Logo

Ach te piksele! Teoria obrazu

Pracując z grafiką bitmapową albo zdjęciami często spotykamy się z nie całkiem zrozumiałymi kwestiami dotyczącymi zarówno obrazów cyfrowych jak i urządzeń które te obrazy wyświetlają. Rozdzielczość to pojęcie które w różnych kontekstach może znaczyć coś zupełnie innego, podobnie jak wymiary zmieniają się gdy zmienia się gęstość zapisu.  Spróbujmy zatem zrozumieć jakie parametry decydują o rodzaju cyfrowych obrazów oraz kiedy posługujemy się poszczególnymi z nich.

 

Cyfrowy obraz- co trzeba o nim wiedzieć

Każdy  cyfrowy obrazek zapisany w komputerze posiada parametry które go opisują i w zależności od kontekstu będziemy posługiwać się poszczególnymi z nich:

  • Wymiary obrazu
  • Rozdzielczość obrazu (gęstość)
  • Rozmiar pliku (waga)
  • Formaty plików graficznych

Przyjrzyjmy się każdemu z tych parametrów:

 

ikony wymiaryWymiary obrazu cyfrowego

Wymiary obrazu mówią nam o tym ile obrazek ma szerokości i długości a jednostką miary jest najczęściej piksel.  Możemy posłużyć się również centymetrami czy innymi bardziej tradycyjnymi jednostkami miary, ale w przypadku obrazków wyświetlanych na monitorach piksel jest bardziej uniwersalny i użyteczny.

 

ikony rozdzielczoscRozdzielczość obrazu cyfrowego

Rozdzielczość obrazu to gęstość jego zapisu wyrażana w pikselach na cal długości (nie kwadratowy). Inaczej mówiąc jest to ilość pikseli jaką zawiera linia o długości jednego cala.  Im wieksza ilość pikseli  tym lepsza jakość.
W zależności od przeznaczenia pliku pożądana jest różna rozdzielczość. Jeżeli obrazek ma zostać wydrukowany w poligrafii lub drukarni powinna ona wynosić nie mniej niż 300ppi. Wynika to z dużej dokładności urządzeń drukujących, w których kropka zadruku jest zwykle dużo mniejsza od piksela monitora. Wysoka rozdzielczość jest zatem konieczna aby druk wyszedł dokładny.
Obrazy do prezentowania na stronach internetowych czy do wyświetlania na monitorach zapisuje się  zwykle w rozdzielczości 72ppi. Jest to optymalna rozdzielczość przy której obrazy są jeszcze na tyle dokładne, że nie tracą zbyt w odbiorze a jednocześnie pliki w takiej rozdzielczości nie zajmują wiele miejsca na nośniku, co jest szczególnie istotne kiedy umieszcza się obrazki na serwerach. Innym niemniej ważnym powodem jest to, że wokół tej wartości oscylują zwykle rozdzielczości monitorów komputerów (choć powoli się to zmienia) co daje nam pewność, że obrazek zostanie wyświetlony nie za duży ani nie za mały. O rozdzielczościach monitorów będzie dalej.

Często i wielu materiałach i specyfikacjach błędnie używa się jednostki dpi zamiast ppi. Dpi- dots per inch (plamek na cal), to jednostka miary stasowana w odniesieniu do urządzeń drukujących, podczas kiedy ppi- piksel per inch (pikseli na cal) to jednostka stosowana do pomiaru gęstości zapisu obrazów cyfrowych.

 Zobaczmy jaki ma wpływ rozdzielczość obrazu na jego wygląd. Ten sam obraz zapisany w różnych rozdzielczościach, ale tym samym rozmiarze (500x333px):

 

Ale zaraz, coś tu nie gra! Jak zmniejszam rozdzielczość obrazka w Fotoszopie lub Gimpie to nie pojawiają się piksele tylko cały się zmniejsza! Dlaczego? Ano dlatego, że większość programów graficznych podczas zmiany rozdzielczości dokona ponownego przeliczenia i dopasowania wielkości obrazka do nowych parametrów. Operacja ta nazywa się interpolacją i ma na celu dbanie o to aby nasz obraz zawsze wyglądał możliwie najlepiej. Zagadnienie szerzej opisane jest nieco dalej.

