Что же определяет качество при сканировании и оцифровке изображений? Технологические возможности сканера - это только один из факторов. Состояние исходного изображения, квалификация оператора и - последний, но не менее важный фактор - способ использования полученного изображения - все это, вместе с технологическими характеристиками сканера, определяет, будет ли получено качественное изображение.

Разрешение

    Нас будут интересовать в основном два типа разрешения, влияющие на качество сканирования: входное разрешение (известное также как разрешение при сканировании) и оптическое разрешение. Кратко коснемся некоторых других значений термина "разрешение" только для того, чтобы помочь вам удержаться на узкой и скользкой дорожке сканирования.

     Входное разрешение.
    Все оцифровывающие устройства - сканеры, цифровые и видеокамеры и рабочие станции Photo CD - имеют несколько общих функций:

• преобразуют аналоговую (реальную) информацию в цифровые данные, которые могут использоваться компьютером.
• генерируют растровые изображения, состоящие из матриц черно-белых, серых полутоновых или цветных пикселов (элементов изображения).

Примечание: Растровые изображения часто называют также битовыми изображениями, но между ними имеется важное различие. Термин "растровое изображение" описывает состоящие из пикселов изображения независимо от их цветовых характеристик. Битовые изображения (bitmap) содержат только черно-белые пиксели.

• считывают или производят выборку исходного изображения, измеряя значения градаций серого или цвета для каждого элемента выборки.

    Входное разрешение сканера описывает плотность, с которой сканирующее устройство производит выборку информации в данной области (обычно на дюйм или на сантиметр) в ходе оцифровки. Хотя входное разрешение - один из основных факторов, определяющих качество сканирования, расхожая мудрость, гласящая, что более высокое входное разрешение автоматически ведет к более высокому качеству изображения, не всегда соответствует реальности. Важно лишь иметь правильное количество цифровой информации в изображении. И чтобы определить правильный объем информации, необходимо согласовать входное разрешение, как с размером исходного изображения, так и с желательным размером выводимого изображения. (Для вывода на печать необходимо также знать пространственную частоту растра, измеряемую в линиях на дюйм, или Ipi.)

    Пиксели, точки или выборки?
    Имеется значительная путаница в терминах, используемых для описания входного разрешения сканирующих устройств. Она связана в основном с тем, что в сфере мультимедиа настольных издательских систем один термин часто описывает несколько понятий. Наиболее употребительные термины, с которыми вам, вероятно, придется столкнуться, - это ppi, spi и dpi.

    PPI (пиксели на дюйм). Слово "пиксели" может описывать несколько различных понятий плотность информации, которую сканирующее устройство может вводить на дюйм (входное разрешение, или разрешение при сканировании), полный объем информации в растровом изображении (разрешение изображения), наконец, число дискретных горизонтальных и вертикальных элементов, которые может одновременно отображать компьютерный монитор (экранное разрешение) Важно различать эти варианты использования.

    Программные интерфейсы многих оцифровывающих устройств описывают частоту дискретизации в ppi, или пикселях на дюйм. Многие цифровые и видеокамеры имеют единое фиксированное входное разрешение, а в сканерах обычно имеется диапазон возможных разрешений.

    Термин "пиксели" может также указывать полный объем информации, которую оцифрованное изображение содержит по горизонтали и по вертикали (например, 800 х 400 пикселов). Этот вариант использования описывает скорее разрешение изображения, чем входное разрешение. Наконец, многие используют термин "пиксели" для описания экранного разрешения - числа горизонтальных и вертикальных дискретных визуальных элементов, которые может отображать компьютерный монитор, - например, 1024 х 768 пикселов. В отличие от размера пикселов, которые вводит сканирующее устройство, размер пикселов на компьютерном мониторе остается постоянным. Следовательно, монитор отображает все пиксели каждого изображения с единым фиксированным размером.

    SPI (выборки на дюйм). Может быть, пуристы и правы, утверждая, что именно термин "выборки", а не "пиксели", следует использовать для описания того, что считывают и воспроизводят сканирующие устройства. Однако термин "ppi" настолько укоренился в среде сканирования, что вряд ли несколько голосов, смогут изменить эту исторически сложившуюся ситуацию. Следует только помнить о различных значениях слова "пиксели" в области сканирования.

