Читать книгу "Цифровое фото на 100%"

В векторной графике изображения описываются с помощью математических формул. Так, например, из школьного курса математики известно, как формулами описать такие графические примитивы, как линия, треугольник, квадрат или круг (рис. 2.3). Более сложные фигуры можно построить на основе этих простых фигур.

Рис. 2.3. Математическое описание площади круга

В векторной графике любые фигуры можно построить из небольшого количества контрольных точек, соединенных кривыми Безье. Именно этот метод используется для рисования в векторных графических программах.

К достоинствам векторной графики относится возможность ее масштабирования практически без искажений, а также малый размер файла, хранящего векторный рисунок.

Есть множество программ, которые можно использовать для создания и обработки векторных изображений. Как правило, такие графические редакторы (например, Adobe Illustrator CS, CorelDRAW 12 и Macromedia Freehand MX) служат для подготовки различных полиграфических изданий.

Характеристики растровой и векторной графики в их сравнении приведены в табл. 2.1.

Таблица 2.1. Сравнение растровой и векторной графики

Все цифровые изображения можно описать несколькими характеристиками, которые определяют их физический размер (количество битов памяти, необходимое для хранения файла изображения) и качество. Эти характеристики взаимосвязаны. Например, чем выше качество фотографии, тем, как правило, больше размер файла, в котором она хранится. Для того чтобы определить, с чем связано качество цифрового изображения, необходимо познакомиться с такими понятиями, как разрешение и графические форматы.

Цифровое изображение формируется из крошечных элементов, называемых пикселами. Пиксел является основным элементом (кирпичиком) растровых изображений. Это единица измерения, принятая в компьютерной графике, аналогичная привычным для нас в повседневной жизни метру, килограмму или литру. Именно количество пикселов в изображении и обозначают термином разрешение.

Чем выше разрешение, тем большее количество пикселов содержит изображение и тем, соответственно, выше качество такого изображения, поскольку изображение с более высоким разрешением характеризуется большим количеством деталей.

При сканировании, а также съемке цифровым фотоаппаратом или видеокамерой осуществляется преобразование аналогового изображения в цифровую форму (оцифровка). В настоящее время для этой цели в основном используются сенсорные устройства.

Сенсоры представляют собой интегральные микросхемы, в которых реализован набор фоточувствительных элементов, конструктивно выполненных в виде линеек (как в планшетных сканерах) или матриц (как в случае цифровых камер). Чем больше количество элементарных фоточувствительных элементов в сенсоре, тем большее разрешение он обеспечивает.

Сенсоры с небольшим количеством фоточувствительных элементов не позволяют получить изображение с высоким разрешением. В таком изображении отдельные элементы (пикселы) могут быть видны невооруженным глазом, что приводит к проявлению ступенек, то есть эффекта пикселизации (рис. 2.4).

И наоборот, большое количество очень маленьких cветочувствительных элементов позволяет получать цифровую модель изображения, близкую к оригиналу.

В технической документации по эксплуатации сканеров в качестве единиц, определяющих их разрешающую способность, обычно используют количество точек на дюйм – dpi (dots per inch). То есть при установке режима сканирования необходимо задавать разрешение сканера в этих единицах, например 300 dpi.

ПРИМЕЧАНИЕ

В литературе вместо термина dpi (точек на дюйм) вы можете встретить термин ppi (pixels per inch) – пикселов на дюйм. Точка имеет форму круга, а пиксел – квадрата. Однако, для того чтобы в дальнейшем избежать терминологической путаницы, будем считать единицы измерения разрешения ppi и dpi синонимами.

Рис. 2.4. Пример пикселизации текста

Оптическое разрешение указывает реальное количество светочувствительных элементов в квадратном дюйме (1 дюйм = 2,54 см).

Интерполяционное разрешение является не физической характеристикой цифрового устройства, а характеристикой его программного обеспечения. Поэтому качество изображений, полученных с использованием интерполированного разрешения, зависит от качества алгоритмов интерполяции, реализованных в программе.

