автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Четкость в полиграфической растровой репродукции - формирование и управление

На правах рукописи

Макеева Татьяна Александровна

ЧЕТКОСТЬ В ПОЛИГРАФИЧЕСКОЙ РАСТРОВОЙ РЕПРОДУКЦИИ -ФОРМИРОВАНИЕ И УПРАВЛЕНИЕ

Специальность 05.02.13. - Машины, агрегаты и процессы (полиграфического производства)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва -2006

Работа выполнена в Московском государственном университете печати на кафедре «Технологии допечатных процессов»

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Андреев Юрий Сергеевич

Официальные оппоненты -

доктор технических наук, доцент Самарин Юрий Николаевич

Ведущая организация

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Солнцев Игорь Александрович НТЦ Полиграфии

Защита диссертации состоится «14» марта 2006 г. в 15.30 на заседании диссертационного совета Д 212.147.01 при Московском государственном университете печати по адресу: 127550, г. Москва, ул. Прянишникова, 2а, читальный зал библиотеки

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГУП

Автореферат разослан « 13 » февраля 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор химических наук, профессор

¡А#6А

1. Общая характеристика работы

Актуальность темы диссертационного исследования. Для получения высококачественной репродукции актуальной является не только точность воспроизведения цвета, чему обычно уделяется основное внимание, но и требования к качеству воспроизведения деталей изображения. Под деталями изображения понимают границы объектов изображения и собственно штриховые детали. Обычно четкость изображения оценивают именно по воспроизведению штриховых деталей, которые могут быть единичными или входить в состав группы штрихов периодических решеток. Штриховые детали в репродукционном процессе могут использоваться в двух аспектах: при воспроизведении чисто штрихового изображения, например, при сканировании и воспроизведении графики, логотипов, текста: при воспроизведении деталей в составе растрировэнного изображения, например, волос на портрете, мелких веток деревьев и т.п. Воспроизведение штриховых деталей является сложным процессом, включающим в себя считывание штрихового изображения с широко регулируемыми параметрами считывания: разрешения считывания, размера апертуры, качества самой считывающей системы, дальнейшей обработки полученного сигнала; фотовывод, который может тоже осуществляться с различным разрешением и различными параметрами записывающего пятна, с использованием различных экспозиционных условий, времени записи и свойств фотоматериала Результаты зависят от размеров штриха и геометрического положения штриха относительно системы записи-считывания. В настоящее время нет систематизированных данных по данной проблеме.

Цели и задачи

Цепью работы является проведение исследований оценки степени влияния параметров ввода и вывода изображения в компьютерной издательской системе на получаемый результат и решение задачи выработки практических рекомендаций по оптимизации процесса воспроизведения штрихового изображения в системе поэлементной обработки изображения.

Научная новизна

Впервые систематизированно исследовано влияние параметров считывания-воспроизведения в их различных соотношениях на результат репродуцирования штрихового и штрихового растриров энного изображения.

Практическая ценность

Разработанные рекомендации могут найти применение в практической деятельности при проведении репродукционных процессов, при подготовке лекционных и лабораторных курсов для изучения дисциплин цикла «Технология обработки изобразительной информации».

Основные положения, выносимые на защиту 1. Методика исследования и результаты исследования влияния различных параметров проведения процесса сканирования при считывании и выводе в системе поэлементной обработки изображения на возможную четкость воспро-

изведения штриховых деталей, как в бинарной системе, так и в системе автотипного растрирования.

2. Рекомендации по практическому использованию результатов исследований по выбору параметра «порог бинаризации», параметра «коэффициент качества», растровых структур с позиций формирования четкости изображения. Апробация работы

Содержание отдельных разделов и диссертации в целом было доложено и получило одобрение на заседаниях кафедры Технологии допечатных процессов МГУП, VII Международной конференции МАИ. Публикации

По результатам работы опубликовано 4 печатные работы. Структура работы

Диссертационная работа состоит из 3 глав, библиографического списка и приложений. Работа выполнена на 115 страницах и содержит 47 рисунков и 24 таблицы.

2. Содержание диссертации

В главе 1 при постановке задачи работы проводится анализ параметров, влияющих на четкость в полиграфической репродукции, оценивается актуальность проведения исследования.

При оценке качества воспроизведения мелких деталей изображения следует принимать во внимание следующие факторы:

1. Геометрическая точность. В процессе репродуцирования штриховых оригиналов основная задача воспроизведения обычно состоит в том, чтобы точно передать геометрические размеры штриховых элементов. При плохой геометрической точности возможно искажение штрихов в репродукционном процессе, особенно заметное для малых деталей.

2. Интервал оптических плотностей между воспроизведенными прозрачными и непрозрачными участками фотоформ. Он должен быть достаточным для того, чтобы обеспечить защиту формного материала от воздействия излучения в последующем копировально-формном процессе. При уменьшении размеров детали оптическая плотность детали уменьшается. В совокупности с искажениями геометрической точности это может привести к полному исчезновению штрихов малого размера в репродукционном процессе;

3. Резкость границ штрихового элемента. Резкость границ может теряться при воспроизведении аналогового изображения, особенно если коэффициент контрастности недостаточен. При воспроизведении штриховых деталей в системе поэлементной обработки изображения (СПОИ) на фотоформах и далее на печатных оттисках обнаруживается известный эффект воспроизведения штриховых оригиналов в СПОИ, проявляющийся в образовании ступенчатой структуры границы при дискретном формировании штриха. В каждой строке деталь изображения может иметь резкий П-образный переход на границе, но в зависимости от взаимной ориентации направления сканирования и расположения штрихового элемента при визуальной оценке в боль-

шей или меньшей степени может искажаться прямолинейная непрерывная граница контуров и линий, влияя на качество воспринимаемого изображения.

4. Контраст изображения штриха в растровом поле, определяемый условиями растрового процесса, влияет на визуальное восприятие изображения для рас-трированных деталей.

