автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Разработка методологии процесса выбора растрирования в полиграфических устройствах допечатной обработки изображений

На правах рукописи

Гурьянова Ольга Александровна

РАЗРАБОТКА МЕТОДОЛОГИИ ПРОЦЕССА ВЫБОРА РАСТРИРОВАНИЯ В ПОЛИГРАФИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВАХ ДОПЕЧАТНОЙ ОБРАБОТКИ ИЗОБРАЖЕНИЙ

05.02.13 - Машины, агрегаты и процессы (печатные средства информации)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

28 0КТ 2015

Москва-2015

00556405Ь

005564056

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет печати имени Ивана Федорова» (МГУП имени Ивана Федорова) на кафедре технологии полиграфического производства

Научный руководитель Андреев Юрий Сергеевич, доктор технических

наук, профессор, профессор кафедры технологии полиграфического производства

Официальные оппоненты: Севрюгин Вадим Рудольфович, доктор

технических наук, Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова, профессор кафедры технологии промышленной и художественной обработки материалов

Костюк Инна Викторовна, кандидат технических наук, Северо-западный институт печати Санкт-Петербургского государственного университета технологии и дизайна, доцент кафедры «Технология полиграфического производства»

Ведущая организация - Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тульский государственный университет»

Защита диссертации состоится/с.12.15 в И.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.147.01 на базе МГУП имени Ивана Федорова по адресу: 127550, г. Москва, ул. Прянишникова, 2а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке при МГУП имени Ивана Федорова. Электронная версия диссертации размещена: Ьйр/Лгщир.га

Автореферат разослан «13» сентября 2015 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д212.147.01, доктор технических наук, профессор

Р>

Е.Д. Климова

Общая характеристика работы

Актуальность темы исследования. Одной из важнейших проблем полиграфии является растрирование. Именно технология растрирования определяет градационное содержание оттиска, отвечает за передачу мелких деталей изображения и его четкость. Помимо этого сама растровая структура при ее заметности становится источником шумов в воспроизводимом изображении. Производители растровых структур стремятся обеспечить точную передачу градаций оригинала, четкость изображения, т.е. передать его структуру, при этом устранить заметность растра настолько, чтобы изображение могло визуально восприниматься как исходное аналоговое. Именно поэтому рынок насыщен различными растровыми структурами. Разработчики в рекламных целях описывают нх достоинства, но на практике выявляются сложности работы с растровыми структурами и их недостатки.

Различные растровые струюуры отличаются по свойствам, и нет таких растровых структур, которые одинаково хорошо могли бы решить все задачи репродуцирования изображения, так как в свою очередь изображения различны по своей структуре. Исследования возможностей растровых структур и структурных свойств изображений, предназначенных для репродуцирования, позволят наилучшим образом сочетать их для получения требуемого качества воспроизведения.

Степень разработанности темы исследования.

В настоящее время на рынке представлено множество различных растровых структур - регулярных, нерегулярных, гибридных. Каждая из этих структур нацелена на качественное воспроизведение изображения, но в связи с различными свойствами этих структур изображения будут воспроизводиться по-разному. Известны общие закономерности поведения растровых структур, но до сих пор нет сопоставительного анализа различных растровых структур на основе объективных методов оценки их свойств.

Оригиналы, предназначенные для полиграфического репродуцирования, в свою очередь тоже весьма различны. Их информационные свойства характеризуются различным содержанием тоновой и контурной информации,

по разному воспроизводимой растровой структурой. Работы по разделению этой информации в оригиналах ранее проводилось в основном для целей повышения резкости изображения.

Для возможности получения рекомендаций по использованию растровых структур нужно проводить оценку структурных свойств оригиналов, предназначенных для репродуцирования, и использование растровых структур ставить в зависимость от свойств оригиналов.

Цель работы. Цель работы состоит в разработке методов и объективной оценке растровых структур для выбора наилучшего их сочетания с воспроизводимыми оригиналами и достижения желаемого качества репродукции.

