Обработка растровых изображений

Растровое (пиксельное) изображение — это набор числовых значений, определяющих цвета, которые должны представлять пикселы в выводном устройстве. Более старое определение растрового изображения характеризует его данными, которые отображаются на бинарном устройстве. Это старое понимание зачастую используется в качестве термина растр. Растровое (пиксельное) изображение — это представление изображения в пиксельном файле или на выводном устройстве. Термин излишний, и вместо него используется слово bitmap (пиксельное изображение). Термин «растровые данные» обозначает информацию в файле, соответствующую изображению, которое будет воспроизводиться на выводном устройстве. Растровое изображение представляет собой фиксированную решетку пикселов (элементов изображения). Каждый пиксел имеет соответствующее значение яркости или координату цвета. Сами файлы являются результатом работы сканера или цифровой камеры. К программам обработки растровых изображений относится Adobe Photoshop. Из всех подобных программ наиболее часто используется именно Photoshop. Черно-белые, дуплексные и цветные фотографии представляют собой растровые (пиксельные) изображения. Программы обработки растровых изображений могут изменять расположение и яркость пикселов для создания специальных эффектов и даже тоно- и цветокоррекции. Растровые изображения зависимы от разрешения и цветового пространства. Качество изображения зависит от того, с каким разрешением (количеством пикселов на дюйм) создавался файл, и от того, где он будет печататься или просматриваться. Все цветные сканеры работают в цветовом пространстве RGB. Некоторые из современных высокопроизводительных сканеров могут в процессе работы преобразовывать цвета RGB в CMYK. Пиксельные цветные изображения преобразуются в CMYK на некоторых этапах рабочего процесса. Качество изображения очень сильно зависит от этого преобразования.

Векторные иллюстрации

В файлах с векторными, или объектно-ориентированными иллюстрациями используются математические формулы для описания формы, расположения и функции (какими цветами или оттенками делается заливка или контуры) объекта. Среди наиболее популярных программ создания и обработки векторной графики такие программы, как Adobe Illustrator и Macromedia Freehand. Файлы Corel Draw могут быть проблемными и не всегда хорошо работают в высокотехнологичных рабочих процессах. Векторные файлы уникальны, потому что математические формулы, которые используются для описания объектов, делают эти файлы независимыми от разрешения. Пока векторные файлы не распечатаны, с ними можно производить различные манипуляции (масштабирование, сдвиг, поворот и т. д.) без потери или риска для качества изображения. Легкость в манипулировании этими файлами приходит с ценой. Файлы с векторной графикой могут быть очень сложными для печати на высокопроизводительных системах. Они могут занимать массу времени или не распечатываться, или печататься с непредсказуемыми результатами.

Верстка полос

Когда текст и иллюстрации (пиксельные или векторные) готовы, остается еще этап размещения частей документа в верстке. К компьютерным программам, позволяющим импортировать векторные, растровые и текстовые файлы в верстку, относятся QuarkXPress и Adobe InDesign. Файлы верстки могут состоять из одной или нескольких полос. Программы верстки полос похожи на новые альбомы для наклеивания вырезок. Они могут содержать размещаемые вами на полосе иллюстрации или рисунки, а также поддерживают любые тексты, которые вы захотите поместить туда. Многие производственные проблемы возникают тогда, когда создатели контента используют одну отдельную программу для выполнения всех этих задач, или неправильную программу для выполнения конкретной задачи. Примером может служить преобразование текста в растровое (пиксельное) изображение. Шрифт — это векторный файл. Когда текст помещается в пиксельный файл, он начинает зависеть от разрешения пиксельного файла. В результате растровый файл может получиться размытым или неровным, если его разрешение недостаточное. Другой пример — попытка разместить четырехполосную брошюру в Adobe Illustrator. Эта программа не поддерживает многостраничные файлы. Но это не останавливает некоторых пользователей в их попытках вставить многостраничный файл.

