автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Исследование и разработка метода оценки искажений деталей полутоновых оригиналов в автотипном процессе

На правах рукописи

ии3461653

Желудев Денис Евгеньевич

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДА ОЦЕНКИ ИСКАЖЕНИИ ДЕТАЛЕЙ ПОЛУТОНОВЫХ ОРИГИНАЛОВ В АВТОТИПНОМ

ПРОЦЕССЕ

Специальность 05.02.13 — «Машины, агрегаты и процессы (полиграфическая промышленность)»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 2009

003461653

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна», Северо-Западный институт печати.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Кузнецов Юрий Вениаминович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Дроздов Валентин Нилович

кандидат технических наук, доцент Константинова Елена Владимировна

Ведущая организация: ОАО «Ленполиграфмаш»,

г. Санкт-Петербург

Защита состоится 3 марта 2009 г. в 11 часов на заседании диссертационного совета Д 212.236.02 при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна» по адресу: 191186, г. Санкт-Петербург, ул. Большая Морская, д. 18, ауд. 241.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного университета технологии и дизайна по адресу: 191186, г. Санкт-Петербург, ул. Большая Морская, д. 18. Автореферат размещен на сайте www.sutd.ru.

Автореферат разослан 2 февраля 2009 г. Ученый секретарь

диссертационного совета В.В. Сигачева

1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Автотипный процесс обычно включает в себя стадии допечатных процессов, изготовления фото- и печатных форм, печати. Для их технической реализации используются аппаратные и программные растровые генераторы, устройства записи фотоформ, установки для изготовления печатных форм, машины различных способов печати.

Специфика этого процесса заключается в трансформации полутонового оригинала в двухуровневый оттиск, составленный из множества закрашенных (печатных) и пробельных элементов. В процессе трансформации оригинал разбивается на равные по площади участки, значения тона внутри которых усредняются. На основании полученных средних значений внутри участков формируются печатные и пробельные элементы определенных площадей. При этом искажается геометрия мелких деталей и контуров оригинального изображения.

Эти искажения зависят от параметров печатных элементов, задаваемых растровым преобразованием на допечатной стадии, и усугубляются различными физико-химическими процессами (экспонирование, проявление, травление, растискивание, проскальзывание...), происходящими на формной и печатной стадиях автотипного процесса в упомянутом выше оборудовании.

На сегодняшний день в полиграфии не существует эффективных методов и средств оценки таких искажений. Это вызывает существенные трудности при выборе растрового преобразования для наилучшего воспроизведения оригиналов со значимым высокочастотным содержанием в условиях конкретного репродукционного процесса.

В связи с этим, необходимо создание новых подходов и методов объективной количественной оценки искажений деталей полутоновых оригиналов в автотипном процессе.

Цели и задачи исследований. Целью работы является создание метода объективной количественной оценки репродукционных свойств растровых и иных полиграфических систем в отношении воспроизведения или передачи ими информации о геометрии мелких деталей и контуров, содержащихся в оригинальном изображении. Для достижения поставленной цели в работе необходимо решить следующие задачи:

- провести анализ известных подходов к оценке репродукционных свойств указанного типа, применяемых в полиграфии и смежных отраслях;

- предложить и обосновать новый подход и методику объективной оценки;

- в русле выбранного подхода разработать ряд новых параметров количественной характеристики;

- создать тест-объекты, обеспечивающие такую оценку в широком диапазоне пространственных частот изображения;

- разработать метод получения частотных распределений предложенных параметров с использованием указанных тест-объектов;

- создать модель растрового процессора, с помощью которой провести проверку представительности предложенных параметров и характеристик;

- исследовать возможность интегральной по диапазону частот оценки качества воспроизведения мелких деталей и контуров оригинала. Методы и средства исследований. Для решения поставленных задач

использовались: математические основы теории систем, методы математической статистики. Экспериментальные исследования проводились с использованием устройств офсетной и электрофотографической печати, «цифрового» микроскопа. При проведении визуальных экспериментов привлекались как профессионалы - работники полиграфической отрасли, так и студенты старших курсов СЗИП СПГУТД. Математическое моделирование процессов растрового преобразования, построение тестовых изображений, необходимые вычисления и статистическая обработка осуществлялись в среде специализированных программных приложений. На защиту выносятся:

- критерии количественной оценки растровых искажений: норма растровых искажений Nги , коэффициент геометрической точности К^

и контраст деталей на растровой репродукции К';

- метод объективной количественной оценки качества репродуцирования высокочастотной информации оригинала;

- интегральный критерий эффективности репродуцирования мелких деталей и контуров оригинала.

