Более сложное изображение

Главный вопрос, связанный с использованием разрешения, состоит в правильном выборе значения разрешения. А для этого необходимо понимать, что собственно определяет конкретное значение разрешения.

Для того чтобы в этом разобраться, стоит вместо идеального "оригинала" (черного квадрата), которым мы до сих пор оперировали, выбрать изображение не слишком сложное, но все же более близкое к жизни (рис. 8.2).

Что определяет разрешение

Один из принципиальных смысловых аспектов разрешения уже рассматривался выше.

Информацию об этом см. в разд. "Единица разрешения — ppi" данной главы.

Он заключается в определении абсолютных значений. Вводя в систему дискретизации стандартные единицы, скажем, дюйм, хотя и представляющий для российского дизайнера некоторую экзотику, мы тем самым обеспечиваем возможность единого и абсолютного измерения как на этапе дискретизации (например, в процессе сканирования), так и на этапе визуализации (например, в процессе печати на лазерном принтере).

Но, кроме этого, может представлять интерес и другой смысловой аспект ("другая сторона медали") понятия "разрешение".

Рассмотрим разрешение не с точки зрения элемента дискретизации, например пиксела как такового (его объективного размера), а с точки зрения исходного изображения, у которого тоже могут быть некоторые минимальные элементы (линии чертежа). Эти минимальные элементы, разумеется, требуют сохранения в процессе репродуцирования и отображения в конечном цифровом документе. Успешное отображение таких минимальных элементов — одно из безусловных требований сканирования штриховых изображений, которыми мы пока и занимаемся.

Важная мысль

Для штриховых изображений необходимо обеспечить достоверное отображение минимальных элементов оригинала.

Отсюда возникает задача сформулировать определенную зависимость между размером минимального элемента "оригинала" и разрешением (то есть фак-

тическим размером пиксела), но прежде необходимо понять смысл "качества цифровых изображений".

Дискретизация минимального элемента штрихового изображения

Рассмотрим, например, в качестве оригинала небольшой фрагмент чертежа (рис. 8.6). Характерной особенностью чертежей и довольно большого числа условных графических изображений являются линии определенной толщины, которые необходимо адекватно преобразовать в цифровое изображение ("битовую карту").

Единица разрешения — ppi

Теперь, когда было принято название элемента "пиксел", можно более точно определить понятие разрешения.

Для этого необходимо всего-навсего выбрать стандартную единицу длины, хотя в принципе, для внутреннего пользования, единица длины может быть любой: хоть пядь, хоть локоть. Однако для универсальности желательно выбрать в какой-то мере стандартную единицу.

В качестве такого стандарта принята британская мера длины — дюйм (inch), равный 25,4 мм, т. е. дюйм примерно в 2,5 раза длиннее сантиметра. Дюйм — это устаревшая, внесистемная единица измерения, однако в данной области принята в качестве стандарта и к ней уже все привыкли.

Замечание

Впрочем, это не столь и важно, поскольку, если потребуется, мы можем этот стандарт привязать к международной системе измерения единиц СИ, в которой, кстати, отсутствуют миллиметры, там приняты только метры. Однако графическим дизайнерам неудобно использовать метры, поскольку это довольно значительная величина. Но вот миллиметры их вполне бы устроили, поскольку известно, что формат бумаги может измеряться в миллиметрах и т. д. Но раз уж решили, так решили...

Справка

Дюйм — традиционная английская единица, основанная на двенадцатеричной системе счисления. А между тем, с 1 января 2000 года десятичная система измерений официально заменила в Великобритании бытовавшие там традиционные меры веса, длины и объема типа фунта, унции, мили, ярда или пинты.

Англичане весьма неохотно переходят на десятичную систему мер, поменяв свои обожаемые пинты на литры, а дюймы на сантиметры. До 1971 года действовала трехуровневая недесятичная денежная система, согласно которой любой счет мог выглядеть следующим образом: "сорок четыре фунта пять шиллингов и шесть с половиной пенсов".

Таким образом, 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".

Определение

Единица измерения разрешения ppi — это количество пикселов в каждом дюйме изображения.

Исходя из такого определения и считая, что длина квадрата, изображенного на используемом ранее "оригинале", равна одному дюйму, можно сказать,

что разрешение этого пиксельного изображения соответствует 4 ppi. Это означает, что в каждом дюйме умещается по 4 элемента (пиксела).

Описание используемого простейшего графического "оригинала" см. в главе 7.

Таким образом, введение абсолютной единицы измерения призвано обеспечивать идентичность размеров "оригинала" и "оттиска". Однако стоит рассмотреть и более сложные изображения, чтобы более глубоко разобраться в понятии "разрешение".

Фрагмент тонового изображения до и после растрирования

Технология растрирования (вместе с цветоделением) представляет собой довольно сложную задачу.

Здесь же следует отметить, что качество полиграфического оттиска зависит от многих факторов, но в немалой степени от разрешения изображения и от линиатуры растра.

Соотношение между этими двумя параметрами можно в первом приближении определить эмпирической формулой: для получения оттиска полутонового изображения высокого качества следует использовать разрешение, превышающее линиатуру выводного устройства в 1,5—2 раза. Если требуется увеличение сканированного изображения, величина разрешения умножается на коэффициент масштабирования.

Следует учесть, что в любом случае необходима консультация специалистов именно того сервисного бюро или той типографии, которые будут заняты подготовкой к печати или печатью изображения.

Изображения с разным разрешением

На рис. 8.19 представлены два изображения с одинаковыми размерами, но разным разрешением. При выводе на экран изображения с меньшим разрешением, чем у экрана, программа "старается" сохранить размер изображения, поэтому для отображения каждого элемента изображения используется множество пикселов экрана.

Изображение с большим разрешением содержит больше пикселов, которые имеют меньший размер, чем у изображения с меньшим разрешением, у которого пикселы имеют больший размер.

Например, в одном квадратном дюйме изображение, предназначенное для вывода на экран монитора с разрешением 96 ppi, содержит 9216 пикселов. В том же квадратном дюйме изображение, предназначенное для вывода на лазерный принтер с разрешением 600 dpi, содержит 360 000 пикселов. Очевидно, что во втором случае физический размер пикселов будет в 70 раз меньше.

Более высокое разрешение позволяет передавать больше деталей и более точно репродуцировать оригинал. Таким образом, величина разрешения в значительной степени определяет качество цифрового изображения.

Однако следует очень четко уяснить, что уровень качества изображения закладывается в процессе сканирования в зависимости от устанавливаемого разрешения. Последующее увеличение разрешения цифрового изображения в любом графическом редакторе, в том числе и в программе Adobe Photoshop, не способствует улучшению качества изображения. Это связано с тем, что программа, конечно, не способна добавить новую изобразительную информацию (добавить новые более мелкие детали), а только перераспределить уже имеющиеся данные на большее число пикселов. В этом случае, как правило, даже происходит ухудшение некоторых параметров изображения, например резкости.

Правильный выбор величины разрешения зависит от многих факторов: назначения изображения и способа его использования. Необходимо найти разумный баланс между качеством, размером файла и временем его обработки, а также учесть возможности системы обработки.

Подробную информацию о принципах выбора параметров пиксельной графики см. в специальном разделе в конце данной части.

Элемент дискретизации изображений — пиксел

Квадраты — круги перед глазами. Владимир Высоцкий

Собственно, проблема состоит в том, чтобы выбрать название для обсуждаемого элемента дискретизации. Видимо, никаких подходящих слов из области искусства разработчики не нашли (или просто не знали), поэтому было придумано искусственное слово "пиксел".

Оно представляет собой просто сокращение английских слов picture element, что означает "элемент изображения", "элемент картинки". Эти два слова сократили до "pic" и "el" и соединили по принципу "колхоз", получилось слово "pixel" (при этом буква "с" заменена на "х" по причине чередования, например как в русском языке происходит чередование согласных в словах "печка" и "пекарь").

Замечание

Единственная трудность: в русском языке слово встречается в двух вариантах — "пиксел" и "пиксель". В английском языке этой проблемы нет, поскольку язык не располагает палатализацией (смягчением согласных звуков).

Мы лично склоняемся к твердому варианту — "пиксел", все-таки звучит ближе к английскому и более солидно. Но, впрочем, не настаиваем. Кому хочется мягкости, могут использовать другой вариант. Тем не менее в литературе все-таки чаще встречается написание "пиксел".

Таким образом, пиксельная графика, или битовая графика, т. е. та таблица, которая хранится в компьютере (в оперативной памяти или на диске), представляет собой совокупность пикселов, можно даже сказать, мозаику пикселов.

Важная мысль

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

Главным отличительным свойством пиксела является его однородность и неделимость. Внутри пиксела уже не может быть никаких более мелких элементов. Это как некий "атом". В каждый данный момент он такой, какой есть.

Важная мысль

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

Осталось только соединить понятия "разрешение" и "пиксел" в единицу измерения.

Критерий дискретизации

А в попугаях я гораздо длиннее.

Григорий Остер

Таким образом, процедура округления состоит в определении необходимого критерия (занимает ли искомое значение положение до середины отрезка или после середины отрезка).

Исходя из вышеуказанного, можно сформулировать условие округления, а также условие любого измерения.

Для того чтобы измерять каким-либо устройством с заданной точностью, это устройство должно быть градуировано в два раза чаще. В нашем примере для измерения с точностью до сантиметров линейка должна быть градуирована рисками с интервалом в 0,5 сантиметра.

