Тайны Photoshop. Часть 1При переносе видеоданных в видеозапоминающее устройство драйвер графической платы присваивает каждому элементу изображения соответствующее тройное значение RGB (рис. 8). Таким образом, цветовая палитра изображения в виде битовой матрицы используется здесь не для назначения цветов на графической плате, а для преобразования видеоданных ее драйвером.
В случае воспроизведения изображения в «естественных» цветах данные копируются в видеозапоминающее устройство без изменений. При этом для отображения на экране на цифро-аналоговый преобразователь подаются неурезанные значения. Поскольку в этом случае каждая цветовая составляющая кодируется с разрешением 8 бит, то получается 256 градаций, что дает в общей сложности около 16 млн. цветов (256?256?256). Для палитровых изображений драйвер графической платы в процессе перезаписи в видео-ЗУ автоматически присваивает каждому элементу изображения подходящее значение RGB из цветовой палитры. Однако никаких других преобразований не производится. Результирующие значения непосредственно записываются в видео-ЗУ (рис. 9). В основе большинства сложных программных продуктов лежат технические решения, зарегистрированные в патентных ведомствах разных стран и охраняемые соответствующими законами. Не является исключением и Photoshop фирмы Adobe, Inc. Внимательный пользователь, с какой бы операционной системой он ни работал (Windows, Mac OS, UNIX), наверняка заметил при загрузке программ компании Adobe заставку, в которой указаны общие сведения о программе и ее разработчиках, а также достаточно много семизначных чисел под общим названием US Patent. Причем с каждой новой версией программы чисел становится все больше. К пятой версии программы Photoshop таких патентов было 4, к 5.5 — пять, в 6.01 уже 14, а в седьмой — 20 (рис. 1). Их краткому рассмотрению и посвящена данная статья, первую часть которой мы предлагаем вниманию читателей в этом номере.
Начнем в порядке возрастания с самого первого зарегистрированного решения — патента США № 4 837 613. Чем меньше номер патента, тем дальше во временном континууме отстоит дата его публикации от сегодняшнего дня. В данном случае это 1989 год. Название патента звучит следующим образом: «Method of Color Selection for Display and Printing», что можно перевести как «Метод цветового выделения для отображения на экране и при печати». В его основе лежит принцип воспроизведения цвета компьютерным монитором с ЭЛТ. Как известно, в мониторе реализуется процесс аддитивного цветового синтеза, при котором цветное изображение формируется за счет смешения трех основных цветов — красного, зеленого и синего. Все остальные цвета и оттенки создаются путем комбинации этих цветов. Минимальный, способный отображать цвет элемент монитора состоит, таким образом, из трех цветных точек. Размер этого элемента, определяющий разрешающую способность монитора, зависит от расстояния между точками или пикселами внутри такой трехточечной группы. В изобретении предложен метод выделения уровней интенсивности каждого цвета для отображения на мониторе или печати на принтере. Процесс отображения цветного или черно-белого изображения на экране, согласно данному методу, можно условно разбить на две стадии. Первая стадия — определение уровня интенсивности для каждого пиксела и выбор количества ячеек в матрице, которые будут отображать этот цвет. Вторая — это организация выделенных точек с определенным цветом в матрицу. Начальная точка каждого из цветов фиксирована, но начальная точка каждого последующего цвета зависит от конечного нахождения ячейки в последовательности ячеек у предшествующего цвета. Благодаря этому изобретению, по заявлению компании, объем необходимой памяти для отображения цвета уменьшается, поскольку количество ячеек, требующихся для хранения информации о цвете, необходимо только для воспроизведения количества доступных уровней интенсивности каждого цвета. Здесь уместно вспомнить, что большинство настольных издательских систем, серьезно работающих с графикой, требуют расширенного воспроизведения цвета, что ведет к увеличению аппаратных требований, и, следовательно, к непременному повышению стоимости системы. В мониторах воспроизводимый цвет определяется интенсивностью излучения электронных пушек. Классическая схема хранения информации о цвете следующая: для каждого цвета или цветового оттенка требуются 3 байта для каждого пиксела. Допустим, что экран имеет размерность 1000?1000 пикселов, тогда для хранения информации о цвете потребуется чуть менее 3 Мбайт памяти — такой объем считался полтора десятилетия назад очень большим. В соответствии с методом каждый цвет имеет определенное допустимое количество интенсивностей от минимума до максимума и должен быть высвечен определенным количеством