Научную новизну работы составляют:

- неденситометрический подход к измерению растровых искажений и на его основе метод их количественной оценки;

- присущие разработанному методу параметры, характеризующие величину этих искажений: норма растровых искажений, коэффициент геометрической точности и контраст деталей оригинала на растровой репродукции;

- взаимосвязь величины растровых искажений и коэффициента передачи модуляции, позволяющая связать новые показатели с разрешающей способностью автотипного процесса;

- интегральный по спектру частот критерий эффективности передачи деталей оригинального изображения репродукционной системой. Практическая значимость результатов работы состоит:

- в создании метода, критериев и тест-объектов для исследования влияния параметров допечатной, формной и печатной стадии на качество репродуцирования высокочастотного содержания оригинала;

- в обеспечении возможности надлежащего выбора автотипного преобразования из их широкого ассортимента по критериям качества воспроизведения на оттиске мелких деталей и контуров оригинального изображения.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах:

1. На заседаниях кафедры Технологии полиграфического производства СЗИП СПГУТД (2006 - 2008 гг.)

2. На международной конференции «Printing Technology SPb'06» (СПб, СПГУТД, 26 - 30 июня 2006 г.)

3. На всероссийской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Проблемы экономики и прогрессивные технологии в текстильной, легкой и полиграфической отраслях промышленности «Дни науки 2007» (СПб, СПГУТД, 24 - 28 апреля 2007 г.)

4. На семинаре «Преобразование полутоновых оригиналов в печатные оттиски с двухуровневой микроштриховой структурой» (СПб, СЗИП СПГУТД, в ноябре 2007 г.)

5. На семинаре «Растровая полиграфическая репродукция» (СПб, СЗИП СПГУТД, в мае 2008 г.)

6. На 35-ой международной конференции IARIGAI (Испания, 7-10 сентября 2008 г.)

Публикации. По теме диссертации опубликовано: 1 статья в издании, входящем в «Перечень...» ВАК РФ, 5 статей в научных сборниках, 2 тезисных доклада на международных конференциях.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка использованной литературы, включающего 35 наименований, и одного приложения. Вся работа изложена на 136 страницах машинописного текста, содержит 61 рисунок и 8 таблиц.

2 СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, определены цели и задачи работы.

Для этого показано, что все многообразие параметров качества печатного изображения может быть разделено на две группы. Величину искажений деталей полутонового оригинала в автотипном процессе характеризуют параметры второй из них, ответственные за воспроизведение составляющей оригинального изображения с высокими пространственными частотами, например, резкость, четкость, геометрическая точность мелких деталей и контуров.

В приложении к телевидению и научной фотографии оценка этой группы параметров достаточно развита, например, в работах М.В. Антипина, Ю.С. Андреева. Она основана на измерении коэффициентов передачи модуляции (электрический сигнал) или передачи контраста (фотография) периодических исходных сигналов. В первом случае с этой целью используют, например, измерение яркости, а во втором - денситометрию. Однако, в отличие от телевидения и фотографии, результирующее изображение в печати характеризуется в своей микроструктуре всего двумя значениями тона. Поэтому такие методы не могут быть напрямую применены в полиграфии.

Таким образом, разработки упомянутых выше авторов можно продолжить, поскольку вопросы оценки качества воспроизведения высокочастотного содержания полутоновых оригиналов в полиграфии остаются недостаточно исследованными.

Первая глава посвящена анализу подходов и проблем преобразования структуры изображения в процессе полиграфического репродуцирования, освещенных в трудах отечественных и зарубежных авторов, а также анализу способов оценки качества такого преобразования, применяемых в полиграфии.

Сформулированы определения базовых понятий в контексте раскрываемой темы. На основе этих определений классифицированы виды структур изображений и раскрыта эволюция способов преобразования структуры изображения из полутоновой (рис. 1 б, д) в бинарную (рис. 1 в, е) при изготовлении полиграфической репродукции.

а)

11 -

о

0<-—1-1--

г)

Рисунок 1 - Штриховой фрагмент полутонового оригинала (а), его фотографическая (б) и растровая (в) копии; г, д, е - соответствующие этим изображениям распределения тона по горизонтали

Проанализированы причины развития и модернизации, а также издержки этих процессов. Показано, что одним из наиболее существенных недостатков большинства современных способов преобразования структуры является принесенная в жертву технологичности производства разрешающая способность оттисков, значительно более низкая, чем разрешающая способность печати. Причина этого заключается в автотипном принципе воспроизведения полутонов бинарными средствами печати, при котором значение тона некоторого участка оригинала передается относительной площадью закрашенного микроучастка на оттиске. Печатные элементы

(растровые точки) разрушают контуры и мелкие детали тонового оригинала, как показано на рисунке 2. Такие разрушения информации оригинала в диссертационной работе обобщены понятием растровые искажения.

Величина и заметность растровых искажений зависит от линиатуры растра, частоты растровой функции, объема данных исходного файла изображения, геометрии растровой структуры и растровой точки (рис. 2).

лгндон

а) б) в) г) д)

Рисунок 2 - Различие растровых искажений штриховых элементов (а) полутонового оригинала в их растровых копиях, при разных режимах растрового преобразования: один (б) и четыре (в) отсчета исходного сигнала на период растровой функции; с увеличенной в два раза линиатурой (г); с применением технологии НОНР (д)

Растровые искажения есть неотъемлемое свойство автотипного репродуцирования полутоновых изображений. Поэтому на допечатной стадии обработки оригинала не существует способов их компенсации, в противоположность, например, апертурным искажениям, возникающим при считывании и кодировании оригинала. Повлиять на степень растровых искажений можно лишь в самом процессе растрирования.