Двоичные системы и точки

Сканер выполняет преобразование черно-белых или цветных полутоновых оригиналов в цифровой вид посредством процесса, именуемого сканированием. Монитор отображает результат сканирования, используя решетку прямоугольников или пикселов, каждый из которых соответствует определенному числовому значению. Традиционные печатные машины высокой, плоской и трафаретной способов печати представляют собой двоичные (бинарные) печатные системы. Бинарный означает «состоящий из двух», либо да, либо нет. Они воспринимают краску или нет, не существует различных градаций или полутеней от светлого к темному. Человеческое зрение обманывается, видя эти полутени в структуре точек и поверхности запечатанного материала, которая может быть воспроизведена бинарными печатными системами. Существуют два основных способа растрирования для печатных процессов с использованием бинарных систем: амплитудно-модулированное и частотно-модулированное растрирование. Амплитудно-модулированное (AM) растрирование использует постоянную решетку, состоящую из точек, которые увеличиваются в размерах на темных участках изображения и уменьшаются на светлых участках. Частотно-модулированное (FM или стохастическое) растрирование использует точки с фиксированным размером, большее количество точек которых находится на темных участках и меньшее — на светлых участках изображения.

Сегодняшние системы цифровой печати, включая лазерные принтеры, фотонаборные автоматы (которые экспонируют фотопленки) и устройства «компьютер — печатная форма» (которые экспонируют формные пластины по технологии CtP — computer to plate) используют элементы постоянного размера для воспроизведения и амплитудно-модулированного и стохастического растра. Новые печатные системы с применением тонера используют специальный растр, называемый смешанным. Смешанный растр увеличивает роль применения лазера, путем модулирования его мощности для создания большего количества оттенков элементов в печатной системе. Это модулирование позволяет системам на базе тонера печатать с различным количеством тонера, попадающего на бумагу, в то время как традиционный печатный процесс может использовать только информацию отсутствия или наличия.

SPI (выборки на дюйм)

Изображения преобразуются в электронный вид при помощи сканирования. Во время сканирования количество света, отраженного или проходящего сквозь оригинал может быть записано либо на ПЗС (CCD или Charged Coupled Device для планшетных сканеров и некоторых цифровых камер), либо с использованием фотоэлектронного умножителя (РМТ или Photo Multiplier Tube для сканеров барабанного типа). Сенсорная система преобразует аналоговую информацию о свете в цифровой сигнал. Количество данных или выборок (образцов), которые сканер считывает с одного квадратного дюйма, называется SPI. Некоторые производители сканеров называют это оптическим разрешением сканера. Стандартный сканер может иметь максимальное разрешение 600 SPI. На одном квадратном дюйме устройство может считать и записать 600 х 600 SPI. Оператор может выбрать более низкое разрешение — 300 х 300 SPI, 200 х 200 SPI и т. д. Решетка разрешения сканера используется для записи светлых и темных участков изображения. Каждый квадрат на решетке будет записан в числовом значении.

PPI (пикселы на дюйм)

Когда изображение попало в сканирующее устройство, оно может отображаться на экране монитора с использованием PPI. «Пикселы на дюйм» означает, что бинарные (черные или белые), всех оттенков серого и цветные пикселы записываются в файл в процессе сканирования и отображаются на мониторе. PPI представляют собой конечный результат работы сканера, в то время как SPI являются частью процесса, используемого сканером в работе. Эти два числа представляют количественно одно и то же. Типичное отсканированное изображение оттиска офсетной печатной машины форматом 4x5 дюймов, возможно, сканировалось с разрешением 225 SPI, а конечный файл имеет разрешение 225 PPI.

EPI (элементы на дюйм) и LPI (линии на дюйм)

Системы цифровой печати — фотоплоттеры, плоттеры, струйные графопостроители и некоторые лазерные принтеры — используют серии мелких раздельных элементов (EPI), которые являются мельчайшими отметками, используемыми при создании традиционной точки ампли-тудно-модулированного (AM) растра.

Сканеры записывают образцы при помощи SPI, мониторы отображают изображения при помощи PPI, а изображения раскладываются печатными системами при помощи EPI для создания LPI. Заметьте, что всего только один раз во время всей дискуссии появилось слово «точка», когда мы завели речь о растровой точке.