Данная цель определила следующие задачи:

1. Провести объективную классификацию имеющихся технологий растрирования на основе исследования пространственно - частотных характеристик, создаваемых растровой структурой.

2. Оценить градационные характеристики, формируемые при применении различных технологий растрирования.

3. Разработать метод объективной оценки флуктуационных характеристик растровых структур и их визуально воспринимаемых шумовых характеристик, оценить шумовые свойства различных растровых структур.

4. Разработать метод объективной оценки воспроизведения деталей при растрировании различными растровыми структурами, оценить возможность воспроизведения деталей при растрировании различными растровыми структурами.

5. Разработать метод и провести оценку структурных свойств изображений, предназначенных для полиграфического репродуцирования, классифицировать изображения в соответствии с их структурой, дать рекомендации по сочетанию свойств изображений и растровых систем.

Научная новизна работы заключается в создании методологии подбора растровых структур по важнейшим параметрам, отвечающим за качество репродуцирования. С этой целью проведен спектральный анализ, который позволяет оценить частотно-пространственные свойства растровых структур. Предложены новые методы оценки свойств растровых структур по статистическим параметрам гистограммы растрированного поля и сформированного в растровом поле изображения. По предложенным методам проведена оценка флуктуационных свойств растровых структур, оценена способность растровых структур к воспроизведению мелких деталей.

Предложен метод и проведена оценка структурных свойств изображений, предназначенных для репродуцирования, с помощью разделения тоновой и контурной информации. Предложена классификация изображений в зависимости от их структурных свойств.

Даны рекомендации по использованию растровых структур в зависимости от структурных свойств репродуцируемых изображений.

Теоретическая и практическая значимость работы. На данный момент существует множество различных растровых структур. Имеющаяся о них информация чаще всего носит рекламный характер и не всегда отмеченные достоинства подтверждаются практическим применением. Разработанные методы подбора растровых структур позволяют объективно оценить возможности различных растровых структур, регулярных и нерегулярных. Практическая ценность подтверждена актом внедрения разработанной методологии выбора технологии процесса растрирования на полиграфическом предприятии.

Методология и методы исследования. При решении поставленных задач были использованы: чнсленные методы вычислений, методы математического моделирования с использованием системы математических расчетов МАТЬАВ, методы математической статистики, методы денситометрии и методы визуальной экспертной оценки.

Положения, выносимые на защиту:

1. Классификация технологий растрирования на основе метода пространственно-частотного анализа.

2. Метод оценки и результаты анализа флуктуационных свойств растровых структур.

3. Метод оценки и результаты анализа воспроизведения мелких деталей изображения в растровом поле.

4. Обоснование методологии выбора сочетания технологии растрирования на основе свойств растровых структур и воспроизводимых изображений для достижения требуемого качества репродукции.

Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность положений, выводов и результатов основана на значительном объеме экспериментальных исследований, применении математических расчетов при получении экспериментальных данных, их непротиворечивости с практическими результатами наблюдений конкретных полиграфических процессов, публикацией основных положений и результатов в научно-технических журналах и их обсуждением на конференциях.

Основные положения диссертации докладывались на научно-технической конференции молодых учёных МГУП, 2010; Научно-практической конференции «Инновации в издательских, печатных и мультимедиа технологиях» (Scientific-practical conference «Innovations in Publishing, Printing and Multimedia Technologies»), Каунас, 2011; Научно-технической конференции молодых учёных МГУП, 2014; Научно-технической конференции молодых учёных МГУП, 2015. Доклад на конференции МГУП 2015 занял 1-ое место в конкурсе.

По теме диссертации опубликовано 8 статей, из них 4 в изданиях, рекомендованных ВАК.

Основное содержание работы

Во введении показана актуальность темы диссертации, сформулирована цель работы, поставлены задачи, раскрыта научная новизна и практическая ценность работы, приведены положения, выносимые на защиту, описана методология и методы исследования.

