Техника сканирования и основы коррекции изображений
Выбор сканера | Процесс сканирования | Коррекция изображения | Сканирование
репродукций | Сканирование текстов | Получение изображений низкого разрешения | Сканирование трехмерных объектов | Методы интерполяции | Фильтр Unsharp Mask
Выбор сканера
Были времена, когда самые простые сканеры были величиной со стол, были времена,
когда цвет сканировали в три прохода, когда продавались черно-белые и однобитовые
модели. Были времена, когда цветной планшетный сканер продавался по цене Макинтош.
Сегодня купить приспособление "для заведения фотографий в компьютер" может
позволить себе любой. И, если домашнему любителю компьютеров подойдет практически
любая модель, то людям, специализирующимся в областях, связанных с обработкой
изображений желательно понимать что и для чего они покупают.
Основная характеристика сканера - оптическая резолюция. Она измеряется
в ppi - пикселах на дюйм (pixels per inch), часто, однако, неправильно пишут dpi
- точки на дюйм, здесь я так же использую термин "dpi" , чтобы не путать читателя.
Понятие "точка" означает элемент, не имеющий конкретной формы, ими меряется разрешение
печатающих устройств. Сканеры и растровые графические файлы оперируют пикселами,
имеющими всегда форму квадрата.
Оптическая резолюция указывает, сколько пикселов сканер
может считать в квадратном дюйме. Она записывается так: 300х300, 300х600, 600х1200
и т.п. Первое число говорит о количестве считывающих информацию датчиков, именно
на него стоит обращать внимание. Часто производители и продавцы любят указывать,
в качестве разрешения, что-нибудь вроде 4000, 4500 dpi. Это интерполированная
резолюция, является свойством не сканера, а программы его поддерживающей. Качество
изображений, полученных таким образом зависит не только от сканера, но и от качества
функций интерполяции, реализованных в программе. Если нет другого выхода, как
увеличить картинку программно, то лучше всех с этим справится Photoshop.
Интерполяция - способ увеличения/уменьшения
размера или резолюции файла посредством программы. При уменьшении данные отбрасываются,
при увеличении - программа их "сочиняет". Таким образом сильно увеличенные картинки
выглядят размытыми или зубчатыми (в зависимости от способа интерполяции).
Существуют три основных способа интерполяции, представленные
в Adobe Photoshop:
- Nearest Neighbor - для добавляемого пиксела берется
просто значение соседнего с ним.
- Bilinear - берет среднее цветовое значение пикселов
с каждой стороны от создаваемого.
- Bicubic - усредняется значение группы не только непосредственно
граничащих, но и всех соседних пикселов. Какой диапазон пикселов выбирается для
усреднения и по какому алгоритму это усреднение происходит - этим отличаются способы
бикубической интерполяции в разных программах.
По умолчанию во всех программах используется бикубическая интерполяция,
самая сложная и долгая. Остальным так же есть применение. Nearest Neighbor можно
использовать для увеличения резолюции снимков экрана (увеличение производится
на число, кратное 72: 144, 216, 288).
Рынок предложения настольных сканеров так быстро изменяется, что давать какие
либо советы по моделям трудно. И все же есть постоянные показатели, на которые
можно ориентироваться.
Из производителей зарекомендовали себя фирмы UMAX и Agfa. Они поставляют надежные
сканеры с хорошей, в своем ценовом диапазоне, передачей цветов. Играет роль интерфейс
передачи данных в компьютер. Модели, дающие приемлемый результат всегда используют
надежный и скоростной интерфейс SCSI. Ему на смену, усилиями Apple, двигается
еще более быстрый и не требующий перезагрузки интерфейс Fireware. Важны показатели
оптической резолюции и передачи теней. Резолюция должна составлять не менее 600
dpi. Сканеры с высокой оптической резолюцией способны захватывать все
мельчайшие детали, тогда как интерполяция лишь растягивает существующие.
Параметр оптического разрешения, как я уже говорил, зависит от количества датчиков.
Датчики улавливают отраженный от непрозрачного оригинала свет лампы. Темные цвета
имеют свойство поглощать лучи, то, что все-таки отражается, должны воспринять
датчики. Умение не сводить все теневые участки к черному (провал теней) зависит
от их (датчиков) качества. Наконец, важным свойством относительно новых моделей
является сканирование в 32-битном и более режиме. То есть цвет одного пиксела
описывается не в 24 битах стандартного RGB - один из 16 700 000 оттенков, а большим
количеством информации, что позволяет передать большее количество уникальных оттенков.