Пятна, точки, пикселы

Эти термины часто и неправильно смешиваются. Пятно — это наименьшее воспринимаемое изображение в устройстве, формирующем изображение. Например, большинство настольных лазерных принтеров могут создавать на бумаге изображение с разрешением 600 пятен на дюйм (SPI), но их показатели обычно записываются как «600 точек на дюйм» или 600 DPI. Другие устройства, такие как фотовыводные и CtP-устройства, могут давать более 5000 пятен на дюйм, впрочем, на практике их разрешение варьируется от 1 200 SPI до 3 600 SPI. Точка представляет собой матрицу пятен, и она формирует размытые точки, или в полутоновом растре или в других типах размываемых шаблонов и структур. Каждая размытая точка имеет свою ячейку, созданную из пятен устройства. Пятна отображаются или нет, формируя точку в данном месте. Размытая точка может быть точкой амплитудно-модулированного, частотно-модулированного растра или просто бинарной точкой по принципу включенная/выключенная, называемой пиксельной точкой.

Пиксел — двухмерная точка, как правило, в цифровых тоновых изображениях. Это наименьший воспринимаемый участок цифрового изображения. Пиксел имеет глубину в отличие от бинарного пятна, и обычно глубина составляет до 8 бит. Комбинация этих бит определяет относительную яркость и цвет пиксела. Большинство систем, формирующих изображение, может отображать 256 отдельных оттенков в одном пикселе, или 28 градаций серого в диапазоне от черного до белого. Сочетая три пиксела и преобразуя их 256 оттенков серого в красный, зеленый и синий, мы можем воспроизвести миллионы цветов на цифровом дисплее RGB, таком как компьютерный монитор. Изображение в оттенках серого имеет только один канал, а изображение в RGB имеет три канала: для красного, зеленого или синего. Разрешение цифрового полутонового изображения, и в оттенках серого, и в RGB, выражается в пикселах на дюйм (PPI), несмотря на то что по отношению к пикселам неверно принято относить понятие «точки на дюйм». Цифровые полутоновые изображения, как правило, имеют разрешения в диапазоне от 72 ppi до 3 400 ppi. Изображения с низким разрешением годятся только для отображения на мониторе, в то время как печать требует изображений с высоким разрешением. Когда цифровое полутоновое изображение преобразуется в растровое, то значения пикселов интерпретируются и создаются растровые точки для имитации соответствующих полутонов и оттенков цвета, представленных в оригинальном изображении. Нет необходимости создавать или вводить (посредством сканирования или цифровой фотографии) полутоновые изображения с разрешением выше 300 ppi, потому что они будут преобразованы в растровые точки.

Чисто пиксельные или двухградацион-ные изображения, такие как штриховые иллюстрации, отсканированный текст, псевдополутоновые пиксельные изображения, растрированный шрифт не являются растровыми изображениями. В этих изображениях тон либо присутствует, либо нет, и он соответствует непосредственно точке в выводном устройстве. Вы можете создавать пиксельные изображения в таких программах, как Photoshop. И пиксельное изображение было единственным типом изображения, которое вы могли создавать в течение первых лет на заре компьютерной эры на первых компьютерах Macintosh (MacPaint) и IBM PC, потому что эти компьютеры поддерживали только отображение простых пиксельных иллюстраций и не могли обрабатывать двухмерные пикселы.

Пиксельные изображения с очень высоким разрешением используются в драйверах большинства полиграфических устройств, формирующих изображения. Для них пятна будут создаваться на материале, используемом в устройстве. Этим материалом может быть бумага, фотопленка, формная пластина или электрофотографический барабан. Создаваемое в растровом процессе (RIP, РИП) изображение представляет собой изображение, состоящее из пятен. РИП получает на входе тоновые иллюстрации, векторную графику и текст, а также пиксельные изображения, и генерирует пиксельные изображения, которые могут включать и полутоновые, если получаемый файл используется в качестве драйвера устройства для формирования изображения.

