На этом шаге мы рассмотрим основные характеристики растровых изображений.
Растр - это матрица ячеек (пикселей). Каждый пиксель может иметь свой цвет. Совокупность пикселей различного цвета образует изображение. В зависимости от расположения пикселей в пространстве различают квадратный, прямоугольный, гексагональный или иные типы растра. Для описания расположения пикселей используют разнообразные системы координат. Общим для всех таких систем является то, что координаты пикселей образуют дискретный ряд значений (необязательно целые числа). Часто используется система целых координат - номеров пикселей с (0,0) в левом верхнем уголку. Такую систему мы будем использовать и в дальнейшем, ибо она удобна для рассмотрения алгоритмов графического вывода.
Перечислим основные характеристики растровых изображений.
Разрешающая способность. Она характеризует расстояние между соседними пикселями. Разрешающую способность измеряют количеством пикселей на единицу длины. Наиболее популярной единицей измерения является dpi (dots per inch) - количество пикселей в одном дюйме длины (2.54 см). Не следует отождествлять шаг с размерами пикселей - размер пикселей может быть равен шагу, а может быть как меньше, так и больше, чем шаг.
Размер растра обычно измеряется количеством пикселей по горизонтали и вертикали. Можно сказать, что для компьютерной графики зачастую наиболее удобен растр с одинаковым шагом для обеих осей, то есть dpiX = dpiY. Это удобно для многих алгоритмов вывода графических объектов. Иначе - проблемы. Например, при рисовании окружности на экране дисплея EGA (устаревшая модель компьютерной видеосистемы, ее растр - прямоугольный, пиксели растянуты по высоте, поэтому для изображения окружности необходимо генерировать эллипс).
Форма пикселей растра определяется особенностями устройства графического вывода. Например, пиксели могут иметь форму прямоугольника или квадрата, которые по размерам равны шагу растра (дисплей на жидких кристаллах); пиксели круглой формы, которые по размерам могут и не равняться шагу растра (принтеры).
Количество цветов (глубина цвета) - также одна из важнейших характеристик растра. Количество цветов является важной характеристикой для любого изображения, а не только растрового. Согласно психофизиологическим исследованиям глаз человека способен различать 350 000 цветов.
Классифицируем изображения следующим образом:
- Двухцветные (бинарные) - 1 бит на пиксель. Среди двухцветных чаще всего встречаются черно-белые изображения.
- Полутоновые - градации серого или иного цвета. Например, 256 градаций (1 байт на пиксель).
- Цветные изображения. От 2 бит на пикселm и выше. Глубина цвета 16 бит на пикселm (65 536 цветов) получила название High Color, 24 бита на пиксель (16,7 млн цветов) - True Color. В компьютерных графических системах используют и большую глубину цвета - 32, 48 и более бит на пиксель.
Оценка разрешающей способности растра. Глаз человека с нормальным зрением может различать объекты с угловым размером около одной минуты. Если расстояние до объекта равно R, то можно приблизительно оценить этот размер (dP) как длину дуги, равную R*a (рисунок 1).
Рис.1. Минимальный видимый размер
Можно предположить, что человек различает дискретность растра (шаг) также соответственно этому минимально различимому размеру. Иначе говоря, отдельные точки (пиксели), смещенные менее чем на dP, уже не воспринимаются смещенными. Тогда можно оценить разрешающую способность растра, который не воспринимается как растр, следующей величиной:
dpi = 25.4 / dP [мм].
Приведем несколько значений dpi для различных R (таблица 1).
| Расстояние R, мм | Размер dP, мм | Разрешающая способность dpi |
|---|---|---|
| 500 | 0.14 | 181 |
| 300 | 0.09 | 282 |
Если считать расстояние, с которого человек обычно разглядывает бумажные документы, равным 300 мм, то можно оценить минимальную разрешающую способность, при которой уже не заметны отдельные пиксели, как приблизительно 300 dpi (примерно 0,085 мм). Лазерные черно-белые принтеры полностью удовлетворяют такому требованию.
Дисплеи обычно рекомендуется разглядывать с расстояния не ближе 0.5 м. В соответствии с приведенной выше оценкой минимальной разрешающей способности расстоянию 0,5 м соответствует около 200 dpi. В современных дисплеях минимальный размер пикселей (пятна) примерно 0,25 мм, что дает 100 dpi - это плохо, например, дисплей 15" по диагонали должен обеспечивать не 1024 на 768 пикселей, а вдвое больше. Но на современном уровне техники это пока что невозможно.
На следующем шаге мы поговорим о цвете.