В совокупности все эти параметры - геометрическая точность, интервал оптических плотностей, структура краев границ объектов и штриховых деталей, контраст изображения и определяют четкость изображения;

На качество воспроизведения штрихового элемента влияют преобразования и искажения, специально осуществляемые или самопроизвольно возникающие в системе:

1. на стадии сканирования изображения,

2. на стадии обработки информации,

3. на стадии вывода фотоформ.

При воспроизведении растрированного штрихового изображения в системе электронного растрирования дополнительно большое влияние могут оказывать параметры растрирования:

1. - структура и метод растрирования;

2. - форма растровой точки;

3. - соотношение разрешения вывода и линиатуры растрирования. Исходя из этих положений, следует разделить исследование на два раздела:

оценка воспроизведения и факторов, влияющих на качество штрихового изображения в условиях бинаризации, и оценка воспроизведения и факторов, влияющих на качество штрихового изображения в составе растрированного.

В главе 2 рассматривается формирование четкости изображения в системе поэлементной обработки. Для оценки качества воспроизведения штрихового изображения в условиях бинаризации были изготовлены фотоформы с использованием штрихового тест-объекта (ТО), выполненного способом точной фотографии и имеющего П-образный профиль распределения оптических плотностей. ТО представляет собой миру Бурмистрова, состоящую из 25 групп штрихов. Каждая из этих групп штрихов содержит в наборе штрихи, расположенные под углами 0°, 45°, 90°, 135° к направлению строчного сканирования, что позволяет производить анализ для штрихов с различной пространственной ориентацией. С использованием полученных фотоформ, была проведена оценка влияния изменения параметров сканирования и вывода штрихового изображения на конечное качество его воспроизведения. Сканирование осуществлялось на планшетном сканере Nexscan F4000 фирмы Heidelberg при изменении

• разрешения сканирования R с: 800 ppi, 1520 ppi, 2500 ppi;

• порога бинаризации Т: 50%, 60%, 70%, 80%;

• функции сканирования: Good, High, Excellent, 4 times excellent.

Физический смысл параметра функция сканирования четко не определен, предположительно, эти функции различаются по организации процессов наводки на резкость при сканировании, по тщательности считывания и по скорости процесса обработки сигнала.

Вывод изображения проводился на фотовыводном устройстве Primesetter 74 фирмы Heidelberg. Разрешение вывода R в было равным 1270, 2540, 3387 dpi.

По результатам измерений размеров штрихов измерительным микроскопом, для трех размерных групп были построены кривые, характеризующие зависимости полученной ширины штриха от его пространственной ориентации и порога бинаризации. На рис. 1 в качестве примера представлены зависимости для R t=800 ppi и R „=2540 dpi. Анализ экспериментальных данных показал, что наибольшее влияние на размерную точность оказывает параметр «порог бинаризации».

200-■

i 160-

I 120 i i _____

I 80 < ■ j ' I

I 40 ■•

3

0 -1-1-

О 45 90

угол поворота штриха,град

|—Т=50% -+-Т-60» ->-Т>7С№ -«-Т-80Ж |

Рис 1 Зависимости ширины штрихов на фотоформе от пространственного расположения штриха (1ср = 100,2 мкм) для при R. 2540 dpi и различных значениях порога бинаризации

В современных системах фотовывода обеспечивается достаточно резкая граница микроштриховых элементов вдоль и поперек сроки записи вследствие высокого коэффициента контрастности (у> 5-8), и относительно высокой разрешающей способности фотоматериала (R~ 600мм'1), получаемой максимальной оптической плотности (D> 4). Однако при других ориентациях штриха происходит потеря качества воспроизведения, вызванная главным образом нарушением однородности штриха, разбиением его на фрагменты, формирующие ступенчатую структуру изображения. Поэтому данные по ширинам штрихов, приведенные на рис. 1, когда измерение ширины детали осуществлялось визуальным усреднением, в частности для штрихов под углами 45 и 135°, можно рассматривать как приближенные.

Использование такого критерия - «ширина детали» - для прямой оценки точности воспроизведения представляется трудоемким и недостаточно однозначным при наличии ступенчатой структуры границы штриховой детали, потере сплошности штриха (рис. 2). Для того чтобы иметь возможность проведения сравнительной оценки качества по большому массиву экспериментальных

135

данных, было необходимо разработать соответствующую методику. Предложена методика оценки качества воспроизведения штриховых деталей по соотношению сигнал/шум.

■ Л1

Рис 2 Микрофотографии элементов ТО, имеющих различную ширину и взаимную ориентацию с направлением сканирования'

а -1 штр-25 мкм, а = 22,5°, б -1 шл, = 50 мкм, а = 22,5°

При этом можно исходить из того, что непрозрачные элементы штрихового изображения (Отах) являются абсолютно непрозрачными, а прозрачные элементы (Отш) являются практически прозрачными (коэффициент пропускания т=0,0001 для непрозрачных деталей на уровне 0тах=4,0 и коэффициент пропускания т=1,0 на уровне 0тш=0,05). В таком случае интегральный световой поток, прошедший через площадку, содержащую изображение этих деталей, может характеризовать относительную площадь прозрачных деталей на анализируемой площадке.

Поэтому к оценке качества ширин штрихов можно подойти через измерение интегрального коэффициента пропускания (т) или интегральной оптической плотности (Б). Такой подход позволяет упростить оценку, исключив микроскопические измерения ширины на штриховом изображении, в том числе на изображении, имеющем ступенчатую структуру границы штриховой детали, или вообще нарушенную структуру штриха, заменив их достаточно простыми измерениями интегральной оптической плотности совокупности штриховых деталей.

Интегральную оптическую плотность одной размерной группы штриховых деталей можно представить формулой:

1

= (!)

где 1 Пр I - суммарная ширина просветов;

1 - суммарная ширина непрозрачных элементов (штриховых деталей).

