1.2.6. Сканирование штриховой графики

Штриховой графикой принято называть двуцветные, черно-белые изображения. Данное название весьма приблизительно отражает содержание этого богатого представителями класса изображений, поскольку в него входят оригиналы, разительно отличающиеся друг от друга по виду, содержанию и предметной области. По разряду штриховой графики числятся гравюры, некоторые типы логотипов, текстовые документы, распечатки факсов, технические чертежи и пр.
В растровых редакторах и программах сканирования штриховая графика обычно представлена моделями с возможными названиями: Line Art, Bitmap, Black and White, B&W, B&W Document. Независимо от названия это такой способ описания, в котором используется однобитовая глубина цвета. На каждый пиксел изображения отводится только один двоичный разряд, который способен хранить только два состояния точки - ее черный или белый цвет.
Можно предполагать, что возможности обработки таких простых изображений в растровых редакторах являются ограниченными. Действительно, в Photoshop к ним не применяется ни один фильтр, они не могут содержать несколько слоев, для таких изображений недоступны даже команды поворота, а средства тоновой коррекции просто не имеют смысла, поскольку штриховая графика не содержит промежуточных тоновых градаций.
На первый взгляд кажется, что сканирование штриховой графики - это очень простое дело, доступное даже для сканеров первых поколений. Тезис справедлив только с технической точки зрения: снять с оригинала точную сетку черных и белых точек способно даже самое примитивное устройство оцифровки. Но какой смысл в подобной операции, если большинство ресурсов растрового редактора будут недоступны для двуцветного изображения? С оригиналами в режиме Bitmap Photoshop разрешает выполнять только файловые операции и несколько команд раздела Image, главным образом связанных с изменением размеров.
В подавляющем большинстве случаев целесообразно игнорировать черно-белую природу оригиналов штриховой графики и сканировать их в режиме Grayscale. Photoshop располагает развитыми средствами преобразования полутоновых изображений в режим Bitmap. Это и штатные команды редактора, и множество методик, разработанных сообществом пользователей программы за много лет ее эксплуатации. Такое преобразование можно осуществить под полным контролем пользователя и после предварительной подготовки оригинала.
Основная проблема, которая может возникнуть при обработке оригиналов штриховой графики в режиме Line Art, - это неровности граничных линий (jaggies). При большом увеличении этот дефект представляется в виде ступенчатого расположения точек черного и белого цвета. Ступеньки бывают особенно заметны на прямых линиях, расположенных под углом к горизонтали и вертикали. Если плотность оцифровки невелика, то дискретный характер изображения становится заметным для наблюдателя. В умеренных дозах этот эффект воспринимается как определенный художественный прием, при большой его интенсивности исчезают мелкие детали и графический образ теряет свою целостность.
Это принципиально неустранимая особенность выбранного способа представления изображений. Невозможно полностью ликвидировать дискретизацию и ступеньки изображений, хранящихся в режиме Bitmap, но вполне по силам уменьшить силу проявления этих дефектов. Этого можно добиться на этапе оцифровки или позднее средствами растрового редактора.
Качество двуцветной картинки в значительной степени зависит от выбранной плотности оцифровки. При высоких установках разрешения сканирования удается захватить большее количество точек оригинала, а следовательно, точнее передать мелкие детали образа и тонкие градации тона. Чем выше разрешение сканирования, тем меньше размер снятой точки, в результате намного более точно передаются все нюансы графики. Справедливость этого тезиса подтверждает пример, показанный на рис. 1.13, где представлены три варианта одного изображения, обработанного с разными значениями разрешения. Левый вариант сканирован с плотностью 150 dpi, средний - 300 dpi, правый - 600 dpi.

Рис. 1.13. Варианты изображения, оцифрованные с различной плотностью. Увеличение разрешения сканирования черно-белых оригиналов позволяет получить более качественное изображение

С точки зрения затрат памяти модель Bitmap является одной из самых экономных: на каждый пиксел изображения в ней отводится всего лишь один двоичный разряд. По этой причине увеличение разрешения сканирования не влечет за собой быстрый рост размеров графических файлов, как это часто случается при обработке оригиналов с большой глубиной цвета. Если сканировать с разрешением 300 dpi полную страницу формата А4, то графический файл займет размер немного меньше двух мегабайт. Для любого полноцветного режима оцифровки пришлось бы платить десятками (а то и сотнями) мегабайт дискового пространства.
Если в режимах RGB и Grayscale увеличение разрешения- это важное мероприятие, которое всякий ответственный оператор должен тщательно обосновать, то при обработке черно-белых оригиналов инстинктивное желание пользователя «заложить побольше» находится в полном соответствии с объективными физическими закономерностями.