Большинство устройств, формирующих изображения, используют адресуемую решетку, состоящую из пятен. Двухмерная решетка, состоящая из точек, используется для формирования растровых ячеек, в которых получаются размытые растровые точки. На структуру растрового изображения влияют линиатура, угол поворота растра и форма растровой точки. Линиатура растра — это частота строк, состоящих из точек, в растрированием изображении. Обычно выражае мая в линиях на дюйм (LPI) или линий на сантиметр (л/см). Высокая линиатура растра делает изображение более ровным и мягким. И чем выше линиатура растра, тем изображение больше визуально похоже на полутоновый оригинал, и, кроме того, более высокая линиатура растра способствует лучшему отображению мелких деталей и резкости. В конечном счете, линиатура растра достигает точки снижающегося эффекта, так как растровое изображение не различимо при линиатуре растра выше 200 LPI.

Пиксельные иллюстрации и их обработка

Качество оригинала

Ничто не может заменить хороший оригинал. И, хотя могущество технологий цифровой обработки изображений поистине беспрецедентно, оно не в состоянии сделать из плохого изображения превосходное. Слишком много времени уйдет на то, чтобы добиться хорошего контраста, возможно, легче просто взять другой, лучший по качеству оригинал.

Качество устройства ввода иллюстраций

Идет ли речь о планшетном сканере, сканере барабанного типа, цифровой камере, или о чем-нибудь еще, как вы решите, что из них лучшее? Существуют четыре квалифицирующих фактора, которые вы должны учесть при покупке устройства ввода иллюстраций.

1. Разрешение

Чем оно выше, тем лучше. При сканировании на планшетном сканере длина однострочной матрицы ПЗС и количество остановок, которые она делает при движении, определяет разрешение сканера

> (например, 600 х 600 spi, 600 х 1200 spi, 1200 х 1200 spi и т. д.).

В некоторых случаях эти числа неодинаковы. Для малоформатной печати можно сказать, что сканер имеет оптическое разрешение 300 х 600 spi, но при крупной печати можно сказать, что его разрешение равняется 1200 spi. Разрешение ПЗС (CCD) физически ограничено количеством ПЗС чипа по горизонтали. Вертикаль достигается ускорением или замедлением шагового двигателя головки развертки. Как же сканер делает разрешение 300 х 600 spi равным 1200 spi? Здесь используется математическая формула для оценки новых значений пикселов среди известных значений. Интерполяция не создает правильной выборки, но выводит среднее новое значение на базе существующих. Изображения с большим количеством деталей могут получиться нечеткими, в то же время изображения с низким контрастом могут вообще не обнаружить разницы в качестве. Многие компьютерные программы могут интерполировать пиксельные изображения, после того как они были отсканированы. При изменении размеров изображений либо на сканере, либо, что еще критичнее, в программе. Остерегайтесь метода интерполяции, который может привести к получению нечеткого изображения или потере деталей. Документация Adobe Photoshop дает следующее объяснение отличий каждого метода интерполяции растровых данных:

• Nearest Neighbor («Ближайший сосед») — наиболее быстрый, но наименее точный метод. Он может привести к эффекту «рваных краев», который становится видимым при искажении или масштабировании изображения, либо при многократных манипуляциях с выделенной областью. • Bilinear («Билинейный») — метод для изображений среднего качества.

• Bicubic («Бикубический») — наиболее медленный, но наиболее точный метод, при котором получаются самые ровные градации тона.

При сканировании на сканере барабанного типа размер растровых ячеек и скорость шагового двигателя влияют на разрешение. Средние значения разрешения для барабанных сканеров составляют 3000 spi, 5000 spi, 10000 spi или более. В цифровой камере решетка фиксируется и по горизонтали, и по вертикали. Количество образцов выборки зависит от размера решетки. Чем выше разрешение, тем большее количество образцов может сделать устройство.

