1.4 Параметры изображений

1.4.1 Изобразительный оригинал и задача репродукционного процесса

Изобразительные оригиналы, подлежащие репродуцированию полиграфическими средствами различаются:

• по виду подложки (прозрачные, непрозрачные; гибкие, жесткие);
• по цвету (черно-белые - монохромные, цветные);
• по структуре изображения (штриховые, полутоновые, растровые - вторичные);
• по способу получения (фотографические, рисованые, живописные, печатные).

По форме представления это могут быть собственно иллюстрации, а также выклейные (сверстанные) монтажи полос. Последние, так называемые оригинал-макеты, получаемые в основном в НИС, содержат преимущественно текстовую информацию. Несмотря на это, их дальнейшая подготовка к печати ничем не отличается от технологии репродуцирования штриховых изобразительных оригиналов. Новой разновидностью являются изобразительные оригиналы или их целые библиотеки, представленные в электронной форме для компьютерных дизайн-студий и рекламных бюро. Сюда же можно отнести и оригиналы, полученные с использованием цифровой фотографии. Технология репродуцирования оригиналов такого типа исключает этапы электрооптического анализа (цветоделения) и исходного кодирования сигналов, но в остальном не отличается от используемой для оригиналов, представленных в традиционной форме. Тип оригинала во многом определяет характер репродукционного процесса, вид используемого оборудования и материалов, квалификацию персонала. С учетом большинства из перечисленных выше особенностей в Л. 1.3 сформулированы многие требования и даны рекомендации для оценки пригодности оригиналов различных типов. Изображения, используемые в широкой практике в качестве иллюстрационных оригиналов, большей своей частью получают безотносительно к этому их назначению. Фотопленки и фотобумаги изначально разрабатывались для других потребительских целей и, следовательно, условий восприятия запечатленных на них изображений. Например, цветные фотопленки слайдов - для диапроекции с использованием лампы накаливания в затемненном помещении. Негативные — для печати на цветных фотобумагах, а сами фотоотпечатки - с учетом условий их рассматривания в бытовых условиях. Характеристики сигналов видеокамер или цветовых значений файлов цифровых фотоаппаратов прежде всего ориентированы на воспроизведение на экранах телевизоров и мониторов компьютеров. Различные цветовые характеристики имеют красители и пигменты отпечатков, полученных средствами фотографии, в термопереводных, термосублимационных, струй-но-капельных, электрофотографических и других цифровых принтерах. Поэтому различные виды отображения уже включают в себя искажения цвета исходного объекта (сцены), необходимые, как будет показано в последующем изложении, для наилучшего восприятия в конкретных условиях рассматривания. Следовательно, далеко неодинаково и представление цвета одной и той же сцены сигналами, полученными видеокамерой или цифровым фотоаппаратом, считанными различными типами сканеров с отснятых с этой сцены фотографий на прозрачной и непрозрачной подложке или с отпечатков перечисленных выше цифровых принтеров.

Рис. 1.4 Цвет объекта по разному искажается различными способамии средствами его промежуточного отображения. В связи с этим возникает проблема однозначного толкования цвета множества источников изобразительной информации в печати — совместимости сигналов по входу

Все это создает проблему однозначного толкования цвета в репродукционной системе со множеством типов промежуточного отображения исходного объекта (см. Рис. 1.4). Проблема так называемой совместимости различных источников изображений по входу в целях достижения визуальной однородности воспроизводимых копий, для, например, их «бесшовной», незаметной для глаза стыковки в едином сюжете, подробно рассмотрена в Л 1.4 и выходит за рамки данного изложения. Неопределенным оказывается толкование «качества» конечного изображения. Его оценивают, как правило, в отсутствие исходного, а значит по памяти, с учетом тех или иных зрительных предпочтений, ожиданий и личного опыта. Сам уровень требований к воспроизведению может соответствовать как упрощенной, потребительской, так и квалифицированной экспертной оценке [1.5]. Все эти вопросы отнесены ниже не к репродукционной технологии, а к поясняемой далее творческой, редакционной стадии издательско-поли-графического процесса. Поэтому, в частности, репродукционная задача рассматривается не в отношении исходного зрительного объекта или сцены, а применительно к вторичному их отображению, в качестве которого принимается изобразительный оригинал того или иного типа, сигнал цифровой камеры или ТВ канала. С другой стороны, как неотъемлемую часть допечатной технологии следует рассматривать проблему совместимости по выходу, т. е. однозначного (визуально тождественного) отображения изобразительного оригинала во всем многообразии используемых способов печати и получения цветопробы. Изобразительную задачу полиграфического производства можно определить в целом как получение копий, которые с заданной точностью соответствуют некоторому оригиналу. Степень этого соответствия в конечном итоге определяет качество репродукции. Для его объективной оценки необходимо располагать количественными критериями - показателями качества. Из множества известных параметров рассмотрим некоторый минимум, пригодный для оценок в репродукционном процессе и необходимый для последующего изложения. Условно разделим их на локальные, характеризующие изображение в отдельно взятой его точке, и общие, или «глобальные», т. е. относящиеся к изображению в целом.

