Sunday, 24 November 2013

PPI, DPI ja LPI, mitä hittoa? Osa I






Viimeisessä postauksessa oli tarinaa rastereista ja resoluutioista. Ne kun tuntuvat olevan sekaisin kuin entisenmiehen puurot ja vellit, niin koitan tässä selventää käsitteitä. Poikkitieteelliseen tyyliin tietenkin eli juristeja lainaten sotkuiset käsitteet selvitetään ja  selvät käsitteet sotketaan.

Ehkä suurin syy näiden käsitteiden sotkuisuuteen on se, että niitä käytetään eri yhteyksissä hyvin sekavasti. Kun tarkoitetaan PPI:tä, niin saatetaan puhua DPI:stä tai LPI:stä. Lisämausteensa soppaan tuo tietysti mittayksikkönä käytetyt tuumat ja senttimetrit sekaisin.

Lähdetään liikkeelle PPI:stä. Se on varmaan konkreettisin kaikista - luulisin. Isolla kirjoitettaessa PPI tarkoittaa pikseleiden määrää tuumaa kohti. Pienellä kirjoitettuna (ppi) PPI:n lukuarvoa. SI-järjestestelmän mitoissa yksikkö on ppcm eli pikseliä senttimetriä kohti. Näissäkään ei olla kovin systemaattisia.

 Käyttämässäni Canonin kamerassa on ns. täyden kinokoon kenno, jonka mitat ovat 36 mm x 24 mm. 






Kun Photoshopissa syötetään kameralla otetetun kuvan tietoihin kohtaan Document Size kennon fyysiset mitat, niin kennon resoluutio tulee automaattisesti näkyville. Tällä kameralla se  on siis 3962,4 ppi tai 1560 ppcm. Kennon pituus ja leveysmitat täytyy tiettysti tietää, jotta tätä metosia voidaan käyttää. Syytä huomioida, että laatikko Resample Image pitää nyt jättää valitsematta. Tiheässä ovat alkeis- tai yksikkökennot kameran kennostolla. Kameran kennon resoluutiota voidaan pienentää siten, että yksi kuvapikseli muodostuu useammasta kennon pikselistä. 



Tässä havaintokuvassa näytetään, miten eri värejä rekisteröivät alkeiskennot sijaitsevat ns. bayer-matriisia käyttävissä kennoissa.  Vihreän dominanssi johtuu siitä, että silmä on herkempi vihreälle värille kuin siniselle ja punaiselle. Vihreän väri-informaatio on näköaistin kannalta merkityksellisempää kuin kahden muun päävärin. Siksi tämä logiikka kennoissa. Näitä eri väreille herkkiä alkeiskennoja minun Canonissani on siis 5616 x 3744 = 21026304.  Havaintokuvassa alkeiskennojen määrä on tietysti selkeyden vuoksi paljon pienempi.

Joku saattaa ihmetellä lukua Pixel Dimensions: 60,2 M. Luku on kolminkertainen pikseleiden määrään nähden (älkää jääkö suotta ihmettelemään pyöristyksiä, ne ovat ns. korkeampaa digimatematiikkaa). 60,2 M tarkoittaa sitä, että kuvassa on 60,2 miljoonaa 8 bitin tavua. Jokainen kuvan väri talletetaan yhtenä 8 bitin tavuna. Kolme väriä kertaa 20 miljoonaa on 60 miljoonaa, pyörein luvuin.


Kuva voidaan tallentaa myös 16 bittisenä. Esimerkiksi silloin, kun kuvat otetaan RAW-muodossa ja tallennetaan vaikka PSD-muodossa. Tavujen määrä kuvassa on silloin tuplat, eli 120 Megatavua.



Myös kuvaruutu koostuu pikseleistä ja silläkin on oma resoluutionsa, joka voidaan ilmaista ppi- tai ppcm-yksiköinä.



Lähikuva minun kuvaruudustani. Yksi neliön muotoinen kolmen värin yhdistelmä on kuvaruudun pikseli. Vaikka viivoitin ei ole ihan linjassa, niin kuvasta voi laskea kuvaruutuni resoluution olevan parhaimmillaan vajaat 40 ppcm, eli  vähän alle 100 ppi. Standardi lienee 96 ppi


Kuvaruudun pikseli koostuu kolmesta väristä. Ehkä tässä on hyvä korostaa sitä periaatteellista eroa, mikä on kameran kennon pikselillä ja kuvaruudun pikselillä. Kameran kennon alkeiskennot, siis kuvan pikselit muodostavat yksiköt,  ovat herkkiä eri väreille.  Itse alkeiskenno rekisteröi vain värillisen suodattimen lävitse tulleen valon määrän. Lopullinen värikuva muodostuu monimutkaisen matemaattisen algoritmin avulla useiden vierekkäisten kennojen saaman valoinformaation avulla. 



Kuvaruudun resoluutiota voidaan säätää pienemmäksi ihan samalla tavalla kuin kamerankin resoluutiota. Silloin vain useampi kuvaruudun alkeispisteistä vastaa kuvapikselin. Tosin sanaa resoluutio käytetään usein harhaanjohtavasti kuvaruudun pikseleiden määrän mittana. Resoluutio on kuitenkin erottelukyvyn mitta. Pikseleitä tai pisteitä tai mitä vain pituus, pinta-ala tai tilavuusyksikköä kohti. 