ячеек — N. Согласно предыдущим изобретениям, каждый исходный цвет представлялся одним из двух уровней интенсивности (меньшим — L или большим — H), которые аппроксимируют требуемое значение интенсивности. Для каждого заданного цвета метод требует вычисления некоторого количества ячеек NL из матрицы интенсивности уровня L и некоторое количество ячеек NH из матрицы интенсивности H. Таким образом, общее количество ячеек в матрице: N=NL+NH. В рассматриваемом патенте для каждого цвета ячейки интенсивностей H и L организуются в матрицу в заведомом порядке для отображения необходимого цвета, при этом последовательность предопределена и одинакова для каждого начального цвета. Начальная точка последовательности для каждой новой установки фиксирована, а последующая зависит от положения ячейки и установки предыдущего уровня интенсивности цвета. При определении требуемой интенсивности цвета Р согласно предложенному методу используется следующая формула:
Данный метод позволяет достичь единообразного распределения цветовой интенсивности, а также отображения расширенного количества цветов. Кроме того, существенно уменьшается объем памяти, необходимый для хранения информации о цвете. Этот же метод Adobe предлагает использовать и в струйных принтерах, в которых, так же как и в трубках мониторов, интенсивность каждого цвета контролируется уровнем напряжения. В случае ЭЛТ — это напряжение для контроля электронного луча; в случае струйного принтера — объем чернил, вылетающий из сопла печатающей головки. Давно известно, что глаз человека наиболее чувствителен к зеленой части спектра, а наименее — к синей. Поэтому при ограниченном количестве уровней дискретных интенсивностей лучше иметь больше градаций в зеленой области спектра, нежели в синей.
На рис. 2 приведен пример представления цвета на мониторе или при печати на струйном принтере. В данном примере наибольшее количество градаций интенсивности — 6 — принадлежит зеленой области, для красного цвета используются три уровня интенсивности луча, интенсивность же луча при воспроизведении синего цвета имеет только два уровня: 0 и 1. Вместе они позволяют воспроизводить 36 уровней интенсивности. Матрица, приведенная на рис. 3, расшифровывается в приведенной ниже таблице.
А что делать, что делать, если задана, например, следующая комбинация: 45% красного, 10% зеленого и 10% синего? Из рис. 2 видно, что у нас нет красного с уровнем интенсивности в 45%. Поэтому, в соответствии с методом, для каждого начального цвета необходимо определить два дискретных уровня интенсивности для аппроксимации цвета. С использованием вышеприведенной формулы вычисляется общая интегральная интенсивность P для представления цвета. Следующий патент № 5 146 346 вступил в силу в сентябре 1992 года. Он повествует о методе отображения и печати цветных многотоновых (многоцветных) иллюстраций, полученных из полутоновых черно-белых изображений «Method for Displaying and Printing Multitone Images Derived from Grayscale Images». Как известно, полутоновое черно-белое изображение возможно отобразить определенным набором уровней серого, зависящим от количества бит информации. Например, если иллюстрация содержит 8 бит, то возможно отображение только 256 градаций. При этом из каждой полутоновой иллюстрации можно сделать многоцветное изображение. Если изображение печатается двумя красками — это duotone, тремя — tritone, а если четырьмя — quadtone. Создание многокрасочного изображения из черно-белого связано с определенными трудностями, связанными с необходимостью ручной градационной коррекции изображения по каждому из каналов. Предложенный в патенте метод включает в себя следующие шаги: - выбор определенного способа или типа отображения цветного изображения; - выбор цвета или цветов для полутонового изображения; - коррекция выбранных цветов, используя градационные кривые; - отображение получившегося цветного изображения на мониторе. В случае конвертации или переводе черно-белых полутоновых изображений в цветные можно использовать градационные кривые. При этом программа оперирует значениями оптической плотности в процентах на «входе» и «выходе» из системы обработки изображения. Как видно на рис. 4 (а, б, в), каждая краска имеет собственную градационную кривую. Это значит, что при выводе на устройство на каждый цвет будет накладываться своеобразная маска, которая будет уменьшать или увеличивать ее интенсивность. В случае использования некачественных иллюстраций предложенный метод позволяет избежать дополнительных операций по коррекции или даже пересканированию изображений. Вместо пересканирования существующего изображения можно изменить цвет. При необходимости с каждым из новых цветов можно проводить градационную коррекцию. При этом изменения мгновенно отображаются на экране.
