Разрешающая способность. Интерполяция. Глубина цвета

Характеристиками сканера, опреде­ляющими область его применения, являются режимы сканиро­вания, тип механизма сканирования оригиналов и некоторые другие технические данные.

Разрешение (разрешающая способность) - ве­личина, характеризующая количество считываемых элементов изображения на единице длины. Обычно размерность этой ве­личины указывают в точках на дюйм. Разрешающую способ­ность сканера определяют как физическое (аппаратное) разре­шение и интерполяционное разрешение.

Физическое разрешение характеризует конструктивные воз­можности сканера в оцифровке изображения по горизонтали и вертикали. Оптическая (горизонтальная) разрешающая способ­ность сканера характеризует максимальный объем дискретной информации, вводимой оптической системой устройства. Опти­ческое разрешение планшетных (плоскостных) сканеров, име­ющих фиксированное фокусное расстояние, определяется как отношение количества отдельных светочувствительных элемен­тов в линейке (или линейках) фотоприемника к максимальной ширине рабочей области сканера и характеризует шаг дискре­тизации сканируемого изображения по горизонтали.

Высокое значение оптического разрешения достигается за счет увеличения плотности регистрирующих элементов или одновременного использования нескольких фотоприемников. В пос­леднем случае автоматически или вручную перед сканировани­ем объединяются отдельные части вводимого изображения.

Расстояние, на которое с помощью шагового механизма смещается сканирующая головка, определяет разрешающую спо­собность сканера по вертикали, т.е. его механическую (вертикальную) разрешающую способность. Разрешение вводимого изображения в вертикальном направлении определяется скоро­стью перемещения оригинала относительно фотоприемника. При уменьшении скорости увеличивается разрешение сканирования и наоборот, чем выше разрешающая способность скане­ра, тем детальнее будет информация, считанная с оригинала. В проекционных сканерах, а также в цифровых фотоаппара­тах оптическое разрешение обычно выражается не в точках на дюйм, а в точках, поскольку степень детализации зафиксиро­ванного ими изображения зависит от удаленности объекта ска­нирования от регистрирующей камеры, и для выражения раз­решающей способности используют размер фотокадра.

Разрешающая способность барабанных сканеров в отличие от сканеров других типов выражается как оптическое разреше­ние (в точках на дюйм), поскольку в них реализован точечный способ получения информации об изображении. Разрешающая способность таких сканеров зависит от характеристик шагово­го двигателя и апертуры объектива, а также от яркости исполь­зуемого источника света и максимальной частоты вращения барабана. Во многих сканерах предусматривается возможность программного повышения разрешения - интерполяции. Одна­ко это не повышает степени детализации представления изоб­ражения, а лишь понижает его зернистость.

При интерполяции сканер считывает с оригинала графичес­кую информацию на пределе своего физического разрешения и включает в формируемый образ изображения дополнитель­ные элементы, присваивая им усредненные значения цвета со­седних, реально считанных точек. Несмотря на то, что алгорит­мы интерполяции не добавляют деталей в изображение, во многих случаях применение подобной технологии представле­ния изображений позволяет добиваться хороших результатов: сглаживаются границы растровых объектов и четче прораба­тываются мелкие детали.

Для интерполяции в процессе сканирования важно, чтобы механическое разрешение сканера превышало оптическое. Легко выполняется интерполяция между смежными точками вдоль горизонтальной линии сканирования, поскольку сканер получа­ет информацию о ней в полном объеме. Сложнее выполнять ин­терполяцию вдоль вертикальной оси, так как для этого необходи­мо сканировать несколько горизонтальных линий. Применяя меньший шаг считывания информации вдоль вертикальной оси, можно избежать интерполирования данных по вертикали. В ска­нерах с интерполяционным разрешением, превышающим опти­ческое и механическое, интерполирование производится с помо­щью специализированного программного обеспечения.

Глубина цвета - это количество битов, которое сканер мо.жет назначить при оцифровывании точки. Сканер с глубиной точки 1 бит может регистрировать только два уровня - белый и черный, сканер с глубиной точки о бит может регистрировать 256 уровней, 12 бит - 4096 уровней.

При сканировании учитывается аналоговый сигнал, харак­теризующий значение оптической плотности изображения. Аналоговый сигнал (рис. 1.2, а) может принимать произвольные значения из диапазона допустимых значений. Сигнал, преоб­разованный в цифровой эквивалент, является дискретным по множеству принимаемых значений (рис. 1.2, б). Для 8-разряд­ного преобразования (28) таких значений всего 256 (рис. 1.2, в), для 12-разрядного (2,2) - 4096, для 16-разрядного (216) - 65 536. Во всех случаях преобразование аналогового сигнала в цифровую форму дает ошибку округления, составляющую иногда половину веса младшего разряда, названную шумами квантования. Поэто­му важным параметром всех без исключения сканеров является количество информации, приходящееся на один цвет.

а) б) в)

Рис. 3.2. Сигнал (пример), характеризующий распределение оптической

плотности в точках (х) линии сканирования.

Следует отметить, что в некоторых сканерах используются 10-битовая (1024 уровня серого) и 12-битовая (4096 уровней се­рого) или даже 16-битовая шкалы градации яркости. Однако все программы обработки изображений, включая PostScript-прило­жения, оперируют только 8-разрядными данными. Более того, вывести на печать свыше 256 оттенков серого цвета не удается. Преимущество этих сканеров заключается в возможности ис­пользования избыточной информации для предварительной программной настройки тоновой кривой, передаваемой из компьютера в сканер в виде инструкции по выполнению конк­ретной процедуры сканирования.