Таким образом, для известных размеров штриховых деталей ТО можно вычислить Орасч. Если направление ориентации групп штрихов тест-объекта совпадает с направлением строчного сканирования или перпендикулярно ему, то штрихи обычно воспроизводятся без нарушения формы и информацию об ис-

кажении размера штриха можно получить, измеряя ОИН1 и сравнивая ее с расчетной О. Это сравнение можно проводить по формуле 2:

ОСШ =,

D„

| ^ расч &инт I

(2)

Этот метод оценки качества изображения был условно назван методом отношения сигнал-шум (ОСШ). Большие отклонения Оинт от расчетных величин дают малые значения ОСШ, а малые отклонения приводят к высоким значениям ОСШ. Т.е. при высоких значениях ОСШ размер штриха на изображении близок к размеру тест-объекта.

Описанная методика позволила рассчитать по измеренным ранее значениям ширины штрихов и просветов значения оптических плотностей ТО (формула 1). Затем были измерены оптические плотности исследуемых групп штрихов на всех фотоформах и согласно формуле 2 вычислены отношения сигнал-шум. Анализ графических зависимостей (рис.3) показал, что, как и следовало ожидать, наибольшее значение ОСШ имеют штрихи, расположенные вдоль и перпендикулярно направлению сканирования Дальнейшие сравнения проводились при Т=70%, поскольку в этом случае ОСШ давали наибольшее значение (рис.5). При этом проявлялось явное различие ОСШ в зависимости от пространственного расположения штриха.

О 45 90 135

угол поворота штриха, град 11 группа -А-21 группа!

Рис 3 Зависимость ОСШ от угла поворота штриха при Т=70% и R .=2540 dpi

Данные показали (рис.3) совместное влияние параметров сканирования и фотовывода. Для разделения их влияния был использован виртуальный ТО, смоделированный в программе FreeHand и представляющий собой одиннадцать отдельно стоящих периодических групп штрихов (рис.4). Ширина штриха и просвета увеличивается от 25 мкм в геометрической прогрессии с коэффициентом, равным л/2 . С ТО были получены фотоформы в условиях фотовывода и обработки, аналогичных ранее использованным. Проводилось сравнение воспроизведения одинаковых размерных групп на фотоформах, полученных с

произведения одинаковых размерных групп на фотоформах, полученных с применением виртуального и реального ТО.

■иинияттпч

123488789 10 11

Рис.4 Фрагмент тест-объекта Анализ результатов эксперимента позволил сделать вывод, что на качество воспроизведения изображения в большей мере, чем фотовывод, оказывает стадия сканирования (рис.5). При данном Т=70% штрихи, расположенные в направлении сканирования, воспроизводятся почти также хорошо, как и без сканирования. Чуть хуже воспроизводятся штрихи, ориентированные перпендикулярно направлению сканирования. Можно дать рекомендацию уделить особое внимание правильному выбору порога бинаризации - это основное условие обеспечения точности воспроизведения.

угол поворота штриха, град

—•—безсканирования # т-50% -Ж-Т-60% —А— Т=70%

-А-Т=80%

Рис 5 Сравнение воспроизведения штрихов по ОСШ на фотоформе без сканирования и при сканировании с различными порогами бинаризации при R ,=2540 dpi

На практике часто штриховые детали воспроизводятся в составе растриро-ванных изображений. В работе проведено исследование резкостных свойств при воспроизведении штрихов с применением различных параметров растрирования. При выводе таких изображений могут бьггь использованы различные растровые структуры: нерегулярные, регулярные с разной формой растровых точек. В работе исследовано влияние следующих регулярных растровых систем: с круглой точкой - симметричная структура; с эллиптической точкой -структура частично симметричная, Mega Dot и Geometric Dot - структуры несимметричные с максимально вытянутой точкой. Также была использована нерегулярная структура, полученная методом частотно-модулированного растрирования, с круглой растровой точкой.

Необходимо выбрать тест-объект, позволяющий оценить характер влияния параметров растрирования на воспроизведение штриховых структур при растрировании, и выбрать методику оценки качества воспроизведения. Для проведения эксперимента был изготовлен ТО №2, смонтированный на прозрачной основе из ранее описанного (рис.4) фрагмента, расположенного под углами 0°; 22,5°; 45°; 67,5°; 90° к направлению сканирования.

Была проведена оценка качества воспроизведения штриховых элементов в растрированном изображении с применением регулярных растровых структур по фотоформам, выведенным при изменении параметров ввода и вывода информации:

• коэффициента качества Q = 1; 1,5; 2;

• частоты растрирования V = 150 Ipi, 300 lpi;

• разрешения сканирования Rc для:

V = 150 lpi - Rc = 150 ppi Re = 225 ppi Rc= 300 ppi

V = 300 lpi - Rc = 300 ppi Re = 450 ppi R* = 600 ppi

• разрешения вывода R„:

для V = 150 lpi, R„ = 2540 dpi;

для V = 300 lpi, R, = 3200 dpi, максимально возможное на фотовыводном устройстве Primesetter 74;

• диапазон S°™ растровой точки в светах и тенях изображения:

Д S0TH =1(0-100%), Д S0™ =0,75(25-75%),Д S0™ =0,65 (35-65%);.

Автотипная структура, накладываемая на штриховое изображение, делает практически невозможным оценку качества воспроизведения приборными методами. Для оценки качества изображения с точки зрения зрительного восприятия необходимо проведение исследований с привлечением экспертных оценок.

При исследовании был использован метод экспертных оценок, основанный на усреднении и ранжировании оценок, присвоенных группой независимых экспертов при сравнении полученных фотоформ. Шесть экспертов из числа технологов полиграфического производства оценивали качество воспроизведения отдельно стоящего штриха и периодической решетки по шкале относительной значимости в диапазоне 1-10, включая дробные числа. Оценка проводилась при изменении ширины деталей и угла их поворота по отношению к направлению сканирования. Численный состав группы экспертов был определен с учетом большого массива обрабатываемых данных, исходя из требований норм стандарта (ГОСТ 23554.1-79). К экспертам предъявлялись требования наличия навыков работы с автотипными растровыми структурами.