С этих позиций систематизированы подходы к коррекции растровых искажений. Как пример двух наиболее перспективных технологий растрового преобразования, минимизирующих величину этих искажений выделены технология растровой печати высокой четкости (НОНР) и Д-алгоритм, разработанные в Северо-Западном институте печати СПГУТД.

В связи с многообразием технологий растрирования в их сочетании с различными способами печати возникает насущная необходимость в таком методе оценки искажений данного типа, который, наряду с объективной количественной оценкой, позволил бы установить связь между степенью этих искажений и параметрами автотипного процесса (давление в печатной паре, подача краски, растаскивание, проскальзывание, двоение), а также дополнительных периодических процессов, вносимых, например, трафаретной сеткой в шелкографии или анилоксовым валом во флексографии.

В то же время желательно, чтобы результаты оценки этими новыми методами можно было бы интерпретировать и в терминах оценок, общепринятых в телевидении, кино и фотографии.

Проведено исследование возможностей визуальной оценки качества воспроизведения мелких деталей и контуров оригинала в свете общих

7

положений квалиметрии и экспертного анализа, а также на основе классификации показателей качества оттиска и методов их определения, приведенных, в частности, в трудах В.В. Лихачева.

Показано, что используемые в полиграфии визуальные методы далеко не совершенны в отношении количественной оценки качества репродуцирования высокочастотной информации оригинала. В связи с этим поставлена задача проанализировать методы, используемые для аналогичных целей в смежных областях, и на их базе разработать метод, применимый в полиграфии.

Вторая глава посвящена разработке метода объективной количественной оценки величины растровых искажений, а также средств, необходимых для его реализации и исследования.

Проведен анализ информации об инструментальных методах оценки репродукционных возможностей воспроизводящих изображение систем и в частности тех, которые применяются в научной фотографии. Варианты применения этих методов к оценке печатных изображений освещены в работах Ю.С. Андреева.

Выявлено, что существующие инструментальные (денситометрические) методы в силу кардинального отличия структуры полутонового оригинала и микроструктуры его растровой копии, где присутствуют всего две оптические плотности, не применимы для целей диссертационной работы.

Предложен новый подход к построению методов оценки эффективности репродуцирования высокочастотного содержания оригинала. Заключается он в следующем: полутоновый оригинал со штриховым информационным содержанием, например, мира, всегда имеет некоторый штриховой (бинарный) прообраз, в котором информация о геометрии штрихов доминирует над информацией об их тоне. Если представить такой штриховой прообраз оригинала (рис. 3 а), как и его растровую копию (рис. 3 б), в виде битовой карты, то на субэлементном уровне можно будет оценить изменение в процессе растрового преобразования качества репродуцирования мелких деталей через прямую количественную оценку величины растровых искажений.

а) б)

Рисунок 3 - Матрицы (битовые карты) штрихового прообраза полутонового оригинала (а) и его растровой копии (б)

В качестве количественной меры разрушения геометрии мелких деталей и контуров в автотипном процессе предложена норма растровых искажений

Nph, рассчитываемая по формуле (1). Для удобства интерпретации и нормировки получаемых значений, а также схожести формы графика зависимости величины растровых искажений от частоты оригинала (рис. 7) с частотно-контрастной характеристикой (ЧКХ) были предложены следующие параметры: коэффициент геометрической точности репродуцирования Кгг (2) и нормированный контраст деталей на растровой репродукции К* (3).

где Oy - элемент матрицы значений битовой карты исходного изображения, например, представленного на рисунке 3(а), Ъ^ — элемент матрицы значений битовой карты растрового изображения, представленного на рисунке 3(6); inj- номера соответственно строки и столбца матрицы, в которой строит элемент; М и N - количество соответственно строк и столбцов в матрицах.

Разработан метод определения этих параметров. На примере определения Кгг он представлен на рисунке 4.

Для получения распределений значений предложенных параметров по частотам оригинала были разработаны два тест-объекта, представлявших собой миры с линейной и кольцевой конфигурацией штрихов (рис. 5). Частота штрихов первой из них меняется в диапазоне от 0,85 до 100 мм'1 с шагом изменения толщины штрихов 0,005 мм, второй - от 0,85 до 71 мм"1 с шагом 0,007 мм.

Для проверки предложенного метода был разработана модель растрового процессора, реализованная в виде программы, алгоритм которой приведен на рисунке 6.

Получены частотные распределения нормы растровых искажений, коэффициента геометрической точности и контраста деталей на растровой репродукции, вид которых представлен на рисунке 7.

Технический смысл принимаемых параметрами Кгг и К' значений, равных 1,0, состоит в том, что оригинал в процессе растрового преобразования вообще не искажается, то есть растровый процессор работает как булев повторитель (рис. 8 а). Значения Кгг = 0,5 и К'= 0 означают, что ровно половина отсчетов битовой карты исходного оригинала поменяла свои значения, а растровая структура вместо деталей оригинала передает среднюю яркость данного участка (рис. 8 б). Значение Kpr= 0, соответствует гипотетическому случаю, когда' абсолютно все отсчеты битовой карты растрированного изображения изменились относительно исходных, и оригинал в результате растрового преобразования превратился в свой негатив (рис. 8 в).

