Волшебные превращения

Растровые изображения регулярно приходится масштабировать. Хотелось бы — с минимальными потерями качества. Наряду с традиционными, в последнее время активизировались поиски альтернативных «источников» дополнительных пикселей.

Чудес не бывает — увеличение растровых изображений всегда их ухудшает. Количество пикселей на единицу длины характеризует разрешение и, фактически, качество. Рост физических размеров плодит составляющие элементы (при условии сохранения исходного разрешения). Дополнительные пиксели формируются на основе существующих согласно выбранному методу пересчёта (интерполяции), преобразующему всё изображение целиком и пытающемуся «угадать», какие пиксели нужно добавить. От выбранного алгоритма зависит реалистичность результата. Человеческий глаз — судья строгий, но избирательный, чем и пользуются создатели новейших версий программ интерполяции.

К сожалению, стандартные алгоритмы масштабирования не всесильны. Максимальный масштаб, когда изменения ещё не сильно заметны, не превосходит 200%. При дальнейшем увеличении частично помогают фильтры, входящие в комплект растровых редакторов, но это тема отдельного разговора.

Поиском решений проблемы нынче активно занимаются многие; самые известные альтернативные алгоритмы интерполяции — Lanzcos, Mitchell, B-spline и S-Spline. Рекомендовать в качестве универсального и лучшего какой-то один нельзя, т. к. результат зависит от типа исходного изображения. Первые три представлены в бесплатно распространяемом просмотрщике IrfanView.

Вернёмся к специализированным решениям. Прошедший год был на редкость урожайным: расщедрились сразу три разработчика — HumanSoftware (XFile), Extensis (Pxl SmartScale) и LizardTech (Genuine Fractals). На похвальбы создатели не скупились и в анонсах доходили до того, что гарантировали сохранение качества при увеличении вплоть до ошеломляющих 1600%. У профессионалов это вызвало усмешку — увеличить изображение в 16 раз (!) без потерь качества невозможно: все методы интерполяции построены по принципу усреднения параметров близлежащих пикселей, автоматически сглаживающему цветовые переходы и ухудшающему чёткость.

Зато некоторые разработчики упоминали, что изображение переводится в некий специальный формат, независящий от конечного разрешения картинки. Я был заинтригован громкими заявлениями и решил сравнить «чудо»-инструменты с обыденными средствами Adobe Photoshop (в обзор включена и ранняя, но несомненно интересная разработка PhotoZoom).

Тестовым изображением послужила искусственно сгенерированная композиция из мелкого контрастного текста (что может быть «тяжелее» для сохранения качества?) и фрагмента фотокачества. На первом тесте, как на лакмусовой бумажке, должны проявиться все огрехи алгоритмов интерполяции. Эксперименты включали в себя масштабирование в 8 раз для фотоизображения и в 16 раз – для искусственно сгенерированной композиции.

Все утилиты условно делятся на две группы: использующие оригинальные алгоритмы масштабирования (XFile, Genuine Fractals) и применяющие после масштабирования обычными методами (в основном, bicubic) дополнительную обработку (PhotoZoom, SmartScale), искусственно повышая резкость изображения.

Adobe Photoshop

Вплоть до версии Photoshop СS в пакете были реализованы классические способы интерполяции: Nearest Neighbor, Bicubic, Bilinear.

Nearest Neighbor даёт самый быстрый и потому грубый результат. Поскольку интерполяции нет, заметна зубчатость. Bicubic — самый сложный алгоритм (соответственно, лучший и медленный); артефакты частично «зализываются» близлежащими пикселями, но картинка в целом несколько размывается. Bilinear — компромисс двух режимов.

Какой выбирать — личное дело каждого. Но в любом случае при больших коэффициентах увеличения различимы артефакты: зубчатость, особенно на резких границах перепадов яркости (человеческий глаз восприимчивее именно к изменению яркости, а не цветности). В графических редакторах алгоритмы реализованы по-разному. PhotoPAINT в режиме Bicubic даёт неплохие результаты, но, с моей точки зрения, несколько уступает Photoshop.