Оценка проводилась с учетом следующих параметров:

• воспроизведение штриха (наличие или отсутствие штриха после воспроиз-

ведения);

• сплошность, заполняемость изображения штриха;

• геометрическая точность воспроизведения штриха и просвета;

• четкость границ штриховых элементов;

• степень муарообразования при взаимодействии периодической решетки и

автотипной структуры.

Количественные оценки усреднялись, и на основе экспертных оценок был определен дифференциальный и комплексный показатель качества воспроизведения изображения.

Расчет дифференциального показателя качества воспроизведения основан на оценке изображения по выбранным свойствам. Методы расчета должны удовлетворять условию

кДИф=т, К2,....... Кц) (3)

где Кь К2,......, К„ - единичные показатели качества.

Дальнейшее укрупнение групп свойств, т.е. сведение воедино дифференциальных показателей, каждый из которых представляет набор свойств, объединенных каким-либо признаком, приводит к расчету комплексного показателя: Ко — диф1 + К диф2 .....+ К дифп), (4)

Были выделены параметры, влияющие на воспроизведение. Одним из интересных вопросов является вопрос о выборе параметра О - коэффициента качества при сканировании. В настоящее время еще идет дискуссия о том, какое численное значение параметра О должно быть выбрано при сканировании. Поэтому в ходе работы исследовалось влияние данного параметра на качество воспроизведения. Результатом проведенного эксперимента послужили графические зависимости дифференциального показателя качества воспроизведения от ширины и пространственной ориентации штриховых элементов для разных О, анализ которых показал, что по достижении значения <3, равного 1,5, дальнейшее увеличение практически не оказывает влияния на воспроизведение рас-трированного периодического изображения.

Обычно пользователь оценивает качество изображения в целом, обобщая в своей оценке воспроизведение деталей для различных углов поворота. Поэтому был введен расчет комплексного показателя, который представляет собой нормированную усредненную оценку воспроизведения изображения штрихов для всех углов поворота теста. Расчет подтвердил выводы о том, что увеличение 0 выше 1,5 практически не оказывает влияния на воспроизведение растрирован-ного периодического изображения для всех исследуемых растровых структур и ЛЯ Пример приведен для структур с круглой растровой точкой на рис. 6.

Можно рекомендовать <3=1,5 для изображений, содержащих штриховую графику при преобладающем наличии периодического штрихового изображения. Выбор () оказывает небольшое влияние на воспроизведение растрирован-ного изображения отдельно стоящих штрихов. При его изменении от 1,5 до 2 относительный показатель качества слегка увеличивается. Можно рекомендовать (3=2 для изображений, содержащих отдельно стоящие штрихи в растровом поле (рис.7).

200 400 600 800 ширина штриха, мкм

-01 ■

-0=1.5 -

Рис 6. Зависимость качества воспроизведения группы штрихов в зависимости от ширины штриха и С? для изображения с круглой растровой точкой при у=3001р1 и Д£>=0-100%

200 400 600 800 1000 ширина штриха,мкм

Рис 7. Зависимость качества воспроизведения штриха от ширины и величины Q Форма точки круглая, v = 150 lpi, Д SOTH =0-100%, угол 0е

200 400 600 800 ширина штриха, мкм

-iS(Kp)=0-100 --4S(M)=0-100 -

- лЭ(Кр}в25-в5 -

- aS(M)=25-65 ■

- iS(Kp)=35-65 -i£№=35-65

Рис 8. Зависимость качества воспроизведения группы штрихов от ширины при V = 3001р1,0=1,5, угле поворота= 22,5°

С уменьшением диапазона Б0™ в растровом изображении уменьшается относительный показатель качества, а также количество групп штрихов, которые способны воспроизводиться (рис.8).

Исследования показали, что передача ухудшается при углах 22,5°, 67,5° (рис.9), а, следовательно, можно ожидать ухудшения изображения на фотоформах голубой и пурпурной краски, имеющих углы поворота растровых структур, близкие к этим значениям.

22,5 45 67,5 угол поворота град

—♦—894,6 -«—638 444,2-К— 309,2

-»—221 -«—153,8 —(—109,$—76,2 — 54,2 39,в -•— 30,в

Рис 9 Зависимость качества воспроизведения группы штрихов от пространственной ориентации и ширины штриха для круглой растровой точки при Д S°™ =25-75%, v = 300 lpi, Q=2

Структуры с эллиптической и круглой растровой точкой при одинаковой линиатуре практически не дают различий по дифференциальному показателю качества воспроизведения. Особенности растровой структуры Mega Dot приводят к потере штриховых элементов. Например, при их расположении под углами, отличными от 0° и 90°, увеличивается размер периода воспроизводимых групп штрихов и уменьшается показатель дифференциальной оценки качества воспроизведения (рис.8). В тоже время данная структура позволяет получить высокую сплошность крупных штриховых элементов, расположенных вдоль и перпендикулярно направлению сканирования, и, соответственно, более высокие значения показателя дифференциальной оценки качества по сравнению с растровыми структурами с эллиптической и круглой растровыми точками. Поэтому эту структуру можно рекомендовать для использования при выводе крупного штрихового изображения, не содержащего мелкие детали и ориентированного преимущественно по направлению вытянутости растровой структуры. В других случаях растровая структура Mega Dot не имеет дополнительных преимуществ перед структурами с круглой и эллиптической формой растровых точек по воспроизведению растрированного штрихового изображения.