Затем Photoshop, или другая программа, в соответствии с вашими установками генерации
24-битного RGB, производит цветовую интерполяцию - усредняет оттенки. Результат
получается лучше, хотя это видно только на калиброванных мониторах и на качественных
распечатках.
Процесс сканирования
И вот сканер куплен, подключен, установлено его программное обеспечение. Откроем
Photoshop или любую другую программу, поддерживающую TWAIN-интерфейс. Команда
File>Import...>TAWAIN_32... вызывает внешнюю программу сканирования, которая
помещает сканированный фрагмент в среду Photoshop’a. На Макинтош, вместо TAWAIN_32,
вы увидите имя сканера. Некоторые программы настольных моделей могут сканировать
автономно прямо в файл, без посредства другой программы. Нет никакой причины пользоваться
этой функцией, т.к. такой файл все равно придется открыть и откорректировать.
Этот метод используют профессиональные "бегемоты", занимающие целый стол (например,
Scitex Smart). Они сканируют медленно, отдельная программа сохраняет изображение
только в файл, работает в фоновом режиме.
Нажмем на экранную кнопку Preview для получения картинки предварительного просмотра.
Сканер в ускоренном режиме захватывает изображение низкого разрешения (ок. 20-35
dpi), чтобы пользователь мог выбрать только необходимый фрагмент. Почти все современные
настольные модели предоставляют возможность предварительной цветокоррекции. Сама
идея настроить цвет и контраст до сканирования очень хорошая, т.к. Photoshop ничего
прибавить во время коррекции не может, только удаляет и переназначает. Однако
реализованы функции корректировки в планшетных сканерах довольно грубо. Коррекция
требуется, обычно, легкая и адекватно оценить ее результаты по картинке разрешением
в 20 dpi не представляется возможным. Программа, поставляемая со Scitex Smart,
работает иначе. Тому фрагменту, который мы хотим откорректировать, делается еще
одно предварительное сканирование с более высоким разрешением и верной цветопередачей
оригинала. Оператор его исправляет и потом, с учетом новых установок цветокоррекции,
фрагмент сканируется в файл. Такая система дает наилучшие результаты. Есть возможность
ее сымитировать применяя программу поддержки настольного сканера, позволяющей
загружать файлы настроек цветокоррекции из Photoshop. Файл низкого разрешения
сканируется в Photoshop, настраивается цветовой и тоновой баланс, параметры настройки
сохраняются в файлах и используются в программе сканирования при окончательном
захвате изображения.
Разберем функции программы сканирования на примере утилиты поставляемой
со сканером Microtek ScanMaker
Type (цветовая модель) - позволяет выбрать цветовую модель. Обычно в
таких списках присутствуют Bitmap (Line art) - только черный и белый, Grayscale
8 bit, Grayscale 12 bit - 256 и больше градаций серого, Millions of Colors (стандартный
RGB), Billions Colors. Иногда у планшетных и всегда у профессиональных сканеров
есть опция сканирования в режиме CMYK. В принципе, сканирование происходит в режиме
RGB и в CMYK конвертируется программой после, кроме того не все функции Photoshop'a
работают в CMYK, файл получается на четверть тяжелее за счет дополнительного канала.
В CMYK имеет смысл сканировать только когда есть много картинок за раз, предназначенных
для цветоделения или же из-за большого количества файлов есть опасность, что какая-то
из RGB-картинок будет забыта.
Resolution (разрешение) - для Интернета сканируется с разрешением 72
dpi - экранная резолюция; для газеты - около 130-180 dpi (зависит от линиатуры
растра, c которой печатается газета); для струйного принтера - обычной бумагой
- 150-200 dpi; для качественной печати в типографии, на лазерном или струйном
принтере - хорошей бумагой - 300 dpi. В режиме Bitmap имеет смысл сканировать
от 300 dpi и выше (до 1200), в зависимости от желаемого качества и размера файла.
Нужно помнить, что увеличение резолюции ведет к росту размера файла в геометрической
прогрессии.
Scaling (масштабирование) - увеличение используют, как правило, для
слайдов. На планшетных сканерах со специальными крышками слайды сканировать не
стоит, эта возможность - для любителей, по принципу "все в одном,"за дешево покупать
максимум возможностей. Они получают "дешевый" результат (оговорюсь, профессиональные
модели типа Scitex Smart исключение). Для слайдов существуют специальные сканеры.
При сканировании 300 dpi увеличивать сколько-нибудь заметно имеет смысл, только
если ваш сканер имеет оптическую резолюцию 600 dpi или выше.
Auto Contrast & Color Correction - функции автоматической подстройки
контраста и цветокоррекции. Используются, когда качество необязательно. Если нужна
оптимальная цветопередача, все корректируется "на глаз".
