Dithering (Rozpraszanie, symulacja odcieni)

Dithering, często tłumaczony jako rozpraszanie lub symulacja odcieni, to technika używana w grafice komputerowej i druku, która pozwala na symulowanie szerszej gamy kolorów lub odcieni szarości niż te faktycznie dostępne w palecie urządzenia, poprzez strategiczne rozmieszczenie pikseli o dostępnych kolorach. W przeciwieństwie do półtonowania (halftoning), które zazwyczaj wykorzystuje siatki kropek o zmiennej wielkości, dithering koncentruje się na rozpraszaniu pikseli o pełnym nasyceniu w sposób, który oszukuje ludzkie oko, tworząc iluzję nowych kolorów i płynnych przejść tonalnych. Jest to szczególnie przydatne, gdy urządzenie wyjściowe (np. drukarka, stary monitor) ma ograniczoną paletę kolorów.

Wyobraźmy sobie drukarkę, która może drukować tylko czarny atrament i niebieski atrament. Aby stworzyć iluzję ciemnego granatu, dithering polegałby na drukowaniu małych, naprzemiennych kropek czarnego i niebieskiego atramentu. Z daleka ludzkie oko uśredniłoby te kolory, postrzegając je jako nowy odcień.

Jak działa dithering:
Algorytmy ditheringu analizują obraz oryginalny i, gdy napotykają kolor, którego nie ma w palecie docelowej, próbują go odtworzyć, rozpraszając wokół niego piksele z dostępnej palety. Różnica między oryginalnym kolorem a najbliższym dostępnym kolorem jest następnie rozkładana na sąsiednie piksele, aby zminimalizować widoczny błąd. Istnieje wiele algorytmów ditheringu, z których najpopularniejsze to:

  • Dithering rozproszony (Error Diffusion Dithering): Najbardziej znany to algorytm Floyda-Steinberga. Działa poprzez propagowanie błędu kwantyzacji (różnicy między oryginalnym kolorem a kolorem wybranym z palety) na sąsiednie piksele, które jeszcze nie zostały przetworzone. To tworzy bardziej naturalne i mniej wzorzyste rezultaty, ponieważ błąd jest rozpraszany losowo.

  • Dithering porządkowy (Ordered Dithering): Wykorzystuje wzorzec macierzy (threshold matrix) do określania, czy piksel ma być zadrukowany, czy nie. Rezultaty mogą być bardziej wzorzyste, ale proces jest szybszy.

  • Dithering szumowy (Random Dithering): Dodaje losowy szum do obrazu przed kwantyzacją, co rozprasza artefakty, ale może prowadzić do ziarnistych wyników.

Dithering a półtonowanie:
Mimo że obie techniki służą do symulacji ciągłych tonów, różnią się w podejściu:

  • Półtonowanie (często używane w druku profesjonalnym i wysokiej jakości) zazwyczaj tworzy regularne siatki kropek o zmiennej wielkości lub regularne rozłożenie kropek o zmiennej częstotliwości, często pod różnymi kątami, aby zminimalizować efekt mory.

  • Dithering (częściej w druku cyfrowym, na ekranach, lub gdy paleta kolorów jest bardzo ograniczona) skupia się na nieregularnym rozpraszaniu pikseli (lub kropek o stałej wielkości) w celu rozłożenia błędu i stworzenia iluzji koloru, często bez wyraźnej, powtarzalnej siatki. Dithering jest bardziej elastyczny, ale może prowadzić do bardziej ziarnistych wyników.

Zastosowania ditheringu w druku i innych mediach:

  • Drukarki o ograniczonej palecie kolorów: W drukarkach, które nie mają wielu atramentów lub tonerów, dithering jest używany do symulowania pełnej gamy kolorów.

  • Drukarki monochromatyczne: Dithering jest kluczowy do drukowania obrazów w odcieniach szarości na drukarkach, które drukują tylko czarno-biało, tworząc iluzję szarych tonów za pomocą różnych gęstości czarnych kropek.

  • Starsze monitory i karty graficzne: Dithering był szeroko stosowany, aby wyświetlać obrazy z większą głębią kolorów na monitorach obsługujących tylko 256 kolorów lub mniej.

  • Kompresja obrazu: Czasami dithering jest używany jako technika redukcji bitowej obrazu, aby zmniejszyć rozmiar pliku, jednocześnie zachowując wrażenie jakości wizualnej.

Dithering jest więc inteligentnym sposobem na obejście ograniczeń technicznych urządzeń wyjściowych, pozwalając na reprodukcję obrazów z większą wiernością tonalną i kolorystyczną, niż wynikałoby to z ich natywnej palety. Mimo że może prowadzić do pewnego ziarnistości, jest to niezwykle efektywna technika, która znacząco poprawia jakość wizualną treści drukowanych i wyświetlanych.