3.4.Устройства ввода. Цифровые фотоаппараты

Цифровой фотоаппарат (Рис. 3 .16) фактически представляет собой сканер, фиксирующий картинку, создаваемую объективом на его фоточувствительной ПЗС-матрице. Полученное изображение передается в компьютер, обычно по USB-интерфейсу. Главный параметр цифрового фотоаппарата – число пикселов, на которые разбивается картинка. Чем оно выше, тем более мелкие детали будут различимы. При 3 MPx (мегапикселах) и выше достигается качество отпечатка 1015см, сравнимое с обычной фотографией.

Рис. 3.16 – Цифровой фотоаппарат.

3.5.Устройства координатного ввода

Устройства координатного ввода обеспечивают ввод координат на плоскости, чаще всего при помощи перемещения пользователем некоторого объекта. Наиболее распространенное такое устройство – всем знакомая компьютерная мышь.

а) оптическая мышь	б) планшет
в) световое перо	г) трекбол

Рис. 3.17 – Устройства координатного ввода.

Современные модели оптических мышей (Рис. 3 .17, а) снабжены миниатюрной видеокамерой, фотографирующей поверхность с большой частотой, и процессором, рассчитывающим величину смещения между двумя последовательно сделанными снимками.

Планшет (Рис. 3 .17, б) состоит из чувствительной к нажиму поверхности и специальной ручки, учитывающей усилие нажима. Планшет часто используется дизайнерами в качестве электронной кисти.

Световое перо (Рис. 3 .17, в) когда-то являлось основным устройством координатного вода, но в последнее время фактически вышло из употребления – работа на вертикальной поверхности экрана неудобна по сравнению с работой с мышью или с планшетом.

Трекбол (Рис. 3 .17, г) является аналогом мыши, в котором пользователь вращает пальцами шарик. Трекбол не требует места на столе для своего перемещения и широко применяется в ноутбуках.

Экран типа "touch screen" позволяет непосредственно нажимать пальцем или специальной палочкой (стилусом) на его поверхность. Такие экраны широко применяются в различных справочных системах, автоматах продажи билетов, банкоматах, а также в карманных компьютерах (Рис. 3 .18), где чувствительный экран заменяет собой клавиатуру.

Рис. 3.18 – Карманный компьютер с экраном типа touch screen.

Все эти устройства не позволяют напрямую вводить третью координату при работе с 3D графикой. Вопрос удобного и простого ввода трехмерных координат пока ждет своего решения.

4.Свойства растровых изображений

Растровые изображения, в отличие от векторных, обладают рядом специфических свойств. К ним относятся разрешение, цветовая глубина, физический размер и применяемая цветовая модель.

Разрешение (resolution) – важнейший параметр растровой картинки. Разрешение показывает, на сколько пикселов разбивается единица длины изображения и традиционно меряется в точках на дюйм (dots per inch, dpi). Очевидно, чем выше разрешение, чем более мелкие детали будут четко показаны на изображении и тем больший объем памяти оно займет.

На Рис. 4 .19 показано одно и то же растровое изображение, выполненное с различными разрешениями.

а) 600dpi	б) 300dpi	в) 100dpi

Рис. 4.19 – Различные разрешения растрового изображения.

Ясно видно, что при низком разрешении возникает так называемый эффект пикселизации - картинка явно распадается на довольно крупные квадратики и изображение теряет четкость.

Выбор разрешения зависит прежде всего от дальнейшей судьбы изображения. Дело в том, что разрешение изображения должно соответствовать разрешению применяемого устройства вывода (Табл. 4 .2).

Табл. 4.2

Устройство вывода/применение изображения	Рекомендуемое разрешение
Только монитор (например, размещение в Интернете)	72..96dpi
Раcпознавание текста при помощи FineReader	300dpi
Струйный принтер	300..600dpi
Лазерный принтер	600dpi
Плоттер большого формата (свыше 3м)	18..30dpi
Плоттер среднего формата (А2..А0)	180..300dpi

С точки зрения качества отпечатка можно сказать, что изображение с разрешением 300dpi при качественной печати неотличимо от обычной фотографии. Именно с таким разрешением выполняется печать цифровых фотографий. В то же время обычные "химические" фотографии пока обеспечивают гораздо большее разрешение. На кадре пленки 35мм удается зафиксировать до 20 млн. "пикселов" (сгустков молекул серебра), в то время как лучшие на сегодняшний день цифровые фотоаппараты дают только 10..12 млн. пикселов.