Например, в паспорте сканера может быть указано оптическое разрешение 1200 dpi, а программное – 24 000 dpi.

ПРИМЕЧАНИЕ

Многие профессиональные фотографы отрицательно относятся к увеличению разрешения фотоизображений не аппаратным, а программным путем, так как при уменьшении разрешения данные отбрасываются, а при увеличении программа их «придумывает». Другими словами, интерполяция искусственно добавляет элементы цифрового изображения, но не увеличивает количество деталей изображения.

Разрешение монитора

Разрешающая способность монитора связана с максимальным количеством точек, которое он может генерировать, и их размером, а измеряется числом точек в одной горизонтальной строке и числом горизонтальных строк экрана. При обычном на сегодня размере точки («зерне») 0,2 мм для 17-дюймовых мониторов стандартным является разрешение 1280 × 1024 dpi.

Разрешение принтера

Разрешающая способность лазерного принтера определяется количеством точек, которые принтер может напечатать на одном дюйме (dpi). Так, если лазерный принтер имеет разрешение 300 точек на дюйм, в одном дюйме он может напечатать 300 точек. Вы можете посмотреть разрешение установленного у вас принтера, выполнив команду Пуск ► Панель управления ► Принтеры и факсы (рис. 2.5).

Рис. 2.5. Окно выбора разрешения принтера Samsung ML-1200

Разрешение цифровой камеры

В цифровой камере свет, прошедший через объектив, попадает на светочувствительную матрицу (занимающую место пленки) – совокупность сенсоров CCD (ПЗС) или CMOS (КМОП), которые и выполняют оцифровку изображения. В процессе оцифровки изображения с цифровой камеры содержащаяся в нем информация конвертируется в набор чисел, организованных в виде матрицы, называемой битовой матрицей (bitmap). При этом каждой фотоячейке сенсора соответствует определенный числовой элемент в битовой матрице.

Светочувствительная матрица (сенсор) является главным (и самым дорогим) компонентом цифровой камеры. Качество получаемого изображения зависит в основном от разрешения сенсоров и качества оптики фотокамеры. В цифровых камерах основной единицей измерения разрешения является пиксел, его величина определяется размером отдельной ячейки ПЗС-матрицы.

Для изображений, введенных в компьютер с помощью цифровой камеры, разрешение может быть задано или в виде конкретного числа мегапикселов (мегапиксельный сенсор содержит 1 миллион фоточувствительных ячеек), или как растровое изображение с указанным числом пикселов по горизонтали и вертикали. Например, цифровая камера, имеющая 2,1-мегапиксельное сенсорное устройство, создает файл изображения размером 1792 × 1200 пикселов (сохраненный в формате JPEG).

После того как кадр в цифровом фотоаппарате снят, полученную картинку необходимо записать в память. Для этого чаще всего используется графический формат JPEG или TIFF. Причем для фотографа важен не столько формат записи, сколько возможности используемых в них режимов сжатия (желательно – с минимальной потерей качества), а также объем памяти в камере. Поговорим об этом подробнее.

Каждый из существующих сегодня форматов прошел естественный отбор, доказал свою жизнеспособность и практическую ценность. Все они имеют характерные особенности и возможности, делающие их незаменимыми в конкретных сферах применения: веб-дизайне, при печати, ретуши фотографий и других.

Все множество форматов, используемых для записи изображений, можно условно разделить на две категории:

■ хранящие изображение в растровом виде (BMP, TIFF, JPEG, PNG, GIF и др.);

■ хранящие изображение в векторном виде (WMF, CDR, AI, FH9 и др.).

Какому формату отдать предпочтение? Профессионалы знают, что лучше сохранять результаты работы в формате, который является «родным» для используемой программы. Например, в Photoshop – PSD, CorelDRAW – CDR, Flash – FLA Это позволит в максимальной степени реализовать возможности программы и застраховаться от неприятных сюрпризов. Однако в данной главе мы уделим внимание в основном растровым форматам, поскольку с фотографией приходится работать именно в растровых графических редакторах.

