Dnes se dozvíte, co je interpolace a komprese digitálních obrazových souborů. Není to jako v klasické fotografii. Špičkové čidlo a optika není zdaleka jedinou podmínkou kvalitní digitální fotografie. Interpolace nasnímaných dat může výrazně zlepšit nebo naopak zhoršit výsledný fotografický obraz. Komprese datových souborů nasnímaných fotoaparátem nebo skenerem vám může ušetřit hodně peněz za drahé paměťové karty.
V minulé fotoškole jste se dozvěděli o tom, jak se světlocitlivým čidlem snímá barevný obraz. V současné době je zdaleka nejčastěji používanou technologií světlocitlivé čidlo překryté barevným mozaikovým filtrem. Čidlo se 4 milióny světlocitlivých elementárních buněk pokryté mozaikovým filtrem typu GRGB pak nasnímá 2 milióny zelených (G) pixelů, jeden milión červených ® a jeden milión modrých (B). Abychom získali kompletní informaci o barvě v určitém místě, potřebujeme zkombinovat buňky všech tří základních barev. Minimální velikost elementární buňky CCD čidla se dnes pohybuje kolem 5 mikronů. Protože rozlišovací schopnost oka je řádově menší, existuje zde prostor pro matematické dopočítání pixelů. Tento postup se nazývá matematická interpolace. Dostatečné množství přesně definovaných barevných pixelů je základním předpokladem pro kvalitní zobrazení a tisk.
Co je matematická interpolace?
Interpolace je matematická technika, kterou je stávající rastr obrazových bodů sejmutých v relativně nízkém rozlišení, doplňován v mezilehlých sloupcích a linkách. Odstín nově dopočítaných bodů vždy leží mezi dvěma sousedními čidlem změřenými body. Při použití vhodného algoritmu tak lze ve srovnání s původním, čidlem změřeným obrazem, dosáhnout měkčích (postupných) barevných přechodů a tím i celkově lepšího vzhledu.
Schémata nejběžnějších matematických interpolací jsou ukázána na obr.1
 |
 |
Na obrázcích je ukázáno, z jakých pixelů (prázdné čtverečky obr.1) se dopočítává pixel označený hvězdičkou. Interpolace na obr.1 dopočítává jen podle sousedního elementu v řádce nebo sloupci. Z hlediska výpočtu je nejnáročnější schema interpolace na obr.3, kde se dopočítává z největšího počtu elementů. Způsoby, kterými fotoaparát dopočítává pixely, patří k nejvíce střeženým firemním tajemstvím. Tyto výpočty totiž výrazně ovlivňují kvalitu obrazu. Nejobtížnější jsou samozřejmě interpolace v místech ostrých kontrastů světla, podle kterých hodnotíme ostrost kresby. Lze předpokládat, že počítač může v rámci jednoho snímku používat několik způsobů interpolace. Efektivitě matematické interpolace napomáhá i tvar a geometrické rozmístění světlocitlivých elementů. Elementy s hexagonálním tvarem, které ve svých čidlech používá např. firma Fuji, jsou vzhledem k menším vzdálenostem mezi elementy výhodnější pro interpolace. Interpolované pixely však nemohou nahradit pixely fyzikálně změřené. Interpolací nelze zvýšit množství primárně získané informace. Jedná se jen o postup, kterým lze tuto primárně získanou informaci lépe využít ke kvalitnějšímu zobrazení. Foveon umí zachytit 4 milióny pixelů s plnou informací o barvě. Neuděláme s ním však čtyřikrát větší zvětšeninu o stejné kvalitě ve srovnání se 4 megapixelovým čidlem s filtrovou mozaikou. To by platilo, pokud by se nepoužila interpolace.
Komprese
Jedním z největších problémů práce s digitálními obrazy je nutnost zpracovávat, přenášet a uchovávat obrovská množství dat. Není-li dostatečná kapacita pro zpracování takového objemu dat, je nutné nějakým způsobem tento objem dat snížit. K tomu slouží matematická metoda zvaná komprese.
Mezi bezztrátové kompresní algoritmy pro obrazové soubory patří např. matematické postupy označené zkratkou LZW nebo RLE. Bezztrátové komprese se používají nejenom pro zpracování “obrazových” dat. Určitě znáte programy jako ZIP nebo RAR, které jsou zaměřeny hlavně na textové soubory. V některých případech však bezztrátová komprese nestačí a objem dat je třeba snížit ještě více i za cenu ztráty malé části informace. Taková komprese se nazývá ztrátová. Neznámější a nejčastěji používanou ztrátovou kompresí určenou pro digitální fotografie je JPEG. Využívá nedokonalostí lidského oka, které není schopné rozeznat nepatrné barevné změny v obraze. Poměr původního a zkomprimovaného objemu dat se nazývá kompresní poměr.
Komprese se provádí buď softwarovými prostředky, které využívají výkon hlavního procesoru. V případě velkých souborů se pro kompresi používají speciální jednoúčelové procesory, které počítání zrychlí a nezatěžuje se při tom hlavní procesor.
Vývoj kompresních systémů není zdaleka ukončen a to hlavně díky požadavkům na rychlý přenos obrazu po Internetu. Kdo jste se někdy účastnili videokonference víte, že signál je tak zkomprimován, že se rychlé pohyby prostě nepřenáší. Problém kvalitní Internetové televize a Videa on Demand (dle požadavku) zatím není vyřešen. Není to ani tak problém komprese, ale hlavně nízké kapacity linek a malých rychlostí přenosu dat.
Pro fotografa používajícího digitální fotoaparát je ztrátová komprese nutným zlem, kterým se platí za to, že obvykle nedisponujeme neomezenou pamětí pro ukládání dat. Pokud uvažujete o tisku fotografie, musíte vždy snímat s co nejvyšším rozlišením. Obrazová informace ztracená v procesu ztrátové komprese je totiž ztracena navždy. Na druhou stranu, pokud nechcete tisknout v nejvyšší kvalitě, je komprese nesmírně užitečná. Hlavně když se provádí s rozumem a nesnažíme se dosánout maximálního kompresního poměru. Komprese je absolutní nutnost pro publikování fotografíí na webu. Jak nám napsal jeden čtenář: život je krátký a nelze ho trávit čekáním na naběhnutí obrazu v maximální kvalitě.
Na snímku z Disneylandu za jasného slunečného dne si můžete prohlédnout případ přijatelného a příliš velkého kompresního poměru. Původní snímek zabírá 67 kB. Druhý snímek má s malou ztrátou kvality velikost 28 kB (hovoříme o zobrazení na monitoru). Na třetím snímku, jehož velikost byla zkomprimována na 10 kB, si můžete všimnout již výrazných modrých fleků na obloze. Tady je už kompresní poměr příliš velký. Navíc dochází i ke snížení hranové ostrosti, což je ukázáno v detailu na zvětšeníně.
 |
 |
 |
 |
Příští DigiŠkola bude o typech datových formátů používaných v digitální fotografii, jejich výhodách a nevýhodách.
předchozí díl:
DigiŠkola – Lekce 7: Jak digitální
čidlo vidí barvy?
následující díl:
DigiŠkola – Lekce 9: Formáty dat pro digitální
fotografie
Digitální fotoškola na FotoAparátu.cz vzniká za podpory společnosti Olympus. Olympus je nejprodávanější značka digitálních fotoaparátů v ČR. Olympus na www.olympus.cz.