В главе 1 рассмотрены различные программы растрирования, позволяющие формировать регулярные, нерегулярные и гибридные растровые структуры, возможные их достоинства и недостатки при воспроизведении непрерывного тона изображения, мелких деталей, способности к возникновению муара при репродуцировании изображений, содержащих регулярную составляющую. Показано, что большое разнообразие применяемых структур не имеет четкой классификации, а достоинства и недостатки той или иной структуры четко не определены. Показана необходимость разработки методов оценки свойств растровых структур и рекомендаций по сочетанию свойств растровых структур и воспроизводимых изображений, в соответствии с

их характеристиками.

Глава 2 посвящена исследованию и разработке методов субъективной и объективной оценки свойств различных растровых структур по предложенным методам.

Для проведения исследования было выбрано 15 программ растрирования, создающих отличающиеся структуры и размеры растровых точек, формирующих структуру. Сюда вошли программы регулярного, гибридного и

стохастического растрирования.

Для возможности классификации технологий растрирования предлагается метод оценки пространственно-частотных свойств растровых структур, заключающийся в проведении спектрального анализа растрового поля изображения вычислением Фурье-спектра в программе МАТЬАВ. По характеру спектра можно определить соотношение регулярных и стохастических составляющих в спектре, что особенно актуально для оценки современных растровых структур: нерегулярных 2-ого поколения и гибридных.

Образцы, необходимые для вычисления спектра, получали сканированием растровых полей растрированпых шкал с относительной площадью растровой точки 5, 30, 50 и 90%. Для образцов были получены двумерные спектры и одномерные графики спектров. В качестве примера в таблице 1 для 2-х растровых структур представлены участки растрированпых шкал, спектры и графики спектров.

| Таблица 1. Образцы растровых шкал, спектры и графики спектров

Растровая структура 5% 30% 50% 90%

Agfa Sublima образец

спектр ш I Щ

график А Л L

Creo Scitex Fulltone образец п

спектр О

график . .¿¿fia».

На основании результатов спектрального анализа исследуемые структуры были классифицированы по наличию регулярности в зонах светов, полутонов, теней и поделены на четыре группы.

К первой группе отнесены структуры, чьи спектры указывают на отсутствие регулярной составляющей во всех тоновых зонах.

Ко второй группе - растровые структуры со спектром, имеющим слабые включения линейчатого спектра.

К третьей группе - структуры, имеющие сплошной спектр в светах и тенях, однако в полутонах включающие периодические составляющие, которые дают возможность предположить наличие возможной муарогенности этих структур.

Спектры регулярных и некоторых гибридных структур указывают на наличие регулярной составляющей во всех тоновых зонах, они отнесены к 4-ой группе.

Анализ также позволяет оценить относительный вес низкочастотных составляющих, т.е предварительно оценить склонность растровых структур к формированию воспринимаемых человеческим глазом флуктуаций - шумов,

что позволяет выявить структуры, при использовании которых для репродуцирования изображений в изображении может возникать шум, ухудшающий визуальное восприятие. Присутствие регулярной составляющей в спектре может спровоцировать появление муара.

С использованием проведенной классификации, позволяющей судить о действительных пространственно-частотных структурных свойствах системы растрирования, можно проводить оценку свойств растровых структур, их влияния па воспроизведение изображения в устройствах допечатной подготовки. Рассмотрим влияние растровых структур на передачу тона изображения; возможность возникновения флуктуаций - шумовые свойства формируемого изображения; способность и точность воспроизведения деталей изображения в растровом поле; муарогенность структур.

Важной характеристикой, определяющей качество изображения, является передаваемый растровыми структурами диапазон оптических плотностей, искажение линейности воспроизводимых данных, сформированных в цифровом файле, содержащем информацию, подготовленную для воспроизведения растровой структурой. На стадии допечатной обработки необходимо оценить воздействие на топовоспроизведение как свойств растровой структуры, так и факторов технологического процесса на динамический диапазон и линейность передаваемой градации.

Для оценки растровых структур использовался тест-объект - тоновая градационная шкала, созданная в программе Adobe Illustrator CS2.

Показано, например, что при растрировании шкалы структурами Harlequin Dispersed Screening с набором различных по размеру растровых точек: 11 мкм, 15 мкм, 21 мкм, 26 мкм, 42 мкм без предварительных настроек для определенного размера растровой точки возникают существенные искажения как по сокращению динамического диапазона, так и по искажению линейности (рисунок 1).

