Почетак > Razno > 2. Razred: Rezolucija i interpolacija

2. Razred: Rezolucija i interpolacija

Rezolucija i interpolacija

U ovom broju, Mikro 10/2007
KOLIKO GOD FOTOGRAFIJA LEPO IZGLEDALA NA EKRANU, SVAKO OD NAS ĆE KAD-TAD POŽELETI DA SVOJE NAJBOLJE RADOVE VIDI U REALNOSTI – NA PAPIRU U ALBUMU, U RAMU NA STOLU, ILI NA ZIDU GALERIJE. NA VELIKIM POVEĆANJIMA, NAJBOLJE FOTOGRAFIJE DOBIJAJU NOVI KVALITET KOJI SE NE MOŽE OPISATI, NITI ZAMENITI MA KAKVOM ELEKTRONSKOM PREDSTAVOM. KOLIKO NAM PIKSELA TREBA DA BISMO SVOJ RAD PONOSNO PREDSTAVILI SVETU?
digfottable.jpg
Odnos između broja piksela, zauzeća memorije, veličine slike (apsolutna rezolucija) i dimenzija povećanja (relativna rezolucija)

Apsolutna i relativna rezolucija
Od početka digitalne ere u fotografiji, odvija se trka u razvoju senzora sa sve većim brojem piksela. U skladu s načelom „veće je lepše“, reklamne kampanje su kod prosečnog korisnika stvorile uslovni refleks da je slika uvek bolja ukoliko ima više piksela. Tako marketinški timovi svih velikih kompanija potrošačima šalju u podsvest poruku da „piksela nikada nemate dovoljno“. Iako to samo po sebi nije tačno, nisu retke situacije u kojima nam zaista treba povećanje van okvira postojeće rezolucije.

02.jpg
Shema rasporeda piksela na senzorima Bayer.

Prvi korak ka razjašnjenju pojma „dovoljne rezolucije“ jeste sagledavanje rezolucije kojom raspolažemo. Apsolutnu rezoluciju slike možemo videti (i promeniti) ako u Photoshopu aktiviramo stavku Image/image size. Tu se istovremeno vide veličina slike u pikselima i dimenzije buduće papirne kopije za određenu relativnu rezoluciju, izraženu u pikselima po inču ili centimetru.

z tabele je jasno vidljivo zbog čega nam je potrebna što viša apsolutna rezolucija. Na taj način se već u početku obezbeđuju uslovi za izradu kvalitetnijih povećanja na izabranom mediju (u štampi, na foto-papiru, reklamnoj ploči itd.). Međutim, većina izlaznih uređaja ima i sopstvenu „prirodnu“ rezoluciju, tako da relativna rezolucija zavisi od konkretnog izlaznog uređaja. Na primer, mlazni štampač Epson Stylus Photo 2200, koji provereno dobro štampa fotografije do formata 48 × 33 cm, ima rezoluciju 1.440 tačaka po inču, što znači da bi fotografija s popularnog DSLR modela Canon EOS 350D, odštampan u prirodnoj rezoluciji Epsonovog štampača, imao dimenzije od približno 6 × 4 cm. Svako odstupanje od ovih dimenzija na pomenutom štampaču podrazumeva interpolaciju.

03.jpg
Adobe Photoshop CS, uz uobičajene metode, sadrži i dve unapređene varijante algoritma Bicubic: Bicubic Smoother i Bicubic Sharper

Interpolacija kao sudbina
Digitalne fotografije, kao što je poznato, sastoje se od piksela. Piksel je najmanji element slike koju vidimo na ekranu, a to je u stvari tačka obojena jednom bojom. Proces povećanja slike može se sprovesti „rastezanjem“ piksela (tj. smanjenjem broja piksela po dužnoj jedinici, što je suštinski promena relativne rezolucije), ili postupkom interpolacije – ubacivanjem novih piksela između postojećih, uz proračun vrednosti njihovih boja na osnovu boje postojećih, okolnih piksela.

04.jpg
Okvir na fotografiji označava zonu koja je uveličana za približno 300 posto.

Interpolacija je neizbežan postupak već pri stvaranju digitalne fotografije na senzorima proizvedenim po zasada dominantnoj tehnologiji Bayer. Na senzorima fotoaparata, svaki piksel registruje samo po jednu boju: crvenu, zelenu ili plavu. Pikseli su raspoređeni tako da 50 procenata „prepoznaje“ zelenu, a crvenu i plavu boju „vidi“ po 25 procenata. Različite boje i nijanse na slici dobijaju se, pogađate, postupkom interpolacije, zasnovanom na broju okolnih piksela koji registruju određenu boju.