М N Mj=1

NPH— и N

2-I2X

(=и=1

Krr-\-Npl1,

IIIvvv

K'=1--

ч И

12>А

/=i j. 1

(1) (2) (3)

Штриховой оригинал

ТЕЯ-файл

255.

Считывание и кодирование

Битовая карта на выходе 131Р

Ьугетар Замена яркостей | количествами красок I

Р0513спр1-файл

230 ,,25 (90%)

(10%)

I__^мись фотоформ_____ Ьу1етар

Считывание и у г —--_ _ _ _, кодирование г"

С ИТ'Л««« VI лтч * ____£________

Г-[Б1и101§ж]^---------I Ф2Т£форма__ J

| Изготовление Считывание и у печатной формы

\ -{Битова^ карта] Платная форма]

Печать

Считывание и у

- ^Битовая карта]^ Оттиск

Рисунок 4 - Последовательность операций при определении коэффициента геометрической точности

шшшж Шш

фффф ||(ш1ш1(ШшШ||||1 111[[[Ш1шШшШ11111 '

а)

б)

Рисунок 5 - Фрагменты разработанных тест-объектов с линейной (а) и кольцевой (б) геометриями штрихов

Рисунок 6 - Алгоритм модели растрового процессора И

■| - | ■ п • Кгт • К* •При

......Т..................

...........................

..................т............^................... ♦л -4 -

..................г............1........;»* — .............

..................т ........................... ......1......;............

«да»** т т

. 1 ! 1 • » • 1 • • •

Частота, мм"1

Рисунок 7 - Частотные распределения нормы растровых искажений, коэффициента геометрической точности и контраста деталей на растровой

репродукции

/ / УгЖ //>

а) б) в)

Рисунок 8 - Пары «оригинал-оттиск»: оттиск тождественен оригиналу (а), на

оттиске передана средняя яркость участка оригинала (б), оригинал преобразуется в свой негатив (в)

Установлена взаимосвязь коэффициента геометрической точности воспроизведения мелких деталей с их контрастом на растровой репродукции:

0,9259

КГТ =-Г. (4)

1,9334-Я

Исходя из наличия тесной взаимосвязи этих двух параметров, сделано допущение, что представительность получаемых значений одного из них будет автоматически обозначать представительность получаемых значений и другого.

Третья глава посвящена исследованию разработанного метода в отношении достоверности получаемых с его помощью значений, а также возможности интегральной по спектру частот оценки качества воспроизведения высокочастотного содержания оригинала.

Оценено влияние геометрии штрихов тест-объекта на форму кривой частотного распределения Кп. Сделан вывод, что кольцевые миры целесообразно использовать для выяснения характера репродуцирования

мелких деталей и контуров оригинала в целом, а штриховые - для отыскания различных нюансов взаимодействия исследуемой растровой структуры с определенными пространственными частотами оригинала.

Проверка представительности метода проводилась посредством анализа изменения положения и формы кривой частотного распределения коэффициента геометрической точности при изменении линиатуры растрирования, контраста полутонового оригинала, коэффициента избыточности исходного массива данных (коэффициента растрирования). Противоречий получаемых значений Кгг с известными закономерностями и их расхождений с визуальным восприятием увеличенных фрагментов растрированных тест-объектов не выявлено.

Установлена взаимосвязь между контрастом деталей оригинала на растровой репродукции (К'), вычисляемым по выражению (3), коэффициентом передачи модуляции (Гу) и нормированным контрастом штрихов в полутоновом оригинале {Кор)\

. 2-Ту-Кор к (5)

Такая взаимосвязь далее позволяет перейти к интегральной оценке качества воспроизведения высокочастотного содержания оригинала, которая позволит выразить эту оценку одним или несколькими числами.

Предложен критерий интегральной оценки - эффективность передачи деталей, определяемая по формуле (6) как часть площади под кривой частотного распределения коэффициента геометрической точности (рис. 9). Разрешающая способность системы (/тах), определяется на уровне К"^ =0,838 (рис. 9). Это значение при полном контрасте тестового оригинала, исходя из выражения (5), соответствует общепринятому в технике для определения частотных свойств систем коэффициенту Т передачи модуляции, равному 0,707.

Частота

Рисунок 9 - Определение эффективности передачи деталей

•/min

где Krr(f) - кривая, аппроксимирующая экспериментально полученные значения Kff,

- пороговое значение коэффициента геометрической точности, fmax - максимальная воспроизводимая частота тест-объекта; fmin — минимальная частота тест-объекта.

Разработка метода объективной количественной оценки величины растровых искажений и обоснование принимаемых параметрами значений, а также интегральные показатели позволили перейти в заключительной части работы к сравнительному анализу эффективности компенсации растровых искажений технологиями их коррекции, систематизированными в первой главе.

