4.2. Методы улучшения растровых изображений

4.2.1. Устранение ступенчатого эффекта – антиалиасинг (antialiasing)

В растровых изображениях с невысокой разрешающей способностью при создании реалистичных изображений достаточно серьёзной является проблема ступенчатого эффекта (aliasing).

Представим растр в виде плотно прижатых друг к другу квадратных яче- ек-пикселей, каждая из которых имеет площадьS. Для того, чтобы растровое изображение линии выглядело более гладким, можно цвет угловых пикселей заменить на некоторый оттенок, промежуточный между цветом объекта и цветом фона. Будем вычислять цвет пропорционально части площади ячейки растра Sx , покрываемой идеальным контуром объекта. Формула для расчёта цвета такова:

	Cx =	C × Sx + C f ×	(S - Sx )		(4)
				,
		S
где C – одна из компонент цвета линии,
C f	– аналогичная компонента цвета фона.
На	рисунке 24 показано увеличенное		растровое		изображение толстой

прямой линии с включенным эффектом антиалиасинга, на которое для сравнения наложен идеальный контур исходной линии.

Рисунок 24 – Прямая в растровой графике Формула (4) применяется ко всем трём компонентам цвета, например, в

палитре RGB.

Сглаживающие фильтры (smothing) – предназначены для обработки уже нарисованного изображения. Для сглаживания растровых изображений обычно используют алгоритмы цифровой фильтрации. Один из таких алгоритмов – локальная фильтрация. Она осуществляется путём взвешенного суммирования яркостей пикселей, расположенных в некоторой(квадратной) окрестности теку-

56

щего обрабатываемого пикселя (окошко, движущееся по растру). Базовую операцию такого фильтра можно представить так:

			1	imax	jmax
	Fx, y	=		å åPx+ j , y+i × M i-imin , j- jmin ,		(5)
			k i=imin		j= jmin

где P – значение компоненты цвета текущего пикселя, F – новое значение цвета пикселя,

К – нормирующий коэффициент, М – двумерный массив коэффициентов, который определяет свойства

фильтра (обычно этот массив называют маской),

jmax - jmin +1 и imax - imin +1 – размеры окна фильтра по горизонтали и по вертикали сответственно.

Если в ходе обработки новые значение цвета пикселей записываются в исходный растр, то они вовлекаются в вычисления для очередных пикселей и такую фильтрацию называют рекурсивной.

При нерекурсивной фильтрации просчитываются только исходные значения компонент цвета пикселей.

Примеры масок M / K размера 3×3:

			0	0	0					1	2	1
	1		0	1	1	,		1		2	4	2
	4						16
			0	1	1					1	2	1

Значение нормирующего коэффициента здесь выбрано равным сумме элементов маски. Этим обеспечивается сохранение масштаба яркости преобразованного растра. Фильтрация в модели RGB осуществляется по каждой компоненте цвета.

4.2.2. Эмуляция оттенков цвета – дизеринг (dithering)

Если графическое устройство не способно воссоздавать достаточное -ко личество цветов, тогда используют растрирование – независимо от того, растровое это устройство или нет (как например в полиграфии). Известно, что если смотреть на разноцветные точки с размерами меньше разрешающей способности глаза, то их цвет воспринимается как усреднённый цвет пикселя, создаваемого этими точками (телевидение).

57

Обычно для дизеринга используют квадратные ячейки размером2×2 (5 градаций цвета для двухцветного изображения), 3×3 (10 градаций, см. рисунок

25) и 5х5 (26 градаций). Для ячейки с размерами n ´ n можно получить n2 +1 различных градаций.

Рисунок 25 – Ячейки 3×3

Расчёт цвета, соответствующего одной из комбинаций пикселей в ячейке

	площадью S, имеющих только цвета C1 и C2 , проводится так:
	C =	C1 × S1 + C2 × S2		(6)
		S
	где S1 и S2 – части площади, занятые пикселями цветов C1			и C2 соответ-
	ственно.

Если ячейку представить в виде плотно прижатых квадратных пикселей, то от площадей легко перейдём к количеству пикселей соответствующего цвета в ячейке:

	C =	C1 ×m1 + C2 ×m2	(7)
		m1 + m2

где m1 + m2 = n2 .

Можно считать, что ячейки размером n ´ n образовывают растр с разрешающей способностью в n раз меньшей, чем у исходного растра, а глубина цвета возрастает пропорционально n2 .

В случае вышеприведенного растра на изображении видна достаточно чёткая «квадратная» структура. Для улучшения восприятия можно использовать диагональное расположение ячеек, сдвигая чётные строки ячеек или записывая структуру в квадратные ячейки по примеру ( см. рисунок 26).

58