 

ikony formatFormaty plików graficznych

Pliki graficzne należało by podzielić na bitmapowe grafiki i obrazy wektorowe. Te drugie pomińmy z racji tego, że w tym artykule zajmujemy się wyłącznie obrazami bitmapowymi.
Formatów obrazów bitmapowych jest mnóstwo. Jedna grupa to pliki bezstratne, czyli takie które zachowują wszelkie informacje o obrazie (np. popularny TIFF albo surowe pliki z matryc aparatów fotograficznych, tzw rawy).
Druga grupa to cała masa plików graficznych z kompresją stratną, czyli takich przy tworzeniu których dochodzi do pozbycia się części informacji o obrazie. Dzięki temu uzyskujemy pliki o małej  wadze i przyzwoitej jakości. O stopniu kompresji możemy najczęściej zdecydować podczas zapisywania takiego pliku w programie graficznym. Najpopularniejsze formaty to JPG, PDF, GIF oraz PNG. Ten ostatni jest najbardziej uniwersalny bo oprócz tego, że oferuje naprawdę dobrą jakość obrazu przy małej wadze to jeszcze daje nam możliwość zapisu obrazu bez tła. PDF jest z kolei plikiem najczęściej pożądanym przez poligrafie i drukarnie, głównie ze względu na wysoką jakość oraz zaawansowane funkcje zapisu profili kolorystycznych.

 

ikony rozmiarRozmiar obrazu cyfrowego (waga)

Dla uniknięcia nieporozumień związanych z podobnie brzmiącymi pojęciami (wymiary, rozmiar) można posługiwać się pojęciem zajętość, waga lub wielkość pliku. Parametr ten określa ile miejsca zajmuje obraz na dysku. Waga pliku wyrażana jest w bajtach: KB, MB, GB. Na rozmiar obrazu bezpośredni wpływ mają opisane wcześniej parametry. Im większe wymiary obrazu i większa rozdzielczość, tym większy rozmiar pliku. Rozmiar determinują także format zapisu oraz takie czynniki jak rodzaj przestrzeni barwnej w jakiej obraz został utworzony, zastosowane profile kolorów czy głębia kolorów.

 


Interpolacja- czyli skalowanie (prawie) bez utraty jakości

Jak już zostało wspomniane wcześniej, aby pomniejszyć lub powiększyć obrazek, program którego użyjemy dokona przeliczenia obrazka rekompensując przy tym straty za pomocą odpowiednich algorytmów. Proces ten nazywa się interpolacją. Dzięki temu nigdy nie zobaczymy tzw. pikselozy, interpolacja ma zapobiegać jej powstaniu. Niemniej należy pamiętać, ze raz pomniejszony obraz bezpowrotnie utraci część swojej jakości, a przy ponownym jego powiększeniu interpolacja będzie tylko z lepszym, bądź gorszym skutkiem próbować sztucznie naprawiać ten brak.

Obrazek oryginalny (rozdzielczość: 300ppi)Obrazek oryginalny (rozdzielczość: 300ppi)

Obrazek po pomniejszeniu do 50ppi i ponownym powiększeniu bez interpolacji
Obrazek po pomniejszeniu do 50ppi i ponownym powiększeniu bez interpolacji

Obrazek po pomniejszeniu do 50ppi i ponownym powiększeniu z interpolacją. Program próbuje „domyślić” się kolorów powstałych przy powiększeniu pikseliObrazek po pomniejszeniu do 50ppi i ponownym powiększeniu z interpolacją. Program próbuje „domyślić” się kolorów powstałych przy powiększeniu pikseli

Interpolacja działa także podczas pomniejszania obrazu. Program musi w inteligentny sposób zdecydować których pikseli się pozbyć a które zostawić aby pomniejszony obraz był jak najbardziej czytelny.

Obrazek zmniejszony z 300 do 50 ppi bez interpolacji

Obrazek zmniejszony z 300 do 50 ppi bez interpolacji

Obrazek zmniejszony z 300 do 50 ppi z interpolacją

Obrazek zmniejszony z 300 do 50 ppi z interpolacją

 

Rozdzielczość monitora.