В Photoshop CS появились дополнительные режимы, производные от bicubic: Bicubic Smoother и Bicubic Sharper. Первый оптимизирован для масштабирования с увеличением, второй — с уменьшением и максимально сохраняет детали. Если его результат приводит к излишней контрастности, рекомендую стандартный Bicubic.

Богатство возможностей Photoshop. Слева направо: Bicubic, Bicubic Smoother и Bicubic Sharper. Увеличение в 16 и 8 раз

HumanSoftware Xfile

HumanSoftware известна решениями начального и среднего уровней (AutoCorrect, AutoFocus, AutoMask), и рассматриваемая утилита не исключение. XFile — это реализация метода интерполяции Ланцоша (Lanzcos) в виде дополнительного модуля для Photoshop. Разработчик рекомендует применять утилиту для увеличения не более чем в 4 раза. Я думаю, значение даже завышено: эксперименты показали, что качество ничуть не лучше работы Bicubic в Photoshop.

Кроме Lanzcos, в утилиту включён алгоритм собственной разработки Human Software — XFile. Никакими дополнительными настройками (кроме указания степени увеличения) модуль не обременён, что свидетельствует о его ограниченности и ориентации на неискушённых пользователей.

Genuine Fractals Print Pro

Компания LizardTech известна узкому кругу профессионалов и имеет в активе наработки в области геосистем и хранения графической информации без потери качества (формат DjVu). Недавно она была поглощена компанией Celartem, давно занимающейся цифровой обработкой изображений.

Как следует из названия модуля, алгоритм кодирования построен на фрактальных методах, что, тем не менее, практически не сказалось на его производительности — скорость не уступает остальным участникам теста.

Работа с GF Print Pro состоит из двух этапов. На первом из оригинала необходимо сформировать файл с расширением STiNG (STN) — стандартной операцией Photoshop File•Save As (появится в списке всех доступных форматов). Обычно его размер составляет от 1/5 («Практически незаметные потери» — Virtually Loseless) до 1/2 начального («Качество без потерь» — Loseless), сжатого LZW-компрессией. В принципе, разницы не заметно, потому смело сохраняем изображение как Virtually Loseless. Затем открываем его через стандартную процедуру (File•Open), после чего вводим коэффициент увеличения.

Среди настроек утилиты — задание конечного размера изображения (в процентах или пикселях) и качества (Highest, High, Good, Low). К сожалению, опций, позволяющих гибче подходить к качеству, не предусмотрено, что ощутимо ограничивает возможности.

Вторая группа утилит масштабирования не использует оригинальных алгоритмов, являясь, по сути, производными фильтров, корректирующих чёткость изображения. Они функциональнее рассмотренных ранее за счёт количества настроек. Самые представительные разработки — SmartScale и S-Spline.

Shortcut PhotoZoom

Shortcut Software — небольшая компания, сосредоточившаяся на выпуске продуктов для улучшения качества изображений. PhotoZoom (ранее известный как S-Spline) выполнен в виде отдельной программы и иллюстрирует применение одноимённой интерполяции. Есть две версии — PhotoZoom 2 (для любителей цифровой съёмки) и Pro (для препресс-дизайнеров). Скоро планируется выход утилиты I-Tricks для восстановления качества сильно компрессированных изображений.

Среди настроек PhotoZoom — выбор типа изображения (Photo, Graphics, Text, Generic) и точная подстройка с помощью двух групп параметров. Unsharp masking отвечает за восстановление потерянной резкости, а Fine Tuning предоставляет доступ к более тонким параметрам. Насколько они полезны, сказать трудно, ведь любое изменение относительно установленных по умолчанию ухудшает результат. Зато с помощью Intensity и Radius (группа Unsharp masking) можно кое-чего добиться: настройки для работы с текстом не оптимальны (наилучший результат даёт максимум Radius и минимум Intensity — тогда артефакты практически незаметны). Ещё есть пакетная обработка изображений и поддержка цветовой модели CMYK.

Pxl SmartScale

Extensis особо представлять не надо, её продукты (MaskPro, Intellihance Pro, Preflight, плагинами под XPress) знакомы всем дизайнерам и верстальщикам. SmartScale (дополнительный модуль к Photoshop) — недавнее детище компании, выросшее на волне интереса к разработкам подобного типа. По заявлению создателей, в нём задействована оригинальная технология PixelLive от Celartem: модуль находит математическую зависимость между яркостью и цветностью пикселей, позволяющую почти точно сохранять качество, яркость и контрастность. Как и в S-Spline, технология применяется на стадии постобработки увеличенного изображения.

При установке утилиты в меню Photoshop появляется пункт Extensis•Pxl SmartScale. Среди настроек — задание в явном виде размеров будущей картинки (в пикселях или процентах) либо выбор одного из предопределённых размеров (А5, А4 и т. п.).

Изюминка SmartScale — группа дополнительных параметров (палитра Detail), которым отводится роль пластических хирургов. Overall Sharpness отвечает за улучшение резкости, влияя на всю картинку глобально. Для тонкой работы с границами резких цветовых переходов есть ещё три параметра.

Edge Contrast усиливает контраст в пограничных зонах: чем больше пиксели отличаются по цвету, тем больший контраст будет добавлен. Edge Detail устанавливает степень детализации на границе цветов, а Extreme Edges пригодится при обработке изображений, сгенерированных с помощью компьютера (дополнительно усиливаемый контраст в граничных областях повышает их качество). Впрочем, при обработке фотографий он бесполезен.

Все установки (preset) сохраняются в виде файла на диске.

«Честное» масштабирование. Cлева направо: Xfile, GF Print Pro. Увеличение в 16 раз

Cлева направо: Xfile, GF Print Pro. Увеличение в 8 раз

Тесты показали, что специализированные утилиты работают объективно лучше, нежели Photoshop, особенно на высоких степенях увеличения. В отношении самих «спецназовцев» однозначности нет. Без механизмов постобработки увеличенного изображения («чистое» масштабирование) приемлемый результат даёт лишь невысокое увеличение (максимум в — 4 раза).

XFile с использованием интерполяции Lanzcos даже проигрывает Photoshop. Слабую разработку не спасает и низкая цена. Genuine Fractals Print Pro стоит на порядок выше. Здесь основной упор сделан на сохранение мелких деталей, но частично приносится в жертву точность воспроизведения границ. Сравните, как утилита передала засечки по сравнению с Extensis, — всё как в оригинале, хотя в целом объекты несколько «грязнее» за счёт шумоподобных протуберанцев, выходящих за границы чётких краёв букв. И хотя они растут пропорционально коэффициенту масштабирования, незначительность погрешностей (5% яркости) даёт право считать Print Pro лучшим инструментом для масштабирования до 600%. Плюс Print Pro — существенное (в 5 раз) сокращение «веса» файла без потери качества.

Среди «альтернативщиков» выделить кого-то тяжело: устранение артефактов сродни искусству, и результат в значительной мере зависит от профессионализма сидящего за компьютером. Но потенциал утилит высок: за счёт адаптивных методов фильтрации они не имеют жёстких ограничений на степень масштабирования, позволяя увеличивать изображение куда больше, чем в 8 раз (правда, в этом случае изображение получает некоторый налёт искусственности). По скорости работы они почти не отличаются.

Масштабирование с последующей обработкой. Слева направо - Pxl SmartScale, PhotoZoom

Я считаю, PhotoZoom ничуть не уступает PixelLive, хотя грешит артефактами вдоль резкой границы цветовых переходов (достигают 4% интенсивности исходного цвета). Основной недостаток PixelLive — размытые ореолы (до 9% яркости). К счастью, они проявляются достаточно редко — там, где область контрастного изображения относительно узкая; в остальных местах качество безупречно.

Какой разработке отдать предпочтение? Полагаю, пальму первенства делят GF Print Pro и SmartScale. Первая – за счёт недостижимой остальными утилитами реалистичности результата, вторая — за счёт большего количества настроек, чем у PhotoZoom. С их помощью можно влиять на степень «искусственности», которой грешат обе утилиты. Результаты SmartScale весьма приличны даже на больших увеличениях, работает она шустро. Недостаток один — цена.