А коль скоро мы признали, что дискретизация связана с измерением самым непосредственным образом, то, следовательно, можно сформулировать и искомое условие дискретизации.

Частота дискретизации должна быть, по крайней мере, вдвое выше максимальной частоты передаваемого сигнала.

Под частотой дискретизации понимается величина, обратная разрешению, т. е. фактически — это высота пиксела. Следовательно, для того чтобы достоверно передать минимальный элемент оригинального штрихового изображения, размер пиксела должен быть меньше, как минимум, вдвое.

Важная мысль

Частота дискретизации должна быть, по крайней мере, вдвое выше максимальной частоты передаваемого сигнала, подвергаемого дискретизации.

Такая зависимость известна в западных странах как критерий Найквиста, а в России — как теорема Котельникова.

Справка

Критерий назван в честь инженера американской телефонной компании AT & Т Гарри Найквиста (Nyquist), который в 1928 году опубликовал теорему, описывающую зависимость между частотой дискретизации по времени и верхней частотой спектра сигнала. Частично мы использовали без объяснения это положение в главе 6 при объяснении дискретизации аналогового сигнала.

В России соответствующую теорему принято называть теоремой Котельникова. Котельников Владимир Александрович (род. 1908), российский радиотехник, академик РАН, директор Института радиотехники и электроники РАН. Котельников знаменит трудами по совершенствованию методов радиоприема, борьбе с радиопомехами, теории потенциальной помехоустойчивости, заложил основы радиолокации Марса, Венеры и Меркурия. Без преувеличения можно сказать, что все цифровые устройства построены на основе знаменитой теоремы Котельникова.

Измеряй микрометром. Отмечай мелом. Отрубай топором.

Правило точности Рэя

Качество по метрологии

Если мы используем разрешение 4 ppi, как в первом случае, или, скажем, 400 ppi, то понятно, что этим фактически определяется размер пиксела, т. е. минимальной ячейки пиксельной сетки, которая накладывается на исходное изображение ("оригинал").

Но для чего необходимо знать этот размер?

Ведь в принципе, если создана битовая карта, то в соответствии с расположением элементов в этой битовой карте изображение можно построить с помощью элементов любого размера, т. е. нам и не нужно знать размер пикселов визуализации ("какие есть — такие есть, с ними и работаем").

Пример

Эта ситуация не настолько необычная, как может показаться на первый взгляд. Потому что конкретное печатающее устройство (принтер) располагает определенными рисующими элементами, которые не изменяются. Такую ситуацию можно сравнить с фиксированными плитками, из которых выкладывается декоративный орнамент, например на фризе здания. Из таких же "плиток", только очень маленьких, складывается изображение на экране монитора.

Это означает, что зачастую пользователь не в состоянии изменить условия вывода информации.

О проблемах конечного этапа работы с изображениями мы поговорим в части V.

В самом деле, работа с пиксельным изображением требует учета параметров на всех этапах: от оригинала до оттиска (в данном случае без кавычек).

Важная мысль

Работа с пиксельным (точечным) изображением требует учета параметров на всех этапах: от оригинала до оттиска.

Но с другой стороны, почему так важно знать размер минимальных элементов — пикселов? Потому что, помимо выхода (этапа визуализации), существуют и проблемы входа (соответствия битовой карты цифрового избражения исходному оригиналу).

Муар

Задача расчета достоверной передачи минимальных элементов штрихового изображения важна еще и по другой причине.

В самом деле, ранее мы убедились, что с увеличением разрешения должно расти качество цифрового изображения. Однако необходимость уменьшения объема графического документа требует уменьшения разрешения, но при чересчур низком разрешении не только исчезают мелкие детали (это мы уже обсудили), но и возникает паразитный узор, который называется муаром (рис. 8.15).

Неизвестное изображение

Поэтому решение проблемы "неверной" визуализации и несоответствия "оттиска" "оригиналу" не связано с дальнейшей обработкой битовой карты. С битовой карты взять нечего. Она такова, какова есть.

Важная мысль

Следует понять: решением несоответствия "оттиска" "оригиналу" является возврат к начальному этапу работы. Все изменения полученного пиксельного изображения объективно связаны только с его искажением, хотя субъективно изображение может казаться улучшенным.

Последняя мысль служит основанием для тоновой и цветовой коррекции, речь о которой пойдет ниже.

Тоновой коррекции полностью посвящена часть VII данной книги.

Резюме

Разрешение (resolution) является основным параметром этого вида графики — пиксельной графики.

Для унификации значения разрешение разумно привести к стандартной площади. Для удобства (меньшего значения) разумнее использовать вместо единиц площади линейные единицы.

Разрешение — это количество дискретных элементов в единицу длины.

Единица измерения разрешения ppi — количество пикселов в каждом дюйме изображения.

При определенных значениях разрешения дискретная структура изображений неразличима (или почти неразличима) глазом.

Разрешение определяет абсолютное значение дискретного элемента и соответствует минимальному элементу изображения (но не оригинала!).

Частота дискретизации должна быть, по крайней мере, вдвое выше максимальной частоты дискретизируемого передаваемого сигнала.

Формула, позволяющая "прикинуть" требуемое разрешение (толщина штриха измеряется в миллиметрах):

R = 25,4 : (L : 2).

Механизм возникновения муара состоит во взаимодействии двух сеток, разрешение которых близко друг другу.

Когда процесс дискретизации выполнен и получена битовая карта, связь с оригиналом прекращается навсегда (грустный вывод).

Помимо разрешения, следующим важнейшим параметром пиксельной графики является глубина цвета.

Необходимость единицы измерения элементов дискретизации

Более простое скорее есть начало, нежели менее простое.

Аристотель

Можно предположить, что мы допустили какую-то ошибку в процессе дискретизации, и нам следует снова вернуться к начальному этапу дискретизации. Идея, может быть и правильная (выполнение повторной процедуры связано с иными установками), но предварительно необходимо решить: что мы должны изменить и в этом ли заключается проблема?

В данном случае совершенно очевидно, что причиной неоднозначной визуализации является указание только количества элементов и отсутствие каких бы то ни было указаний на размер элементов.

Но коль скоро мы говорим о соответствии размеров дискретных элементов в битовой карте и в устройстве визуализации, следовательно, мы должны эти значения "привязать" к единой шкале.

Вот это соотношение и реализуется в известном понятии "разрешение".

Замечание

Идея о том, что необходимо вернуться к этапу дискретизации и изменить параметры данного процесса, не лишена оснований. Эта мысль еще нам пригодится.

О причинах возвращения к начальному этапу дискретизации с другими параметрами с/и. в разд. "Более сложное изображение" данной главы.

Округление

Как бы ни приближались друг к другу мера и измеримое, всегда между ними будет иметь место некоторое различие.

Николай Кузанский

И чтобы выразить длину объекта с принятой точностью до сантиметра, необходимо использовать процедуру округления.

Справка

Округление числа понимается в математике как замена его другим числом, "приближенным". У этой процедуры предусмотрены свои правила: округление производится постепенно, справа налево; когда последняя значащая цифра меньше 4, она просто отбрасывается; в том случае, если она больше 6, ближайшая слева от нее цифра увеличивается на единицу; когда она равна 5, ближайшая слева от нее цифра увеличивается на единицу, если она нечетная, или не изменяется, если она четная (правило четной цифры). Например, число "пи" (3,141592653) можно округлить до пяти цифр (3,1416), до четырех цифр (3,142) и до трех цифр (3,14). Практическое правило округления звучит проще: если округляемая цифра меньше пяти, то она заменяется нулем, а если больше или равна пяти, то дополнительно к предыдущей цифре прибавляется единица. Например, 10,24 округляется до 10,20, а 10,28 —до 10,30.

В нашем случае суть измерения состоит в том, чтобы определить целое число полных попаданий в сантиметровые отрезки. А потом область неполного попадания округлить до целого, т. е. в сторону меньшего или в сторону большего значения.

И теперь осталось только определить простой механизм, когда использовать меньшее, а когда большее значение.

Замечание

На лекциях дизайнеры, в отличие от "технарей", обычно предлагают разбить сантиметр на миллиметры, т. е. на 10 частей, как это и имеет место на реальных линейках. Разумеется, в этом предложении нет ничего абсурдного, но вместе с тем есть избыточность от непонимания логики ситуации. Предположим, мы разбиваем на миллиметры. В этом случае, если количество миллиметров будет больше 6, то в соответствии с правилом округления, мы запишем большее значение, а если меньше 4, то, в соответствии с тем же правилом, — меньшее.

Но нужна ли такая точность (и почему на 10 частей, а не на 100), если в действительности нам необходимо только понять, располагается край измеряемого объекта до середины неполного сантиметра или после середины? Значит, действительно, нам на самом деле достаточно в этой ситуации середины.

Таким образом, при наличии центральной риски мы вполне достоверно можем сказать, что, если край объекта располагается за этой риской, то, значит, длина объекта с точностью до сантиметра равна "5 сантиметрам" (рис. 8.14), а если до этой риски — то "4 сантиметрам".

Оригинал более сложного изображения

Особенность этого изображения состоит в несовпадении сетки дискретизации и границы между белыми и черными областями. Если мы по-прежнему станем использовать разрешение, ранее выбранное нами (4 ppi), результат визуализации оцифрованного изображения приобретет следующий вид (рис. 8.3).

Особенность битовой карты

У цифровых изображений имеется важная особенность, которую необходимо понять. Суть этой особенности заключается в следующем.

Когда процесс дискретизации выполнен и получена (составлена) битовая карта, связь с оригиналом прекращается.