С другой стороны, экранное разрешение в 72..96dpi более чем достаточно для восприятия изображений. В большинстве режимов работы монитора число пикселов на экране превосходит качество привычной телевизионной картинки. Так, в системе телевидения SECAM передается 625 строк изображения (в PAL и NTSC еще меньше), что заметно ниже качества картинки при разрешении монитора 1024768. Еще хуже качество изображения с видеомагнитофона стандарта VHS, дающего всего 240 строк. DVD-диски обеспечивают около 800 строк. Недостаточное разрешение телевизионных изображений компенсируется их просмотром с большого расстояния (3..4м), при этом мелкие детали "додумываются" человеческим мозгом. В целом же на сегодняшний день из всех применяемых носителей графической информации наилучшее разрешение (около 3000dpi) дает широкоформатная 70мм кинопленка. Приближается к такому уровню изображение специальных цифровых видеокамер Sony CineAlta с разрешением 1080dpi (Рис. 4 .20), специально созданных по заказу режиссера Дж. Лукаса для съемок фильма "Звездные войны: Эпизод II".

Рис. 4.20 – Цифровая камера Sony CineAlta с разрешением 1080dpi.

Цветовая глубина растрового изображения указывает, сколько памяти в битах будет выделено для хранения информации о цвете каждого пиксела. При глубине в 1 бит пиксел принимает только два значения – 0 и 1, соответствующие белому и черному цветам. Такой режим обычно называется Lineart и применяется, к примеру, при сканировании текста. Для работы с черно-белыми изображениями предназначен режим "Оттенки серого" [Grayscale], при котором на каждый пиксел выделяется 8 бит, дающих 2⁸=256 оттенков серого цвета. Наконец, в полноцветном режиме на пиксел выделяется 24 или 48 бит, что дает 2²⁴=16777216 и 2⁴⁸2.810¹⁴ оттенков соответственно. В подавляющем большинстве случаев устройства вывода цветных изображений (мониторы, особенно TFT, и струйные принтеры) не обеспечивают отображения цветов свыше 24 бит, к тому же человеческий глаз практически не замечает разницу между 16 миллионами и 2.810¹⁴ оттенков.

Вы сами можете легко проверить этот факт. В настройках свойств монитора есть пункт "Качество цветопередачи" (Рис. 4 .21). В большинстве случаев можно выбрать значения глубины в 16, 24 или 32 бита. Вряд ли вы сможете визуально заметить разницу между глубиной в 24 и 32 бита, хотя последний вариант требует гораздо большей загрузки процессора и замедляет работу всей системы.

Рис. 4.21 – Диалоговое окно установления цветовой глубины монитора (Windows XP).

Один из самых запутанных вопросов связан с соотношением разрешения и реального физического размера растрового изображения. Рассмотрим пример.

Пусть мы сканируем область изображения размером 2030мм (0.781.18 дюйма) с разрешением 300 dpi. При этом картинка будет разбита на 3000.78=234 пиксела по горизонтали и 3001.18=354 пиксела по вертикали. Теперь отсканируем ту же область с разрешением 600 dpi. Получим 6000.78=468 пикселов по горизонтали и 6001.18=708 пикселов по вертикали. Что же, при изменении разрешения картинка увеличилась в два раза?

Для растровых изображений существуют два отдельных понятия: пиксельный размер и размер отпечатка. Размер отпечатка может задаваться произвольно и зависит от возможностей вашего оборудования. Если умножить длину или ширину отпечатка в дюймах на разрешение, то получим пиксельный размер изображения:

Ширина, дюймов  разрешение, dpi = пикселов по горизонтали Высота, дюймов  разрешение, dpi = пикселов по вертикали

(0)

Пусть с цифрового фотоаппарата получена фотография размером 22721704 пиксела. C каким качеством можно напечатать такую фотографию на листе формата А4 (210297мм или 8.211.6 дюйма)?

Из (0) имеем следующие уравнения:

8.2  X = 1704

11.6  Y = 2272

Обратите внимание, что длинная сторона снимка в 2272 пиксела располагается по длинной стороне листа. Получаем X  207, Y  195. Таким образом, на листе формата А4 можно получить отпечаток с разрешением примерно 200dpi – вполне приемлемо для такого формата.

Решим обратную задачу. Мы хотим получить отпечаток 1015см (46 дюйма) с разрешением 300dpi. Какой пиксельный размер изображения для этого понадобится? Получаем следующие уравнения:

6  300 = X

4  300 = Y

Отсюда X = 1800, Y = 1200. Всего в картинке должно быть 18001200=2160000 пикселов или 2,16MPx. Следовательно, для получения отпечатка желаемого качества нужен цифровой фотоаппарат с матрицей более 2MPx.