В четвертой главе диссертационной работы разработанный метод применен для исследования четырех видов растрового преобразования в отношении качества репродуцирования ими высокочастотного содержания оригинала. Оценивались: регулярное и нерегулярное растровые преобразования, осуществлявшиеся в промышленном растровом процессоре, Д-алгоритм и технология HDHP. Результаты приведены на рисунке 10.

0.9 0.833 0.8

Кгт

0.7 О.в

1

0.9

С8

0.7 0.6 0.5

" а) 0.9 6)

о! КГТ0.7 0.6

\ Ч,

\

: ! л

III 1 ! 1 ! 1 ! ! ! ! ! 1

4 5 в 7 8 10. 15 20

Частота штрихов, мм

0.8 1

1.5 2 3 4 б 6 7 8 10 15 20

Частота штрихов, мм

в)

2 3 4 Б 6 7 8 10, 15 20

Частота штрихов, мм

Частота штрихов, мм

— —Регулярное растрирование — —Нерегулярное растрирование — д-алгоритм ^—Технология НЗНР

Рисунок 10 - Характеристики геометрической точности репродуцирования

растровыми системами при значениях частоты исходного массива данных

полутонового оригинала 40 см"1 (а) и 120 см*1 (б, в, г), при уменьшенном

контрасте оригинала (в, г) 14

Установлено, что максимальную разрешающую способность на уровне

-0,838, а также эффективность передачи деталей в диапазоне частот оригинала от 0,8556 мм'1 обеспечивает технология НОНР, превосходя примерно в полтора раза Д-алгоритм и в два - результаты регулярного и нерегулярного растрирования. Д-алгоритм при этом компенсирует растровые искажения в большем диапазоне частот оригинала, чем технология НБНР.

Выявлено, что нерегулярное растровое преобразование не обеспечивает лучшего качества репродуцирования мелких деталей и контуров по сравнению с регулярным при одинаковой частоте исходного массива данных полутонового оригинала.

3 ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В диссертации изложены научно обоснованные технические разработки в области оценки искажений деталей полутоновых оригиналов в автотипном процессе. Внедрение этих разработок будет способствовать научно-техническому прогрессу в полиграфической промышленности и повышению качества печатной продукции.

По работе можно сделать следующие выводы.

1. Предложены новый подход к построению методов оценки эффективности репродуцирования высокочастотного содержания полутоновых оригиналов и три параметра количественной оценки величины растровых искажений (норма растровых искажений, коэффициент геометрической точности репродуцирования и контраст деталей полутонового оригинала на растровой репродукции).

2. На основе предложенного подхода и параметров разработан метод объективной количественной оценки искажений деталей полутоновых оригиналов в автотипном процессе.

3. Разработаны тест-объекты и модель растрового процессора, с использованием которых подтверждена представительность получаемых значений и их соответствие визуальной оценке.

4. Установлены взаимосвязи между предложенными и общепринятыми в известных методах параметрами, что позволило предложить такой критерий интегральной по спектру пространственных частот оценки, как эффективность передачи деталей, а также связать новые параметры с разрешающей способностью автотипного репродукционного процесса.

6. С использованием разработанного метода получены характеристики нескольких растровых систем, промышленно применяемых в полиграфии, или находящихся на стадии разработки и внедрения, характеризующие их эффективность по критерию геометрической точности репродуцирования высокочастотного содержания полутоновых оригиналов.

Основное содержание диссертации изложено в следующих публикациях: Статья в журнале, входящем в «Перечень...» ВАК РФ:

1. Желудев, Д. Е. Количественная оценка величины растровых искажений и геометрической точности воспроизведения деталей оригинала [Текст] / Д. Е. Желудев // Дизайн. Материалы. Технология. - №2(5) / СПГУТД. -СПб., 2008,-С. 24-27.

Опубликованные тезисы докладов и материалы конференций:

2. Желудев, Д. Е. Исследование технологических и репродукционных возможностей адаптивного растрирования [Текст] / Д. Е. Желудев // Друкарство молоде: доповщ VI м1жн. наук.-техн. конф. студ. i acnip. / НТУУ «КП1» ВП1 ВПК «ПолЬехшка». - Кшв, 2006. - С. 74-76.

3. Кузнецов, Ю. В. Растрирование высокой чёткости: практическое применение и преимущества технологии адаптивного растрирования [Текст] / Ю. В. Кузнецов, Д. Е. Желудев, П. А. Волнейкин // Printing Technology SPb'06: сборник науч. тр. междун. науч.-техн. конф. / Новейшие допечатные технологии. - СПб., 2006. — С. 39-42 - (англ.)

4. Желудев, Д. Е. Оценка влияния технологии растровой печати высокой четкости на визуальное качество печатного оттиска [Текст] / Д. Е. Желудев // Друкарство молоде: тези доповщей VII М1жн. наук.-техн. конф. студ. i acnip. / НТУУ «КГП» ВГП ВПК «Полкехшка». - Кшв, 2007. -С. 39-41.