    DPI (точки на дюйм). Многие программные интерфейсы сканирования все еще используют термин dpi (точки на дюйм) для описания разрешения при сканировании, или входного разрешения. Однако с технической точки зрения число точек на дюйм описывает выходное разрешение, представляя горизонтальную плотность меток, которые имидж сеттеры и лазерные принтеры типа PostScript делают в ходе печати. Будьте внимательны и не путайте эти два термина - подразумевайте "ppi" всякий раз, когда видите в интерфейсе сканера "dpi".

     Оптическое разрешение и интерполированное разрешение.
    Одним из важнейших критериев при выборе сканера или беспленочной цифровой камеры должно быть максимальное входное разрешение конкретного сканирующего устройства. Изготовители определяют это максимальное значение двумя способами как оптическое разрешение или как интерполированное разрешение.

     Оптическое разрешение.
    Оптическое разрешение описывает объем реальной информации, который может ввести оптическая система сканирующего устройства. Факторы, определяющие оптическое разрешение, зависят от типа оцифровывающего устройства. В планшетных, листовых, ручных сканерах и многих сканерах для обработки слайдов и диапозитивов максимальное оптическое разрешение зависит от двух факторов: количества отдельных датчиков в линейке(ах) ПЗС в перемещающейся сканирующей головке и максимальной ширины оригинала, который может обработать сканер. Например, линейка ПЗС из 5100 ячеек в сканере, принимающем оригиналы шириной до 8,5 дюймов, позволяет получить максимальное горизонтальное оптическое разрешение 600 ppi. Расстояние смещения сканирующей головки по оригинальному изображению определяет вертикальное разрешение, которое может быть выше, чем горизонтальное. В цифровых и видеокамерах, а также некоторых сканерах для обработки диапозитивов обычно используется прямоугольная матрица (а не перемещающаяся линейка) ПЗС, определяющая общее число пикселов, которые могут вводиться по любому направлению. В барабанных сканерах скорость вращения, яркость источника света, возможности шагового двигателя, и апертура объектива совместно определяют максимальное оптическое разрешение.

Примечание: Изготовители планшетных сканеров часто приводят вертикальное оптическое разрешение вдвое большее, чем горизонтальное, например, 600 х 1200 ppi Механизм перемещения этих сканеров отрабатывает "полушаги", сдвигая головку на половину пикселя за шаг, что приводит к перекрыванию пикселов. Для получения окончательного значения уровней цвета или серою сканер должен выполнить математическое усреднение "Истинное" оптическое разрешение этих сканеров ниже (например, 600 х 600 ppi), оно также приводит к наилучшей четкости изображения и уменьшает шум.

      Интерполированное разрешение.
    С другой стороны, максимальное интерполированное разрешение устройства представляет кажущийся объем информации, который сканер может вводить с помощью алгоритмов, реализуемых процессором и/или программным обеспечением. Алгоритмы интерполяции не добавляют новых деталей в изображение, они просто усредняют значения цвета или градаций серого в смежных пикселях и вставляют между ними новый пиксель. Интерполированное разрешение часто в два или более раз выше, чем оптическое.

    Остерегайтесь маркетинговых уловок - там, где важно качество, имеет значение только оптическое разрешение. Интерполяция добавляет "псевдоинформацию", которая может быть приемлема для дешевых публикаций или компаний с ограниченными средствами, но никогда не будет работать в цветных изображениях большого формата, где жизненно важны детальная структура и широкий тоновый диапазон. Интерполяция также приводит к "смягчению" изображения и необходимости более серьезного увеличения контраста на границах между областями. Если вы часто сканируете для высококачественной печати, то лишь выиграете, вложив дополнительные деньги в сканер с более высоким оптическим разрешением.

  Коэффициент увеличения
    Коэффициент увеличения - это кратность увеличения оригинального изображения в ходе сканирования, необходимая для достижения желаемого размера выводимого Изображения. Если в основном вы сканируете небольшие оригиналы (типа слайдов и диапозитивов), которые хотите печатать со значительным увеличением, то для этого необходимы все доступные не интерполированные данные изображения. Для этого потребуются устройства очень высокого разрешения типа слайдовых и барабанных сканеров. Программное обеспечение, поставляемое с большинством барабанных сканеров, автоматически вычисляет требуемое входное разрешение, основываясь на размере оригинала и желательном коэффициенте увеличения. Для многих планшетных и слайдовых сканеров эти вычисления придется выполнять вручную.

