таку фільтрацію називають рекурсивної. При нерекурсивною фільтрації в обчислення втягуються тільки колишні значення кольору пікселів.
При згладжуванні кольорових зображень можна використовувати модель RGB і виробляти фільтрацію по кожній компоненті.
Локальна цифрова фільтрація застосовується не тільки для згладжування контурів, але і в процесі інших видів обробки зображень: підвищення різкості, виділення контурів та ін.
Дизеринг. Сучасні растрові дисплеї дозволяють досить якісно відображати мільйони кольорів, але для растрових друкуючих пристроїв інша справа. Пристрої друку зазвичай мають високу роздільну здатність, часто на порядок вище, ніж дисплеї, але в той же час не дозволяють відтворити навіть сотню градацій сірого, не кажучи вже про мільйони квітів. Відтінки кольорів (для кольорових зображень) або напівтонові градації (для чорно-білих) імітуються комбінуванням, сумішшю точок. Чим якісніше поліграфічне обладнання, тим менше окремі точки і відстань між ними.
Для пристроїв друку на папері дуже багато важить проблема якості фарб. У поліграфії для отримання кольорових зображень зазвичай використовують три кольорових фарби і одну чорну, що в суміші дає вісім кольорів (включаючи чорну фарбу і білий колір паперу). Іноді зустрічаються системи з шістьма і вісьмома базовими кольорами, проте така технологія друку набагато складніше.
Якщо графічне пристрій не здатний відтворювати достатню кількість квітів, тоді використовують растрирование - незалежно від того, растрове цей пристрій або НЕ растровое. Ці методи грунтуються на властивості людського зору - просторової інтеграції. Якщо досить близько розташувати маленькі точки різних кольорів, то вони будуть сприйматися як одна точка з деяким усередненим кольором. Якщо на площині густо розташувати багато маленьких різнокольорових точок, то буде створена візуальна ілюзія зафарбовування площині деяким усередненим кольором.
Ці методи часто використовуються в графічних системах. Вони дозволяють збільшити кількість відтінків кольору за рахунок зниження просторового дозволу растрового зображення. Такі методи отримали назву дизеринг (від англ.
dithering - тремтіння, розрідження).
Найпростішим варіантом дізерінга можна вважати створення відтінку кольору парами сусідніх пікселів.
Якщо в осередку розмірами n x n пікселів використані два кольори, то за допомогою такого осередку можна отримати n 2 +1 різних колірних градацій. Можливі дві граничні комбінації: всі пікселі осередки мають колір C1 - вся осередок має, відповідно, колір C1, всі пікселі осередки мають колір C2 - вся осередок має колір C2. Всі інші комбінації дають кольору, проміжні між C1 і C2. Таким чином виходить растр з роздільною здатністю в n разів меншою, ніж у вихідного растра, а глибина кольору зростає пропорційно n 2.
Для характеристики зображень, одержуваних методом дізерінга, використовується термін линиатура растра. Линиатура обчислюється як кількість ліній (осередків) на одиницю довжини і вимірюється зазвичай в одиницях lpi (lines per inch).
Один із способів створення досить якісних зображень - дифузний дизеринг (diffused dithering). Він полягає в тому, що осередки створюються випадково (або псевдовипадково), тому навіть для фрагмента растра пікселів з постійним кольором не утворюються регулярні структури і зображення не виглядає створеним з осередків.