Растровая графика. 
Информационные технологии в юридической деятельности

Основным элементом растрового изображения является точка. Точка на экране монитора называется пикселом.

Изображение, сформированное растровым методом, представляется в виде прямоугольной (в общем случае) матрицы, каждая ячейка которой представлена окрашенной точкой.

Таким образом, растровое изображение — это массив данных или структура, представляющая собой сетку (не всегда прямоугольную) пикселов или точек различного цвета на мониторе компьютера, бумаге и других отображающих устройствах н материалах.

Обработку растровых изображений на компьютере осуществляют с помощью специальных прикладных программ, называемых растровыми графическими реда кторам и.

Растровая графика создается с использованием цифровых фотокамер, сканеров, непосредственно в растровых графических редакторах, также путем экспорта из векторного графического редактора.

Характеристики растрового изображения. Основной характеристикой растрового изображения является разрешение. При этом различают:

• • разрешение оригинала;
• • разрешение экранного изображения;
• • разрешение печатного изображения.

Разрешение оригинала. Разрешение оригинала измеряется в точках на дюйм (dots per inch — dpi) и зависит от требований к качеству изображения и размеру файла, способу оцифровки или методу создания исходной иллюстрации, избранному формату файла и другим параметрам. В общем случае действует правило: чем выше требования к качеству, тем выше должно быть разрешение оригинала. Это в конечном счете определяет требования к разрешению устройств, формирующих исходное растровое изображение (разрешению оцифровки), таких, как цифровая камера, сканер и т. п.

Например, для распечатки стандартного фотоснимка размером 10×15 см с разрешением, близким к качеству фотографии, полученной с помощью фотоэкспонирующего устройства (200—300 dpi), оригинал должен содержать 1000×1500 = 1,5 млн точек (пикселов).

Учет указанного обстоятельства позволяет избежать нерационального использования памяти цифровой камеры за счет выбора требуемого разрешения при съемке.

Разрешение жранного изображения. Для экранных копий изображения элементарную точку растра, как отмечалось выше, принято называть пикселом. Размер пиксела варьируется в зависимости от выбранного экранного разрешения (из диапазона стандартных значений), разрешения оригинала и масштаба отображения.

Мониторы для обработки изображений с диагональю 20—21″ (профессионального класса), как правило, обеспечивают стандартные экранные разрешения 640×480,800X600, 1024X768, 1280×1024, 1600×1200, 1600×1280, 1920×1200, 1920×1600 пикселов. Иногда для характеристики указывают общее количество пикселов, выраженное в мегапикселах. При этом разрешение экранного изображения также может быть различным.

Пример 7.1.

У монитора с диагональю 15″ размер изображения на экране составляет 210×280 мм. Зная, что в 1 дюйме 25,4 мм, можно рассчитать, что при работе монитора в режиме 800X600 разрешение экранного изображения составляет 75 ppi (пикселов на дюйм).

Для монитора современного ноутбука с диагональю 15,5″ размер изображения составляет 195×345 мм. В этом случае при рабочем разрешении 1366×768 разрешение экранного изображения составляет 100 ppi.

В общем случае для воспроизведения экранной копии оригинала достаточно разрешения 75 dpi, для распечатки на цветном или лазерном принтере — 150—200 dpi, для вывода на фотоэкспонирующем устройстве — 200−300 dpi.

Разрешение печатного изображения. При распечатке растрового изображения размер точки изменяется и зависит от применяемого метода растрирования. Растрирование заключается в наложении на исходное изображение сетки, ячейки которой образуют элементы растра. При этом частота сетки определяет разрешение печатного изображения и выражается числом линий на дюйм (lines per inch — Ipi). Указанный параметр называется линиатурой.

Опытным путем установлено правило, что при распечатке твердой копии экранного изображения величина разрешения оригинала должна быть в 1,5 раза больше, чем линиатура растра устройства вывода. Если твердая копия должна быть увеличена по сравнению с оригиналом, то значение разрешения оригинала (разрешение сканирования) следует умножить на коэффициент масштабирования, рассчитанный как отношение соответствующих геометрических размеров оригинала и печатной копии.

Размер точки определяется для каждого элемента растра и зависит от интенсивности тона изображения, приходящегося на данный элемент. При этом большей интенсивности соответствует больший размер точки (более полное заполнение элемента растра). В случае абсолютно черного цвета ячейка растра заполняется практически полностью (на 98%). Белому цвету на практике соответствует 3%-ное заполнение.

Для формирования переходных тонов изображения применяются различные методы модуляции. Различают амплитудную, частотную и стохастическую модуляцию.

При использовании амплитудной модуляции изменение интенсивности тона достигается за счет изменения размера точки в каждом элементе растра при неизменном расстоянии между центрами точек (элементов растра).

Достоинством такого метода является простота реализации. Однако в этом случае в большей мере проявляется эффект никсилизации при масштабировании (становятся видимыми элементы растра при увеличении изображения).

При частотной модуляции, напротив, неизменным является размер точек, а расстояние между точками и их количество в каждом элементе растра варьируется в зависимости от тона изображения.