  Разрядность битового представления, глубина цвета
Разрядность битового представления и глубина цвета выражают в степенях двойки максимальное число цветов или градаций серого, которые может считывать сканирующее устройство для каждого вводимого пикселя. Однобитный сканер (а также цветной или полутоновый сканер в черно-белом режиме) воспроизводит все тона исходного изображения как черный или белый (2=2 уровня) 8-битный полутоновый сканер может теоретически вводить 2 , или 256, различных уровней серого. А 24-битный цветной сканер производит 8-разрядную выборку на пиксель для каждого из трех цветовых каналов RGB, итого полное количество цветов 256 х 256 х 256 = = 16777216 (2²⁴).

С ростом разрядности битового представления увеличивается и количество деталей изображения, которые может вводить сканирующее устройство, по крайней мере, теоретически 24-битный "истинный" цвет формата RGB стал стандартом для сканирования и редактирования изображений частично потому, что магическое число 256 соответствует максимальному числу градаций яркости на цветовой канал, который может воспроизводить PostScript, - цифровой издательский стандарт для печати.

Однако при сравнении сканирующих устройств оказывается, что не все биты равноценны. В инструментах с ПЗС-датчиками верхние два бита теоретической глубины цвета обычно являются "шумовыми" и не несут точной информации о цвете. Таким образом, первые шесть бит (64 цвета на канал, или 262144 цветов) надежны, но последние 198 цветов на канал - все менее и менее содержательны. Этот недостаток связан с внутренними ограничениями некоторых конструкций ПЗС:

• менее дорогие ПЗС чувствительны к фоновому электрическому шуму, который может искажать "чистые" отсчеты цвета. С другой стороны, ПЗС, используемые в более совершенных планшетных сканерах, слайдовых сканерах и цифровых камерах, обладают гораздо более высоким отношением сигнал/шум и, следовательно, могут передать более чистые сигналы на АЦП;
• имеется неизбежный компромисс между габаритами ПЗС и светочувствительностью. Представьте себе ПЗС как ведро воды, чем меньше ведро, тем меньше воды в нем может храниться. Для получения более высокого оптического разрешения изготовители должны использовать ячейки ПЗС все меньшего размера, Чем меньше отдельные элементы, тем уже диапазон градаций яркости, который может различать каждый из них. Если сканируемый оригинал содержит полный диапазон тонов от белого до черного, способность ПЗС ввести все детали изображения весьма проблематична. В разделе "Динамический диапазон, диапазон плотности" этот вопрос обсуждается более подробно;
• кроме того, для ПЗС характерно явление, называемое перекрестными помехами. Чтобы лучше понять природу перекрестной помехи, представьте себе, что вы выходите из темного помещения на снежный ландшафт. От яркого света болят глаза, и вы временно слепнете, не в силах различать тонкие переходы между уровнями освещенности ландшафта Аналогичную природу имеет перекрестная помеха, когда свет насыщает плотно упакованные смежные элементы ПЗС, искажая чистоту сигналов, которые, как предполагается, "видит" каждый отдельный элемент. В результате в граничащих пикселях оцифрованного изображения возникает некоторое взаимное искажение цветов.

    Наиболее очевидное следствие "шумовых" битов - то, что в изображениях, оцифрованных с помощью сравнительно простых инструментов с ПЗС-датчиками, часто наблюдаются недостаточно непрерывные, гладкие переходы между смежными градациями яркости, не соответствующие номинальной разрядности битового представления. Изготовители сканеров и цифровых камер придумали несколько способов решения этой проблемы, например устройства, обладающие большей разрядностью битового представления на канал (10, 12 14 или даже 16). При этом шумовые биты можно сдвинуть достаточно далеко, и в конечном оцифрованном изображении остаются 256 (или более) чистых тонов на канал цвета. Это приводит нас к обсуждению динамического диапазона - фактора, который близко связан с глубиной изображения в битах и является одним из основных критериев качества сканирования.