Kuvatiedostolle määritellään myös resoluutio. Esimerkiksi joissain kuvaohjeissa kerrotaan, että kuvat pitää toimittaa 300 ppi resoluutiolla. Se osoittaa yleensä sitä, että ohjeen antajalle digitaalisen kuvan peruskäsitteet ovat enemmän tai vähemmän hämäriä.

Abstraktilla kuvatiedostolla ei voi sinänsä olla mitään konkreettista resoluutiota. Eihän sillä ole mitään fyysisiä mittoja. Pituutta eikä leveyttä.

Otetaan esimerkiksi passikuva, jonka mitat on tarkasti määrätty. Passikuvaohjeissa sanotaan seuraavasti: "Kuvan mittojen on oltava tarkalleen 500 x 653 pikseliä. Yhdenkään pikselin poikkeamia ei hyväksytä." Resoluutiosta ei puhuta mitään. Ei tarvitakaan, koska passintekolaitteistot on kalibroitu siten, että 500 x 653 pikselin suuruinen kuva printtautuu passiin juuri oikean kokoisena.


Tässä passikuvani fyysinen koko määräytyy kuvaruudun resoluution mukaan. Minun kuvaruudullani kuvan leveys on 13,0 cm. Kun sen pikseleiden määrä levyssuunnassa on 500 pikseliä, niin siitä voidaan päätellä kuvaruutuni resoluution olevan jo yllä päätellyn noin 40 ppcm.

Jos kuvatiedosto halutaan tulostaa tietyn kokoisena, niin se täytyy jotenkin kertoa tulostimelle. Se voidaan tehdä joko ilmoittamalla tulostimelle, että tämä kuva tulostetaan niin ja niin leveänä ja niin ja niin korkeana. Kuvan pikselikoon ja tulostuskoon yhdistävä linkki on kuvan resoluutio. Jos näistä yhden arvoja muutetaan, niin ainakin toisen muista arvojen on muututtava.


Näillä arvoilla passikuvani tulostuu saman kokoisena kuin se on passikuvaohjeen mukaan määritelty. Itse passihan kuva on hieman pienempi.


5 comments:

  1. Ihmettelevä Ilmari24 November 2013 at 12:13

    Minulla on Canonin EOS Mark II. Ihmettelen, miksi Kameran RAW-kuva on niin paljon pienempi tiedostokooltaan kuin siitä tallennettu PSD-kuva. Luvut ovat jotain 27 Mb ja 120 Mb.

    ReplyDelete
  2. Minullakin on sama kamera. Kuvassa on Mark III vain siksi, että löytänyt Canonin sivuilta Mark II:sta kennon kera.

    PSD-kuvaformaatti koodaa jokaisen pikselin kolme väriä. Siksi 8-bittisenä 3 x 20 Mb = 60 Mb ja 16-bittisenä 2 x 3 x 20 mB = 120 Mb.

    RAW-kuvassa jokaisessa pikselissä tallentuu vain sen valotusarvo, yleensä 12-bittisenä. Väriarvon informaatio tulee automaattisesti pikselin paikan mukaan. Siksi RAW-kuvan tiedostokoko on 1½ x 20 Mb = 30 Mb. Ainakin Canonin CR2-formaatti pakkaa (häviöttömästi) RAW-kuvaa, joten tiedostokoko vaihtelee. Pienssä testissäni täysin valkoisen RAW-kuvan koko oli 15 Mb, mustan linssinsuojus päällä valotetun 20 Mb ja normaaliaiheisen valokuvan tyypillisesti välillä 26 - 29 Mb.

    ReplyDelete
  3. Sen verran käsitteellistä korjausta edelliseen.... ehkä - että raakatiedosto ei ole varsinaisesti täydellinen kuvatiedosto, "raw-kuva". Siihen on lisättävä informaatiota, kuten mainitut pikseleiden paikkatiedot, värinlaskenta-algoritmit tarvitsevat tietoja Bayer-suodattimien ominaisuuksista (vahvuuksista) ja ehkä vielä muutakin. Muunto-ohjelmiston käytössä on oltava nämä tiedot, ennen kuin luettelo pikselien valoisuusarvoista rakentuu kuvatiedostoksi.

    Kaiketi tilan säästämiseksi noita tietoja ei talleteta raakatiedoston mukaan, joten mikään ohjelma ei osaa avata tiedostoa, ellei sillä ole k.o. täydentävää informaatiota.

    ReplyDelete
  4. Se nyt lienee enempi semanttinen kysymys, voidaanko tiedostoa kutsua kuvatiedostoksi, jos sen avaamiseen tarvittava tieto ei ole tiedostossa itse mukana. Vähän sama, kuin onko säilykepurkki säilykepurkki, jos sen avaamiseen tarvitaan purkinavaajaa. Joissakin kun kansi aukeaa renkaasta vetämällä. Mutta semantiikkahan tunnetusti sopii jätkälle - vai oliko se just toisinpäin?

    ReplyDelete
    Replies
    1. Purkeista ehkä maitojauhepurkki olisi sopiva vertaus. Maitoa saa vasta, kun lisää vettä.

      Samoin rawin kanssa - kuvan saa vasta, kun lisää puuttuvat elementit. Ja kun ne ovat kameramallikohtaisia, ei niitä saa kraanasta...

      Delete