5. Желудев, Д. Е. Растровая печать высокой четкости во флексографии и шелкографии [Текст] / Д. Е. Желудев // Проблемы экономики и прогрессивные технологии в текстильной, легкой и полиграфической отраслях промышленности: сборник науч. тр. всерос. науч.-технич. конф. / СПГУТД. - СПб., 2007. - С. 165-170.

6. Щеглов, С. А. Адаптивное растрирование в трафаретной печати [Текст] / С. А Щеглов, Д. Е. Желудев, Т. Г. Алев // Визуальная культура: дизайн, реклама, полиграфия: матер. VI междун. науч. конф. / ОмГТУ. - Омск, 2007.-С. 199-204

7. Желудев, Д. Е. Количественная оценка геометрической точности воспроизведения деталей оригинала [Текст] / Д. Е. Желудев // Друкарство молоде: тези доповщей VIII М1жн. наук.-техн. конф. студ. i acnip. / НТУУ «КП1» ВП1 ВПК «Пол1технка». - Кшв, 2008. - С. 18-20.

8. Кузнецов, Ю. В. Метод объективной оценки искажений мелких деталей в процессе растрирования [Текст] / Ю. В. Кузнецов, Д. Е. Желудев // Proceedings of the 35th international research conference of IARIGAI, 2008. -C. 347-353 - (англ.)

Подписано в печать 26 .Oí -2-OoQ Усл. печ. л. 1,0. Формат 60x84/16. Тираж 100 экз. Заказ № ^ Отпечатано в типографии СПГУТД 191028, Санкт-Петербург, ул. Моховая, д. 26.

Введение.

1 Анализ подходов и проблем преобразования структуры изображения в полиграфии.

1.1 Структура изображений в полиграфии.

1.2 Эволюция способов преобразования структуры изображения в полиграфии.

1.3 Растровые искажения.

1.4 Методы коррекции растровых искажений.

1.4.1 Повышение объема используемого сигнала.

1.4.2 Смещение и деформация печатных элементов на контурах.

1.4.3 Д-алгоритм.

1.4.4 Технология растровой печати высокой четкости (HDHP).

1.5 Визуальная оценка компенсации растровых искажений технологией растровой печати высокой четкости.

Автотипный процесс обычно включает в себя стадии допечатных процессов, изготовления фото- и печатных форм, печати. Для их технической реализации используются аппаратные и программные растровые генераторы, устройства записи фотоформ, установки для изготовления печатных форм, машины различных способов печати.

Специфика этого процесса заключается в трансформации полутонового оригинала в двухуровневый оттиск, составленный из множества закрашенных (печатных) и пробельных элементов. В процессе трансформации оригинал разбивается на равные по площади участки, значения тона внутри которых усредняются. На основании полученных средних значений внутри участков формируются печатные и пробельные элементы определенных площадей. При этом искажается геометрия мелких деталей и контуров оригинального изображения.

Эти искажения зависят от параметров печатных элементов, задаваемых растровым преобразованием на допечатной стадии, и усугубляются различными физико-химическими процессами (экспонирование, проявление, травление, растаскивание, проскальзывание.), происходящими на формной и печатной стадиях автотипного процесса в упомянутом выше оборудовании.

С приходом в полиграфическое производство вычислительной техники и ее стремительным прогрессом, усилиями отечественных и зарубежных ученых был разработан ряд новых эффективных технологий растрирования. В этой ситуации возникает требование корректного, количественного сравнения репродукционных возможностей различных технологий растрирования в отношении качества получаемых с их помощью оттисков.

Все многообразие параметров качества может быть подразделено на две группы. Параметры первой из них характеризуют воспроизведенный цвет, контраст или тоновый диапазон, количество и распределение градаций внутри последнего, равномерность однотонных участков изображения и т.д.

Наряду с визуальной оценкой эти показатели качества репродуцирования могут быть объективно и раздельно измерены колориметром и денситометром с использованием соответствующих тестовых шкал. В результате могут быть построены кривые гистограмм тоновоспроизведения, оценены цветовые охваты, распределения отклонений тона и др. Существенный вклад в развитие и обоснование методов оценки таких параметров изображений сделан А. Д. Рабиновичем, Ю. М. Овчинниковым, Б. Крузе, Р. Хантом.

Ко второй группе относятся параметры, которые ответственны за воспроизведение составляющей оригинального изображения с высокими пространственными частотами, то есть его резкости, четкости и геометрической точности мелких деталей. В приложениях к телевидению и научной фотографии оценка этой группы параметров достаточно развита, например, в работах М. В. Антипина, Ю. С. Андреева. Такая оценка основана на измерении коэффициентов передачи модуляции (электрический сигнал) или передачи контраста (фотография) периодических исходных сигналов. В первом случае с этой целью используют, например, измерение яркости, а во втором - денситометрию. Однако, в отличие от телевидения и фотографии, результирующее изображение в печати характеризуется в своей микроструктуре всего двумя значениями тона. Следовательно, такие методы не могут быть напрямую применены для указанных целей в полиграфии. Поэтому разработка новых подходов и методов объективной количественной оценки таких параметров представляется актуальной.