   Динамический диапазон, диапазон плотности
    Если разрядность битового представления описывает общее число исходных градаций цвета или серого, которые может обнаружить сканирующее устройство, то динамический диапазон (иногда называемый диапазоном плотности) определяет гладкость переходов между смежными тонами в оцифрованном изображении. Эти термины могут относиться как к оригиналам, так и к сканирующим устройствам. Применительно к оригиналам, диапазон плотности имеет значение от 0 до 4.0D (optical dencity, оптическая плотность) и описывает непрозрачность прозрачных оригиналов или поглощательную способность отражающих оригиналов. Применительно к оцифровывающим устройствам, динамический диапазон описывает способность устройства воспроизводить тонкие тоновые изменения и выражает различие между самыми светлыми (dmin) и самыми темными (dmax) тонами которые может считывать данный инструмент. С ростом динамического диапазона (диапазона плотности) сканера или оригинала расширяется диапазон градаций яркости, который сканер может считывать, а оригинал задерживать или поглощать. Чем шире динамический диапазон устройства, тем больше видимых деталей изображения он может вводить. Это особенно справедливо для теней (самых темных областей изображения), где труднее всего точно считать детали изображения из-за ограниченного количества световой энергии, передающей теневые детали в режимах пропускания или отражения Динамический диапазон может отличаться даже среди сканирующих устройств с одинаковой номинальной разрядностью битового представления, так что при покупке инструмента уделите этому вопросу самое пристальное внимание и используйте пробные изображения для сравнения моделей. Необходимо также иметь в виду, что динамический диапазон - не единственный из основных факторов, определяющих качество сканирования, сканер, в котором использованы шумящие ПЗС-датчики, может производить "грязные" изображения независимо от того, сколь широкий динамический диапазон приведен в спецификации.

    Обычно барабанные сканеры обладают большим динамическим диапазоном и значением dmax, чем большинство других типов оцифровывающих устройств, и прозрачные оригиналы (пленки, слайды и диапозитивы) имеют более широкий динамический диапазон и более высокое значение dmax, чем отражающие оригиналы (фотоснимки и изображения, отпечатанные на бумаге). Другой фактор, влияющий на динамический диапазон при сканировании, -логарифмический (нелинейный) характер плотности. Для сканированных позитивов (отражающей печатной продукции, слайдов, рисованных оригиналов) обычно характерно большее сжатие тонов в тенях, а сканированные негативы (негативная пленка и диапозитивы) отличаются наибольшим сжатием в самых светлых областях. Никакое устройство ввода изображений не может на 100 процентов компенсировать эту тенденцию, но, конечно, широкий динамический диапазон помогает минимизировать подобное сжатие.

    Для получения сканированных изображений самого высокого качества выберите сканирующее устройство с динамическим диапазоном и значением dmax, соответствующими или превышающими требования наиболее "тяжелых" приложений, с которыми приходится регулярно работать. Например, планшетный сканер промежуточного класса с динамическим диапазоном 3,0 и dmax = 3,2 может легко вводить все тона в отражающих фотоснимках. Тот же сканер, оборудованный адаптером для диапозитивов, сможет адекватно вводить тональную информацию для большинства цветных слайдов коммерческого качества. Но для ввода всей информации со слайдов двойного формата и пленочных диапозитивов высочайшего качества, которые используются в дорогостоящей рекламе, потребовался бы барабанный сканер или очень высококачественный планшетный сканер. Если вам приходится не слишком часто оцифровывать высококачественные оригиналы, не стоит покупать дорогой инструмент высокого класса. Это справедливо и в том случае, если обычные ваши заказчики сканированных изображений - издания на немелованной бумаге или газеты, в которых воспроизводимый тоновый диапазон строго ограничен.

Совет: Изготовители устройств ввода изображения сравнительно низкого и среднего класса обычно не приводят в спецификациях динамический диапазон и значения dmax своего оборудования Рассматривая вопрос о приобретении устройства ввода изображения, уделите этому вопросу внимание и потребуйте от изготовителей включить в спецификацию значения dmax, dmm и динамического диапазона.