На заметку! В любом наставлении по растровой графике приводятся соображения об опасности или нецелесообразности использования интерполированного разрешения. В книге об этом говорилось не раз, но нет правил без исключений. Штриховая графика — это тот нетипичный класс объектов, для обработки которых может оказаться оправданным интерполированное разрешение. Недостаточно высокое оптическое разрешение сканера - вот обычная причина, заставляющая использовать этот прием. Качественная обработка текста может потребовать оцифровки с плотностью 600 dpi и даже выше, тогда как для многих офисных приборов 300 dpi является потолком.

Как и в большинстве ситуаций, задачу выбора рационального разрешения сканирования лучше решать с конца. Будем считать, что изображение предназначено для просмотра на экране. В этом случае обработка черно-белого оригинала как полутонового (в режиме Grayscale) становится почти неизбежным делом. В самом деле, разрешение современных мониторов не превосходит 150 dpi, а для самых популярных экранных размеров оно значительно меньше этого максимального предела. При такой незначительной плотности только редкие изображения будут свободны от видимых ступенек на границах областей и линий. Особенно сильно потеря качества отражается на текстовых фрагментах сканированных изображений. Границы букв теряют свою гладкость и как бы разлохмачиваются, что особенно заметно на символах большого размера, выполненных курсивом. Если обработать оригинал в режиме Grayscale, то сканер захватит точки промежуточных тонов, которые сгладят резкие переходы между черными и белыми областями (см. рис. 1.14).

Рис. 1.14. Текстовый фрагмент, сканированный в режимах Grayscale и Line Art. Несмотря на загрязнения фона полутонового варианта, более гладкая кромка букв и резерв повышения качества делают его выбор более предпочтительным

На рис. 1.14 показаны два варианта одной книжной обложки, оцифрованных в режимах Line Art и Grayscale и с одинаковым разрешением. Оригинал специально расположен под углом, чтобы спровоцировать появление ступенек на границах букв. Пример показывает, что верхний образец, оцифрованный с учетом полутонов, имеет более мягкий, сглаженный контур букв. Если черно-белый вариант не поддается дальнейшему усовершенствованию, то полутоновая версия может быть значительно улучшена средствами растрового редактора. Простой настройкой тонового баланса можно убрать серый фон, а при помощи фильтров группы Sharpen (Резкость) увеличить четкость букв.
Существует немного практических ситуаций, когда требуется обрабатывать штриховую графику в ее природном, черно-белом варианте. Этого, например, требуют некоторые программы распознавания символов (OCR), работа с факсимильными сообщениями часто диктует выбор этого режима. Именно так следует обрабатывать текстовые документы, предназначенные для вывода на лазерный или струйный принтер.
При выводе на печать черно-белых изображений принтеру нет необходимости использовать алгоритмы полутонового растрирования или псевдосмешения. Печатные версии изображений получаются напрямую, нанесением черных точек тонера или красителя на соответствующие позиции бумажного листа. Поскольку нет полутонов и цветовых переходов, то печатающее устройство не имитирует растры или стохастические узоры, а работает, так сказать, «в полную силу», по принципу взаимнооднозначного соответствия пикселов и печатных точек.
Из этого утверждения можно сделать очень важный вывод. Разрешение сканирования объектов штриховой графики, предназначенных для вывода на печать, должно совпадать с разрешением печати. Если изображение будет отпечатано с разрешением 600 dpi, то его следует оцифровать с той же плотностью. Печать с разрешением 1200 dpi диктует выбор такого же высокого разрешения сканирования. Если изображение будет выводиться на профессиональное печатающее оборудование, обладающее очень высокими техническими характеристиками, то для соблюдения соответствия разрешений можно воспользоваться интерполяцией (если сканер не обладает столь высокими оптическими характеристиками).
При определенных условиях принцип соответствия разрешений и требование повышения плотности оцифровки могут противоречить друг другу. Пусть, например, требуется отпечатать документ с обширными текстовыми фрагментами на лазерном принтере с максимальным разрешением 300 dpi. Если ориентироваться только на выбранное устройство печати, то для сканирования оригинала следует задать плотность, равную 300 dpi. С другой стороны, такое разрешение сканирования может оказаться недостаточным для получения текста высокого качества.
Если принять решение об обработке черно-белого оригинала как полутонового объекта (т. е. в режиме Grayscale), то можно избежать многих ловушек такого типа. Программы распознавания символов очень критичны к типу объектов, предлагаемых для обработки. Лучшие результаты дает распознавание страниц, сканированных в режиме Line Art с разрешением 300 dpi. Если страница содержит проблемные фрагменты (загрязненные или поврежденные области, мелкий текст и т. п.), то для спешного распознавания они нуждаются в предварительной обработке. Такие образцы следует сканировать с учетом полутонов, затем передать в растровый редактор, средствами которого выполнить подготовительные мероприятия, необходимые для результативного распознавания.