Растровое изображение (растр) напоминает сетку (таблицу) пикселов, которая в простейшем черно-белом варианте состоит из двух типов клеточек: белые или черные, которые могут быть закодированы, соответственно, ноликом или единичкой. В отличие от черно-белого, в цветном RGB-изображении, например, глубиной 24 бит каждый пиксел кодируется 24-битовым числом, поэтому в каждой ячейке битовой матрицы хранится число из 24 нулей и единиц. Теперь перейдем к рассмотрению наиболее распространенных форматов растровых изображений.

BMP

Формат BMP (от слова bitmap) – это родной формат Windows. Он поддерживается всеми графическими редакторами, работающими под управлением этой операционной системы. Применяется для хранения растровых изображений, предназначенных для использования в Windows, например в качестве фона вашего рабочего стола. С помощью этого формата вы можете задать глубину цвета от 1 до 24 бит. Предоставляет возможность применения сжатия информации по алгоритму RLE. Преимущества – очень быстрый вывод изображений, основной недостаток – огромные размеры файлов: размер BMP-файла = размер по горизонтали × размер по вертикали × глубину пиксела.

ВНИМАНИЕ

Формат BMP не подходит ни для фоторабот, ни для Веб, ни для печати, ни для переноса и хранения информации.

TIFF

Формат TIFF (Tagged Image File Format) является одним их самых распространенных среди известных в настоящее время форматов. Ему доступен весь диапазон цветовых моделей – от монохромной до RGB и CMYK. Файл TIFF-формата, созданный на IBM PC или совместимом компьютере, поддерживается операционной системой Macintosh и большинством Unix-подобных платформ. Он также поддерживается практически всеми основными пакетами растровой и векторной графики, программами редактирования и верстки текста. На сегодняшний день формат TIFF является лучшим выбором при импорте растровой графики в векторные программы и издательские системы.

В отличие от BMP, формат TIFF поддерживает ряд дополнительных функций:

■ дополнительные каналы (альфа-каналов, или, как их еще называют, каналов-масок);

■ возможность сжатия. Это свойство позволяет уменьшать размеры файла до 50% от исходного с помощью LZW-алгоритма сжатия, выполняемого практически без потери информации;

■ предварительное цветоделение, что актуально при использовании данного формата в полиграфии;

■ поддержка работы с многослойными изображениями.

Формат TIFF постоянно развивается. Восьмая версия Adobe Photoshop позволяет хранить в TIFF информацию о слоях, масках, использованных эффектах и др.

Уже было отмечено, что для получения растровых изображений (цифровых фотографий) высокого качества требуется высокое разрешение. Это, в свою очередь, сказывается на размерах графических файлов, которые с ростом качества непомерно увеличиваются. В подтверждение этому рассмотрим практический пример, в котором сравним размеры файлов одного и того же изображения, сохраненного в различных форматах. Для этого выполните следующее.

1. Откройте программу Adobe Photoshop и командой File ► Open (Файл ► Открыть) загрузите в нее одну из ваших цифровых фотографий. В нашем примере это снимок, показанный на рис. 2.6. В оригинальном варианте фотография имеет разрешение 1200 × 1600 пикселов.

Рис. 2.6. Оригинальное изображение, использованное в примере 2.1

2. С помощью команды File ► Save As (Файл ► Сохранить как) сохраните исходное изображение в различных форматах.

В нашем случае мы получили результаты, показанные в табл. 2.2.

Таблица 2.2. Размеры файлов различных растровых форматов

Как видно из табл. 2.2, файл изображения в формате JPG имеет минимальный размер, а TIFF без сжатия – максимальный (с разницей на порядок). Такое различие связано с тем, что в формате JPEG используется технология сжатия (компрессии) хранящейся в графическом файле информации. Поясним о чем речь.