2. Глубина цвета

Чем глубже, тем лучше. Глубина цвета — количество бит, используемых для описания пиксела. Бит — это сокращение от английского binary digit («двоичная цифра»). Компьютеры являются двоичными машинами. Бинарная система напоминает электрический выключатель — включить или выключить. Однобитный пиксел может присутствовать или отсутствовать. Если вы увеличите количество битов в пикселе, у пиксела будет больше возможностей (см. таблицу внизу).

Покупая сканер, вы можете заметить, что в его параметрах указывается количество бит на канал, например, 8 или 9 бит на канал. Цветные сканеры записывают три канала информации — для красного, зеленого и синего цветов. Некоторые сканеры называются 24- или 36-битными. Это означает, что в них 8 или 9 бит на канал.

Базовые биты

Внутри сканера вы найдете аналогово-цифровой преобразователь, который преобразует световую информацию в цифровой (электрический) сигнал. Допустим, у нас есть оптический датчик с диапазоном от 1 до 10, и мы хотим получить 10%-ный растр. Сканер увидит десятипроцентный растр, как 10. Если глубина цвета сканера составляет 8 бит (256) на канал, получится следующее значение: 256x0,1 = 25,6.

Аналогово-цифровой преобразователь может выразить значение только в целых числах, 25 или 26:

25 / 256 = 0,09765 или 9,77%;

26/256 = 0,0156 или 10,16%.

Это даст 9,77% или 10,15% от 256 вместо желаемых 10%.

Если глубина цвета сканера составляет 10 бит (1024) на канал, значение будет следующим: 1024x0,1 = 102,4.

Аналогово-цифровой преобразователь может выразить это значение только как 102 или 103:

102 / 1024 = 0,09961 или 9,96%;

103/ 1024 = 0,10056 или 10,06%.

В этом примере получается 9,96% или 10,06% от 1024. Это, может быть, и не 10%, но зато гораздо ближе к ним, чем в 8-битном примере.

Чем больше глубина цвета, тем ближе вы получите информацию к необходимой, и это как раз то, что нужно для ввода высококачественного изображения.

3. Диапазон плотностей

Оптическая плотность описывает способность изображения или материала задерживать свет. Денситометр — инструмент, применяемый для измерения плотности отражающего и/или передающего материала. Самая светлая из возможных плотностей — 0, абсолютная прозрачность для прозрачных материалов и абсолютная отражаемость для отражающих материалов.

Бит на пиксел
Возможности

 

Плотность измеряется по логарифмической шкале, где каждое целое число представляет десятикратное количество данных. Фотографический отпечаток, например, может иметь света, или самый светлый участок изображения, плотностью 0,5. Самая темная область, или тени, фотографии могут иметь плотность 3,4. Диапозитив может иметь в светах плотность 0,3 и в тенях — 3,9. Сканеры и цифровые камеры обычно при вводе самых светлых участков изображения с плотностью близкой к нулю, называемой также МИНИМаЛЬНОЙ ПЛОТНОСТЬЮ (Dmin). А

вот то, насколько хорошо сканер может вводить самые темные участки изображения, зачастую и отличает высокопроизводительные сканеры от сканеров невысокого класса. Максимальная плотность (Dmax) сканеров невысокого класса может составлять 2,8, в то время как это значение у профессиональных сканеров может достигать 3,9 Dmax и более.

4. Динамический диапазон

Чем шире, тем лучше. Хотя сканер способен различать максимальную плотность 3,8, он может иметь физические ограничения, которые позволят ему регистрировать плотность со значением 3,2. Динамический диапазон включает в себя все регистрируемые значения плотностей в диапазоне оптических плотностей. Динамический диапазон обычно меньше, чем диапазон плотностей. Dmax сканера может составлять 3,8, а динамический диапазон может быть 3,2. От оператора сканера зависит, где потерять 0,6 плотности. В светах, в тенях, или и там, и там?

Преобразование цветов RGB в CMYK

Существует некое перебрасывание ответственности за получение изображений, их обработку, цветокоррекцию и подготовку файлов от операторов сканеров и специалистов по коррекции цвета в сторону создателей контента. Однако они могут не понимать всей ответственности при подготовке изображений к печати. Никто не хочет этой ответственности, но, если ход вещей принимает непредвиденный оборот, и полиграфисты и создатели контента должны прийти к компромиссу в решении проблемы.