В самом деле, когда пользователь открывает какой-либо графический файл и рассматривает изображение, судить об этой "картинке" можно только по тому, что хранится в битовой карте.

Это цифровое изображение уже никакого отношения к оригиналу не имеет. В документе хранится только то, что было оцифровано, что превратилось в совокупность дискретных элементов. И визуализировать такое изображение можно с использованием только той информации, которая хранится в файле.

Важная мысль

Это очень важный момент: понять, что после дискретизации, квантования и кодирования, т. е. после получения цифрового изображения (битовой карты) отношения между "оригиналом" и цифровым изображением прекращаются.

Из этого проистекает важнейшее следствие: после того как мы дискретизи-ровали изображение, в битовой карте новой информации никогда не появится. Просто ей неоткуда взяться.

И если вид оцифрованного изображения по какой-либо причине вас не устраивает, а это бывает довольно часто (цифровой "квадрат" нас вполне устраивал, а цифровой "треугольник" — нет), следует возвратиться к началу процесса, т. е. к "сканированию" с другими (более подходящими) параметрами.

В этом кроется самая крупная проблема цифрового вида графики — зависимость пиксельного изображения от начального этапа работы.

Замечание

Действительно, когда мы получили такое изображение (рис. 8.21), что мы можем сказать об этом изображении? Откуда мы можем знать, что служило в качестве "оригинала"? Действительно, мы не знаем, если не видели оригинала!

Относительность размеров оригинала и оттиска

В предыдущей главе было получено цифровое представление (битовая карта) простейшего изображения, а затем осуществлена его визуализация на экране монитора. Конечно, стоит задаться таким вопросом: обеспечиваются ли в данном случае одинаковые размеры исходного изображения ("оригинала") и конечного изображения ("оттиска")? Естественно, при обязательном условии — равенстве элементов дискретизации.

Пример-метафора

Вам, как и компьютеру, предлагают эскиз простой мозаики, из которой следует, что нужно взять 16 элементов, 4 из которых будут черными, а остальные 12— белыми, а затем сложить из них изображение в форме "квадрата".

Совершенно очевидно, что эту задачу можно выполнить с помощью элементов различного размера и получить изображения разного размера, никак не исказив исходный эскиз.

Действительно, мы располагаем определенной таблицей (битовой картой), в которой указаны местоположение и характеристика каждого элемента. В битовой карте фиксируется размещение элементов по отношению друг к другу и "тоновое качество" элементов.

Понятие разрешения

...the native hue of resolution.

William Shakespeare

(...решимости природный цвет.

пер. Михаила Лозинского)

Разрешение (resolution) является основным параметром этого вида графики.

Для более полного понимания этого параметра следует вспомнить, что мы оперируем дискретными элементами, имеющими пространственные, или точнее плоскостные, характеристики.

В самом деле, каждый дискретный элемент располагает своей собственной площадью, а все дискретные элементы заполняют общую площадь изображения. Казалось бы, соотношение между площадью этого дискретного элемента и общей площадью изображения, или общей площадью дискретизации, — как раз и должно определять такое понятие, как разрешение.

Замечание

Именно такое разрешение характерно для устройств с фиксированным количеством элементов дискретизации, например экран монитора. Считается, что стандартное разрешение монитора 800x600. При этом понятно, что размеры элементов в мониторах, размер которых — 14x21 дюйм, будут различными. В областях графики, ориентированных только для экранного представления, скажем, изображения для Web-страниц, такое представление разрешения гораздо удобнее.

Логически это допустимо, но вместе с тем заметно некоторое неудобство, причем двух типов.

С одной стороны, достаточно сложно всякий раз вычислять соотношение количества всех элементов дискретизации и общей площади дискретизации (тем более, что вряд ли будут получаться "удобные" целые значения). Разумнее привести это к стандартной площади, например квадратному сантиметру, квадратному дюйму или любой другой принятой в качестве стандартной единице измерения.

Важная мысль

Для унификации значения разрешение разумно привести к стандартной площади.

С другой стороны, поскольку элемент дискретизации имеет квадратную форму и стандартная площадь дискретизации тоже имеет квадратную форму, это означает, что дискретизация происходит одинаково вдоль горизонтали и вертикали. Исходя из этого, удобнее принять вместо двумерной системы одномерную, т. е. линейную.

Важная мысль

Для удобства разумнее использовать вместо единиц площади линейные единицы.

Поэтому, принимая во внимание эти соображения, можно в итоге дать следующее определение понятию "разрешение".

Определение

Разрешение — это количество дискретных элементов в единицу длины.

До сих пор умышленно не было конкретизировано, каких именно элементов. Теперь можно их назвать.

Пример муара

Информацию о параметрах, определяющих объем пиксельного файла, см. в главе 10.

Механизм возникновения муара состоит во взаимодействии двух сеток, разрешение которых близко друг другу. Периодическая структура изображения (минимальные периодические линии оригинала) лежит в граничной зоне (близка разрешению) дискретизации.

Муар — это одна из многих проблем, неизбежно сопровождающих процесс растеризации (рис. 8.16). Впрочем, муар — коварное явление и возникает в самых неожиданных случаях, например в результате операции изменения разрешения в сторону уменьшения (downsampling) (рис. 8.17). Это связано с тем, что растровые образцы таким образом "отвечают" на выбрасывание элементов изображения.

Процедура измерения

Конечно, в удаве много роста.

Но как измерить этот рост, рост, рост?

Григорий Остер

Процесс дискретизации для простоты (а, по сути, это так и есть) можно заменить известной всем процедурой измерения. Действительно, в процедуре дискретизации на "оригинал" накладывается сетка. А сетка — это ведь просто две линейки, градуированные одинаковыми единицами и расположенные перпендикулярно относительно друг друга.

Информацию о дискретизации штрихового изображения см. в главе 7.

Замечание

Надеемся, читатель в курсе, что никакое измерение никогда не бывает абсолютно точным (это является основополагающим тезисом метрологии). Ибо если мы будем бесконечно увеличивать точность, то, в конце концов, придется использовать все более мелкие единицы измерения, например микроны, и все более сложное оборудование. Усложняя эту процедуру, мы обнаружим, что на молекулярном уровне потеряли границу измеряемого объекта.

Поэтому любое измерение всегда выполняется с определенной, причем заранее заданной, точностью. Например, для определенных практических целей бывает необходима точность до микрона, до миллиметра, до метра, до километра и т. д.

Замечание

Вопрос о точности в общем случае является философским. Можно ли утверждать что-либо истинным, если абсолютно точных измерений не бывает. Любое измерение, а следовательно, и любое репродуцирование, неизбежно основанное на измерении, не может быть "истинным", т. е. абсолютно адекватным "оригиналу". Практическая задача заключается только в том, чтобы обеспечить тот уровень, который заранее устанавливается и на который способны технология и технические системы.

Это значит: если мы берем школьную линейку, то понятно, что с ее помощью измерить с точностью до микрона невозможно. Если в самом деле требуется такая точность, нужно брать соответствующий инструмент измерения и отдавать себе отчет в предстоящих трудностях технического и финансового порядка.

Предположим, нам необходимо измерить условный объект с точностью до сантиметра. Для этой цели мы используем линейку, градуированную в сантиметрах (рис. 8.13).

На рисунке заметно, что граница объекта располагается между значениями "4" и "5".

Расчет разрешения для штриховых изображений

Приведенные выше рассуждения станут основой расчета разрешения, оптимального для передачи минимальной линии, которая имеется на штриховом изображении.

Предположим, что толщина минимальной линии, например на чертеже, составляет 2,54 мм.

Исходя из критерия Котельникова—Найквиста, высота элемента дискретизации (пиксела) должна быть в два раза меньше, следовательно,

2,54 (мм) : 2 = 1,27 (мм).

Таким образом мы получили размер одной ячейки дискретизации (пиксела), а для того чтобы получить значение разрешения, необходимо определить, сколько таких ячеек попадает в дюйм (равный 25,4 мм) в соответствии с определением понятия разрешения, отсюда

25,4 (мм) : 1,27 (мм) = 20 (пикселов).

Информацию об определении разрешения см. в главе 7.

Поскольку в каждом дюйме размещается 20 пикселов, можно утверждать, что для достоверной оцифровки штриха толщиной 2,54 мм достаточно разрешения, равного всего 20 ppi.

Замечание

Разумеется, что здесь представлен довольно условный пример, с удобными числами для расчета.

Возьмем более сложный пример. Скажем, толщина линии составляет половину пункта (пункт равен 1,72 дюйма), т. е. толщина линии равна примерно 0,176 мм.

Попробуем свести наши расчеты в одно уравнение:

25,4 (мм) : (0,176 : 2) = 288 (пикселов),

что также означает разрешение 288 ppi, которое весьма часто используется в дизайнерской практике.

Суммируя примеры, можно вывести общую формулу, позволяющую "прикинуть" требуемое разрешение, если мы обозначим толщину минимального штриха буквой L (толщина штриха измеряется в миллиметрах), а разрешение — буквой R. Итак,

R = 25,4 (мм) : (L : 2).

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

R = 1 : (L : 2).

Равные значения высоты пиксела и толщины линии

Таким образом, если высота пиксела оказывается равной (или очень близкой, т. е. в пределах погрешности) минимальному элементу изображения, то мы можем передать такую линию вполне достоверно. А так ли это?

Дело в том, что если посмотреть внимательнее, данный случай напоминает идеальную ситуацию, какая имела место при оцифровке квадрата.

Информацию об "идеальном квадрате" см. в главе 7.