Любой информации (в том числе и графической) свойственна избыточность, поэтому сжатие позволяет значительно уменьшить ее объем. Степень сжатия может колебаться в десятки и сотни раз: это зависит от типа данных и применяемого алгоритма. Однако сильное сжатие графической информации обычно связано с потерей качества. Существует множество алгоритмов сжатия, учитывающих те или иные особенности сжимаемой информации. Однако алгоритма, одинаково хорошо сжимающего файлы любых форматов, пока не создано. С самых общих позиций все существующие алгоритмы сжатия можно разбить на два больших класса:

■ сжатие без потерь;

■ сжатие с потерями.

Алгоритмы сжатия без потерь основаны на поиске и выбрасывании в растровом изображении повторяющихся элементов. Их можно запомнить один раз и впоследствии повторить необходимое количество раз. По алгоритму сжатия при необходимости полностью пиксел за пикселом восстанавливают исходное изображение. При этом в исходных данных ничего не теряется.

Метод сжатия без потерь (например, в формате TIF) очень эффективен для растровых рисунков, содержащих большие области однотипных элементов (например, в орнаменте) или однотонной закраски. В таких случаях можно получить коэффициент сжатия 10:1.

В основе алгоритмов сжатия без потерь лежит несколько методов. Например, при использовании метода сжатия LZW (Lempel-Ziv-Welch), разработанного в 1978 году израильтянами, графические данные сжимаются путем поиска одинаковых последовательностей во всем файле. Затем выявленные последовательности сохраняются в таблице, где им присваиваются более короткие ключи. Например, если в изображении имеются наборы из пурпурного, оранжевого и зеленого пикселов, повторяющиеся 10 раз, LZW выявляет это, присваивает данному набору отдельное число (например, 5) и затем сохраняет данные 10 раз в виде числа 5.

В отличие от сжатия без потерь, сжатие с потерями, наоборот, лучше всего работает с теми изображениями, на которых нет повторяющихся элементов или больших областей однотонной закраски. В растровом рисунке, который содержит множество соседних, незначительно отличающихся друг от друга пикселов (например, в фотографии моря), большие области могут заполняться пикселами одного усредненного цвета.

Поясним сказанное на примере. Представьте, что вы сжимаете (архивируете) фотографию с морским пейзажем. Реальное море имеет сложную структуру: темно-синие участки, светло-синие участки, голубые области, белые пятна облаков. По причине такого обилия цветов и получается большой размер файла. Однако при сжатии с потерями все оттенки синего и голубого заменяются одной синей (голубой) краской, все оттенки зеленого – одной зеленой краской, и так далее. В результате мы получаем сильно обедненную цветовыми переходами картинку моря, но зато – маленький и компактный файл.

В настоящее время существует несколько алгоритмов сжатия с потерями, самыми известными из которых являются JPEG.

Рис. 2.7. Окно JPEG Options

Важным моментом в применении сжатия с потерями является определение приемлемого уровня потерь. Уровень этот субъективен, то есть зависит от того, кто его оценивает, а также от ваших целей и задач. Если ваша оригинальная фотография предназначена для цветной печати в дорогом полиграфическом издании, то ни о каких приемлемых потерях не может быть и речи. Другое дело, если эта фотография предназначена для просмотра вашими друзьями на веб-странице, где одним из главных критериев является малый размер файла.

Тему приемлемого уровня потерь проиллюстрируем таким примером. В программе Adobe Photoshop командой File ► Open (Файл ► Открыть) откройте любую из ваших фоторабот, а затем сохраните ее на диске командой File ► Save As (Файл ► Сохранить как). В ходе этой команды появится окно Save As (Сохранить как), в котором нужно выбрать формат JPEG. Щелкните на кнопке Сохранить – откроется окно, показанное на рис. 2.7.

В данном окне вы можете выставить этот самый приемлемый уровень потерь, продвигая ползунок из положения small file (маленький файл) до положения large file (большой файл). Заметим также, что при качестве изображения (Quality) ниже восьми вашу фотографию ни в один журнал не возьмут!