Часто компромисс может затрагивать цену, качество или время выполнения заказа. Цветоделение не дается легко. Файл с цветами CMYK нуждается в оценке перед печатью.

Поставщики полиграфических услуг, которые принимают прямые цветные файлы CMYK (файлы, используемые в конечном выводе) от создателей контента, должны спросить:

• КТО — Мы платили профессионалам по цвету за эту работу, но теперь она может быть сделана на вашем собственном настольном компьютере;

• ЧТО — Преобразование цветов RGB сканера в цвета CMYK выводного устройства;

• ГДЕ — В сканере, некоторых программах, которые поставляются со сканером, в программе Photoshop, растровом процессоре (RIP) или другой программе;

• КОГДА — Во время сканирования, перед обработкой файла в РИПе или где-нибудь еще;

• ПОЧЕМУ — Почти все цветные принтеры печатают цвета CMYK, а не RGB. Не подписывайте в работу файлы RGB, не поговорив с полиграфистами о них; • КАК — После того как файл был преобразован в CMYK, существуют некоторые специфические аспекты, которые касаются вывода этого файла. С данным файлом проводилась цветокоррекция/обработка либо до сканирования, либо после, или в РИПе, или, может быть, было и то, и другое, и третье.

В традиционных процессах производилось цветоделение с использованием цветных фильтров и растров для создания четырех цветоделенных фотоформ для триадной многокрасочной печати. Позднее профессиональные операторы сканера заменили традиционные способы цветоделения сканированием, цветокоррекцией и выводом фотоформ для триадной печати. Сегодня распространение доступных настольных сканеров изменило лицо цветовоспроизведения. Достижение удовлетворительных результатов требует понимания ограничений сканера, монитора, программного обеспечения, печатной машины и материалов для выполнения заказа.

При преобразовании цветов из цветового пространства RGB в CMYK многие факторы могут сильно повлиять на качество цветоделенных файлов. К этим факторам относятся: профили устройства, управление цветом, триада печатных красок, смесевые краски, формирование черного цвета, тип цветоделения, ограничение черной краски, баланс по серому, компенсация растискивания, выбор светов, выбор теней, коррекция градаций оттенков и нерезкое маскирование. Прежде чем делать цветоделение из RGB в CMYK, создатель контента должен поговорить со специалистами из бюро до-печатной подготовки о возможностях и особенностях получения изображения.

• Сделайте рабочее сканирование, преобразуйте цвета в CMYK, проведите цветокоррекцию и передайте файлы с низким разрешением только для размещения (FPO) создателям контента (OPI-серверы).

• Сделайте рабочее сканирование, преобразуйте цвета в CMYK, проведите цветокоррекцию и передайте файл непосредственно создателю контента для дальнейшей обработки и верстки.

• Создатель контента сканирует, производит цветокоррекцию и обработку, отправляя преобразованный в CMYK файл в бюро допечатной подготовки.

• Создатель контента сканирует, производит цветокоррекцию, обработку и преобразует данные в CMYK после обсуждения с полиграфистами настроек и методологии.

• Создатель контента сканирует, производит цветокоррекцию, обработку и преобразует данные в CMYK, используя установки по умолчанию, и не обсуждает настройки с поставщиком полиграфических услуг.

• Создатель контента сканирует, делает цветокоррекцию, обработку и преобразует данные в CMYK после рассуждений с использованием догадок. Существует еще множество других

вариантов, но каждый из них может уменьшить возможности практических навыков, технологии, понимания и управления процессом, и при этом неизбежен компромисс, все это делает работу более трудной.

Пиксельные изображения и работа с ними с применением широкого спектра сканеров и цифровых камер представляют трудный для управления процесс. Специалисты по проверке файлов перед печатью должны понимать ограничения этих устройств, учитывать это в своем процессе и определять, по каким пунктам может идти речь о компромиссе в отношении качества.