1.4.2 локальные параметры

Большей частью изображения являются репликами зрительно воспринимаемого окружающего реального мира, трехмерного и полихромного. Каждая его точка характеризуется шестью параметрами:

• х, у, z - координаты точки в пространстве;
• В - ее яркость;
• Λ - цветовой тон;
• р — чистота цвета.

Рис. 1.5 Характеристика относительной спектральной чувствительности зрения (кривая видности), используемая для перевода энергетических фотометрических единиц в световые

Плоскому цветному изображению соответствуют пять из этих параметров - х, у, В, Λ, р, а черно-белому лишь три - х, у, В. Яркость характеризует интенсивность излучения некоторой точки рассматриваемого объекта. Воздействуя на зрительный анализатор, она вызывает определенное ощущение, называмое светлотой. Светлота служит как бы мерой зрительного ощущения яркости. Именно со светлотой как с субъективной яркостью приходится иметь дело на практике, поскольку одна и та же яркость с учетом тех или иных побочных факторов может ощущаться по разному. На это влияют яркость фона, на котором рассматривается объект, время адаптации (привыкания) к яркости этого фона и другие причины. Например, участки экрана включенного ТВ-приемника, не возбуждаемые электронным пучком, вызывают ощущение черного, тогда как те же участки, как и весь экран, выключенного телевизора, находясь в том же физическом состоянии, т. е. имея ту же яркость, выглядят серыми или белесыми. Благодаря относительному характеру восприятия яркости цветок оказывается белым не только в саду, но и в помещении, где его яркость в тысячи раз меньше, но в поле зрения отсутствуют какие-либо другие более светлые предметы. Поэтому в принятом Международной комиссией по освещению (МКО) выражении:

для оценки светлоты L в колориметрической системе Lab наряду с яркостной компонентой Y исходной цветовой системы XYZ учитывается так называемая яркость опорного «белого» Y_n, светлота которого согласно этому выражению равна 100 единицам. Яркость - количественная характеристика цвета. Качество последнего определяют цветностью. Она, в свою очередь, совокупно выражается такими параметрами, как цветовой тон, чистота цвета и его насыщенность. Цветовой тон однозначно характеризуют длиной волны в видимом диапазоне электромагнитных колебаний (380-700 нм). В отличие от других атрибутов цвета эта величина абсолютная, т. е. оцениваемая безотносительно к какому-либо опорному значению. Цветовой тон может быть в большей или меньшей степени выраженным: от едва заметного цветового оттенка в нейтральном, сером цвете до полного отсутствия серой (ахроматической) составляющей, когда цвет считается спектрально чистым. Чистота цвета описывает выраженность цветового тона по отношению к яркости образца [1.6]. Для объемного равноокрашенного предмета цветовой тон выражен, например, сильнее на его более освещенных участках. Насыщенность характеризует выраженность цвета по отношению к белому образцу той же светлоты. Для образца заданного цветового тона и яркости понятия чистоты цвета и насыщенности эквивалентны [1.7]. Если энергетическая яркость оценивается безотносительно к спектральному составу мощностью излучения в микроваттах энергии, поступающей с единичной площади объекта в единичном телесном угле, то единицы световой яркости учитывают так называемую кривую видности - спектральную характеристику чувствительности глаза, представленную на Рис. 1.5. Равные по энергии излучения видимых электромагнитных .колебаний разных длин волн вызывают неодинаковые ощущения яркости. Наименьшая мощность или максимум спектральной чувствительности, как видно из графика, приходится на зеленую область. Световую яркость удобно использовать для описания самосветящихся объектов, например телевизионных изображений, поскольку она характеризует их, хотя и субъективно, но вполне однозначно. Этого нельзя сказать, однако, о полиграфических оттисках и оригиналах. Они воспринимаются в отраженном или проходящем свете внешних источников и поэтому светлота каждой точки определяется не только свойствами самого изображения, но и его освещенностью. Однозначно, т. е. вне зависимости от интенсивности освещения, несамосветящиеся изображения характеризуются коэффициентами отражения или пропускания их точек: ρ(х, у) для непрозрачных изображений и τ(х, у) для изображений, рассматриваемых в проходящем свете -слайдов (диапозитивов или негативо. И тем не менее, непосредственное использование этих показателей на практике неудобно.