Ova vrsta interpolacije će iščeznuti kada počne masovna proizvodnja i ugradnja senzora čiji pikseli mogu da razlikuju sve boje, kao što to sada može jedino Foveon X3, senzor u refleksnim aparatima firme Sigma. Međutim, s tačke gledišta ovoga teksta, važniji su metodi interpolacije gotove slike, i to u dva smera – pri umanjenju i pri uvećanju.

04a-nearest%20neighbour.jpg
Rezultat primene algoritma Nearest neighbor.

Raster ili vektor?
Slika sastavljena od piksela naziva se još i rasterska slika. Pri smanjivanju rezolucije ovakve slike, na primer da bismo je prikazali na Internetu, postupak interpolacije se svodi na smanjenje broja piksela i od manje je važnosti za ovaj tekst, jer umanjena slika ima svrhu u kojoj detalji i nisu presudno važni. Jedino ćemo napomenuti da se detalji izgubljeni umanjenjem ne mogu vratiti nikakvim naknadnim postupkom povećavanja. Takva mađija ne postoji i zato za sve fotografe važi Zakon o zaštiti originala – bilo kakvu obradu ćete raditi na kopiji izvorne slike, a original neizostavno obezbedite snimanjem na CD ili na drugu lokaciju na čvrstom disku.

04b-bilinear.jpg
Rezultat primene algoritma Bilinear.

Mnogo zanimljiviji deo odnosi se na interpolaciju pri povećanju rezolucije. Pošto se detalji kojih nema ne mogu ni rekonstruisati, smisao ovog postupka zapravo je održavanje postojećih detalja slike na nivou prihvatljivom za određeno povećanje. Ukoliko ste iskusan korisnik Photoshopa, oslonićete se na svoje znanje i sami pripremiti snimak. Ako pak iskustva nemate, izradu snimka prepustite laboratoriji, jer mašine koje se tamo koriste po pravilu imaju uslužne programe koji to rade prilično dobro. Ali krenimo redom.

Tipove interpolacionih algoritama možemo grubo podeliti na adaptivne i neadaptivne. U neadaptivne spadaju nearest neighbor, bilinear, bicubic, spline, sinc, lanczos i slični, a prva tri su deo gotovo svakog programa za obradu slika.

04c-bicubic.jpg
Rezultat primene algoritma Bicubic.

Pokušaćemo da prikažemo efekat primene ovih metoda na fotografiji s koje je skinut uzorak od 300 procenata.

04d-knesonpro.jpg
Rezultat primene adaptivnog algoritma kompanije Kneson, ugrađenog u njen program Imagener.

Nearest neighbor (najbliži sused) najjednostavniji je metod i svodi se na razmatranje samo jednog piksela – onog najbližeg interpolacionoj tački. Vizuelni efekat nije prijatan, pošto dovodi do uočljive „pikselizacije“. Njegova jedina prednost je relativno brza obrada.

05.jpg
Najčešći problemi (artefakti) koji se javljaju pri povećanju pomoću neadaptivnih algoritama: 1. Nazubljene ivice#@# 2. Zamućenje#@# 3. Beli rub usled preteranog izoštravanja.

Algoritam bilinear je napredniji i složeniji metod, koji razmatra četiri piksela oko nove tačke da bi joj odredio prosečnu vrednost boje i osvetljenja. Rezultat su mnogo glatkiji prelazi, ali i očigledno zamućenje.

06.jpg
Snimak na bilbordu, povećanje s rezolucije 2180 × 1835 piksela – samo 4 MP.

Algoritam Bicubic ide korak dalje u odnosu na Bilinear. Razmatranje obuhvata 16 okolnih piksela, pri čemu u proračunu bliži imaju više uticaja na izgled interpolirane tačke od onih udaljenijih. Ovaj metod daje oštriju sliku i bolje rezultate od prethodna dva i izvesno predstavlja najbolji kompromis kvaliteta i brzine izračunavanja.

digfottable2.jpg
Odnos kvaliteta štampe i dimenzija fotografija

Spline i sinc, neadaptivni algoritmi višeg reda, u obzir uzimaju još veći broj okolnih piksela i stoga su složeniji za izračunavanje. Oni su korisni ako u obradi fotografije dolazi do rotacija ili distorzija. U suprotnom, ako se radi o čistom povećanju u jednom koraku, nemaju vizuelnih prednosti u odnosu na algoritam Bicubic.