Еще один важный патент 1996 года — № 5 546 528 имеет загадочное название «Method of Displaying Multiple Sets of Information in the Same Area of a Computer Screen», не дающее возможности однозначного толкования при прочтении, однако при ближайшем рассмотрении смысл изобретения очевиден. Современные разработки в области программного обеспечения направлены на улучшение эксплуатационных качеств программ и обеспечение более гибкой работы с ними. Особенно это касается программ для работы с графикой и издательских программ. Компании, занятые разработкой подобных пакетов, очень серьезно подходят к эргономическим характеристикам своих продуктов. Различные диалоговые окна, всплывающие подсказки, контрольные панели — все это помогает пользователю в работе. Согласно разработке Adobe, в программу закладывается возможность самостоятельного создания панелей инструментов пользователем. Разработка призвана минимизировать количество панелей инструментов и элементов интерфейса, а также площадь, занимаемую ими на экране. В настоящее время данное изобретение реализовано в пакетах компании для платформ Windows и Mac OS. Существует несколько путей оптимизации интерфейса программы. Большинство фирм дают пользователю возможность переключения панелей инструментов через основное меню с видимых на невидимые. Данный принцип реализован, например, в программе QuarkXPress и FreeHand. Другой принцип, который использует в своих офисных программах Word, Excel и пр. компания Microsoft, позволяет создавать панели, содержащие либо уже имеющиеся, либо определяемые пользователем макрокоманды (рис. 5).
Adobe в своей патентной заявке предлагает пользователю самому формировать рабочие панели из стандартных, сочетая их наиболее удобным образом. Используя этот метод в своих программных продуктах, компания позволила освободить полезную площадь экрана путем возможности группировки панелей инструментов в одно так называемое диалоговое окно, в котором панели отражаются как закладки. При необходимости пользователь щелчком мыши может активизировать любую из них, а также группировать различные панели в отдельных окнах (рис. 6 а, б, в). Таким образом можно создавать разные комбинации панелей инструментов причем для каждой работы — собственный.
Рассмотрим патент № 5 808 623 «System and method for perspective transform in computer using multi-pass Algorithm» («Система и метод перспективной трансформации в компьютере при использовании многопроходного алгоритма»). Предложенный алгоритм отвечает за трансформацию четырехсторонних объектов и предполагает по крайней мере две фазы преобразования. Каждая фаза начинается с так называемой перспективной трансформации прямоугольника в трапецию и включает последовательную трансформацию в одном измерении (вертикальном — для параллельных горизонтальных сторон, горизонтальном — для параллельных вертикальных сторон) с выполнением «псевдоурезания» контура. В первой фазе исходная фигура, например прямоугольник, трансформируется и получается промежуточная трапеция с параллельными вертикальными или горизонтальными сторонами. Во второй фазе эта фигура трансформируется вторично (рис. 7). Таким образом, в результате нескольких трансформаций промежуточная трапеция превращается в четырехугольник.
Изобретение предусматривает несколько комплексных пересчетов каждой таблицы с информацией с целью повышения точности преобразования. При этом пересчет пиксельного изображения становится менее трудоемким, поскольку облегчается контроль процесса ресэмплинга и повышается его стабильность. Основным новшеством перспективной трансформации является промежуточный трапецоид, который может быть конвертирован в финальный четырехугольник путем использования однокоординатных пошаговых преобразований. Предварительная или заключительная установка ориентации может быть произведена для упрощения или стабилизации основной перспективной трансформации. Координаты исходного прямоугольника переходят в заключительный прямоугольник через две основные фазы трансформации, которые приведены на рис. 7 и описываются следующим преобразованием: <u,v>><u,q>><p,q>><x,q>><x,y>, где <u,v> — координаты исходной фигуры, <x,y> — требуемой. Полученный четырехугольник может содержать некоторое изображение, форму которого задает пользователь с помощью, например, мышь. Само же изображение сохраняет глубину цвета, разрешение и цветовое пространство, в котором оно находится. При всех преобразованиях — будь-то геометрическая трансформация объектов, цветокоррекция или применение каких-либо фильтров — программа на каждом шаге производит пересчет всего массива информации. Поэтому Photoshop требует достаточно много места на жестком диске под так называемую виртуальную память (файл подкачки), а также большой объем оперативной памяти. В следующих номерах журнала мы продолжим рассмотрение научно-технических разработок, которые легли в основу всенародно любимой программы.
Использованная литература: Шлихт Г. Цифровая обработка цветных изображений — М.: Эком, 1997.
|