Рис. 1.6 Неравноконтрастная (и более равноконтрастная (ступенчатые тоновые шкалы<

Участки изображения, одинаково отличающиеся по величине отражения или пропускания, неодинаково отличаются по светлоте. Ступенчатая тоновая шкала (см. Рис. 1.6, , в которой соседние поля одинаково отличаются по отражению, выглядит очень неравномерной (неравноконтрастной), поскольку в относительно широком диапазоне раздражений (в нашем случае яркостей) ощущение (в данном случае светлотпропорционально не абсолютной, а относительной величине раздражения. В указанной связи для оценки физических параметров, так или иначе воздействующих на органы чувств человека, используют логарифмические или другие единицы, получаемые в результате существенно нелинейного преобразования типа 1.1. Равноконтраст-ной, т. е. с примерно одинаковыми различиями, выглядит в широком диапазоне тоновая шкала (см. Рис. 1.6, , поля которой отличаются на одну и ту же величину оптической плотности - отрицательного десятичного логарифма коэффициента отражения (пропускания):

Оптическая плотность равна 0, 1, 2 или 3 и т. д., если отражается (проходит) соответственно весь свет, его десятая, сотая или тысячная часть. В зависимости оттого, какая часть отраженного или прошедшего через изображение светового потока, пройдя через изображение или отразившись от него, воспринимается измерительным прибором, различают регулярную, диффузную и другие, несколько отличающиеся по своему значению, оптические плотности [1.8].

1.4.3 общие характеристики

Интервал плотностей и контраст. Одним из важных исходных параметров, на основе которых устанавливается оптимальный режим репродуцирования, служит разность оптических плотностей

характеризующая их перепад (интервал) на оригинале, в печатном процессе или на растровом оттиске. Соотношение светлот на изображении в целом или на его отдельных участках характеризуют также контрастом - отношением коэффициентов отражения. Светлота отдельной детали может быть большей или меньшей в зависимости от средней яркости изображения, его предельных яркостей или яркости локального фона, т. е. на участке, непосредственно прилегающем к данной детали. Поэтому, если общий контраст изображения оценивается как

то встречаются и такие интерпретации этого параметра, как локальный контраст:

или детальный контраст:

когда коэффициенты отражения данной точки ρ_{х, у} или детали ρ_дет относят к отражению прилегающего участка ρ_{x+Δх, y+Δу} или его минимальному для данного изображения значению ρ_min. Очевидно, что интервал плотностей всего изображения может быть определен и через логарифм общего его контраста:

Тем не менее все эти формальные количественные характеристики далеко не достаточны для однозначной оценки так называемого кажущегося, или визуального контраста как впечатления, возникающего у наблюдателя при рассматривании изображения. Известно, например, что репродукция кажется более контрастной, а цвета ее более насыщенными, если повышен такой описываемый ниже параметр, как резкость. Кроме того, при одном и том же значении контраста К или интервала ΔD репродукция, в зависимости от ее градационного содержания, может выглядеть контрастной или, наоборот, блеклой. В первом случае гистограмма встречаемости укажет на большое количество элементов изображения, имеющих значения, близкие к экстремальным ρ_max и ρ_min. Во втором варианте предельные значения менее представительны, а преобладающей части элементов присущи некоторые средние значения. Повысить кажущийся контраст, не затрагивая предельных значений тона изображения, но изменяя градационное содержание внутри его интервала, позволяют рассматриваемые ниже процедуры тоновой коррекции. Четкость, резкость, объем данных. Важным параметром изображения является четкость, характеризующая качество воспроизведения на нем мелких деталей и контуров. В телевидении [1.1] этот параметр однозначно определяют числом элементов разложения или числом темных и светлых деталей минимального размера, которые могут быть размещены в кадре, будучи установленными в шахматном порядке. В такой трактовке четкость оценивается как