Nažalost, čak i najnapredniji neadaptivni algoritmi relativno brzo pokazuju artefakte, vizuelno neprijatne pojave koje se javljaju kao posledica traženja balansa između povećanja i optimalnog prikazivanja detalja.

Kada je taj problem uočen, pojedine kompanije su pristupile usavršavanju adaptivnih algoritama, koji imaju određeni stepen „inteligencije“, jer pri obradi fotografija različito tretiraju oblasti kontinualnog tona od područja s oštrim prelazima.

07.jpg
PhotoZoom Pro ima specijalizovane algoritme za određene vrste fotografija, podržava 64-bitne slike i koristi se za procesiranje slika u medicini, bezbednosti i proučavanju svemira.

Na kontinualnom tonu oni primenjuju slične proračune kao i neadaptivni algoritmi, ali reaguju sasvim drugačije na područjima visokog kontrasta, odnosno na mestima gde se najpre javljaju neprijatni artefakti.

Prvi popularan program ovoga tipa bio je Genuine Fractals kompanije Altamira. On je isprva zamišljen kao sredstvo za fraktalnu kompresiju fotografija kako bi se omogućila njihova brža razmena tada sporim Internet vezama, ali uz očuvan kvalitet. Međutim, kvalitetan algoritam vektorizacije rasterske slike pokazao se i kao veoma pogodan za očuvanje detalja pri velikim povećanjima.
Mada su adaptivni algoritmi veliki napredak u tehnici interpolacije, ni oni nisu bez mana. Dopustite li posmatraču da takvom snimku priđe blizu, on će lako uočiti „nefotografski“ izgled neobično pravilno raspoređenih piksela. S druge strane, artefakti koje uvode adaptivni algoritmi mogu prevariti oko posmatrača i dati subjektivno veoma dobar izgled prirodnih tekstura, kao što su zelene površine na pejzažima.

Primena
Sve se, dakle, na kraju svodi na subjektivan utisak. Rezolucije modernih fotoaparata, čak i kompaktnih, danas su više nego dovoljne za izradu impresivnih povećanja, ali u praksi nije redak slučaj da vam treba samo deo slike, to jest najbolji kompozicioni isečak koji sadrži mali deo od ukupne rezolucije.

Da biste dobili najbolju fotografiju, morate znati koja rezolucija daje optimalan subjektivni utisak za određene dimenzije, na određenom izlaznom uređaju. Primera radi, materijal ćete za štampanje najčešće pripremati tako što ćete rezoluciju postaviti na dvostruku vrednost broja linija u štamparskom rasteru.Ukoliko želite da fotografija s rezolucijom prosečnog monitora od 1280 × 1024 piksela u publikaciji ima veće dimenzije od navedenih u poslednjem stupcu tabele, moraćete da posegnete za tehnikama interpolacije.

Brojni modeli mlaznih štampača uslovljavaju probe za najbolji rezultat, što ćete ustanoviti izradom fotografija na 240, 300 i 360 tačaka po inču. Ali ako fotografiju pripremate za određenu primenu, na primer za veliki reklamni pano (bilbord), pravila će biti izmenjena. Većina fotografija gigantskih dimenzija na bilbordima snimljena je u apsolutnoj rezoluciji ne većoj od šest miliona piksela. Pošto njih posmatrači gledaju sa udaljenosti na kojoj nije moguće ni uočiti artefakte, vizuelni utisak samim tim ostaje nenarušen.

Pod pretpostavkom da pripremate izložbu ili vam treba veliko uvećanje za direktnog naručioca, biće najbolje da se obratite fotolaboratoriji, jer ona može da izradi zadato povećanje na fotopapiru. Kompanija Noritsu u svoje mašine za izradu velikih formata ugrađuje provereni adaptivni algoritam firme Qimage, a očigledno je da oni nisu usamljeni, jer se sve veći broj korisnika odvažava na povećavanje snimaka do metarskih dimenzija. Pogledajte, na primer, svedočanstvo o tome na adresi http://www.grafphoto.com/articles/printdogma.html.

Mnogi moderni uređaji koji eksponiraju fotografski papir, kao što su Cymbolic Sciences Light Jet, Durst Lamda i sistemi Fuji Frontier (zastupljeni i u našim laboratorijama), dopuštaju kvalitetna povećanja sve do 72 tačke po inču, budući da su to uređaji „kontinualnog tona“. Autor ovih redova je imao prilike da vidi fotografiju snimljenu aparatom Fuji Finepix S7000 u rezoluciji 1637 × 1228, dakle sa svega dva miliona piksela, povećanu na dimenzije 30 × 40 cm. Fotografija je načinjena na sistemu Fuji Frontier, u relativnoj rezoluciji od oko 106 tačaka po inču, a rezultat je zaista impresivan – to treba videti.