На самом деле сетка дискретизации (пиксельная сетка) вряд ли так четко совпадет с линиями оригинала. Вероятнее всего, никогда не совпадет. А в таком случае возможны два основных варианта (повторяем: по-прежнему при равенстве высоты пиксела и толщины линии).

Сетка дискретизации может быть слегка сдвинута по отношению к исходной линии вверх или вниз (рис. 8.9). По правилам квантования (округления), о которых можно прочесть ниже, получается следующий результат (рис. 8.10): линия, создаваемая пикселами в битовой карте, "съезжает", соответственно, вверх или вниз на целый пиксел.

Подробную информацию о правилах квантования см. в главе 9.

Сетка дискретизации проходит строго по середине исходной линии (рис. 8.11). Если уж мы предположили, что линия сетки дискретизации проходит по краям линии, то и такой вариант возможен. По тем же правилам получается следующий результат (рис. 8.12): линия, создаваемая пикселами в битовой карте, увеличивается по толщине вдвое.

Разрешение и линиатура

Печать полутоновых или цветных изображений возможна только с использованием технологии растрирования, которая обеспечивает преобразование уровней тона изображения в совокупность растровых точек определенного размера, которые при общем восприятии человеческим глазом сливаются и создают иллюзию непрерывного тона.

Более темным участкам изображения соответствуют более крупные растровые точки, более светлым — более мелкие (рис. 8.20). Частота растровых точек в традиционном (амплитудном) растрировании в одном изображении поддерживается неизменной и измеряется числом линий на дюйм (lines per inch — lpi). Частота растра поэтому иначе называется линиатурой растра.

Разрешение изображения

Число пикселов на единицу длины называется разрешением изображения (image resolution), и его количественной единицей считается ppi (pixels per inch — пикселов на дюйм).

Разрешение экрана в пикселах

Изображение на черно-белом экране относится к пиксельной графике, потому что строится из маленьких ячеек (у телевизора эти ячейки крупнее, чем у монитора). Такая ячейка называется пиксел (pixel).

Другими словами, экран телевизора или монитора — это большая матрица, каждая ячейка которой, независимо от других, излучает определенную яркость, а все ячейки вместе отображают один кадр изображения.

В цветных телевизорах и мониторах ячейка устроена несколько сложнее (в каждой ячейке — три излучающих элемента), но принцип при этом остается прежним.

Экранная матрица монитора может быть разной размерности (в пикселах): 640x480, 800x600, 1024x768, 1152x864, 1280x1024 и 1600x1200. Поскольку сам экран физически не меняется, то при использовании видеокарты с большим разрешением размер ячейки будет меньше, а, стало быть, качество изображения — лучше (также понимаемое метрологически: более мелкая детализация).

Разрешение монитора

Разрешение экрана монитора определяется числом точек (пикселов) на единицу длины, обычно дюйм. Разрешение PC-совместимых мониторов не превышает 96 ppi. У изображений, предназначенных для размещения на Web-страницах, принято разрешение 72 ppi.

Программа Adobe Photoshop отображает пикселы изображения при помощи пикселов экрана (без учета физических размеров): если, предположим, разрешение документа совпадает с разрешением экрана (так стараются делать, если изображение предназначено только для экрана, например компьютерная презентация, компьютерная заставка, изображение для Web-страницы и т. д.), то изображение на экране будет отображаться "пиксел в пиксел", а это означает масштаб 100%.

Если у документа разрешение превышает экранное, то при масштабе 100% документ будет отображаться в несколько раз увеличенным (рис. 8.18). Например, изображение с разрешением 144 ppi на экране монитора будет в два раза больше, чем изображение с разрешением 72 ppi, даже если их физический размер (например, 1x1 дюйм) будет одинаковым.

Разрешение пиксельной графики

Разрешение пиксельной графики

Данная глава является одной из центральных глав, она определяет действительно важнейший параметр — разрешение (resolution).

Для того чтобы установить единую меру дискретизации, было разработано понятие разрешения, которое однозначно связывает размер элемента дискретизации со стандартными единицами измерения, принятыми в науке и технике.

Разрешение представляет собой достаточно универсальное понятие, которое применяется в разных областях, имеющих дело с изображениями (например, в телевидении, полиграфии и компьютерной графике), оно хотя и имеет разные названия и разные формы единиц измерения, сохраняет единый смысл: количество дискретных элементов, приходящихся на стандартную единицу длины (фактически — на единицу площади).

При этом стоит обратить особое внимание на качественное содержание этого понятия, а именно уяснить, что качество, которое обеспечивается разрешением, необходимо понимать в узком метрологическом смысле: правильное разрешение должно всего лишь создать условия для передачи (отображения) минимальных элементов изображения. Это касается в первую очередь штриховых изображений, но может с оговорками распространяться и на тоновые изображения.

Отсюда возникает задача определения оптимального соотношения между размером минимального элемента оригинала и размером пиксела (критерий Котельникова—Найквиста). Неправильный выбор разрешения чреват многочисленными погрешностями, в частности неучет критерия создает условия для появления муара.

Разрешение принтера

Разрешение принтера (в широком смысле слова) связано с количеством точек на дюйм (dots per inch — dpi), которые он может воспроизводить при печати.

Большинство лазерных принтеров имеют разрешение от 300 до 600 dpi и годятся для распечатки тоновых изображений с разрешением от 72 до 150 ppi.

Фотонаборные автоматы с разрешением 1200 dpi, 2400 dpi и выше применяются для вывода изображений с разрешением от 200 до 300 ppi и выше.

Результат дискретизации

Приведенные выше результаты убеждают в том, что наш идеальный вариант (равенство размера сетки дискретизации толщине линии) далеко не идеален, как это может показаться на первый взгляд. В обоих случаях наблюдаются достаточно серьезные погрешности, которые препятствуют обеспечению достоверного качества исходного изображения.

Следовательно, необходимо внести коррективы в выбор разрешения, и единственный путь — увеличить разрешение. Но тут возникает естественный вопрос: насколько требуется увеличить разрешение?

Скажем, можно увеличить разрешение до максимального (10 000 ppi и выше). Такой вариант может оказаться очень дорогим, т. к. придется использовать совокупность очень дорогостоящего оборудования. Такое разрешение присуще только барабанным сканерам, которые "работают" только с прозрачных оригиналов, в частности со слайдов. Если требуется слайд для чертежа, даже его фрагмента, то — это слайд довольно большого размера, для обработки которого также необходимо особое профессиональное оборудование.

Исходя из этого, затраты вряд ли окажутся соизмеримыми задаче, поэтому давайте найдем условия минимизации этой задачи: насколько нужно увеличить разрешение, чтобы соблюсти экономию и решить проблему качества.

Если сформулировать эту задачу проще, необходимо определить соотношение между размером минимального элемента оригинала и размером пиксела.

Важная мысль

Соотношение между размером минимального элемента и размером пиксела должно быть оптимальным: обеспечивать требуемое качество изображения и не увеличивать чрезмерно объем документа.

Исходя из этой задачи, посмотрим на процесс дискретизации с другой (более простой) точки зрения.

Результат визуализации с разрешением ppi

Оказывается, что такое значение разрешения, которое было принято, в общем, довольно случайно и только с целью удобства (легко разбить изображение пополам и еще раз пополам), явно не обеспечивает правильного отображения. Получилось изображение, во-первых, имеющее ужасные "ступеньки", отсутствовавшие в исходном изображении, а во-вторых, оно мало похоже на исходный "оригинал". Разумеется, надо искать пути для исправления такого положения.

И вот только в этом случае вспомним, что ранее уже звучало разумное предложение вернуться к исходному состоянию, т. е. к процессу сканирования, или точнее — к этапу дискретизации. Однако давайте уточним — с какой целью? Что мы должны изменить?

Предложение вернуться к начальному этапу встречалось в главе 7.

Если есть желание более адекватно передавать в цифровом дискретизиро-ванном изображении такие наклонные элементы, необходимо уменьшить размер элементов дискретизации (пикселов), а для этого, соответственно, придется увеличивать разрешение. Например, размер пикселов можно уменьшить вдвое и получить разрешение 8 ppi.

Обратите внимание, что в этом случае в визуализированном изображении (рис. 8.4) ступеньки станут в два раза меньше.

Таким образом, увеличивая разрешение (и, соответственно, уменьшая фактический размер пикселов), мы, в конце концов, сможем достичь такого уровня, когда таких ступенек не будет вовсе!

Результат визуализации с удвоенным разрешением

А возможно ли такое разрешение, при котором элементы дискретизации вовсе исчезнут ("как класс")?

Разумеется, нет. Зато вполне можно достигнуть уровня, при котором эти элементы станут неразличимыми для восприятия (как, например, на фотографии).

Важная мысль

Действительно, при определенных значениях разрешения дискретная структура неразличима (или почти неразличима) глазом. На этом, вообще говоря, построены все технические системы, работающие с изображением (кино, телевидение, фотография и полиграфия).

На самом деле, достаточно "вооружить" глаз каким-нибудь оптическим прибором, даже несложным, и можно заметить, что всюду присутствуют некие дискретные элементы, даже если мы рассматриваем фотографию и нам кажется, что изображение и тоновая шкала непрерывны.

Справка

В чем принципиальная разница между дискретной структурой фотографии и дискретной структурой компьютерной графики? Откуда берется дискретная структура на фотографии (или на слайде)?