Brightness (яркость) - темные и средние изображения, предназначенные
для полиграфии можно слегка осветлять, т.к. при печати они будут несколько затемнены.
Descreen (убрать муар) - очень полезная опция, позволяющая эффективно
убирать муар. Действует на основе определения линиатуры растра ранее напечатанной
в типографии и теперь сканируемой картинки (обращу внимание, что Descreen не применяется
к продукции струйных принтеров, т.к. они используют стохастический (хаотичный,
нерегулярный) растр их распечатки не имеют растровой сетки). Чтобы пользоваться
Descreen не обязательно понимать, что такое линиатура растра, достаточно выставить
тип сканируемого оригинала: газета (Newspaper), 85 lpi, журнал (Magazine),133
lpi, журнал высокого полиграфического качества (Art Magazine), 150 lpi, Custom...
Надо отметить, что данные установки несколько устарели. Газеты могут печататься
с линиатурой в диапазоне 60-85 lpi, журналы - 150-175 lpi, репродукции в книгах
печатают на 175-200 lpi. Растр 175 lpi малоразличим на глаз, растровая сетка в
200 lpi и выше уже не видна. Выбор линиатуры при растрировании оператором фотонабора
обусловлен качеством бумаги и типом печатной машины, на которых будет выводиться
издание. В диалоговом окне опции Custom... можно выставить точное количество линий
на дюйм, если оно вам известно.
- Полутоновой растр (Halftone screen)
- сетка точек на печатной плате. На каждой плате сетка повернута под своим углом,
где точки больше, там большее сгущение цвета. Наложение всех плат CMYK дает полноцветную
картинку.
- Линиатура растра (Screen frequency) - плотность рядов
точек (линий) в растровой сетке. Измеряется в линиях на дюйм - lpi (lines per
inch).
- Муар (Screen, Moire) - паразитные узоры образуемые наложением
растровых сеток. Заметны при использовании линиатуры растра в 150 lpi и ниже.
Filter - здесь, обычно, присутствуют фильтры размытия и усиления контраста.
Нет никаких причин предпочитать их Photoshop’овским.
У всех типов сканеров есть свойство усиливать уже имеющиеся на изображении
помехи: пыль, царапины, муар. Особенно важно предохранять от повреждений и запыления
слайды, т.к. они будут увеличиваться - хранить и транспортировать их в антистатических
конвертах. Если оригинал все же повредился, есть несколько способов его исправить.
Коррекция сканированного изображения
Дырки и другие серьезные повреждения можно убрать инструментом Rubber Stamp
Tool (Штамп). С царапинами, мелкой пылью и даже муаром хорошо справляется фильтр
Dust & Scratches (Пыль и царапины), с установкой радиуса 1 или 2 (чем выше
разрешение, тем больше требуется радиус). Отмечу еще раз, что - муаром лучше бороться
опцией Descreen, описанной выше. Dust & Scratches и фильтр Descreen сканера
несколько размывают изображение, для усиления контраста Photoshop, и некоторые
другие программы, обладают мощным средством повышения контрастности - фильтром
Unsharp Mask (Нерезкая маска). Фильтр Blur (Размытие) может в некоторых случаях
помочь, но менее эффективен, чем Dust & Scratches. В целом, если оригинал
имеет сильные повреждения, я бы советовал сканировать его с насколько возможно
большим разрешением (для получения максимума цифровой информации о нем), корректировать
и только потом сбивать резолюцию до необходимой.
Применение фильтра Unsharp Mask
Все фильтры усиления резкости работают по принципу повышения
контраста в пограничных областях (где, предположим, какой-либо объект смыкается
с фоном). Параметр Radius фильтра Unsharp Mask позволяет задавать, в каком
диапазоне (в пикселах) будет усиливаться контраст приграничных областей. Значение
поля Radius должно быть равно величине разрешения, деленной на 200, то есть для
изображений, разрешением 300 dpi - значение 1,5, для 72 dpi - 0,36 и т.д. Слишком
большие значения поля Radius приводят к эффекту искусственности.
Параметр Amount (Величина) задает силу контрастности.
Значение поля Threshold (Порог) указывает, на сколько
должны отличаться значения смежных тонов (в диапазоне от 0 до 255), чтобы к ним
можно было применить Unsharp Mask. Например, если значение Threshold равно 3 и
соседние пикселы имеют тоновые значения 122 и 124 (разница равна 2), к ним не
применяется фильтр резкости. Таким образом, средства повышения резкости не применяются
к областям с низким контрастом. Используя этот параметр фильтр игнорирует слегка
выделяющиеся пикселы, вместо их акцентирования.Для большинства изображений достаточно
значений 3 или 4. Значения 10 и выше приводят к исключению такого количества областей,
что результаты повышения резкости почти не видны.