Skrivanje artefakata
Ako vam ni ovolika povećanja nisu dovoljna, nakon izlaska iz okvira tolerancije možete pribeći tehnikama „skrivanja“ artefakata. Kao i u kulinarstvu, i ovde postoji onoliko „recepata“ koliko ima „kuvara“, pa ćemo navesti samo one koji bi trebalo da vas navedu na samostalno istraživanje.
Dugo je kao kvalitetan recept opstajala stepenasta (stairstep) interpolacija. U njenoj osnovi je ideja da se određeni snimak povećava do željenih dimenzija u koracima po 10 procenata. Fred Miranda, fotograf i programer, napravio je jeftin dodatak (plug-in) za Photoshop, koji se u izmenjenim verzijama i dalje može naći na njegovoj Web prezentaciji (http://www.fredmiranda.com/shopping/SIpro), ali je metod izgubio na privlačnosti kada se pokazalo da ne pruža znatnije prednosti nego nova implementacija algoritma Photoshop bicubic.Dabome, automatika i ne može sve sama, pa recept mora biti „začinjen“ ljudskom rukom. Prvi metod koji ćemo opisati je jednostavan i onoliko delotvoran koliko vremena potrošite na njega.
1.Počnite s kopijom originalne .jpg fotografije, ili ako imate mogućnost snimanja u formatu RAW, .jpg snimkom konvertovanom pomoću dodatka Adobe Camera Raw ili npr. programa Adobe Lightroom. Prilikom konverzije nemojte primenjivati komande za izoštravanje.

2.Povećajte snimak u jednom koraku za 200 procenata pomoću opcije bicubic smoother iz odeljka Image/image size.

3.Primenite komandu Filter/Sharpen/Unsharp mask… sa sledećim parametrima: Amount 500; Radius 0.5; Threshold 0.

4.Ponovite još jednom tu komandu, ali ovoga puta s parametrima: Amount 200; Radius 0.5; Threshold 0.

5.Dodajte monohromatski šum, koji će prikriti artefakte nastale interpolacijom i izoštravanjem, izborom komande Noise/Add Noise, s parametrima Amount 3% i Distribution Gaussian, i aktivirajte opciju Monochromatic.

Imajte u vidu da su parametri izabrani prema snimku rezolucije 6 MP i da u zavisnosti od motiva, možete ustanoviti da vama više odgovaraju donekle izmenjeni parametri. Ako niste zadovoljni početnim rezultatom, ne oklevajte da ga prilagodite svojim potrebama.

Drugi metod je sličan i dobro ilustruje način prilagođavanja potrebama. Njegov autor rutinski radi povećanja fotografija pejzaža širine 1,5 metar s rezolucije od 12 MP. Na takvim povećanjima greške se ne opraštaju i zato obrada zahteva izuzetnu pažljivost.

1.Ponovite postupak iz prethodnog prvog koraka i ukoliko imate RAW format, odmah povećajte sliku onoliko koliko to konvertor dopušta. Zatim u prozoru komande Image/image size podesite rezoluciju na 360 piksela po inču.

2.Povećajte oštrinu komandom Filter/Sharpen/Unsharp mask… sa sledećim parametrima: Amount 20; Radius 50; Threshold 0, zatim dodajte bojama zasićenje komandom Image/Adjustments/Hue&Saturation/Saturation +20, ponovo izoštrite, ali sada s parametrima: Amount 300; Radius 0.3; Threshold 0 i dodajte monohromatski šum da biste ublažili efekat „vodenih boja“: Noise/Add Noise, s parametrima Amount 0.8%; Distribution Gaussian uz aktiviranu opciju Monochromatic.

3.Interpolirajte na dimenzije 60 × 40 cm i 300 piksela po inču koristeći dodatak Genuine Fractals.

4.Smanjite relativnu rezoluciju na 150 tačaka po inču, ako kolor režim nije bio RGB 8-bit, izmenite ga sada (Image/mode) i još jednom dodajte 3% monohromatskog šuma kao u koraku 2.

Sada bi trebalo da imate fotografiju spremnu za povećanje na 1,2 × 0,8 m, na kojoj se umesto artefakata interpolacije može opaziti prijatan šum, nalik starom, dobrom filmskom zrnu.