Изображения, расгрированные ЧМ-методом, выглядят более качественно, так как размер точек существенно меньше, чем средний размер точки при AM-растрировании (рис. 7.1).

Рис. 7.1. Ячейка растра (а); 25%-ная амплитудная модуляция (б);

• 25%-ная частотная модуляция (в); 6,25%-ная амплитудная модуляция (г);
• 6,25%-ная частотная модуляция (д)

Для получения более качественного изображения применяют метод стохастической модуляции. Однако указанный метод растрирования требует больших вычислительных затрат и предъявляет повышенные требования к полиграфическому оборудованию. В силу этого стохастическая модуляция применяется в основном для художественных работ при печати с числом красок более четырех.

При стохастическом растрировании в зависимости от требуемого тона изображения рассчитывается число точек, необходимое для его отображения. Расстояние и местоположение точек внутри ячейки растра определяются квазислучайным методом. При этом разрушается регулярная структура изображения и теряет смысл такая характеристика, как линиатура. В этом случае имеет смысл говорить лишь о разрешающей способности устройства вывода, выражающейся в количестве точек на дюйм.

Исходя из особенностей человеческого зрения, интенсивность тона принято подразделять на 256 уровней (большее число градаций человеческий глаз не воспринимает). Нижняя граница, обеспечивающая качественное полутоновое изображение, составляет 150 уровней градации тона. Очевидно, что для воспроизведения 256 уровней тона необходимо иметь размер ячейки растра 16×16 точек.

Число градаций уровней тона, линиатура растра и разрешение оригинала связаны между собой соотношением где N — число градаций уровней тона; dpi — разрешение оригинала; Ipi — линиатура растра. Единица в формуле соответствует абсолютно белому цвету (рис. 7.2).

Рис. 7.2. Связь числа градаций уровней тона, линиатуры растра и разрешения оригинала

При распечатке изображений линиатура растра выбирается исходя из требуемого качества, возможностей оборудования и назначения печатного материала. При этом линиатура лазерных принтеров составляет 65—100 Ipi. Для газетного производства линиатура составляет 65—85 Ipi, для книжно-журнального — 85—133 Ipi, для художественных и рекламных работ — 133—300 Ipi.

При печати цветных изображений, как правило, используют наложения растров различного цвета друг на друга. При этом каждый последующий растр поворачивается на определенный угол (голубая печатная форма — на 105°, пурпурная — на 75°, желтая — на 90°, черная — на 45°). Вследствие этого ячейка растра становится косоугольной. Для учета косоугольности растра при вычислении требуемого разрешения оригинала применяют поправочный коэффициент, численно равный 1,06.

Пример 7.2

Для воспроизведения изображения, имеющего 256 градаций тона с линиатурой 150 Ipi, устройство печати должно обладать разрешением 16X150 = = 2400 dpi. Однако, учитывая введенный поправочный коэффициент, получаем минимальное разрешение, равное 2400×1,06 = 2544 dpi.

Динамический диапазон. Для оценки качества воспроизведения тоновых изображений принято использовать характеристику, называемую динамическим диапазоном. Численно динамический диапазон определяется соотношениями:

— для оригиналов, просматриваемых «на просвет» (например слайдов);

— для оригиналов, просматриваемых в отраженном свете (фотографии, полиграфические отпечатки и т. п.).

Здесь тир — коэффициенты пропускания и отражения соответственно, определяем ые вы ражен иям и:

где F₀ — падающий световой поток; /'_т — пропущенный световой поток; F_p — отраженный световой поток.

Более высокому значению динамического диапазона соответствует большее числа полутонов в изображении, а значит, и лучше качество его восприятия.

Связь между параметрами изображения и размером файла. Средствами растровой графики принято иллюстрировать работы, требующие высокой точности в передаче цветов и полутонов. Однако размеры файлов растровых иллюстраций растут с увеличением разрешения. Фотоснимок, предназначенный для домашнего просмотра (стандартный размер 10×15 см, оцифрованный с разрешением 200—300 dpi, цветовое разрешение 24 бита), занимает в формате TIFF с включенным режимом сжатия около 4 Мбайт. Оцифрованный с высоким разрешением слайд занимает 45—50 Мбайт. Цветоделенное цветное изображение формата А4 занимает 120−150 Мбайт.

Масштабирование растровых изображений. Одним из недостатков растровой графики является пикселизация изображений при их увеличении. Пикселизация проявляется в том, что при увеличении масштаба становятся заметными элементы растра, что искажает иллюстрацию в целом (рис. 7.3).

Рис. 13. Пикселизация изображения при масштабировании.

Снижение проявления пикселизации достигается за счет принятия специальных мер. Среди таких мер обычно выделяют следующие:

• 1) оцифровка оригинала с разрешением, заведомо достаточным для качественной визуализации при масштабировании;
• 2) применение стохастического растрирования;
• 3) использование метода интерполяции при масштабировании. При этом увеличение размера иллюстрации происходит за счет добавления необходимого числа промежуточных точек, а не за счет увеличения их размера.