О 20 ¿0 f,::> ко loo

SÍTB.

ш 26 мкм *21мкм Х15мкм «11 мим

Рисунок 1. Градационная передача растровой структуры HDS с различными размерами растровой точки при отсутствии линеаризации Однако показано, что при проведении линеаризации программными средствами устройств допечатной обработки для любой растровой структуры на фотоформе или печатной форме возможно получение линейной зависимости.

Характеристика, существенно влияющая на качество репродуцирования -уровень флуктуации, возникающих на растровых изображениях, которые при визуальном восприятии создают шумы в изображении. Для определения уровня флуктуации, создаваемых различными растровыми структурами, растрированные участки шкалы оценивались методом визуальной экспертной оценки. По результатам выявлены структуры, создающие заметные флуктуации, при оценке и ранжировании которых мнения экспертов не расходились. Структуры, оценка которых не дает однозначного результата, трудно ранжировать. Поэтому для оценки флуктуационных свойств растровых структур предлагается объективный метод, позволяющий оценить эти структуры.

Метод оценивает флуктуации, создаваемые структурой и заключается в применении статистической оценки гистограммы, формируемой растровой структурой. Оценку флуктуации можно проводить без учета и с учетом визуального восприятия.

Для исследования были выбраны 10 программ растрирования, создающих отличающиеся структуры. В качестве образца использовались полученные ранее участки растрированной шкалы с относительной площадью растровой точки 5, 30, 50 и 90%. Растровые поля сканировались с высоким разрешением.

Для них в программной среде МАТЬАВ были получены гистограммы. Получаемая гистограмма характеризует распределение светлот на равномерном поле, растрированном исследуемой структурой. Двухмодовый характер гистограммы указывает на то, что растровое поле создает два четко выраженных максимума, т.е. на нем имеется резкая разница между темными и светлыми участками, которая может быть причиной заметных флуктуаций на этом растровом поле (рисунок 2а). Если гистограмма принимает вид, близкий к одномодовому, это означает усреднение параметров светлоты, падение контраста между максимумами, сглаживание флуктуаций (рисунок 26)

Светлота

Рисунок 2. Гистограммы для растрового поля S0I„ 30% растровых структур: a-Agfa Sublima; б-Creo Scitex Fulltone Структуру можно охарактеризовать, рассчитав параметр стандартного

отклонения гистограмм, численные значения которого показывают отклонения от средних значений светлоты, т.е. характеризует насколько заметна структура. В таблице 2 для 2-х растровых структур приведены образцы растрированных шкал и их гистограммы.

Таблица 2. Образцы полей растровых структур и их гистограммы

Растровая структура

Agfa Sublima

Creo Scitex Fulltone

Образцы полей растровых Структур Sqth. %

30

50

90

Гистограммы образцов полей растровых структур S0T,i. %

J

30

i

50

90

L

На диаграммах (рисунок 3) показаны значения стандартного отклонения, полученные на основании расчета по статистическим параметрам гистограмм.

Рисунок 3. Диаграммы, показывающие значения стандартного отклонения для исследуемых растровых структур: 1 - Agfa Sublima; 2 - HDS 42; 3 - Creo Seitex Fulltone; 4 - HDS 11; 5 - Heidelberg Diamond; 6 - Mega Dot; 7 - Mega Dot+; 8 - Screen Specta; 9 - Kodak MaxTone; 10 - Creo Turbo FM

Полученные результаты дают объективную меру флуктуации, характерных для растровой структуры.

Для оценки свойств этих структур, формируемых в процессе визуального дерастрирования, полученные ранее спектры образцов растровых полей перемножали с усредненной ФМП зрительного анализатора, после чего осуществлялось восстановление сигнала с помощью обратного преобразования Фурье в программной среде MATLAB (рисунок 4).