О формате JPEG хотелось бы поговорить особо. На сегодняшний день формат JPEG (Joint Photographic Experts Group) является одним из наиболее распространенных графических форматов для сжатия файлов. Как уже отмечалось, в нем реализован алгоритм сжатия с потерями. Это означает, что в процессе сжатия изображения происходит частичная потеря хранящейся в файле информации. Поэтому в процессе применения этой процедуры сжатия приходится искать компромисс между степенью сжатия и качеством сохраняемого изображения. Чем больше сжатие, тем ниже качество, и наоборот.

Кодирование данных с помощью используемого в JPEG алгоритма сжатия осуществляется в несколько этапов, в ходе которых отбрасывается значительная часть информации о цвете (в зависимости от степени сжатия). Затем, в зависимости от выбранного вами уровня качества, отбрасывается определенная часть данных, характеризующих тонкие детали. Например, то, что практически потеряно в тенях и светах и для глаза будет незаметно (поскольку спектр деталей базируется на зрительном восприятии человека, крупные детали более заметны, чем мелкие).

Таким образом, чем выше уровень компрессии, тем больше данных отбрасывается и тем ниже качество. Используя JPEG, можно получить файл в 1-300 раз меньше исходного. При сохранении графических изображений в формате JPEG следует учитывать следующее:

■ JPEG лучше подходит для сжатия растровых изображений фотографического качества, чем для логотипов или схем. Это связано с тем, что в них больше полутоновых переходов, в то время как при сжатии однотонных заливок появляются нежелательные помехи;

■ нежелательно сохранять в JPEG-формате любые изображения, в которых важны тонкие нюансы цветопередачи (репродукции), так как во время сжатия происходит отбрасывание цветовой информации;

■ данный формат следует использовать только для сохранения конечного варианта работы, потому что каждое последующее сохранение приводит к новым потерям данных.

В этой части книги читатель познакомился с растровыми и векторными редакторами, узнал о разрешении и форматах графических файлов, об алгоритмах сжатия растровых изображений. Все это – обязательная минимально необходимая база для того, чтобы успешно двигаться дальше. В путь!

Часть II Анатомия цифрового аппарата (hardware)

Глава 3 Цифровая фотокамера и аксессуары

В этой главе приведены основные характеристики камер, от которых зависит их цена и качество. Итак, добро пожаловать в мир цифрового фото!

Объектив — система из линз, формирующая резкое изображение снимаемого объекта на плоскости матрицы цифрового фотоаппарата. Объектив является важнейшей частью любой фотокамеры, так как именно от него в наибольшей степени зависит качество получаемых изображений.

Важнейшей характеристикой любого объектива является его фокусное расстояние – расстояние от оптического центра объектива до плоскости светочувствительного сенсора. Именно фокусное расстояние определяет угол обзора камеры: чем больше фокусное расстояние, тем меньше угол обзора.

НОВЫЙ ТЕРМИН

Фокусное расстояние объектива измеряется в миллиметрах и представляет собой расстояние между оптическим центром объектива и элементом, на который записывается изображение. В обычных камерах роль такого элемента выполняет пленка, а в цифровых – светочувствительная матрица. Маленькое фокусное расстояние дает возможность запечатлеть более широкую область пространства, но объекты при этом получатся небольшими и будут располагаться в перспективе на значительном удалении друг от друга. При большом фокусном расстоянии все происходит наоборот: охватывается узкий сектор пространства, зато объекты увеличиваются в размерах и визуально сближаются.

Стандартным (нормальным, штатным) объективом обычно называют объектив с фокусным расстоянием, равным диагонали кадра. Нормальные объективы позволяют получать изображения с перспективой, близкой к восприятию человека, и имеют фокусное расстояние около 50 мм. Подобный объектив позволяет решить любые задачи, если есть возможность подойти к объекту или отдалиться от него.

У широкоугольных объективов фокусное расстояние составляет 20-35 мм или менее, а у длиннофокусных (телеобъективов) – 90 мм или больше.