Za kraj savet u pogledu međurezolucija – ako vam, na primer, zatreba povećanje od 115 procenata, nemojte odmah zadati 115%, već postupite na sledeći način. U slučaju neadaptivnih algoritama, najbolji rezultati u proračunu se postižu ako se slika povećava četiri puta. Zato će biti bolje da sliku povećate na 200 procenata (dvostruka dužina po horizontali i vertikali, dakle slika će biti četiri puta veća), a zatim je smanjite na 115%. Izoštravanje posle ovih operacija uvek ostavite za kraj.
Srećno, i videćemo se na izložbi!

Rezolucija vaše veštine
Sva razmatranja u tekstu načinjena su pod pretpostavkom besprekorne tehnike snimanja. Naime, ako vaša oprema ima rezoluciju od npr. 4.000 piksela po inču, ali vi niste u stanju da njome snimite oštru fotografiju, onda se može reći da vaša tehnika snimanja ima nižu rezoluciju od vaše opreme. Tehnologija ne može da zameni tehniku snimanja – stabilizacija slike nikad ne daje oštre rezultate koliko korišćenje stativa; ISO6400 nikada ne može da izgleda toliko dobro kao ISO100; snimak načinjen neočišćenim objektivom neće biti savršen pa makar to bio najbolji objektiv na svetu.
Za postupak interpolacije je suštinski važno da fotografija bude besprekorno oštra. Što je slika oštrija i ima veću apsolutnu rezoluciju, to se može više povećavati. Ako fotografiju niste snimili kako valja, onda će interpolacija samo višestruko istaći njene mane. Zato najpre dobro razmislite koliku rezoluciju možete izvući iz tehnologije koja vam je pod rukom i zatim učinite sve da izvučete maksimum.

Programi
Brojne kompanije su, prepoznavši zahteve tržišta, predstavile svoje verzije programa za inteligentno skaliranje fotografija. Kompanija Kneson se hvali da je pionir u razvoju algoritama vektorizacije rasterskih slika, a svoj softver Imagener (http://www.imagener.com/unlimited.html) reklamira kao prvi program te vrste na svetu. Ipak, kod nas tradicionalno najveću popularnost uživa Genuine Fractals, izvanredan program čiji je razvoj započela Altamira, zatim ga je otkupio LizardTech, koji je ubrzo prešao pod kontrolu japanske kuće Celaterm. Celaterm je tada već bio vlasnik firme Extensis, poznatog proizvođača sjajnih dodataka za Photoshop, koji je imao sopstveni program iste namene Smartscale. Krajem jula 2005, Celaterm oba programa ustupa nezavisnoj kompaniji za razvoj softvera OnOne (http://www.ononesoftware.com/). Mada je tehnologija slična, OnOne zadržava oba programa u ponudi, pod pretpostavkom da će se kupci opredeljivati za moć Genuine Fractalsa ili pak lakoću upotrebe Smartscalea.

DDI software (www.ddisoftware.com/qimage), uprkos relativno neuglednoj Web prezentaciji, pravi profesionalan visokokvalitetan softver Qimage, čiji se algoritmi ugrađuju u hardver pojedinih proizvođača mašina za izradu fotografija. Ta kompanija obezbeđuje sopstvene profile za najpopularnije poluprofesionalne i profesionalne mlazne štampače.Poslednji program koji pominjemo u ovom kratkom izboru jeste PhotoZoom Pro, započet u firmi Shortcut publishing, da bi danas bio pod okriljem kompanije BenVista.

Svi nabrojani programi su pokazali izvrsne rezultate, tako da će opredeljivanje za neki od njih mnogo više zavisiti od konkretne primene i lakoće upotrebe. U svakom slučaju, teže je naći nekoga ko će vam dobro odštampati to što programi mogu da pripreme – nego njima iznaći mane.

[Kompletan tekst iz časopisa Mikro: 10/2007, strana: 44]

Izvor: Časopis Mikro, oktobar 2007

Категорије:Razno
  1. 03/05/2016 у 17:47

    Reblogged this on "To WhoM It May CoNceRn".

  1. No trackbacks yet.

Оставите одговор

Попуните детаље испод или притисните на иконицу да бисте се пријавили:

WordPress.com лого

Коментаришет користећи свој WordPress.com налог. Одјавите се / Промени )

Слика на Твитеру

Коментаришет користећи свој Twitter налог. Одјавите се / Промени )

Фејсбукова фотографија

Коментаришет користећи свој Facebook налог. Одјавите се / Промени )

Google+ photo

Коментаришет користећи свој Google+ налог. Одјавите се / Промени )

Повезивање са %s

%d bloggers like this: