Как определить, растянуто изображение или нет?

Компьютерной обработкой изображений (из разных источников) широко занимаются с 1990-ых годов, поэтому количество изображений в сети, в особенности небольших размеров, велико. В связи с развитием компьютерной техники и увеличением разрешений экранов мониторов все большую популярность получают изображения больших размеров, которые, например, можно разместить на рабочем столе в качестве фонового рисунка. Однако, для свободного скачивания предлагается не так много качественных HD-форматных изображений, как кажется на первый взгляд. Для получения широкоформатных изображений или просто изображений больших размеров часто прибегают к растяжению уже имеющихся изображений меньших размеров с помощью различных редакторов, использующих алгоритмы, основанные на разных способах интерполяции изображений. При интерполяции, связанной с растяжением изображения, происходит увеличение числа пикселей путем их добавления между уже имеющимися. При этом цвет новых пикселей определяется с помощью различных алгоритмов с использованием усреднения цветов соседних (первоначальных) пикселей. Чем больше растягивается картинка, тем сильнее происходит усреднение, что в той или иной мере всегда влечет за собой потерю качества.

Распознать интерполированное (растянутое) изображение можно по нескольким визуальным признакам. Рассмотрим основные из них.

1. Граничное гало.
Слово гало произошло от древнегреческого слова, означавшего круг, диск, а также аура, нимб, ореол. В физике слово гало определяется как оптический феномен, состоящий в появлении светящегося кольца вокруг объекта — источника света. С точки зрения дефектов изображений граничное гало рассматривается как появление светящегося ореола, контура на границах резкой смены цвета, светлых и темных участков изображения, например, при изображении темных объектов на светлом фоне. Граничное гало появляется при растяжении изображений с целью компенсировать размытость краев объектов (вызванную интерполяцией) и придать им резкости. Также имеет место темное гало вокруг белого объекта небольшого размера, например, брызг воды.

Ниже приведены несколько изображений с вырезанными фрагментами, на которых стрелками показаны участки с граничными гало.

1) Исходное изображение (кликабельно)


Изображение с указанием вырезанных фрагментов (кликабельно)


Фрагменты в 100% масштабе с указанным граничным гало


2) Исходное изображение (кликабельно)


Изображение с указанием вырезанных фрагментов (кликабельно)


Фрагменты в 100% масштабе с указанным граничным гало


3) Исходное изображение (кликабельно)


Изображение с указанием вырезанных фрагментов (кликабельно)


Фрагменты в 100% масштабе с указанным граничным гало


4) Исходное изображение (кликабельно)


Изображение с указанием вырезанных фрагментов (кликабельно)


Фрагменты в 100% масштабе с указанным граничным гало


5) Исходное изображение (кликабельно)


Изображение с указанием вырезанного фрагмента (кликабельно)


Фрагмент в 100% масштабе с указанным граничным гало


2. Размытие.
Размытие изображения состоит в уменьшении резкости изображения путем смягчения границ переходов (например, краев линий или границ затененных областей изображения) за счет усреднения цвета соседних пикселов.

Далее приведены примеры изображений с размытием

3. Ступенчатость.
Этот дефект изображений может проявляться в виде образования ступенек (рваного края), как правило, на границах объектов на светлом фоне, а также в виде ломаных и ступенчатых линий вместо гладких линий и кривых.

Ниже приведены изображения содержащие ступенчатость

1) Изображение с указанием вырезанных фрагментов (кликабельно)


Фрагменты в 100% масштабе (стрелками отмечены участки ступенчатости)


2) Изображение с указанием вырезанного фрагмента (кликабельно)


Фрагмент в 100% масштабе (эллипсом и стрелками отмечены участки ступенчатости)


3) Изображение с указанием вырезанного фрагмента (кликабельно)


Фрагмент в 100% масштабе (стрелками отмечены участки ступенчатости)


4) Изображение с указанием вырезанного фрагмента (кликабельно)


Фрагмент в 100% масштабе (стрелками отмечены участки ступенчатости)


4. Цифровой шум.
Цифровой шум на изображениях проявляется в виде случайно расположенных элементов растра (точек). Цифровой шум бывает яркостным (если отличается от изображения более светлым или тёмным оттенком серого и цвета), хроматическим (если отличается от основного изображения по цвету), а также одновременно и яркостным и хроматическим. Цифровой шум придаёт изображению неестественный вид — создаётся ощущение, что на изображение наложена маска из точек различной яркости и цвета. В особенности, цифровой шум портит восприятие однотонно окрашенных частей изображения (например голубого неба) и объёмное восприятие объектов заднего плана, находящихся не в фокусе.

1) Исходное изображение (кликабельно)


Изображение с указанием вырезанных фрагментов (кликабельно)


Фрагменты с цифровым шумом в 100% масштабе

2) Области цифрового шума хорошо заметны на фоне голубого неба (кликабельно)


3) Исходное изображение (кликабельно)


Изображение с указанием вырезанного фрагмента (кликабельно)


Фрагмент с цифровым шумом в 100% масштабе


4) Исходное изображение (кликабельно)


Изображение с указанием вырезанного фрагмента (кликабельно)


Фрагмент с цифровым шумом в 100% масштабе


5) На следующих изображениях области наибольшего шума выделены (кликабельно)

5. Текстурность изображений.
Этот артефакт интерполяции состоит в появлении несвойственных исходному изображению текстур. Как правило, появляется в областях с резкой и частой сменой цветов и оттенков, на участках с мелкой текстурой, таких как листва, трава, рябь на воде, горные или лесные массивы и т.п. Естественная текстура, потерянная при сильной интерполяции изображения, заменяется искусственной, которая обманывает наше зрение.

Примеры появления текстурности при интерполяции изображений.

1) Исходное изображение (кликабельно)


Изображение с указанием вырезанных фрагментов (кликабельно)


Фрагменты с текстурами в 100% масштабе




2) Исходное изображение (кликабельно)


Изображение с указанием вырезанных фрагментов (кликабельно)

Фрагменты с текстурами и цифровым шумом в 100% масштабе


6. Нарушение пропорции изображений.
Как правило, дефект проявляется в широкоформатных изображениях, полученных путем растяжения по горизонтали обычных изображений. Он особенно заметен на изображениях, содержащих круглые предметы во фронтальном ракурсе.

Исходные изображения (кликабельно)


Изображения с указанием вырезанных фрагментов (кликабельно)


Фрагменты с круглыми объектами в 100% масштабе («круги» представляют собой овалы, что видно по размерам прямоугольников, их ограничивающих)


Ниже приведены примеры сильно растянутых изображений




В заключение - несколько слов о фотографиях, полученных при помощи цифровых фотокамер, и о качестве, с которым сохраняются изображения при съемке фотокамерами или при их последующей обработке в графических редакторах. Размер фотографий, которые можно получить, составляет несколько тысяч пикселей по каждой стороне изображения. К сожалению, далеко не каждая ПЗС-матрица фотокамеры и далеко не каждый объектив может похвастаться свойствами, которые позволят сделать качественный снимок, не содержащий тех или иных "проблемных мест". От матрицы цифровой фотокамеры напрямую зависит качество и детализация полученных фотоснимков. На плохой матрице, которая легко перегревается, фотографии всегда будут зашумлены, детализация утеряна, возможны проблемы с передачей цвета. На некачественном объективе возможно появление хроматического гало (двух цветов), также возможны проблемы с передачей цвета. Многое также зависит от условий и предмета съемки. Например, цифровой шум - "частый гость" фотографий объектов, снятых в условиях недостаточной освещенности. Наконец, сохраняя изображения в формате JPEG с качеством 90% и ниже, можно получить артефакты JPEG типа "гало". Таким образом, описанные выше изображения, не являясь интерполированными изображениями (цифровой zoom является интерполированием посредством программного обеспечения фотокамеры), могут содержать те же признаки потери качества, что и интерполированные изображения.