Дефекты растровых изображений и их устранение

Дискретная структура растрового изображения приводит к некоторым искажениям машинно-сгенерированных изображений. Можно выделить два типа таких искажений: ступенчатость ребер (лестничный эффект) и некорректная визуализация тонких деталей или фак­туры.

Основная причина появления лестничного эффекта заключается в том, что отрезки, ребра много­угольника, цветовые границы и т. д. имеют непрерыв­ную природу, тогда как растровое устройство дискретно. Для представления от­резка, ребра многоугольника и т. д. на растровом устройстве необ­ходимо начертить их в дискретных координатах.

В алгоритмах разложения отрезка в растр и заполнения много­угольника, интенсивность или цвет пикселя определяются интенсивностью или цветом единственной точки внутри области пикселя — его центра. Если центр находится внутри, то активируется весь пиксель. Если центр нахо­дился вне, то вся область пикселя игнорируется. В результате по­лучается характерное ступенчатое, зазубренное ребро много­угольника или отрезок, рис. 3.24 а.

Рисунок 3.24 – Схема образования лестничного эффекта (а) и способ его устранения усреднением интенсивности пикселя (б)

Существует два метода устранения искажений изо­бражения такого рода.

Первый метод связан с увеличением разрешения растра. Таким образом, учитываются более мелкие детали, а ступени становятся неразличимо малы. Однако сущест­вует определенное ограничение на способность растровых графиче­ских устройств с ЭЛТ выводить очень мелкие растры. В настоящее время предел составляет около 2000 пикселей в строке.

Второй метод устранения искажений изображения состоит в размывании краев. При этом пиксель трактуется не как точка, а как конечная об­ласть. Интенсив­ность или оттенок пикселя определяется способом усреднения оттен­ков всех элементов, попадающих в эту область.

Стороны области пикселя образуют отсекающее окно. Для модулирова­ния интенсивности пикселя используется отноше­ние площади полученного в результате отсечения многоугольника к площади пикселя. Если внутри пикселя находится несколько много­угольников, то используется среднее взвешенное их атрибутов для модулирования атрибутов пикселя, рис. 3.24 б. В результате на границе закрашенной и не закрашенной зон создается плавный полутоновой переход, который визуально сглаживает ступенчатость — граница зрительно воспринимается гладкой. Пример изображения до и после устранения ступен­чатости приведен на рис. 3.25 а и б.

Рисунок 3.25 – Пример изображения до (а) и после (б) устранения лестничного эффекта

Второй тип дефектов растра — некорректная визуализация тонких деталей или фак­туры — наиболее заметно проявляется при отображении структур, состоящих из тонких линий, расположенных параллельно или под некоторым углом. Если толщина линий и расстояние между ними менее или близки к размеру пикселя, линии сливаются, образуя некоторые закрашенные или незакрашенные зоны сложной формы, т.н. муаровые узоры, рис. 3.26 а. Эффективного метода борьбы с такими эффектами практически не существует, поскольку и метод усреднения, и увеличение разрешения растра могут не дать необходимого эффекта, рис. 3.26 б, в. Поэтому при создании растровых изображений следует избегать подобных регулярных структур.

Рисунок 3.26 – пример дефектов изображения регулярной структуры без усреднения (а), после усреднения (б) и при увеличенном разрешении (в)