Дискретная структура фотоизображений задается уже в процессе создания пленки или фотобумаги (ни фотоаппараты, ни увеличители не влияют на это), она только слегка изменяется в процессе экспонирования и проявки. Состав, который наносится на пленку или на бумагу, содержит галогениды серебра в виде так называемых "зерен". Их размер, изменяемый в процессе обработки, как раз и определяет элементы изображения. Исходя из этого, пленки бывают крупнозернистыми или мелкозернистыми (последние используются в полиграфическом производстве для получения фотоформ).

Особенностью дискретной структуры фотоизображений является то, что элементы дискретизации неоднородны. В процессе экспонирования и обработки отдельные зерна сливаются, создавая конгломераты различных размеров, в том числе даже видимые невооруженным глазом (особенно это заметно при очень сильном увеличении фрагмента фотографии).

Соотношение толщины линии и высоты пиксела

Это происходит потому, что сетка дискретизации, которая накладывается на изображение, просто "не увидит" этой линии.

Пример-метафора

Существует дневной снимок московской Красной площади, которая абсолютно безлюдна, что практически невозможно (там день и ночь снуют люди, туристы). Что случилось, с чем связано отсутствие людей на снимке? Причина кроется в свойстве, которое называется светочувствительностью фотопластинки. Поскольку светочувствительность данной фотопластинки была очень низкой, была установлена настолько длительная экспозиция ("выдержка", т. е. длительность открытого объектива), что на пленке оказалось зафиксированным только то, что в течение этого длительного времени было неподвижно (здания, площадь и т. д.). Объектив несколько часов стоял открытым, при этом, естественно, люди бродили и в камеру заглядывали. Движение публики, видимо, было интенсивным, и, тем не менее, это оказалось незафиксированным. Также мы не замечаем медленного изменения облаков, хотя понятно, что они непрерывно перемещаются.

Справка

Фотографическая светочувствительность означает способность соединений серебра (галогенидов серебра) изменять свое состояние под действием света. Эта способность может быть измерена, и количественная мера такой способности называется также светочувствительностью. Точное знание светочувствительности необходимо для выбора оптимальных условий экспонирования в процессе съемки или печати.

При дискретизации штриховых изображений - аналогичный случай: в оригинале существуют линии, но коль скоро условия регистрации не соответствуют требуемым, то в этом случае они не могут быть зафиксированы.

Замечание

На таких условиях строятся многочисленные приемы художественной фотографии, а также компьютерной графики.

Рассматривая этот случай, мы приходим к мысли, что в понятие разрешения входит и определенная качественная сторона дела. До сих пор мы говорили только о количественной.

Вы помните, что сначала не получилось "более сложное изображение", соответствующее оригиналу.

Информацию об этом см. в разд. "Более сложное изображение" данной главы.

А теперь не получаются линии, имеющие место в оригинале.

Таким образом, действительно в понятие разрешения входит качественная составляющая (в чем мы еще не один раз сможем убедиться). Но можем ли мы этой качественной составляющей дать точное определение?

Пример-метафора

Скажем, в понятие качества пищевых продуктов мы вкладываем их вкус, отсутствие вредных примесей и, наоборот, присутствие полезных ингредиентов и прочего.

Поэтому выбор разрешения и определяет взаимосвязь между оригиналом и цифровым изображением, а именно, нужно таким образом определить разрешение, чтобы цифровое изображение соответствовало исходному оригиналу.

Примечание

Впрочем, не факт (мы забегаем вперед), что можно на самом деле получить адекватное качественное изображение на оттиске, даже имея "качественное битовое изображение". Надо понимать, что проблем между входом и выходом еще достаточно много.

Поэтому основное значение разрешения состоит в обеспечении качества изображения. А как следует понимать качество? Разумеется, сугубо метрологически.

Справка

Метрология — это наука об измерениях и методах достижения заранее определенной точности. Ее название происходит от греческих слов "metron", что означает "мера", и "logos" — "слово" или "учение". Эта наука занимается построением общей теории измерений; формированием систем единиц физических величин, разработкой методов измерений, созданием и поддержкой эталонов, проверкой мер и средств измерений. Важнейшими вехами в истории науки и технологии являются установление эталона метра (Франция, конец VIII века), а также разработка и принятие в 1960 году Международной системы единиц (СИ).

С точки зрения метрологии качество понимается как соответствие результата заранее заданному уровню. Так что, если в оригинале имеется минимальная линия определенной толщины, то метрологически качественным будет такое цифровое изображение, которое достоверно отображает эту линию.

Важная мысль

В метрологии качество понимается формально: как соответствие результата заранее заданному уровню.

Разумеется, если известно значение толщины минимального элемента оригинала, можно рассчитать соответствующее разрешение (создать соответствующую сетку дискретизации) и, тем самым, определить требуемый размер пиксела.

Также логично предположить, что если мы так рассчитаем разрешение, что размер стороны пиксела (не забываем, Что пиксел — это "квадратик") будет равен толщине линии, нам удастся однозначно оцифровать такой чертеж (рис. 8.8).

Условный фрагмент чертежа

Если мы выберем разрешение столь же произвольно, как раньше, и высота пиксела значительно превысит толщину линии (рис. 8.7), то в этом случае необходимая исходная линия вовсе не может быть отражена в битовой карте.

Виды разрешения

При рассмотрении средств дискретной визуализации можно определить несколько базовых дискретных элементов: образцов, пикселов, точек и линий.

Визуализация битовой карты элементами разных размеров

Исходя из этой схемы, становится очевидным, что в битовой карте отсутствует указание на реальный размер элемента. В таком случае одна и та же битовая карта может быть визуализирована по-разному, если элементы, из которых строится изображение-"оттиск", имеют различные размеры (рис. 8.1).

Визуализация усложненного оригинала с соответствующим разрешением

Структура светочувствительного слоя пленки или фотобумаги предполагает, что дискретные элементы фотоизображений неоднородны, а это идеальная ситуация для адаптивного отображения тоновой картины. Дискретные элементы цифровых изображений, которые принудительно создаются, имеют принципиально (в настоящий исторический период) однородный характер.

Для того чтобы получить, в конце концов, адекватный оригиналу оттиск, пользователь должен определить соответствующее этому разрешение. С более "сложным изображением" проблема будет также решена (рис. 8.5).

Теперь настало время выяснить более детально, что же определяет величина разрешения.

Черно-белые штриховые изображения

Если в качестве оригинала для сканирования служит рисунок, выполненный тушью на белой бумаге, черно-белая иллюстрация или логотип, страница текста, сканировать их следует в режиме Black and White Drawing, или Line Art (у разных сканеров этот режим называется по-разному), но означает одно и то же — однобитовую глубину цвета (рис. 9.4).

Дуплексные изображения

Классическое дуплексное изображение (duotone) — это печать одноцветного изображения двумя красками, одна из которых черная, а другая цветная (коричневая, голубая или зеленая). Хотя может использоваться несколько дополнительных красок.

Этот способ печати издавна использовался полиграфией для компенсации недостаточного количества тонов, которые может обеспечить печать только одним цветом. Дополнительные цвета применяются для расширения тонального диапазона. Рассматривая хорошо отпечатанный дуплекс (фотографию в градациях серого), можно и не догадаться, что была использована цветная краска.

В полиграфических технологиях широко использовались такие типы дуплексов, как стальной тон (черная краска с холодной голубой), сепия (черная краска с коричневой). Можно подсвечивать тоновое изображение и другими красками.

При этом полиграфисты и разработчики программного обеспечения рассматривают дуплексы как разновидность полутоновых (не цветных) изображений.

Еще раз о связи разрешения и глубины цвета

Напомним определения, которые мы давали разрешению и глубине цвета.

Разрешение определяет абсолютную величину пиксела (ячейки дискретизации) чисто геометрически.

Глубина цвета определяет количество битов, или разрядов, с помощью которых составляются коды потенциальных значений тона или цвета.

Из этих определений следует, что хотя разрешение и глубина цвета друг с другом существуют неразрывно (не бывает изображений с разрешением, но без глубины цвета и наоборот), фактически они никак не связаны.

Важная мысль

Глубина цвета никоим образом не связана с разрешением.

Скажем, штриховая графика (чертеж или схема), которая готовится к выводу на фотонаборное устройство, обладает очень высоким разрешением (не менее 1200 ppi) и минимальной глубиной цвета (1 бит). И, напротив, возможны изображения с очень низким разрешением (например, 5 ppi), но большой глубиной цвета (24 бита). В качестве примера можно привести огромные плакаты, выводимые на широкоформатных струйных плоттерах.

Пример-метафора

Для наглядности соотношение разрешения и глубины цвета можно представить в виде соленого огурца. Есть ли зависимость между его размером и соленостью? Хотя оба параметра характеризуют один и тот же объект, но на самом деле они никак друг друга не определяют.

Разрешение — это размер минимального элемента, а глубина цвета — это качество минимального элемента (тоновый и цветовой уровень).

Пример-метафора

Разрешение определяет количество ячеек полки на площади изображения, а глубина цвета — количество битовых ящичков в глубину.

Резюме

Критерий квантования для черно-белого шрифтового изображения состоит в распределении белого или черного цвета по принципу округления.

Для того чтобы обрабатывать и хранить такие изображения в цифровом виде, необходимо понять, каким образом удается представить тоновые уровни, существующие в природе или в произведениях живописи и фотографии. Причем, проблема с тоновыми уровнями идентична той, которая обсуждалась применительно к штриховому изображению: тоновые уровни также не имеют заранее выделенных градаций, которые было бы легко поместить в кодовую таблицу.