Верхний ряд, слева направо (Pxl SmartScale, без повышения деталировки и с ней). Нижний ряд — PhotoZoom, стандартные установки (Generic) и со включенной опцией Photo Detailed)

Мы рассмотрели четыре специализированные утилиты для масштабирования изображений и выяснили, что большое значение имеют дополнительные параметры, компенсирующие искажения, вносимые различными алгоритмами. Помогает и способность «чувствовать» изображение — залог того, что вы сможете «вытянуть» из утилит максимум. Конечно, по первым результатам однозначно судить о качестве утилит нельзя. Бумага и экран — вещи разные; желательно распечатывать тестовые изображения и лишь затем выбирать утилиту. Ведь обычно все мелкие огрехи (менее 5% цвета) на бумаге просто исчезают…

Какой бы инструмент вы ни выбрали, помните: любое увеличение неизбежно приводит к потере качества. Следовательно, рассмотренные в обзоре решения проблемы — компромисс, недопустимый, когда речь идёт о действительно высоком качестве, и вполне приемлемый, когда нет других вариантов.

Об авторе: Михаил Борисов (mborisovv@yahoo.com), пишет для Publish обзоры ПО и полезные советы по допечатной подготовке и веб-дизайну.

Resizing или Resampling?

Масштабировать в графических редакторах можно двумя методами: Resize или Resample. Первый (для Photoshop — опция Resample отключена) сохраняет количество пикселей, но меняет разрешение. При пропорциональном увеличении изображения в 2 раза разрешение (чёткость) тоже уменьшится в 2 раза (размер каждого пикселя удвоится). Если изображение уменьшить, качество возрастёт. Никакой интерполяции не происходит.

Напротив, опция Resample (интерполяция) увеличивает размеры изображения, формально сохраняя его разрешение. Формально, потому что качество ухудшается: исходное разрешение 150 dpi «удвоенной» картинки фактически снизится до 75 dpi (хотя в параметрах будет стоять 150 dpi). Чтобы качество было как можно ближе к первоначальному, применяют различные режимы интерполяции.

HumanSoftware XFile

Цена: 50 долл.
Доступность: Windows, Mac OS X
Преимущества: низкая цена
Недостатки: максимальное увеличение до 200%
Резюме: утилита для нетребовательных пользователей

Genuine Fractals

Цена: Genuine Fractals (поддержка цветовых моделей RGB, Multichannel и Grayscale) - 160 долл.; Genuine Fractals PrintPro (плюс работа с CMYK и CIE-Lab) - 300 долл.; Genuine Fractals LE (размер входного файла не более 10 Mбайт, выходного - 64 Mбайт, максимальный размер изображения - 1500х2100 пикселей, без пакетной конвертации) - 50 долл.
Доступность: Windows, Mac OS
Преимущества: перевод в специальный формат значительно сокращает объём изображения
Недостатки: артефакты возрастают пропорционально увеличению
Резюме: утилита на равных конкурирует с Pxl SmartScale

Shortcut S-Spline

Цена: 70 долл.
Доступность: Windows, Mac OS
Преимущества: прекрасное качество при небольшой стоимости
Недостатки: мало дополнительных настроек в новой версии
Резюме: очень качественный продукт

Pxl SmartScale

Цена: 200 долл.
Доступность: Windows, Mac OS
Преимущества: отличное качество, высокая скорость
Недостатки: высокая стоимость
Резюме: утилита профессионального качества

Stair Interpolation

Наряду с математическими аппаратами для маскирования ухудшения качества масштабируемых изображений, есть и более простой подход: фото увеличивается постепенно (Stair Interpolation) — не сразу на 400%, а серией трансформаций по 120%. При необходимости (и поддержке редактором) можно написать макрос.

Сканированное фото: тяжёлый случай

Увы, сканированные изображения (особенно с печатных оригиналов) значительно хуже поддаются увеличению, нежели оригинальные фото из дизайнерских библиотек. Пропорционально растущие артефакты почти не позволяют преодолеть планку 200%, становятся заметны растровая сетка и огрехи сканирования (цифровой шум, пыль и прочее). Частично помогает предварительная обработка. Неплохо зарекомендовал себя Alien Skin Image Doctor, нивелирующий блочность, характерную для jpeg-компрессии. Не стоит забывать и о стандартных фильтрах Photoshop (Blur, Noise, Sharpen).