а б в

Рисунок 4. Моделирование процесса визуального дерастрирования на примере растровой структуры Heidelberg Diamond: а - образец растровой структуры; б - спектр образца; в — восстановленное изображение

Для восстановленного изображения получали гистограмму. В таблице 3 представлены результаты для 2-х растровых структур.

Таблица 3 - Гистограммы при учете ФПМ зрительного анализатора

Растровая структура Образцы пол структу ей растровых pSOTK.% Гистограммы о растровых стр бразцов полей уктур S0T„. %

5 30 50 90 5 30 50 90

Agfa Sublima я Я Li i А i

Creo Scitex Fulltone ■ в:- 1 ,, Г 1

Рассчитанные на основании гистограмм численные значения стандартного отклонения светлоты отражены на диаграмме (Рисунок 5)

« 55

I

£ к

£

V 10

Рисунок 5 - Диаграммы, ранжирующие растровые структуры, в зависимости от визуального восприятия: 1 - Agfa Sublima; 2 - HDS 42; 3 - Creo Scitex Fulltone;

4 - HDS 11 ; 5 - Heidelberg Diamond; 6 - Mega Dot; 7 - Mega Dot+; 8 - Screen Specta; 9 - Kodak MaxTone; 10 - Creo Turbo FM

Сравнение диаграмм (рисунки 3 и 5) показывает, что ФПМ зрительного анализатора сглаживает, устраняет двухмодовый характер гистограмм. Однако для некоторых растровых структур сохраняются достаточно высокие значения стандартного отклонения, например, для структур Heidelberg Diamond и Agfa Sublima, что свидетельствует о сохранении визуально воспринимаемых шумов. Предложенный метод оценки флуктуационных свойств растровых структур по статистическим параметрам гистограммы позволяет ранжировать растровые структуры по флуктуационным свойствам и может быть использован для выбора растровых структур при репродуцировании оригиналов с различными свойствами.

Другим важнейшим параметром, характеризующим свойства растровой структуры, является способность этой структуры к воспроизведению деталей в растровом поле. При этом необходимо оценить как воспроизведение отдельной детали, так и их совокупность в изображении.

Для визуальной оценки воспроизведения деталей в реальном изображении была применена черно-белая цифровая фотография, содержащая структуру, в качестве которой выступают здания города с периодической решеткой окон (рисунок 6)

Рисунок б - Тест-объект «Город»: черно-белая цифровая фотография

Результаты экспертной оценки тестового изображения показывают, что изображение, растрированное стохастическими структурами HD S с размерами растровых точек 15, 21 и 26 мкм, визуально воспринимаются лучше остальных. Хорошее визуальное восприятие изображений достигается вследствие показанных выше малых значений флуктуаций тона.

Структура Creo Turbo FM, имеющая достаточно высокую регулярную составляющую в полутонах и вошедшая во вторую группу, оказалась подвержена муарообразованию. Муар не был обнаружен на полях тест-объекта, но был явно замечен на тестовом изображении. Стохастическая структура Heidelberg Satin Screening, входящая в третью группу, также дала возникновение муара и визуально определяемый шум, заметный на тестовом изображении. Наихудшее восприятие обнаруживается при использовании растровой структуры Heidelberg Diamond, дающей возникновение сильного шума.

Регулярные растровые структуры, вошедшие в 4-ую группу, как и предполагалась, создают объектный муар.

Многообразие влияния растровой структуры на получаемые свойства репродуцируемого изображения ставит вопрос об исследовании

воспроизведения мелких деталей различными растровыми структурами. При разработке метода применялись методы визуальной экспертной оценки, а также предложен метод объективной инструментальной оценки.

Для оценю! воспроизведения деталей изображения различными растровыми структурами был применен штриховой тест-объект, созданный в программе Adobe Illustrator. Тест-объект состоит из одиннадцати отдельно стоящих периодических решеток, расположенных под углами 0°, 15°, 45°, 75° и 22.5°. Ширина штриха и просвета в первой решетке равна 6 мкм и увеличивается в геометрической прогрессии с коэффициентом, равным -п. Тест-объект используется в двух вариантах с различным соотношением относительной площади растровых элементов в'штрихе и фоне: 100/0 и 75/25.