Причина кодирования 256 тонов кроется не в содержательной стороне дела, а в сугубо формальной: она определяется цифровым характером передачи информации и количеством разрядов (в байте), которые можно зарезервировать для кодирования.

Значение разрешения (размер дискретного элемента) совершенно не связано со значением глубины цвета (количесвом тоновых уровней).

Название параметра "глубина цвета" — это чистая метафора, хотя ее значение вполне физически конкретно: глубина цвета измеряется количеством разрядов, или битов, которые отводятся на каждый пиксел изображения.

Исходя из значений глубины цвета, различают следующие типы изображений: черно-белые штриховые изображения (bitmap), изображения в градациях серого (grayscale) и полноцветные изображения (truecolor). Существуют также их варианты: дуплексные изображения (duotone) и изображения с индексированными цветами (indexed colors).

Рассмотрев в последних двух главах данной части основные параметры пиксельной графики (разрешение и глубину цвета), следует обратиться к важному производному от этих параметров — объему файла пиксельной графики. Важное значение в этой связи представляют алгоритмы компрессии (сжатия), которые используются при сохранении в стандартных графических форматах файлов.

Глубина цвета

Теперь стоит вернуться к виртуальной цифровой матрице, которая выше была определена как "битовая карта".

Информацию об этом см. в главе 7.

Вспомним, что в каждую ячейку матрицы размещается бит информации, т. е. одно двоичное число ("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. И требуется сообразить, где разместить дополнительные семь разрядов.

Замечание

Обычно слушатели в данном случае предлагают "замечательный" вариант: разбить каждую ячейку (элемент дискретизации — пиксел) на восемь частей, а затем новые ячейки заполнить, как и ранее, отдельными двоичными битами.

При этом, разумеется, они не правы по следующим причинам.

Во-первых, если разбить ячейку дискретизации (пиксел) на более мелкие "части", то тем самым изменится разрешение, что, согласитесь, не входило в наши планы.

Во-вторых, хоть пикселы и станут меньшего размера, но в каждую ячейку все равно предполагается сохранять по одному биту, что сохраняет штриховой характер изображения.

В-третьих, даже, если допустить предложенное решение, потребуется непременное условие: каким-то образом обеспечить дополнительную систему различения границ пикселов.

Так что это предложение не решает проблему. Более того: разрешение никакого отношения не имеет к тоновым значениям.

Важная мысль

Разрешение совершенно не связано с тоновыми уровнями.

Замечание

Справедливости ради стоит отметить, что действительно существует способ имитации тоновых уровней с помощью штриховых пикселов (так называемый "dithering"), когда несколько пикселов призваны вызывать у зрителя ощущение какого-либо тона. Такой способ активно использовался во времена ограниченных возможностей мониторов.

В самом деле, 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" (рис. 9.3).

Замечание

Понятие битовых карт как битовых плоскостей нашло свое отражение в одном из очень ранних графических форматов PCX. Байт "65" специально отведен для кодирования информации о количестве битовых плоскостей.

Глубина цвета пиксельной графики

Глубина цвета пиксельной графики

В данной главе продолжается рассмотрение параметров пиксельной графики и глубины цвета.

Для того чтобы установить единую меру дискретизации, было разработано понятие разрешения, которое однозначно связывает размер элемента дискретизации со стандартными единицами измерения, принятыми в науке и технике.

В этой главе рассматривается применение процедуры квантования к графическим изображениям, более сложным в тоновом отношении, чем штриховые изображения. Излагаются принципы классического тонового рисования и техническое решение этой проблемы.

Исходя из понимания смысла тонового рисования, выводится необходимость гораздо большего количества градаций тона, чем у штриховых изображений. Это находит свое воплощение в параметре, который получил название "глубина цвета".

Далее рассмотрено создание таблицы квантования для тонового изображения и определение параметра "глубина цвета" как пространственной метафоры, а также количество двоичных разрядов как единицы измерения глубины цвета.

Исходя из параметра глубины цвета, рассмотрены типы изображений по глубине цвета. Важным элементом является понимание связи двух основных параметров битовых изображений — разрешения и глубины цвета.

Граница белого и черного при использовании сглаживания выделенной области

Вследствие этого данный способ несколько уменьшает видимость ступенчатости битовой карты с низким разрешением (это используется, в частности, при отображении шрифта на экране монитора).

Изображения с индексированными цветами

Первые цветные мониторы работали с ограниченным цветовым диапазоном: сначала 16, затем 256 цветов. Они кодировались, соответственно, 4 битами (16 цветов) и 8 битами (256 цветов). Такие цвета называются индексированными (indexed colors).

Индексированные цвета кодируются в виде так называемых цветовых таблиц (color lookup table, LUT), т. е. серий таблиц цветовых ссылок (индексов, откуда произошло название индексированных цветов). В этой таблице цвета уже предопределены как мелки в коробке пастели.

Несмотря на ограниченность палитры индексированных цветов с ними продолжают активно работать, например они используются в изображениях для Web-страниц. В этом режиме обеспечивется удачное сочетание параметров: небольшой размер графического файла, что предпочтительно для времени передачи, и относительно большой выбор цветов, что предпочтительно для пользователя.

При преобразовании полноцветного изображения в индексированное (редуцирование цветовой палитры) возможны различные режимы, которые позволят выбрать, какие потери наиболее допустимы.

Изображения в градациях серого

Если каждый пиксел кодировать не одним битом как в штриховом изображении, а восемью битами, то можно получить 256 градаций серого, или так называемую серую шкалу (grayscale). Каждый пиксел характеризуется значением яркости, которое изменяется в диапазоне от 0 (черный) до 255 (белый). Значение яркости с некоторой долей условности можно также интерпретировать как процентное содержание черной краски в диапазоне от О (белый) до 100% (черный).

Такого числа уровней вполне достаточно, чтобы правильно отобразить черно-белое полутоновое изображение, например черно-белую фотографию (рис. 9.5).

Практически любой сканер имеет специальный режим для ввода черно-белых полутоновых изображений — Black and White Photo (название может отличаться в программах разных сканеров).

Информация о таком полутоновом изображении, как правило, организуется в одноцветный канал, например в программе Adobe Photoshop такой канал называется Black (Черный).

Замечание

Стоит заметить, что все цветовые каналы представляют собой черно-белое тоновое изображение с 256 уровнями.

Критерий квантования

Заметьте, что в процессе "сканирования" простейшего объекта ("квадрата") одна проблема все-таки была пропущена. Просто ее решение нам казалось очевидным. А теперь, в другой ситуации, эта проблема приобрела зримые очертания.

Однако здесь необходимо вернуться к тому, что мы уже однажды обсуждали, когда рассматривали уровни дискретизации абстрактного сигнала.

Информацию о дискретизации абстрактного сигнала см. в части II.

Вспомните, что после того как синусоида сигнала была разделена на дискретные элементы, выполнялась необходимая операция усреднения сигнала в пределах каждого участка.

Естественно, что и в каждой ячейке сетки дискретизации графического изображения требуется получить усредненные (интегрированные) значения, т. е. всего один конкретный уровень квантования в каждой ячейке. С таким значением уже можно сопоставить конкретное целое число — цифровой код. (Кстати, необходимость усреднения сигнала была записана в определении дискретизации.)

Осталось только договориться о критерии, который бы действительно "разводил" ячейки со "смешанным цветом" в белые или в черные.

Замечание

При этом обращаем ваше внимание, что мы никаких изменений в значении разрешения не предпринимаем!

Для этой цели, как и ранее в дискретизации, необходимо ввести некий жесткий критерий, в соответствии с которым можно усреднять значения и, следовательно, однозначно разделять на уровни квантования.

Способом усреднения может также служить технология округления.

Более подробную информацию об округлении см. в главе 8.

Если у дискретного элемента (пиксела) черный цвет занимает половину площади или больше, принято считать, что и вся ячейка относится к черному цвету.

Если у дискретного элемента (пиксела) черный цвет занимает меньше половины площади, то такая ячейка относится целиком к белому цвету.

При таких условиях квантования исключаются неясные коллизии, т. к. все варианты предусмотрены (больше половины, равно и меньше половины) и каждая ячейка однозначно попадает в черное или в белое.

Это и есть требуемый критерий квантования для черно-белого шрифтового изображения.

Замечание

Человек с художественным вкусом, может быть, иначе бы принимал решения, куда отнести данную ячейку (в черное или белое). Он обязательно учитывал бы содержание. Например, какую-нибудь ячейку стоит отнести к черному, хотя в ней явно меньше половины площади занимает черное, если она характеризует важный штрих. А другую ячейку обязательно надо оставить белой, скажем, потому что это важный блик (например, в зрачке), хотя площадь черного в этом месте значительно превышает половинный уровень.

Ясно, что такой анализ способен обеспечить только художник, поскольку он за каждым пятном видит сюжет, и для него решающее значение имеет не столько

формальный критерий, сколько соображения, связанные со смыслом, красотой и эмоциями. А для технических систем характерны жесткая и точная алгоритмическая последовательность действий и отсутствие логических ловушек.

Полноцветные изображения

Цветные изображения составляют в настоящий период подавляющее большинство изображений (страницы журналов и Web-сайтов, даже газеты тянутся добавить ярких цветовых акцентов). Однако цвет представляет массу проблем с точки зрения технологии его использования.

Замечание

В данном разделе мы рассмотрим цвет кратко и только с точки зрения параметра "глубина цвета".

Более подробную информацию по цвету, цветовым моделям, анализу и синтезу цвета см. в части VI.