Для оценки влияния нерегулярной растровой структуры, полученной методом частотно-модулированного растрирования, на качество воспроизведения были изготовлены фотоформы со следующими параметрами проведения процесса:

• диаметр растровой точки (d):20 мкм, 40 мкм, 60 мкм;

• Я с= 300 рр1, 600 РРЬ 800 ррь

Показано, что пространственное расположение штрихов практически не влияет на точность воспроизведения (рис.10).

22,5 45 67,5

ширина штриха мкм

Рис 10 Зависимость качества воспроизведения от пространственной ориентации группы штрихов при различных размерах растровой точки при Яс=300 рри угле поворота=22,5° В соответствии с полученными результатами, увеличение значения не только не улучшает, но даже слегка ухудшает воспроизведение штриха (рис.11).

II

с а

И

¥ s

200 400 600

ширина штриха, мкм

- Rc=300pp) -

- Rc=600ppi -

- Rc=800ppi

Рис 11 Зависимость качества воспроизведения группы штрихов от ширины штриха и Re при

d=40 мкм, угле поворота = 0" Как и следовало ожидать, показатель качества уменьшается с увеличением параметра d.

В работе проводилось сравнение качества воспроизведения изображения при использовании нерегулярной и регулярной растровой структуры. В качестве регулярной растровой структуры была использована структура Geometric Dot с сильно вытянутой эллиптической точкой. Вывод фотоформ со структурой Geometric Dot был осуществлен на фотовыводном устройстве Scitex Dolev 800 с R.= 2540 dpi и v = 150 Ipi. На рис.12 дан пример сравнения качества воспроизведения изображения с нерегулярной структурой при различных d растровой точки и структурой Geometric Dot (на рисунке кривая с индексом G).

ширина штриха, мкм | —d=20 мим —амОмкм —A—d=60wKM —X— G |

Рис 12 Зависимость качества воспроизведения группы штрихов для нерегулярной структуры

и структуры Géométrie Dot

Результаты эксперимента противоречат общепринятому представлению о преимуществах резкостных свойств нерегулярных структур. При очень малых размерах штриховых деталей регулярная структура Géométrie Dot дала лучшие результаты, чем нерегулярная частотно-модулированного растрирования. Это может быть объяснено тем, что за разрешающую способность изображения отвечает не размер (d) нерегулярной растровой точки, а размер формируемого растрового квадрата, внутри которого происходит случайный разброс точек и который совпадает с размером растрового квадрата регулярной растровой структуры.

Для обеспечения более глубокого понимания влияния параметров ввода и вывода на воспроизведение мелких деталей, для создания возможности разделения влияния различных стадий процесса воспроизведения целесообразно попытаться разработать методику объективной оценки воспроизводящих свойств системы. В 3 главе это было сделано на основе применения метода функции передачи модуляции (ФПМ). ФПМ определяет величину передачи коэффициента контраста одномерной решетки с синусоидальным распределением интенсивности в зависимости от частоты решетки, и форма функции может характеризовать точность воспроизведения. Кроме того, метод ФПМ позволяет разделить влияние отдельных звеньев системы на результат воспроизведения.

Оценка структурных параметров компьютерной издательской системы проводилась через расчет ФПМ системы и ее отдельных звеньев путем математических преобразований из экспериментально полученных краевых функций. Для проведения эксперимента был использован описанный ранее ТО (рис.4). Для сканирования оригинала было выбрано постоянное Rc=1693ppi и изменяющиеся параметры:

• порог бинаризации: 0% -100% с шагом через 10%;

• функция сканирования: Excellent, Good.

Краевая функция при расчете ФПМ звена сканирования была построена, основываясь на известной методике оценки ФПМ фотографических материалов растровым методом. Однако в данном случае была применена замена параметра «распределение интенсивности» при построении краевой функции параметром

«порог бинаризации». Функция связи порога бинаризации и ширины штриха может служить аналогом краевой функции. Изменение ширины штриха на этапе ввода оценивалось с применением программы Adobe Photoshop 8.0. В изображениях, которые были отсканированы и не подвергались обработке, измерялась ширина штриха тест-объекта для исследуемых функций сканирования, для каждого параметра порога бинаризации и для каждой группы штрихов. Находилась разница между шириной штриха на оригинале и в цифровом файле, полученная при различных порогах бинаризации. Построены графики связи уширения штриха с порогом бинаризации. Полученные данные с использованием разных размерных групп штрихов показали незначительные отличия, поэтому было проведено их усреднение.

Для перехода к краевой функции была проведена нормировка этих зависимостей и осуществлен расчет ФПМ звена сканирования путем математических преобразований из краевой функции (рис.13).

- 0,9

0,8

0,7

0,6

0,51

0J*

лтл

■ чуРгТ I—.-в-

-60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 80 уциреиие штриха, мкм

—•— КФ при фикции сканирования Excellent -Я— КФ при функции сканирования Good

Рис. 13 Краевые функции для функций сканирования Excellent и Good Показано, что разработанный метод дает возможность оценить влияние различных факторов на воспроизведение изображения. Например, получено, что при использовании для сканирования функции Excellent, ФПМ сканирующего звена имеет более высокие значения.

Для определения ФПМ звена фотовыводного устройства осуществлялся вывод на фотоматериал с R , =3386 dpi и изменяющейся интенсивностью лазерного излучения, которая была равна 8609 мДж/м 2, 13122 мДж/м 2, 18000 мДж/м 2. На фотоформах измерялась ширина штриха. Для расчета ФПМ системы «сканер - фотовыводное устройство» были построены графики связи уширения штриха и порога бинаризации для каждой из исследуемых функций сканирования и трех интенсивностей лазерного излучения. Кривые для разных ин-тенсивностей излучения были сведены в один график и построены для всех групп штрихов и двух функций сканирования. Затем кривые были усреднены и нормированы.

Дальнейший переход к краевой функции, ее нормировка и расчет ФПМ системы «сканер - ФВУ» проведены в соответствии с уже описанной методикой. Если принять систему «сканер - ФВУ» за линейную систему, то ее совокупная ФПМ может быть найдена перемножением ФПМ отдельных звеньев. Это дало возможность выделить ФПМ фоговыводного устройства (рис.14).