где k - коэффициент формата кадра, a z - число строк в данном стандарте разложения. При этом предполагается, что размер элемента изображения в направлении строки равен ее ширине. При k = 4/3, a z = 625, соответствующих отечественному вещательному стандарту, четкость оказывается равной половине миллиона элементов. Как информационная характеристика она определяет, например, объем накопителя, необходимый для хранения массива видеоданных без их сжатия, или информационную емкость растрового способа представления изображения:

где М — число возможных состояний оптического параметра для каждого элемента. Объем видеосигнала растет с увеличением числа N элементов разложения и числа М уровней квантования значений тона этих элементов. В цифровых телевизионных и репродукционных системах число возможных уровней тона принято равным 256. Поскольку каждое значение может быть выражено комбинацией восьми нулей и единиц, объем видеосигнала в кадре равен N байтам.

Рис. 1.6 Изменение тона на реальном контуре

Оцениваемый таким образом объем сигнала определяется стандартом разложения изображения на строки и элементы, а также разрядностью кодирования их значений и не зависит от размера экрана. В отличие от телевидения информационная емкость полиграфического оттиска, а в изложенной трактовке и четкость изображения, зависят еще и от размеров иллюстрации. Четкость растрового оттиска можно оценить как

где а и b - размеры иллюстрации по горизонтали и вертикали, a L - линиатура тоновой иллюстрации, определяемая количеством запечатанных элементов на линейном сантиметре. Оценивая для сравнения с ТВ-кадром однокрасочный оттиск формата A3 (а = 30 см, b = 40 см) с линиатурой 60 лин/см, получим на порядок большую четкость - 4,3 млн. элементов и объем видеофайла, порядка 4,3 Мб. Этим различием определяется в основном так называемое «полиграфическое», более высокое по сравнению с обеспечиваемым многими другими средствами, качество печатных иллюстраций. Если четкость характеризует размеры минимальных воспроизводимых деталей, то резкость определяет качество передачи границ деталей независимо от их размера (см. Рис. 1.7). Однако четкость и резкость - взаимосвязанные параметры. Чем выше четкость, тем более резким является изображение. В фотографии резкость определяется главным образом разрешающей способностью объективов и эмульсий, рассеянием света в фотослое и другими подобными факторами и оценивается обратной величиной зоны размытости контура:

В системах со сканированием изображений, например в телевидении и фототелеграфии, резкость оценивают безразмерным отношением величин элемента разложения (апертуры) и зоны размытости:

с учетом того, что данный параметр ограничивается здесь, прежде всего, конечным размером сканирующего пятна. Подобную оценку возможно распространить и на автотипные (растровые) изображения, приняв в качестве элемента разложения растровую ячейку, а в системах электронного репродуцирования - считывающее пятно.

1.4.4 параметры изображений и характеристики репродукционной системы

Поскольку рассмотренные выше параметры характеризуют само изображение, их иногда условно относят к так называемым параметрам первого рода. Параметрами второго рода [1.9] в таком случае служатте характеристики технической системы, технологического процесса или их отдельных звеньев, шгорьге обеспечивают тот или иной параметр первого рода показатель качества изображения. Так, яркости или коэффициенту отражения оригинала соответствует амплитуда видеосигнала на выходе фотопреобразователя в устройстве электрооптического анализа или уровень квантования этого сигнала в цифровой системе переработки изображений. Оптической плотности соответствует значение видеосигнала, прошедшего через нелинейный преобразователь - логарифматор. Интервал плотностей и контраст изображения определяются динамическим диапазоном видеосигнала или разрядностью его цифрового кодирования. За четкость изображения отвечает разрешающая способность системы, за резкость ее переходная характеристика, а за тонопередачу - градационная (амплитудная) характеристика. Подобное разграничение помогает грамотно применять термины. Некорректно звучат, например, словосочетания «разрешающая способность изображения» или «градационная характеристика изображения», если только под «изображением» не подразумевается некий процесс.