Для того чтобы оцифровать и сохранить цветовую информацию, все технические системы используют цветную фильтрацию: пропускают цветовой поток через три цветных фильтра (красный, зеленый и синий). В результате этой процедуры создаются три изображения в градациях серого ("grayscale"). В этих изображениях каждый пиксел описывается восемью двоичными разрядами, в сумме это составит 24 бита, т. е. полноцветные изображения называются "24-bit image".

Такое изображение называется по имени цветовой модели — "RGB-image" (изображение в цветовой модели RGB). Это дает возможность закодировать 16,7 млн. оттенков, что достаточно много. Поэтому данную модель иногда называют TrueColor (Истинный цвет).

Существуют и другие цветовые модели, четыре из которых подробно рассмотрены в части VI.

Цветовые составляющие в программе организуются в виде так называемых каналов, каждый из которых представляет собой изображение в градациях серого со значениями яркости от 0 до 255.

Совмещение тоновых градаций всех каналов и определяет цвет изображения.

Примеры штриховых изображений

На каждый пиксел такого изображения отводится один бит, а одним битом, как известно, можно закодировать только два состояния — два цвета: черный или белый. Промежуточных состояний не бывает. В частности, в программе Adobe Photoshop такой режим называется Bitmap (Битовая карта).

При сканировании в этом режиме (как и при конвертировании в этот режим) полутоновых или цветных оригиналов возможны большие потери содержательного плана.

Причина заключается в том, что в общем случае задача эта — сугубо творческая и многоплановая. Она связана с содержанием, смыслом и красотой изображения, т. е. с его семантикой и эстетикой. Эта работа по плечу только человеку (художнику-графику), поэтому перекладывать такие задачи на несознательные плечи компьютера бесполезно (по крайней мере, пока).

Вместе с тем, грамотно выполненное преобразование в штриховое изображение может представлять самостоятельную ценность, а также служить подготовкой для процедуры трассировки.

Информацию о трассировке см. в части V данной книги.

Принцитонового рисования

Метод сравнения, метод выискивания различий сопряжения света и оттенков цветов приведет к верному решению Все значение и весь смысл моего метода заключаются в поисках тона и цвета любого пятна, любой точки этюда не путем пытливого анализа одного этого пятна, а, наоборот, путем сравнения с окружающим, позволяющего найти соответственное место в целом.

Борис Иогансон

Сначала рассмотрим, каким образом с тоном справляются на уроках классического рисунка. Эта информация предназначена только для тех начинающих дизайнеров, кто не испытал на себе этой суровой школы. К сожалению!

Некоторые преподаватели при объяснении сути тонового рисования просят учащихся в нижней части планшета нарисовать пять-шесть квадратиков и так объясняют их назначение.

Первый квадратик надо оставить незакрашенным, он представляет цвет бумаги. Очень важный момент в формировании мышления рисовальщика — понять, что вот эта конкретная бумага, которая может быть и голубоватой, и сероватой, и желтоватой, а иногда и просто замызганной, в данной ситуации "работает" в качестве белого. Просто потому, что другого "белого" в этой ситуации нет. Такой "белый" (просто оставляем бумагу) используется в качестве самых светлых пятен на рисунке, например бликов или очень освещенных белых участков.

Последний квадратик надо сделать максимальным тоном использумого грифеля или карандаша. Этот квадратик представляет самое темное пятно. И снова необходимо понять, что этот конкретный тон грифеля или карандаша, который, разумеется, далеко не такой черный, как черный бархат в темной комнате, в данной ситуации "работает" в качестве черного. Просто потому, что другого "черного" в этой ситуации также нет. Такой "черный" используется в качестве самого темного на рисунке, например падающей тени на той же бархатной драпировке.

Уровень максимального тона может быть самым разным: обычный простой карандаш дает темно-серый тон, уголь дает более темный, но зато матовый оттенок, а свинцовый карандаш, который очень любили старые мастера, и вовсе дает слабый тон.

Значит, в общем случае практически неважно, какой инструмент мы используем, важно только понять, что в данной ситуации он создает максимальный тон.

И остальные три-четыре квадратика необходимо заполнить разными оттенками, которые получаются при различном нажиме.

Таким образом, в целом получились пять-шесть тонов (художники называют их "отношениями"), с помощью которых предстоит отобразить объективную реальность, скажем, в виде натюрморта. А ведь самый скромный натюрморт, даже гипсовая пирамидка на белой драпировке, состоит из огромного числа оттенков, незаметно перетекающих друг в друга.

Получается, с одной стороны (в объективной реальности), несчетное (в прямом смысле этого слова, т. е. никем не считанное) количество тонов, а с другой стороны, всего пять-шесть фиксированных тонов.

И однако же, такое существеннейшее ограничение тонов приносит замечательные плоды, в чем можно убедиться на любом просмотре учебных работ у способных учащихся. Чем можно объяснить этот парадокс?

Принципиальная причина состоит в том, что художники свои впечатления от объективной реальности пропускают через свой "аналитический аппарат", отточенный многими годами усердной работы.

"Аналитический аппарат", в свою очередь, строится на том, что, используя всего пять-шесть тонов, рисовальщик непрерывно анализирует тоновые отношения, которые существуют в реальности. Например, мысленно он говорит себе: эта плоскость — самая темная, эта — самая светлая, эта плоскость темнее самой светлой, но темнее этой, а эта светлее этой, но темнее этой и т. д. Сначала определяются "большой свет", "большая тень" и другие основные градации. Затем весь диапазон наблюдаемых тонов "разбирается" ("разбивается") с позиций всего пяти-шести тонов. В этом смысле рисование — это, прежде всего, тоновый анализ.

Важная мысль

Рисование — это, прежде всего, анализ реальности с точки зрения имеющихся изобразительных средств.

И хорошие рисовальщики как раз и отличаются тем, что мыслят в двух системах отсчета и умеют "переплавить" отношения тонов (и цвета) в объективной реальности в отношения, которые достигаются с помощью карандаша или угля, акварельных или масляных красок, пастелей или любых других средств.



И когда они правильно все проанализируют, то найдут, что этот "большой свет" передается таким тоном, а эта "большая тень", этот "рефлекс" и эта "полутень" — соответственно, своими тонами.

В результате такой работы мысли и руки оказывается, что рисунок интереснее, чем оригинал — замызганные многими поколениями учащихся гипсы и такие же драпировки.

И это достигается только за счет того, что художники сознательно (интеллектуально) проводят анализ натюрморта, пейзажа или портрета. А рисование "в упор" — это самый тяжкий грех рисовальщика. Рисовать так -значит не понимать сути тонового рисунка. Но, увы, и такое встречается.

Замечание

Просим заметить, что мы не имеем в виду геометрические построения, которые интуитивно понятнее, хотя и в этом случае также требуется понимание "отношений": "этот объект длиннее этого, но короче этого" и т. д.

Мы привели эту методику тонового рисования (одну из многих) еще и потому, что многие ее моменты пригодятся при обсуждении темы "Тоновая и цветовая коррекция", а пока необходимо сравнить способы передачи тона в технических системах.

Информацию о тоновой и цветовой коррекции см. в части VII.

Расположение дополнительных битовых карт "в глубину"

И, соответственно, общее количество битовых карт (а по сути разрядов или двоичных цифр) определяет "глубину" таблицы квантования. В английской терминологии этот параметр получил название "color depth", что дословно означает "цветовая глубина", а в русском языке прижилась форма "глубина цвета" (уже существовало схожее словосочетание в обиходе художников и маляров: "глубокий тон", "глубокий цвет" означает особое впечатление от темного цвета).

Замечание

Другими словами, следует обратить внимание, что понятие глубины цвета — это чистая метафора. Специалисты, которые ввели в оборот это понятие, представили мысленно, как дополнительные битовые матрицы располагаются "как бы" в глубину. На самом деле, конечно, никакой глубины не существует (особенно если учесть, что вообще вся цифровая информация располагается строго последовательно), а только художественный образ. Поэтому можно слово "глубина" поставить в кавычки.

Единица измерения глубины цвета

Глубина цвета — это важнейший параметр цифровой графики, поэтому он должен иметь количественную меру. Следовательно, необходимо определить и принять соответствующую единицу измерения.

Замечание

Напомним, что единицей измерения разрешения является ppi, т. е. количество элементов, или пикселов, в дюйме.

А глубина цвета измеряется в количестве разрядов, или битов, которые отводятся на каждый пиксел изображения, т. е. общее количество битовых карт и будет единицей измерения глубины цвета.

Определение

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

Мы довольно много обсуждали черно-белую штриховую графику, теперь можно сказать, что глубина цвета у такого вида графики равна одному биту, поэтому такую графику иногда называют "однобитовой" ("1-bit image", или просто "bitmap image").

Если используется тоновое изображение, то глубина цвета такого изображения традиционно равна восьми битам, поэтому такое изображение называют "8-bit image" (восьмибитовое изображение), кроме того, у него есть специальное название: "grayscale" ("серая шкала").

Замечание

Поскольку глубина цвета измеряется количеством битов, у этого параметра имеется синоним, который довольно часто встречается в специальной литературе, — "bit depth" ("битовая глубина"), что, конечно, с первого взгляда совсем уж непонятное сочетание, если не учитывать его метафорического происхождения.

Сглаживание

Для тоновых изображений, которые отображаются на экране монитора, характерно использование сглаживания. Суть сглаживания (anti-aliasing) заключается во взаимном слиянии пикселов у границы выделенной области и пикселов основного рисунка, попадающих в эту полосу (рис. 9.6 и 9.7).