Сопоставляя ФПМ сканирующего звена и ФПМ фотовывода, можно сделать вывод, что ФПМ сканера в большей степени влияет на ФПМ системы. Анализ результатов эксперимента показал, что метод ФПМ дает возможность объективно оценить качество системы, разделить влияние различных параметров процесса на полученные результаты. Метод может быть рекомендован к применению в практической деятельности для сопоставления и выбора систем воспроизведения.

Результаты работы показывают, что ФПМ системы «сканер-ФВУ» определяет точность воспроизведения штрихового изображения в совокупности с такими параметрами, как интенсивность лазерного излучения и порог бинаризации.

20 25 частота, им -1

—•—ФПМзвена сканирования при функции сканирования Excellent

—•— ФПМ системы сканер - фото выводное устройство при функции сканирования Excellent

—ФПМ звена фотовывода при функции сканирования Excellent

—м— ФПМ эвена сканирования при функции сканирования Good

—ù— ФПМ системы сканер - фэто вы водное устройство при функции сканирования Good

—•— ФПМ звена фотовывода при функции сканированиявоой

Рис 14 ФПМ системы «сканер - фотовыводное устройство», ФПМ звена сканирования и ФПМ фотовыводного устройства для функций сканирования Excellent и Good

З.Выводы

В результате проведения исследований воспроизведения штрихового изображения в компьютерной издательской системе в условиях бинаризации и в составе растрированного изображения показано, что:

1. При воспроизведении в компьютерной издательской системе наибольшее влияние на точность размеров бинарного штрихового изображения оказывает параметр «порог бинаризации».

2. При сопоставлении влияния параметров сканирования и фотовывода в условиях бинаризации можно сделать вывод, что на качество воспроизведения изображения в большей мере, чем фотовывод, оказывает стадия сканирования.

3. При исследовании резкостных свойств растрированного штрихового изображения при применении различных растровых структур показано, что увеличение коэффициента качества (Q) более 1,5 практически не оказывает влияния на воспроизведение растрированного периодического изображения. Для отдельно стоящих штрихов при изменении параметра Q от 1,5 до 2 качество воспроизведения слегка улучшается.

4. Эллиптическая и круглая растровые точки при одинаковой линиатуре растрирования не дают отличий по дифференциальному и комплексному показателю качества воспроизведения штриховых деталей.

5. Растровая структура Mega Dot в отношении формирования резкости не имеет преимуществ перед структурами с круглой и эллиптической формой растровых точек, кроме как при воспроизведении изображений, содержащих крупную штриховую графику с преимущественным направлением штрихов, совпадающим с направлением растровой структуры.

6. При уменьшении диапазона S°™ в растровом изображении уменьшаются показатели качества воспроизведения.

7. Не выявлено преимуществ резкостных свойств нерегулярных структур частотно-модулированного растрирования по сравнению с регулярными растровыми структурами.

8. Использование методики расчета ФПМ системы «сканер - ФВУ» позволяет оценить качество воспроизведения. Разработанный метод дает возможность оценить влияние параметров процесса на получаемую резкость изображения

9. Сопоставление ФПМ сканирующего звена и ФПМ фотовывода дает возможность сделать вывод, что ФПМ сканирующего звена значительно ниже, чем ФПМ фотовывода.

В результате проведенного в работе исследования предложены методики и даны рекомендации:

1. Методика для оценки качества воспроизведения штрихового изображения с неровным краем по «отношению сигнал - шум». Предложенная методика ре-

комендована для исследования систем воспроизведения бинарного штрихового изображения в системе поэлементной обработки изображения.

2. Методика для оценки ФПМ системы «сканер - ФВУ» на основании расчета краевых функций. Предложенная методика рекомендована для оценки систем и влияния на воспроизведение отдельных звеньев систем.

3. Рекомендовано уделить особое внимание правильному выбору порога бинаризации как основному условию обеспечения точности воспроизведения бинарных штриховых изображений.

4. Рекомендовано использование коэффициента качества <3=1,5 для изображений, содержащих штриховую графику при преобладающем наличии периодического штрихового изображения и 0=2 для изображений, содержащих отдельно стоящие штрихи в растровом поле.

5. Рекомендованы структуры с вытянутой (геометрической) точкой для использования при выводе крупного штрихового изображения, не содержащего мелкие детали и ориентированного преимущественно по направлению вытяну-тости растровой структуры.

Публикации по теме диссертационной работы

1. Андреев Ю.С., Макеева Т.А. Об оценке качества воспроизведения штриховых деталей по отношению сигнал/шум // Технология и исследование полиграфических процессов: Межвед. сб. научн. тр. - М.: МГУП. - 2001. - С. 106 -111 (0,33 пл.),

2. Андреев Ю.С., Макеева Т.А., Волегов И.А. Об исследовании воспроизведения штрихового изображения в системе поэлементной обработки // Материалы VII Междунар. конф. МАИ 24 - 25 декабря 2001 г. - Тезисы доклада. - М.: МГУП. - 2001. - С. 82 - 83 (0,06 пл.).

3. Андреев Ю.С., Макеева Т.А. Об оценке структурных параметров системы сканер-фотовыводное устройство // Полиграфия. - 2005. - №6. - С. 86 - 87 (0,25 пл).

4. Андреев Ю.С., Макеева Т.А. Резкостные свойства растровых структур // Проблемы полиграфии и издательского дела. Известия высших учебных заведений. - М.: МГУП. - 2006. - № 1. - С. 3 - 13 (0,6 п.л.)

Подписано к печати 03.02.06

Заказ № 47/42 .Формат 60x84/16. Объем 1 п. л.

Тираж 100 экземпляров.

Отпечатано в издательстве МГУП,

127550, г. Москва, ул. Прянишникова, д.2а

!

