8. Обработка и формирование графических файлов

 8.1. Работа с цветами и полутонами

8.1.3. Аппроксимация полутонами

Аппроксимация полутонами – это метод, в котором используется минимальное количество уровней интенсивности для получения большого количества полутонов.  

Стефаном Хагеном в 1880 году был изобретен метод полутоновой печати, в котором большое количество фотографических полутонов серого цвета реализуется с помощью двухуровневой среды: черная краска на белой бумаге.  

Полутоновая печать использует дискретные клетки. Размер клетки выбирается в зависимости от мелкозернистости решетки и продолжительности экспозиции. Для газетной печати используется 50-90 точек на дюйм.  

Метод полутонов базируется на свойстве зрительной системы интегрировать, то есть сглаживать дискретную информацию.  

В противоположность полутоновой печати, в которой используются переменные размеры клеток, в методе конфигурации размеры клеток фиксированы. Для изображения с фиксированным разрешением несколько пикселов объединяются в конфигурации. На рис.8.2 показана одна из возможных групп конфигураций для двухуровневого черно-белого дисплея. Для каждой клетки используются четыре пиксела. При такой организации получается пять возможных уровней или тонов серого цвета. При выборе конфигураций следует проявлять внимание, так как могут возникнуть неблагоприятные мелкомасштабные структуры. Например, не следует применять ни одну из конфигураций, изображенных на рис.8.2b, c, поскольку это может привести к тому, что для большой области с постоянной интенсивностью на изображении проявятся нежелательные горизонтальные или вертикальные полосы. 

Рис. 8.2. Двухуровневые конфигурации 2´2

Количество доступных уровней интенсивности возможно увеличить с помощью увеличения размера клетки. Конфигурации для клетки 3´3 пикселов обеспечивают десять уровней интенсивности.    

Клетки не обязательно должны быть квадратными. На рис.8.3. изображенная клетка 3´2 пикселей, дающая семь уровней интенсивности.  

Рис. 8.3. Двухуровневые конфигурации 3´2

Если имеется возможность использовать различные размеры точек, то количество уровней интенсивности увеличивается.  

Использование конфигураций ведет к потере пространственного распределения, что приемлемо в случае, когда разрешающая способность изображения меньшая, чем в дисплея.  

Разработаны методы улучшения визуального разрешения при сохранении пространственного. Простейший из них состоит в применении порогового значения для каждого пиксела. Если интенсивность изображения превосходит некоторую пороговую величину, то пиксел считается белым, в противном случае – черным. Пороговую величину, как правило, устанавливают равной половине максимальной интенсивности.  

При пороговом методе теряется большое количество мелких деталей. В особенности это характерно для волос и черт лица. Мелкие детали теряются через относительно больших ошибок выводимой интенсивности для каждого пиксела.  

В методе, разработанном Флойдом и Стейнбергом, эта погрешность распределяется на соседние пикселы. Распределение погрешности выполняется всегда вниз и вправо. Таким образом, при генерации изображения в порядке сканирования возвращаться обратно не нужно. В частности, в алгоритме Флойда-Стейнберга 3/8 погрешности распределяется вправо, 3/8 вниз и 1/4 – по диагонали. Порог интенсивности  выбирают равному Т=(белый+черный)/2  (рис.8.4.).

Рис. 8.4. Распределение интенсивности в алгоритме Флойда-Стейнберга 

Распределение погрешности на соседние пикселы улучшает вид деталей изображения, так как информация о мелких деталях не теряется.  

Контрольные  вопросы.

1.  В каких случаях применяется аппроксимация полутонами ?   

2.  Дайте характеристику метода Хагена ?  

3.  Чем определяется количество полутонов в методе Хагена ?  

4.  В чем состоит суть метода Флойда-Стейнберга ? 

     Содержание