"Сканирование" более сложного изображения

В предыдущей главе мы рассматривали дискретизацию "оригинала" (рис. 9.1), у которого границы объектов не совпадают с сеткой дискретизации. Сложность этого "оригинала" заключается в двух особенностях: во-первых, используются не только ортогональные границы объектов (то есть используются не только строго горизонтальные и вертикальные, но и наклонные границы), а во-вторых, даже ортогональные границы не совпадают с сеткой дискретизации. При этом ранее мы не обращали внимания на те ячейки, в которых объект располагается частично.

Сложный "оригинал"

На самом деле, здесь возникает очевидная проблема квантования, вызванная тем, что, когда сетка дискретизации не везде совпадает с границами изображения, не так легко решить, какой уровень квантования, а следовательно, какое значение (черный или белый цвет) и какой код выбрать из предварительно созданной таблицы квантования.

Информацию о создании этой таблицы см. в главе 7.

Как поступить с ячейками, в которых присутствуют оба цвета (то есть создается ситуация мучительного, но однозначного выбора)? Никто не может сказать, что в этих ячейках нет изображения (здесь оно есть), но одновременно его "недостаточно", чтобы принять решение четко и без сомнения (черный или белый), как это делалось прежде.

При этом и оставить ячейки пустыми нельзя, пустот здесь не бывает, все ячейки должны быть заполнены.

Замечание

Обычно предлагают уменьшить ячейки, т. е. разбить изображение на более мелкие части. Рассмотрим это предложение.

Если изображение разбивается на более мелкие элементы (то есть увеличивается разрешение) (рис. 9.2), все равно в некоторых ячейках снова проходит граница в пределах ячейки, правда, другой. Снова разбиваем, и снова граница проходит через какую-нибудь ячейку. И так без конца.

Таблица квантования тонового изображения

Как все виды информации тоновые уровни также были "привязаны" к необходимости оперировать совокупностью байтов. А поскольку байт — это восемь битов, или восемь разрядов, количество возможных градаций тона можно рассчитать следующим образом:

28 = 256.

Следовательно, таблица квантования, предназначенная для передачи непрерывного тона, состоит из 256 строк, т. е. 256 двоичных кодов: в диапазоне от "00000000" до "11111111" (вспомним для сравнения: для штриховой графики достаточно два кода: 0 и 1).

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.

Используя один байт, можно составить таблицу квантования (табл. 9.1), в которой зафиксировать коды 256 градаций тона (от черного до белого). Такая кодовая таблица получила название "серая шкала" (grayscale).

Таблица 9.1. Кодовая таблица градаций тона

	Номер по порядку		Двоичный код		Десятичный код		Значение
	1	00000000	0	Черный
	2	00000001	1	Самый темно-серый
	3		00000010		2		Очень темно-серый
	129		10000000		128		Средний серый
	254		11111101		253		Очень светло-серый
	255		11111110		254		Самый светло-серый
	256		11111111		255		Белый

Учитывая искусственность данной таблицы квантования, "естественно" задаться вопросом: много это или мало — 256 градаций тона?

По сравнению с теми пятью-шестью тонами, которые используют художники-рисовальщики, конечно, это очень много. А по сравнению с непрерывными тонами объективной реальности ("continious tone"), это, разумеется, мало.

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.

Стоит обратить внимание на то,

Замечание

Стоит обратить внимание на то, что если бы взяли за основу эти исследования, то для кодирования 64 градаций серого было бы достаточно шести разрядов, т. к. 26 = 64. Казалось бы, два разряда можно сэкономить, но коль скоро любая информация передается байтами, все равно эти два разряда заполнялись бы нулями. Так уж пусть лучше несут полезную информацию. Тем более, что определенная избыточность (вспомним критерий Найквиста—Котельникова) не помешает.

Вместе с тем, необходимо учесть, что те 256 градаций тона, которые позволяет кодовая таблица — это идеальное представление, а в реальности их наличию в цифровом изображении могут препятствовать различные причины.

Во-первых, не обязательно любое тоновое изображение изначально содержит все 256 градаций. Скажем, на фотографии, сюжетом которой является снежное поле, представлена только тонкая сюита светло-серых и белых оттенков.

Во-вторых, если устройство регистрации, например сканер или цифровая фотокамера, не обладает достаточной чувствительностью (ее тоновый диапазон чересчур узок, что характерно для массовых и дешевых устройств), то в этом случае тонкие оттенки в тенях и светах представляются одинаковыми кодами, что означает исключение определенных тонов из цифрового изображения.

В-третьих, возможно сознательное и преднамеренное уменьшение (редукция) тоновых диапазонов с определенной художественной целью (например, для усиления контраста). Такая процедура — непременная составляющая тоновой коррекции.

Тоновая и цветовая коррекция описана в части VII данной книги.

Как бы то ни было, каждый пиксел занимает восемь разрядов, а следовательно, при необходимости недостающие тоны всегда можно добавить в изображение.

Техническая схема тонового репродуцирования

Для того чтдбы перейти к техническим системам, мы должны, прежде всего, исключить сознательный анализ, который составляет существенную особенность тонового рисования человеком. Это можно сделать только одним способом — значительно увеличить количество тонов, из которых строится изображение.

Как мы убедились, для опытного художника достаточно пяти-шести тонов, чтобы грамотно разобрать тоновую картину. Но для технической системы такого количества тонов явно недостаточно, иначе изображение окажется очень сильно огрубленным.

И здесь история развития технических систем шла, в общем, путем увеличения количества градаций тона (цвета): сначала использовались 16 градаций, потом — 64 и, наконец, 256 градаций. В настоящее время существуют системы, позволяющие оперировать 1024 градациями.

Чем вызвано появление именно этих чисел, а не каких-либо других (например, кратных семи, поскольку считается, что в радуге семь основных цветов)? Полагаем, что для тех, кто уже прочел предыдущие части книги, причина понятна.

Информацию об основах математики чисел см. в части II.

Действительно, причина кроется в том, что такое количество тонов вызвано не содержательными причинами, а сугубо формальными — цифровым характером передачи информации и количеством разрядов, которые можно зарезервировать для кодирования. Это означает, что причина — исключительно в удобстве для технических систем, а не в художественной целесообразности. (Традиционные художники сильно удивляются этим цифрам.) Технические условия в свое время довольно сильно изменили уровень всех областей, связанных с изображением: текста, шрифта, полиграфии и графики.

Унификация любой цифровой информации основана на том, что в компьютерных технологиях используется единая единица измерения информации, которая получила название байта (byte). Байт равен восьми битам, восьми двоичным разрядам. Байт и стал основой для многих кодовых таблиц, в том числе для текстовых, графических и звуковых. Таким образом, байт — это то прокрустово ложе, в которое "втискивали" разнородную информацию, не считаясь с духом предметной области. Неважно, что это — знак препинания, буква, цифра, звук, тон или цвет, он представлялся одним из 256 возможных вариантов.

Это и явилось причиной значительного упадка (будем надеяться временного, хотя этот период и затянулся) в области шрифта, композиции, цвета, когда осуществлялся переход на компьютерные технологии.

Типы изображений по глубине цвета

Неизбежный параметр пиксельного изображения — глубину цвета — также нельзя абстрактно определить. Установка этого параметра необходима в самом начале работы и задает тип изображения и количество возможных (потенциально) оттенков тона или цвета.

Правда, в отличие от разрешения, параметр "глубина цвета" не может определяться произвольно, а применяются несколько довольно строгих вариантов, которые кратко рассматриваются ниже.

Тоновое изображение

До сих пор мы обсуждали только штриховые изображения, у которых таблица квантования состоит из двух кодов.

Информацию о кодовой таблице для штриховых изображений см. в главе 7.

Однако каждый согласится, что далеко не все изображения мы можем свести к черно-белому варианту, более того, таких изображений как раз значительно меньше. Существует и ежесекундно создается огромное количество фотографий и вообще изображений, которые представляют собой непрерывный тон (плавный переход между оттенками серого и цветовыми оттенками). Не говоря уже об окружающей реальности.

Первоначально рассмотрим только тоновые изображения, к которым относится, прежде всего, классическая черно-белая фотография, а также некоторые художественные техники: рисунок карандашом, акварель и масляная живопись одним цветом (гризайль), некоторые виды гравюр и т. д.

Справка

Гризайль — это калька с французского языка (grisaille — от слова "gris", что означает "серый"). Гризайль представляет собой вид живописи, выполняемой в оттенках какого-либо одного цвета (чаще серого). В учебных целях этот вид живописи служит переходным упражнением между рисунком и живописью. Многие известные художники использовали гризайль как самостоятельную и выразительную технику. Великолепны гризайли выдающегося художника Валентина Александровича Серова, виртуозно применяет эту технику петербургский художник-график Василий Михайлович Звонцов.

Для того чтобы обрабатывать и хранить такие изображения в цифровом виде, необходимо понять, каким образом удается представить тоновые уровни, существующие в природе или в произведениях живописи и фотографии. Причем, проблема с тоновыми уровнями идентична той, которая уже обсуждалась применительно к штриховому изображению: тоновые уровни не имеют заранее выделенных градаций, которые было бы легко поместить в кодовую таблицу.

Тон — великий рисовальщик — бесконечен и непрерывен.

Увеличение разрешения не решает проблемы квантования

Совершенно очевидно, что это не решение проблемы, а только перенос ее на более глубокий уровень. Требуется же такое решение, которое бы не зависело от того, насколько эти ячейки велики или мелки.

---

---