Сканируемый материал часто трудно положить прямо. Обычно, в таких случаях,
фотографию кладут на край сканера, чтобы она выровнялась по его линейкам. Это
плохой способ, потому что лампа сканера не имеет одинакового уровня освещения
на всем протяжении (обратите внимание на обычные лампы дневного света), по краям
она светит слабее. Следовательно, информация захватываемая у боковых линеек сканера
искажается. Какой выход? Прежде всего кладем фотографию на середину стекла
сканера. Она сканируется криво. Инструментом Crop растягиваем прямоугольную область
обрезки, разворачиваем ее на необходимый угол, попровлям рамку. После нажатия
клавиши Enter получается уже обрезанное и одновременно выровненное изображение.
Существует другой метод выравнивания, применявшийся в 3 и 4-й версиях
Photoshop'а. Он основан на измерении угла наклона и может оказаться полезным в
некоторых случаях. Среди инструментов выбираем Line Tool. Вызываем палитру Info
и клавишей Enter вызываем палитру опций инструмента Line, устанавливаем в поле
Weight (толщина линии) значение ноль. Проводим линию по какому-нибудь месту, которое
должно быть горизонтальным (например, верхний край фотографии). Не отпуская клавиши
мыши смотрим на значение А: (Angle - угол). Вызываем диалоговое окно Image>Rotate
Canvas>Arbitrary... В поле Angle вбиваем полученное значение. Если оно было
отрицательным, отмечаем °CCW (против часовой стрелки). Изображение выравнивается
с точностью до десятой градуса.
В пятом Photoshop'e описанный метод несколько проще. Из Adobe Illustrator'a
пришел инструмент Measure Tool (Измерительная линейка). Измеряем ею угол, причем
линейка остается на экране, ее можно передвигать. Значение угла на палитре Info
остается после отпускания клавиши мыши, но запоминать его не нужно. Вызываем диалоговое
окно Rotate Canvas, и видим, что найденное Измерительной линейкой значение угла
уже находится в поле Angle, нужно только нажать на ОК.
Прежде, чем производить цвето-тоновую коррекцию обрежем инструментом Crop картинку
(если она уже не обрезана при применении первого метода выравнивания). Затем вызовем
диалоговое окно Image>Adjust>Levels..., чтобы посмотреть, как выглядит гистограмма
данного изображения. Гистограмма - график распределения яркости среди пикселов.
Если основная масса (гора) располагается ближе к левому краю - это гистограмма
темного 
изображения, если ближе к правому - светлого. Черный и белый треугольники
по краям обозначают черную и белую точки - самое темное и светлое места в изображении.
Их сведение ближе друг к другу усиливает контраст, но уводит тени в черный цвет,
а светлые части в белый. Именно поэтому нужно обрезать картинку до цветокоррекции,
т.к. подкладка сканеров (крышка с обратной стороны) имеет белый или 
черный цвет, что смещает крайние точки. Так же, на гистограмме есть
точка среднего тона. Если требуется плавно затемнить или осветлить изображение,
нужно двигать ее в ту или другую сторону. Пробелы в гистограмме говорят об отсутствии
информации на данном участке. Когда они находятся на краях графика, можно смело
сближать черную и белую точки, пропуская пустые места; усилится контраст, тени
и свет станут глубже и выразительнее, но не пострадают. Однако, если сканируемый
фрагмент охватывает только то, что нужно, лежит ровно и обрезаться не будет (оптимальный
вариант), можно определить точки черного и белого перед сканированием в
программе поддержки сканера. В конечном итоге гистограмма полученной картинки
не должна походить на расческу.
Если сканированная картинка уже имеет гистограмму-расческу, то существует хитрый
способ "придумать" ей недостающую информацию. Скопируйте на слои полученное при
сканировании изображение пять раз. Задайте значение непрозрачности (Opacity) для
каждого слоя в двое меньше, чем у предыдущего - должно получиться следующее построение:
Background (он непрозрачен), Background copy - 50%, Background copy
2 - 25%, далее, соответственно 12, 6 и 3 процента. Сместите Background copy на
один пиксел в сторону, Background copy 2 - в другую сторону, Background copy 3
на один пиксел вверх, Background copy 4 - вниз и последний слой - снова в одну
из сторон. Совместите все слои. Может быть, после этого потребуется применить
Unsharp Mask. Ясно, что описанный способ
не панацея, но он позволяет имитировать недостающую цветовую информацию, что важно,
если к изображению будут применяться фильтры для достижения каких-либо декоративных
эффектов (все фильтры, как известно, работают на цвето-тоновых характеристиках
битовой карты).
