1.2 Árnyalat visszaadás

1.2.1 Árnyalatterjedelem

Árnyalatterjedelem a megjeleníthető legvilágosabb és legsötétebb képrészlet fényerejének az aránya. Ez az arány megadható egyszerűen lineáris egységben, ahogy az a monitoroknál elterjedt, és itt kontrasztaránynak nevezik. Nyomdai termékeknél, nyomtatóknál, az árnyalatterjedelmet logaritmikus egységben, denzitásban adják meg. Árnyalatterjedelem = sötétdenzitás- világosdenzitás. Néhány jellemző érték az 1.táblázatban látható. A logaritmikus egységben megadott árnyalatterjedelem közelebb áll az érzethelyeshez, mert mint az a 10. ábrán látható, az emberi szem árnyalatérzékelése nemlineáris.

Megjelenítő	Arány	Denzitás	Bit (Rekesz)
Képcső	400:1	2.6	8.6
LCD	600:1	2.8	9.2
Plazma	4000:1	3.6	12.0
Nyomda (bevonat nélküli)	40:1	1.6	5.3
Nyomda (bevonatos)	100:1	2.0	6.6
Buborék nyomtató	100:1	2.0	6.6
Lézerprinter	100:1	2.0	6.6
Szitanyomat	250:1	2.4	8.0
Fotópapír	250:1	2.4	8.0
Dia	4000:1	3.6	12.0

1. táblázat Különböző kijelzők jellemző árnyalatterjedelme, lineáris illetve logaritmikus egységekben. (Fontos, hogy ne tévesszük össze, a bitben kifejezhető árnyalaterjedelmet, illetve a szintén bitben kifejezhető árnyalat számot. Lásd 1.2.2)

10. ábra A Weber szabálynak megfelelő logaritmikus árnyalatészlelési függvény.

1.2.2 Ábrázolható árnyalatszám (bitmélység)

A vezérlés szempontjából a megjelenítő lehet folyamatos tónusú vagy nem. Egy folyamatos tónusú megjelenítő képes egy pont árnyalatát változtatni. Ha az egy ponton megjeleníthető (lineáris skálán mért) árnyalatok száma N, akkor a megjelenítő bitmélysége B=log2(N). Ilyen értelemben a B > 4..5 bitmélységtől beszélhetünk folyamatos tónusú megjelenítésről. Folyamatos tónusú megjelenítők például a monitorok, televíziók, fotólevilágítók, hőszublimációs nyomtatók. Nem-folyamatos tónusú megjelenítők például a buboréknyomtatók, szitanyomtatás, raszteres nyomdai eljárások.

1.2.3 Rácsozás, pontszórás (ditherelés)

A nem-folyamatos tónusú megjelenítők az árnyalatok visszaadására egységnyi felületből, cellából annak P százalékát befestik. A P változtatásával tudják az árnyalatot visszaadni. Az így létrehozott tónusos megjelenítés árnyalatainak száma a választott felületelemen elhelyezkedő pixelek számával egyenlő. (11.ábra)

11. ábra 5x5 pixeles felületelem, 26 árnyalati lépcső.

Azt azonban fontos megjegyezni, hogy mind a tónusos, mind a nem-tónusos megjelenítőknél, egy nagyobb felületen, ditherelési (zajhozzákeverés), hibaterjesztési stb., technikákkal a megjelenített árnyalat tovább pontosítható, az árnyalatok száma növelhető. (12.ábra)

12. ábra Zaj hozzákeveréssel (Dither) tovább pontosított árnyalat.( A színátmenet lépcsői eltünnek).

Cellán belül a festéket sokféle módszerrel oszthatjuk szét. Nyomdatechnikában az un. rácsozási eljárások, míg nyomtatóknál inkább a pontszórás terjedt el. Régebben a rácsozást (halftone) fotótechnológiával végezték. A tónusos eredetit és a rácsfilmet kontakt másolták kemény nyomdafilmre. A módszerben a tónusos eredeti fényeloszlását a rácsfilm modulálja (szorozza). Ezzel a modulált fénnyel exponáljuk a nyomdafilmet. A nyomdafilm a feketedési küszöbérték alatt fehér marad, felette fekete.

Manapság a nyomdafilmeket un. nyomdai levilágítókkal készítik. Egy ilyen berendezés jellemzője a nagy felbontás ( nagyobb mint 2000dpi) és a nagy geometriai pontosság. A nyomtatáshoz szükséges rácsozat a levilágító apróbb pontjaiból épül fel (14. ábra). A rácsozatot a levilágítóhoz tartozó raszterizáló program, vagy számítógép, számolja (RIP Raster Image Processor). A rácsozat jellemzői a pontalak, a rácssűrűség és a rácsszög. Ahhoz, hogy legalább 100 árnyalatot tudjunk ábrázolni, a cellaméretet 10x10 pixelre kell választani. Ebből ökölszabályként adódik, hogy rácsozásos módszer esetén a megjelenítő felbontása legalább tízszerese legyen a megjelenítendő árnyalatos kép felbontásának. (Példa: 200 dpi-s kép, adódik,a levilágító felbontása nagyobb mint 2000 dpi)

14. ábra Nyomdai levilágítós rácsozás.(A képen egy 18.4fok rácsszögű vagyis az un. 3:1-es racionális rács látható)

Érdekes meggondolni, hogy milyen rácskép adódik egy valódi kép rácsozásánál. Állandó árnyalat, egy egyenletes rácsképet eredményez, míg a változó tónus a cellahatárokon megtöri a rácsozatot, az egymás melletti cellák jelentősen különböző rácskitöltéshez tartozhatnak. Fontos megjegyezni, hogy a cellák és a rácsozat teljesen különböző dolog. Talán hasonlítható egyfajta csempézéshez (csempe=cella), ahol a csempéken lévő minta (minta=rács) akár több csempén is átívelhet, de egy csempén belül is ismétlődhet. ( 15 ábra)

15. ábra Ritka rács nagyfelbontású kép (bal) ill. sűrű rács kisfelbontású kép (jobb).

Kisebb felbontású megjelenítőkkel csak ritka rácsozat állítható elő, ezért más módon hozzuk létre az árnyalást. A megoldást a dither jelenti, amely a megjelenítés előtt egy 0 várhatóértékű nagyfrekvenciás zajt kever a megjelenítendő árnyalathoz. Ha a jel+zaj nagyobb mint a küszöbérték, a kijelző 1, egyébként 0. (16..17 ábra)

16.ábra Háromszög dither alkalmazása egydimenzióban. A kimenő jel egybites.

17.ábra Egy véletlenzajt alkalmazó dither. (Jellegzetes buboréknyomtató kép.)