Штриховой тест-объект растрировали в исследуемых программах растрирования, записывали на высококонтрастный фотоматериал. Визуально оценивали воспроизведение решеток и возникновение объектного муара.

С помощью измерительного микроскопа Бриннеля с увеличением 24х проводилась оценка воспроизведения мелких деталей в растровом поле. Результаты оценки показывают, что при максимальном контрасте между штрихом и фоном воспроизведение штриха различными растровыми структурами практически одинаково. При размере растровой точки, сопоставимой с шириной воспроизводимого штриха, возникают искажения размеров штриха. Штрихи в группе начинают сливаться.

При уменьшении контраста наблюдается падение разрешения. Особенно это заметно при применении гибридных и регулярных структур. При расположении решетки под углом 0° разрешающая способность стохастических структур несколько ниже. Для регулярных и гибридных растровых структур наилучшее разрешение достигается при расположении штрихов решетки под уголом 45°.

На полях штрихового тест-объекта, растрированного растровыми структурами Kodak МахТопе, Agfa Sublima, Mega Dot и Mega Dot+, отнесенными к четвертой группе, при пониженном контрасте между штрихом и фоном наблюдается возникновение муара (рисунок 7). Для растровых структур

Kodak MaxTone, Agfa Sublima и Mega Dot муар характерен для углов 15°, 75°, 22.5°. Для структуры Mega Dot+ -для 15° и 22.5°.

ШШШ!

IMiP ШШШ т МШШШ* шшшшш* шШшшШ

а б в г

Рисунок 7 - Примеры возникновения муара на полях растрировапного тест-

объекта: а - Kodak MaxTone; б - Agfa Subi ima; в - Mega Dot; г - Mega Dot+

Для стохастических растровых структур разница в воспроизведении при максимальном контрасте и при его уменьшении меньше, чем у структур гибридных и регулярных. Однако стохастическая растровая структура Heidelberg Diamond, при понижении контраста между фоном и штрихом имеет настолько сильно выраженный шум, что различить штриховую деталь на фоне становится невозможным. Это можно было предсказать и по оценке флуктуационных свойств этой структуры.

При оценке воспроизведения деталей изображения различными растровыми структурами достаточно сложно оценить разниц)' воспроизведения визуально, поэтому необходим метод объективной оценки, позволяющий определить эту разницу и ранжировать растровые структуры по качеству воспроизведения деталей в разных условиях проведения процесса. Предложен новый метод, базирующийся на статистической оценке гистограммы растрового поля, модифицированного воздействием периодической решетки. Получаемые численные значения дают возможность определить способность растровых структур воспроизводить мелкие детали. Предлагаемый метод заключается в том, что сканированные участки растрового поля с воспроизведенной решеткой совмещаются с исходным штриховым гест-объектом таким образом, чтобы штрих растрированного тест-объекта совпадал со штрихом исходного изображения (рисунок 8а). Далее поле исходного гест-объекта смещается перпендикулярно направлению штриха на величину, равную половине периода решетки (рисунок 86)

Рисунок 8 - Поля штрихового тест-объекта, растрированного структурой Agfa Sublima, размер штриха 192 мкм: а - совмещение растрированного поля со штрихами исходного тест-объекта; б - смещение исходного тест-объекта на половину периода решетки

С применением программной среды МАТЬАВ блока обработки изобразительной информации получают гистограммы образцов а и б, которые характеризуют распределение светлот. Гистограмма образца, полученного при наложении исходного тест-объекта с совпадением штрихов, показывает распределение светлот, характерное для штрихового изображения, с пиками гистограммы в малых и больших светлотах, соответствующими штрихам и просветам (Рисунок 9а). Если при смещении просветы перекрываются, гистограмма образца, полученного при наложении тест-объекта со смещением, имеет иной характер, без наличия малых светлот (рисунок 96). Это указывает на воспроизведение решетки данной группы.