Таким образом, целью диссертационной работы является создание метода объективной количественной оценки искажений деталей полутоновых оригиналов в процессе автотипного репродуцирования.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: проанализировать причины искажения такого типа информации оригинала при его автотипном репродуцировании;

- оценить применимость методов визуальной оценки качества репродуцирования на оттиске мелких деталей и контуров, применяемых в полиграфии, для количественной оценки степени искажения таких элементов изображения;

- предложить подход объективной количественной оценки степени искажения высокочастотного содержания полутонового оригинала в печати;

- разработать метод и инструментарий, необходимый для такой оценки;

- для повышения компактности получаемых с помощью разработанного метода количественных данных проанализировать возможность интегральной оценки эффективности репродуцирования мелких деталей и контуров оригинала.

В диссертации изложены научно обоснованные технические разработки в области оценки искажений мелких деталей и контуров полутоновых оригиналов в автотипном репродукционном процессе.Внедрение этих разработок будет способствовать научно-техническому прогрессу в полиграфической промышленности и повышению качества печатной продукции.По работе можно сделать ряд основных выводов.1. Предложен новый подход к построению методов оценки качества репродуцирования высокочастотного содержания полутоновых оригиналов, заключающийся в сопоставлении битовых карт штрихового «прообраза» полутонового оригинала и его растровой копии.2. В качестве количественной меры разрушения геометрии мелких деталей и контуров в автотипном процессе предложена норма растровых искажений Ы

ц, представляющая собой относительное количество субэлементов битовой карты штрихового «прообраза» полутонового оригинала, изменивших свое значение с «1» на «О» или обратно в процессе растрирования. Для удобства интерпретации и нормировки получаемых значений, а также схожести формы графика зависимости величины растровых искажений от частоты оригинала с частотно-контрастной характеристикой (ЧКХ) были предложены следующие параметры: коэффициент геометрической точности репродуцирования Кп; получаемый вычитанием нормы растровых искажений из единицы, и нормированный контраст деталей на растровой репродукции К*. Последний есть частное от деления относительного количества субэлементов в пробельных участках оригинала, изменивших свои значения в процессе растрирования, на относительное количество субэлементов внутри печатных участков, сохранивших свои значения.3. На основе предложенного подхода и параметров разработан метод объективной количественной оценки искажений деталей полутоновых оригиналов в автотипном процессе.4. Разработаны тест-объекты с двумя конфигурациями полутоновых штрихов (линейной и кольцевой) и модель растрового процессора, с использованием которых подтверждена представительность метода.5. Установлены взаимосвязи между предложенными и общепринятыми в известных методах параметрами. Это позволило предложить такой критерий интегральной по спектру частот оценки, как эффективность передачи деталей, определяемой как часть площади под кривой частотного распределения коэффициента геометрической точности, а также связать новые параметры с разрешающей способностью автотипного репродукционного процесса.6. Установлено, что нерегулярное растрирование не обеспечивает заметного преимущества в геометрической точности воспроизведения периодических деталей оригинала по сравнению с регулярным, более того, при снижении контраста оригинала, начинает ему уступать.7. Получены зависимости эффективности передачи деталей и разрешающей способности автотипного процесса от линиатуры и коэффициента растрирования для полутоновых оригиналов полного контраста.8. Выявлено, что и Д-алгоритм, и технология HDHP репродуцируют высокочастотное содержание полутоновых оригиналов с большей геометрической точностью, чем регулярное и нерегулярное растрирование.

1. Гонсалес, Р. Цифровая обработка изображений в среде MATLAB Текст. / Р. С. Гонсалес, Р. Е. Вудс, С. J1. Эддингс; пер. с англ. В.В. Чепыжева. М.: Техносфера, 2006. -616 с.: ил. -Библиогр.: с. 614-615.

2. Бронштейн, И. Н. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов Текст. / И. Н. Бронштейн, К. А. Семендяев. М.: Наука, 1980. -720 е.: ил. - Библиогр.: с. 702-704.

3. Кузнецов, Ю.В. Технология обработки изобразительной информации Текст.: монография / Ю. В. Кузнецов. Москва-Санкт-Петербург: Петербургский институт печати, 2002 — 309 с. : ил.

4. Желудев, Д.Е. Количественная оценка величины растровых искажений и геометрической точности воспроизведения деталей оригинала Текст. / Д. Е. Желудев // Дизайн. Материалы. Технология. 2008. - № 2(5). - С. 24-27.

5. ISO 12647-2: 2004. Технологии полиграфии. Управление процессами цветоделения, производства пробных отпечатков и тиражных оттисков. Офсетные процессы Текст. Взамен ISO 12647-2: 1996; введ. 2004—11— 15. - 2004, - 21 е.: ил. - (Международный стандарт).

6. Kuznetsov, Y. V. The processing of fine detail for digital halftone printing Текст. / Y. V. Kuznetsov, A. A. Schadenko, I. V. Kostuk, P. A. Wolneykien, D. J. Flanagan // IS&T Conference. 2004. - № 20. - C. 632-637.