\

t

г

t

МюёА

л/ê-f

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1.

АНАЛИЗ ПАРАМЕТРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА ЧЕТКОСТЬ

В ПОЛИГРАФИЧЕСКОЙ РЕПРОДУКЦИИ.

1.1 .Параметры, влияющие на четкость воспроизведения изображения.

1.2. Параметры систем ввода информации в СПОИ, влияющие на качество воспроизведения деталей изображения.

1.2.1. Разрешение сканирования.

1.2.2. Коэффициент качества.

1.2.3. Апертура сканирования.

1.2.4. Режим сканирования.

1.2.5. Порог бинаризации.

1.3. Параметры систем вывода информации СПОИ, влияющие на качество воспроизведения деталей изображения.

1.3.1. Размер записывающего пятна, разрешение и линиатура.

1.3.2. Параметры растровой структуры.

1.4. Муарообразование.

1.5. Методики расчета воздействия размытия на отображение штриховой детали изображения.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 1.

Глава 2.

ИССЛЕДОВАНИЕ ФОРМИРОВАНИЯ ЧЕТКОСТИ ИЗОБРАЖЕНИЯ В СИСТЕМЕ ПОЭЛЕМЕНТНОЙ ОБРАБОТКИ.

2.1. Исследование формирования четкости в условиях бинаризации.

2.2. Исследование резкостных свойств регулярных растровых структур.

2.3. Исследование резкостных свойств нерегулярной растровой структуры.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 2.

Глава

МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ВОСПРОИЗВОДЯЩИХ СВОЙСТВ СИСТЕМЫ

СКАНЕР-ФОТОВЫВОДНОЕ УСТРОЙСТВО».

3.1. Исследование ФПМ звена сканирования.

3.2. Исследование ФПМ системы «сканер - фото выводное устройство» и исследование ФПМ фотовыводного устройства.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 3.

Актуальность темы диссертационного исследования. Для получения высококачественной репродукции актуальной является не только точность воспроизведения цвета, чему обычно уделяется основное внимание, но и требования к качеству воспроизведения деталей изображения. Под деталями изображения понимают границы объектов изображения и собственно штриховые детали. Обычно четкость изображения оценивают именно по воспроизведению штриховых деталей, которые могут быть единичными или входить в состав группы штрихов периодических решеток. Штриховые детали в репродукционном процессе могут использоваться в двух аспектах: при воспроизведении чисто штрихового изображения, например, при сканировании и воспроизведении графики, логотипов, текста: при воспроизведении деталей в составе растрированного изображения, например, волос на портрете, мелких веток деревьев и т.п. Воспроизведение штриховых деталей является сложным процессом, включающим в себя считывание штрихового изображения с широко регулируемыми параметрами считывания: разрешения считывания, размера апертуры, качества самой считывающей системы, дальнейшей обработки полученного сигнала; фотовывод, который может тоже осуществляться с различным разрешением и различными параметрами записывающего пятна, с использованием различных экспозиционных условий, времени записи и свойств фотоматериала. Результаты зависят от размеров штриха и геометрического положения штриха относительно системы записи-считывания. В настоящее время нет систематизированных данных по данной проблеме.

При оценке качества воспроизведения мелких деталей изображения следует принимать во внимание следующие факторы:

1. геометрическая точность. В процессе репродуцирования штриховых оригиналов основная задача воспроизведения обычно состоит в том, чтобы точно передать геометрические размеры штриховых элементов. При плохой геометрической точности возможно искажение штрихов в репродукционном процессе, особенно заметное для малых деталей.

2. интервал оптических плотностей между воспроизведенными прозрачными и непрозрачными участками фотоформ. Он должен быть достаточным для того, чтобы обеспечить защиту формного материала от воздействия излучения в последующем копировально-формном процессе. При уменьшении размеров детали оптическая плотность детали уменьшается. В совокупности с искажениями геометрической точности это может привести к полному исчезновению штрихов малого размера в репродукционном процессе;

3. резкость границ штрихового элемента. Резкость границ может теряться при воспроизведении аналогового изображения, особенно если коэффициент контрастности недостаточен. При воспроизведении штриховых деталей в системе поэлементной обработки изображения (СПОИ) на фотоформах и далее на печатных оттисках обнаруживается известный эффект воспроизведения штриховых оригиналов в СПОИ, проявляющийся в образовании ступенчатой структуры границы при дискретном формировании штриха. В каждой строке деталь изображения может иметь резкий П-образный переход на границе, но в зависимости от взаимной ориентации направления сканирования и расположения штрихового элемента при визуальной оценке в большей или меньшей степени может искажаться прямолинейная непрерывная граница контуров и линий, влияя на качество воспринимаемого изображения.

4. контраст изобраэюелия штриха в растровом поле, определяемый условиями растрового процесса, влияет на визуальное восприятие изображения для растрированных деталей.

В совокупности все эти параметры - геометрическая точность, интервал оптических плотностей, структура краев границ объектов и штриховых деталей, контраст изображения и определяют четкость [1] изображения;

На качество воспроизведения штрихового элемента влияют преобразования и искажения, специально осуществляемые или самопроизвольно возникающие в системе:

1. на стадии сканирования изображения,

2. на стадии обработки информации,

3. на стадии вывода фотоформ.

При воспроизведении растрированного штрихового изображения в системе электронного растрирования дополнительно большое влияние могут оказывать параметры растрирования:

1. - структура и метод растрирования;

2. - форма растровой точки;

3. - соотношение разрешения вывода и линиатуры растрирования.

Исходя из этих положений, следует разделить исследование на два раздела: оценка воспроизведения и факторов, влияющих на качество штрихового изображения в условиях бинаризации, и оценка воспроизведения и факторов, влияющих на качество штрихового изображения в составе растрированного.