Każdy ekran wyświetlający również ma swoje parametry od których zależy sposób wyświetlania. Podstawowe to rozdzielczość i przekątna. W przypadku rozdzielczości mamy do czynienia z pewnym niedopowiedzeniem. Jako jej wartość podaje się wymiary matrycy w pikselach, podczas gdy powinna to być (podobnie jak w cyfrowych obrazach) ilości pikseli wyświetlających na cal długości matrycy. Ale żeby nie mieszać pozostańmy przy przyjętym znaczeniu tego słowa, co się zaś tyczy ilości pikseli na cal to będziemy to nazywać gęstością matrycy. Tak więc przykładowo rozdzielczość ekranu to np. 1920x1080px a przekątna to 23”. Mając do dyspozycji te dwa parametry możemy obliczyć gęstość gdyż wszystkie trzy parametry są ze sobą ściśle powiązane.
Dla przykładu posłużę się moim monitorem którego ekran ma szerokość ok 50,9 x 28,6cm. Na długim boku zmieszczono 1920 pikseli, a na krótkim 1080. Czyli 50,9cm = 1920px. Policzmy ile pikseli wypadnie na centymetr długości matrycy:
1920 / 50,9 = 37,7.
A ponieważ 1 cal to 2,54 cm to 37,7 x 2,54 = 95,8.
Zatem w przybliżeniu mój monitor ma gęstość 96ppi. To całkiem nieźle jak na monitor tej wielkości.

 

Ciekawostka. Zobaczmy jak to wygląda w przypadku przeciętnego smartfona:
Rozdzielczość ekranu to 720x1280px, wielkość fizyczna to 10,4x5,9cm.
1280 : 10,4 = 123. 123 x 2,54 = 312ppi. Od razu widać jaka jest różnica technologiczna pomiędzy ekranami komputerowymi a tymi stosowanymi w urzadzeniach przenośnych. Z kolei odwrotnie jest z telewizorami gdzie rozdzielczość taka jak w moim 23 calowym monitorze występuje zwykle w telewizorze fizycznie trzykrotnie większym wyposażonym w Full HD.

  
10cmAle po co w ogóle zwracam uwagę na ów zagęszczenie matrycy. Otóż w praktyce jeśli chcemy wyświetlić obrazek albo jakiś obiekt graficzny na naszym monitorze w skali 1:1 to musimy nadać mu rozdzielczość taką jaką ma nasz monitor. Albo inaczej- aby centymetr na monitorze równy był centymetrowi na linijce przyłożonej do ekranu, rozdzielczość obrazu misi być równa rozdzielczości monitora (obok- utworzony w photoshopie kwadrat o dł. 10x10cm, rozdzielczość 96dpi).

Producenci monitorów zamiast rozdzielczością ekranu wyrażoną ilością pikseli na cal posługują się innym, niewiele mówiącym parametrem czyli wielkością piksela. Jeśli monitor ma piksele wielkości 0.265mm to wygląda to po prostu lepiej w specyfikacji urządzenia, bo wydaje nam się przez to, że te piksele są super małe. Z kolei liczba 96 w kontekście rozdzielczości nie zrobi na nas żadnego wrażenia i wyda nam się, że to bardzo mało a w gruncie rzeczy to jedno i to samo. Ach ten marketing.

Rozdzielczość a aparat fotograficzny.

Na koniec jeszcze tylko kilka słów o jednostkach stosowanych w odniesieniu do cyfrówek. W cyfrowych aparatach fotograficznych rozdzielczość matrycy wyraża się w megapikselach. Jest to liczba elementów rejestrujących światło. Przedrostek mega to w tym wypadku to samo co milion. Przekonajmy się jak te miliony pikseli przekładają się na wymiary obrazu. Przykładowo mamy aparat z matrycą 16,2Mpx. Pozwoli to na uzyskanie zdjęcia o maksymalnych wymiarach 4928 x 3264px. Jeśli 4928 pomnożymy przez 3264 da nam to 16 084 992 czyli ponad 16 milionów. Obraz generowany przez współczesne aparaty zazwyczaj posiada gęstość rzędu 300ppi (nawet w przypadku smartfonów). Daje nam to obrazek który możemy spokojnie wydrukować w wielkości 41 x 27cm bez straty jakości i widocznych pikseli. Super.
Z tego wszystkiego wynika, że im więcej megapikseli tym większy i dokładniejszy obraz powinniśmy otrzymać. W praktyce jednak nie zawsze to tak działa wiele zależy bowiem od jakości wykonania matrycy, jej fizycznej wielkości i przede wszystkim obiektywu. Są to skomplikowane kwestie związane z optyką i technicznymi aspektami matryc światłoczułych, ale w najogólniej rzecz ujmując wyścig na megapiksele nie wiąże się wcale z lepszą jakością zdjęć. Zwłaszcza w małych urządzeniach przenośnych. Często jest wręcz odwrotnie, mniejsza liczba pikseli pozwoli uzyskać lepszy obraz. Ale to już temat na zupełni inny wpis.

Dzięki za czytanie, zapraszam do komentarza.

Kowadlo Blog - Tomasz Kowal All rights reserved.