Светлота Светлота

а б

Рисунок 9 - Гистограммы образцов структуры Agfa Sublima, размер штриха 192 мкм: а — совмещение растрированного поля со штрихами исходного тест-объекта; б — смещение исходного тест-объекта на половину периода решетки

Если изображения, полученные путем наложения исходного тест-объекта с совмещением штрихов и с их смещением, имеют близкие гистограммы, это указывает на отсутствие разрешения в этой решетке. На рисунке 10 показаны образцы тест-объекта для поля растровой структуры Agfa Sublima, где штрих составляет размер 24 мкм. Гистограммы, полученные для образцов, показаны на рисунке 11.

Рисунок 10 - Поля штрихового тест-объекта, растрированного структурой Agfa Sublima, размер штриха 24 мкм: а - совмещение растрированного поля со штрихами исходного тест-объекта; б - смещение исходного тест-объекта на половину периода решетки

Светлота Светлот»

а б

Рисунок 11 - Гистограммы образцов структуры Agfa Sublima, размер штриха 24 мкм: а-

совмещение растрированного поля со штрихами исходного тест-объекта; б - смещение

исходного тест-объекта на половину периода решетки

Рассчитанные значения стандартного отклонения показывают численную разницу между полученными гистограммами. Чем больше эта разница, тем лучше воспроизводится штриховая деталь растровой структурой. Данные для растровых структур при воспроизведении штрихов размером 192 мкм и 34 мкм показаны на рисунках 12а и 126.

f: vi ■

Растровые мрумуры

астривые структуру

Рисунок 12 - Разница значений стандартного отклонения для структур 1 - MegaDot; 2 -MegaDot+; 3 - Creo Turbo FM; 4 - Creo Sciex Fulltone; 5 - Kodak MaxTone; б - Screen Specta; 7 - HDS 11; 8 - Heidelberg Diamond; 9 - HDS 42, 10 - Agfa Sublima: a - штрих 192 мкм;

б - штрих 34 мкм

Штрихи размером 192 мкм всеми растровыми структурами воспроизводятся практически одинаково хорошо. При размере штрихов решетки 34 мкм разрешение некоторых растровых структур становится недостаточным. Регулярная растровая структура Mega Dot+ и гибридная Screen Specta штрих такого размера не воспроизводят. Наилучшее воспроизведение обеспечивает растровая структура Creo Turbo FM.

Для оценки воспроизведения штриховой детали в растровом поле с контрастом 75/25 по предложенной методике были получены значения стандартного отклонения. Наилучшие результаты получены для стохастической растровой структуры HDS И, которая воспроизводит штрихи размером от 34 мкм. Штрихи размером от 48 мкм воспроизводятся структурами Creo Sciex Fulltone и HDS 42, от 68 мкм структурами Creo Turbo FM и Kodak MaxTone, структуры Agfa Sublima. Mega Dot и Mega Dot+ имеют способность воспроизводить штрих от 96 мкм, структура Screen Spekta воспроизводит штрихи размером от 136 мкм, структура Heidelberg Diamond штрихи с размерами, входящими в состав тест-объекта, не воспроизводит.

Также для регулярных и нерегулярных структур рассмотрено влияние углов расположения воспроизводимой решетки. Сами растры при этом установлены таким образом, что направление структуры 45°. Разрешающая способность стохастических растровых структур при 0° несколько меньше, чем при остальных рассматриваемых углах поворота. Для регулярных структур разрешающая способность больше зависит от угла поворота. Оценка статистических параметров позволяет определить разницу в воспроизведении мелких деталей при рассматриваемых углах поворота.

Анализ полученных результатов показывает, что предложенная методика позволяет объективно оценить возможности растровых структур при воспроизведении штриховых деталей.

Третья глава посвящена исследованию структурных характеристик оригиналов. Для оценки соотношения тоновой и контурной информации используется метод выделения контуров, реализованный в программе MATLAB.

При различных значениях порога бинаризации в изображении выделяется различное количество контурной информации. На основании экспериментальных данных показано, что выбор порога бинаризации при выделении контура следует осуществлять в начале возрастания гистограммы в зоне, описывающей глубокие тени изображения. В таком случае, при наложении контура на изображение не формируется шумовых структур (рисунок 13).