Сканирование репродукций
Сканировать живопись, графику, и все другое, что требует точной цвето-тоновой
передачи разумеется, лучше на хороших сканерах и калиброванных мониторах, но,
случается, приходится использовать простой планшетник с характерной для всех дешевых
моделей проблемой — тени проваливаются в черный, свет выбеляется. Выходом служит
сканирование с установкой пониженной контрастности. Затем в Photoshop’e, глядя
на оригинал, можно попытаться вытянуть картинку средствами цвето-тоновой корректировки
(вплоть до временного переключения монитора на черно-белый режим показа для поправки
тонового баланса). Процесс "вытягивания" не прост, требует досконального знания
программы и художественного навыка.
Сканирование текстов
Качество распознавания текста зависит не столько от сканирования, сколько от
программы- распознавателя. Как-то мне приходилось работать с Omni Page Pro 7.
Эта чудная программка плохо справлялась, когда текст сканировался прямо в ее среду
и отказывалась принимать почищенные файлы из Photoshop'a под тем предлогом, что
ей не хватает памяти. Ей было мало даже когда отвели под нее 70 Mb, что уже абсурд.
В итоге выяснилось, что Omni Page понимает только Grayscale TIFF, некомпрессионный
и только в 200 dpi, о чем она не предупреждала. Отсюда мораль: пользуйся более
развитыми программными продуктами. Например, FineReader. Имеет функции очищения
и выравнивания сканированного в его среду текста, умеет распознавать гарнитуры
и верстку. Тем не менее, бывает, попадаются тексты, которые он тяжело берет. Такие
лучше отсканировать в Photoshop - разрешением в 300, 400 даже 500 dpi. Выровняйте,
опираясь на базовую линию строк. Усильте контраст c помощью диалогового окна Image>Adjust>Brightness/Contrast...
Поскольку увеличение контраста приводит к затемнению изображения, увеличьте яркость
(Brightness) в этом же окне. Следует обратить особое внимание, чтобы буквы "е"
не потеряли перемычек и не стали похожи на "с", другие подобные буквы. Сохраните
файл как некомпрессионный Grayscale TIFF, откройте в FineReader'e.
Примерно такая же тактика сканирования - высокой резолюцией, усиление яркости
и контраста используется при подготовке растровых карт к трейсингу в программе
Adobe Streamline или подобных.
Получение изображений низкого разрешения
Для Интернета и оформления экранных интерфейсов требуются файлы с разрешением,
как правило, 72 dpi. Разумеется, сканер может давать картинки такого качества,
однако результат, часто, оставляет желать лучшего. Это происходит из-за того,
что сканер при захвате изображения производит усреднение цвето-тоновых значений
областей картинки для создания пикселов. Это тоже интерполяция, только аппаратная.
Качество такой интерполяции напрямую зависит от качества сканера. В случае, если
сканированное изображение заметно отличается по качеству передачи деталей (а иногда,
даже, и по цвету) от оригинала, попробуйте отсканировать его еще раз с высоким
разрешением (точек 300) и снижение резолюции до 72 dpi поручить Photoshop'у. Его
алгоритмы интерполяции решены лучше, чем у большинства сканеров и результат, соответственно,
будет ближе к желаемому.
Сканирование трехмерных объектов
Для сканирования предметов с передачей их объема существуют цифровые камеры,
так же ряд последних моделей сканеров некоторых фирм позволяют сканировать "в
глубину", обладая, таким образом некоторыми свойствами цифровых камер. Объемные
предметы, положенные на них, желательно закрывать, вместе с самим сканером, непрозрачной
черной тканью, чтобы уменьшить блики. Объекты, отражающие свет (обложки книг с
золотыми надписями, например), выходят черными. Это происходит из-за того, что
луч лампы отражается под тем же углом, что и падает. Для решения проблемы можно
положить ту же книгу на подставки (допустим, футляры из под магнито-оптических
дисков). Они слегка изменяют угол падения лучей, и делают его отличным от угла
отражения. Некоторое искажения формы и закрывшие изображения фрагменты подставок
можно убрать в Photoshop'е.
Статья написана в сентябре 1998 года. Исправлена
и дополнена, последние изменения - март 2000 года. Была опубликована в газете
iNTERface (Израиль) No11, октябрь 1998,
публикуется на сервере www.illustrator.ru
в разделе "Обмен опытом" и на сервере "Desktop
Publishing на человеческом языке".
Алексей Клецель, TriArt Graphics
Studio, Тель-Авив