7. Зернов, В. А. Фотографические процессы в репродукционной технике Текст.: монография / В. А. Зернов. М.: Книга, 1969. - 299 с. : ил.

8. Кузнецов, Ю.В. Электронное растрирование изображений для офсетного способа печати Текст. / Ю. В. Кузнецов, В. А. Узилевский // Полиграфическая промышленность. -М.: Книга, 1972. -Вып. 6(37).

9. Delabastita, P. A. Moire in four color printing Текст. / P. A. Delabastita // TAGA Proceedings. 1992. - C. 44-65. - Текст англ.

10. Kuznetsov, Y. V. Does some philosophy still exist for the halftone frequency selection? Текст. / Y. V. Kuznetsov // IS&T Conference. 1999. - № 15, C. 362-365. — Текст англ.

11. Kuznetsov, Y. V. High Definition Halftone Printing: Background, Current Status and Challenges of the Adaptive Screening Developments. Текст. / Y. V. Kuznetsov // IARIGAI 2008. - № 35. - C. 323-333. - Текст англ.

12. Shiau, J. A set of easily implementable coefficients in error diffusions with reduced worm artifacts Текст. / J Shiau, Z. Fan. // IS&T Journal of electronic imaging. 1996. - № 2658. -C. 222-225. - Текст англ.

13. Fan, Z. Boundary artifacts reduction in vector error diffusion Текст. / IS&T Journal of electronic imaging. 1999. - № 3648. -C. 480-484. - Текст англ.

14. Кузнецов, Ю. В. Основы подготовки иллюстраций к печати. Растрирование Текст. / Ю. В. Кузнецов. М.: Мир книги, 1998. — 174 с.

15. А. с. 1634119 СССР. Устройство формирования сигнала записи полутоновых изображений Текст. / Ю. В. Кузнецов и др. (СССР). ; заявл. 12.07.87.-2 с. : ил.

16. Патент US 5229867, МПК7 H04N1/405C. Method of and apparatus for making a half-tone reproduction of an image Текст. / G. S Ershov et al. -№ US 19900634431 19901227 ; заявл. 27.12.1990.-31 с. : ил. Текст англ.

17. Разработка математической модели процесса автотипной печати Текст. : отчет о НИР : Т-07-01 / СПГУТД СЗИП ; рук. Дроздов В. Н. ; исполн.: Кузнецов Ю. В., Вакуленко С. А., Щаденко А. А. СПб., 2007. - 70 с.

18. Патент 2126598 Российская Федерация, МПК7 H04N1/40. Способ и устройство адаптивного растрирования полутоновых изображенийТекст. / Кузнецов Ю. В. № RU19930051495 19931116 ; заявл. 16.11.1993.-30 с. : ил.

19. Патент W02007018448, МПК7 H04N1/405. Способ адаптивного растрирования полутонового оригинала и устройство для его осуществления Текст. / Кузнецов Ю. В. № W02006RU00332 20060626, приоритет от 27.06.2005. - 47 с. : ил.

20. Патент 2005134511 Российская Федерация, МПК7 H04N1/405C Способ адаптивного растрирования полутоновых оригиналов Текст. / Кузнецов Ю. В., Волнейкин П. А.; заявл. 31.10.2005. 19 с. : ил.

21. Щеглов, С. А. Адаптивное растрирование в трафаретной печати Текст. / С. А. Щеглов, Д. Е. Желудев, Т. Г. Алеев // Визуальная культура: дизайн,реклама, полиграфия: матер. VI междун. науч. конф. / ОмГТУ. — Омск, 2007.-С. 199-204.

22. Лихачев, В. В. Стандартизация, метрология и сертификация Текст. : учебное пособие. -М.: МГУГТ, 2003. 168 с. : ил.

23. Антипин, М. В. Интегральная оценка качества телевизионного изображения Текст. : монография / М. В. Антипин Д.: Наука, 1970.

24. Халафян, A. A. Statistica 6. Статистический анализ данных Текст. / А. А. Халафян. Королев.: «Бином-Пресс», 2007. - 512 с. : ил.

25. Фризер, X. Фотографическая регистрация информации Текст. : монография / X. Фризер. М.: «Мир», 1978. - 670 с. : ил.

26. Андреев, 10. С. Функция передачи модуляции для оценки полиграфических репродукционных систем Текст. / Ю. С. Андреев, Т. А. Макеева. // Полиграфия. 2007. №4. - С. 30-32.

27. Kruse В. Objective quality measures of halftoned prints Текст. / В. Kruse, F. Nilsson // // IS&T Conference. 1999. - № 15. - C. 353-357. - Тест англ.

28. Патент US 3688033, МПК7 H04N1/405C. Method of composing halftone pictures by means of electronic phototypesetters Текст. / R. Hell, K. Wellendorf, R. Koll, E. Lindemann. № USD3688033 19701125 ; заяв. 26.08.1967.-20 с. : ил.-Текст англ.

29. Патент GB2133948, МПК7 H04N1/405C Generating screened half-tone images Текст. / Т. Yamazaki et al. № GB19830033958 1983122127 ; заявл. 27.12.1982. -10 c.: ил. — Текст англ.