Цели и задачи исследования. Целью работы является проведение исследования оценки степени влияния параметров ввода и вывода изображения в компьютерной издательской системе на получаемый результат, решение задачи выработки практических рекомендаций по оптимизации процесса воспроизведения штрихового изображения в системе поэлементной обработки изображения.

Научная новизна диссертационного исследования состоит в том, что в работе впервые систематизированно исследовано влияние параметров считывания-воспроизведения в их различных соотношениях на результат репродуцирования штрихового и штрихового растрированного изображения.

Практическая значимость диссертационной работы. Разработанные рекомендации могут найти применение в практической деятельности при проведении репродукционных процессов, при подготовке лекционных и лабораторных курсов для изучения дисциплин цикла «Технология обработки изобразительной информации».

Апробация исследования. По результатам исследования опубликованы следующие работы:

1. Об оценке качества воспроизведения штриховых деталей по отношению сигнал/шум // Технология и исследование полиграфических процессов. Меж-вед. сб. научн. тр. - М.: МГУП.- 2001. - С. 106 - 111 (0,33 пл.).

2. Об исследовании воспроизведения штрихового изображения в системе поэлементной обработки // Материалы VII Междунар. конф. МАИ 24-25 декабря 2001 г. - Тезисы доклада. - М.: МГУП. - 2001. - С. 82-83 (0,06 пл.).

3. Об оценке структурных параметров системы сканер-фотовыводное устройство // Полиграфия. - 2005. - №6. - С. 86-87 (0,25 п.л).

4. Резкостные свойства растровых структур // Проблемы полиграфии и издательского дела. Известия высших учебных заведений. - 2006. - № 1. - С. 3-13 (0,6 п.л.)

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Методика исследования и результаты исследования влияния различных параметров проведения процесса сканирования при считывании и выводе в системе поэлементной обработки изображения на возможную четкость воспроизведения штриховых деталей как в бинарной системе, так и в системе автотипного растрирования.

2. Рекомендации по практическому использованию результатов исследований по выбору с позиций формирования четкости изображения параметра «порог бинаризации», параметра «коэффициент качества», растровых структур.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 3

1. Разработана методика оценки ФПМ системы «сканер - ФВУ» и звена сканирования на основании расчета по краевым функциям, полученным проведением измерений ширины штрихов при различных величинах параметра «порог бинаризации».

2. Проведен расчет ФПМ фотовыводного устройства методом каскадирования.

3. Сопоставление ФПМ сканирующего звена и ФПМ фотовывода дало возможность сделать вывод, что ФПМ сканера в большей степени определяет ФПМ системы.

4 Проведено исследование влияния параметров сканирования и записи на ФПМ компьютерной издательской системы в целом и ФПМ отдельных звеньев.

5. На примере сопоставления ФПМ для двух функций сканирования показано, что разработанный метод дает возможность оценить влияние параметров процесса на получаемую резкость изображения и может быть рекомендован для практического использования при тестировании и выборе репродукционных систем.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведения исследований воспроизведения штрихового изображения в компьютерной издательской системе в условиях бинаризации и в составе растрированного изображения показано, что:

1. При воспроизведении в компьютерной издательской системе наибольшее влияние на точность размеров бинарного штрихового изображения оказывает параметр «порог бинаризации».

2. При сопоставлении влияния параметров сканирования и фотовывода в условиях бинаризации можно сделать вывод, что на качество воспроизведения изображения в большей мере, чем фотовывод, оказывает стадия сканирования.

3. При исследовании резкостных свойств растрированного штрихового изображения при применении различных растровых структур показано, что увеличение Q более 1,5 практически не оказывает влияния на воспроизведение растрированного периодического изображения. Для отдельно стоящих штрихов при изменении параметра Q от 1,5 до 2 качество воспроизведения слегка улучшается.

4. Эллиптическая и круглая растровые точки при одинаковой линиатуре растрирования не дают отличий по дифференциальному и комплексному показателю качества воспроизведения штриховых деталей.

5. Растровая структура Mega Dot в отношении формирования резкости не имеет преимуществ перед структурами с круглой и эллиптической формой растровых точек, кроме как при воспроизведении изображений, содержащих крупную штриховую графику с преимущественным направлением штрихов, совпадающих с направлением растровой структуры.

6. При уменьшении диапазона SOTH в растровом изображении уменьшаются показатели качества воспроизведения.

7. Не выявлено преимуществ резкостных свойств нерегулярных структур частотно-модулированного растрирования по сравнению с регулярными растровыми структурами.

8. Использование методики расчета ФПМ системы «сканер - ФВУ» позволяет оценить качество воспроизведения. Разработанный метод дает возможность оценить влияние параметров процесса на получаемую резкость изображения

9. Сопоставление ФПМ сканирующего звена и ФПМ фотовывода дает возможность сделать вывод, что ФПМ сканирующего звена значительно ниже, чем ФПМ фотовывода.

В результате проведенного в работе исследования предложены методики и даны рекомендации:

1. Методика для оценки качества воспроизведения штрихового изображения с неровным краем по «отношению сигнал - шум». Предложенная методика рекомендована для исследования систем воспроизведения бинарного штрихового изображения в системе поэлементной обработки изображения.

2. Методика для оценки ФПМ системы «сканер - ФВУ» на основании расчета краевых функций. Предложенная методика рекомендована для оценки систем и влияния на воспроизведение отдельных звеньев систем.

3. Рекомендовано уделить особое внимание правильному выбору порога бинаризации как основному условию обеспечения точности воспроизведения бинарных штриховых изображений.

4. Рекомендовано использование коэффициента качества Q=l,5 для изображений, содержащих штриховую графику при преобладающем наличии периодического штрихового изображения и Q=2 для изображений, содержащих отдельно стоящие штрихи в растровом поле.

5. Рекомендованы структуры с вытянутой (геометрической) точкой для использования при выводе крупного штрихового изображения, не содержащего мелкие детали и ориентированного преимущественно по направлению вытяну-тости растровой структуры.