в г

Рисунок 13 - Выбор порога в начале возрастания гистограммы: а — исходное

изображение, б - выбор порога; в - выделенный контур при пороговом значении t=0,25; г — наложение полученного контура на исходное изображение

Для 40 изображений рассчитано соотношение контурной и тоновой информации. Содержание контурной информации не превышало 10% для всех исследуемых оригиналов. Произведена классификация оригиналов. Изображения, содержащие не более 1% контурной информации, относятся к первой группе. В основном это светлые изображения. Ко второй группе отнесем оригиналы с содержанием контурной информации от 1% до 4%, что характерно для средних по тону оригиналов. Изобразительные оригиналы, содержащие более 4% контурной информации, отнесли к третьей группе. Это в основном темные оригиналы.

В соответствии с классификацией для решения конкретных задач полиграфического производства предлагается использовать разные по свойствам наиболее подходящие растровые структуры. Результаты проведенных экспериментов показывают, что растровая структура HDS с

размером растровой точки 11 мкм одинаково хорошо воспроизводит изображения первой, второй и третьей групп. Для остальных растровых структур получены следующие результаты:

Для первой группы изображений можно рекомендовать растровые структуры, не дающие заметных флуктуации тона в светах изображения - это структуры HD S 42 мкм, Creo Scitex Fulltone; Mega Dot, Mega Dot+, Kodak MaxTone.

Для второй и третьей группы оригиналов можно использовать растровые структуры: HDS 42 мкм, Creo Scitex Fulltone - структуры, не дающие выраженных флуктуаций в полутонах изображения и с хорошим качеством воспроизводящие детали изображения.

Для оригиналов, характеризующихся большим количеством контурной информации, не содержащих периодических решеток в своем составе, наилучшим образом подойдут растровые структуры Creo Turbo FM, Heidelberg Diamond, Agfa Sublima.

Оригиналы, содержащие мелкие детали на растровом фоне в различном соотношении, наилучшим образом будут воспроизведены структурой Creo Turbo FM.

Основные результаты работы

1. Для оценки свойств различных растровых структур предложено использовать субъективные и объективные методы оценки. Субъективные методы экспертной оценки отражают основную цель репродукционного процесса - подготовка информации для потребителя, оценивающего качество репродукции визуально. Методы объективной статистической оценки растровых структур позволяют количественно описать различия между растровыми структурами и более достоверно по необходимым параметрам сделать выбор в пользу той или иной структуры.

2. Для оценки пространственно-частотных свойств растровой структуры применен метод спектрального анализа, позволяющий оценить пространственный спектр растровой структуры, выявить наличие и

соотношение регулярной и нерегулярной составляющей. По результатам спектрального анализа исследуемые структуры поделены на группы в зависимости от наличия и выраженности в них регулярной составляющей. Такое разделение дает возможность выявить структуры, способные к муарообразованию в многокрасочной репродукции при воспроизведении текстурных изображений, склонных к образованию объектного муара.

3. Оценено воспроизведение градаций в зависимости от структуры растра. Показано, что на стадии допечатных процессов проведение линеаризации для каждой структуры отдельно позволяет осуществить требуемую градационную характеристику.

4. Проведена оценка уровня флуюуаций в изображении, показано, что их возникновение существенно влияет на качество репродуцирования, создавая шумы изображения. По результатам экспертной оценки структурами, создающими заметные флуктуации, являются стохастические растровые структуры: Heidelberg Diamond, Heidelberg Satin Screening; гибридные структуры: Screen Specta и Agfa Sublima; регулярные структуры: Mega Dot и Mega Dot+. Структуры имеют однозначные оценки при визуальном восприятии, что позволяет легко их ранжировать. Стохастические структуры Harlequin Dispersed Screening с различным размерами растровых точек, а также структуры Creo Scitex Fulltone, Creo Turbo FM и гибридная Kodak MaxTone формируют достаточно равномерные поля, потому их ранжировать трудно. Для объективной оценки уровня флуктуаций растровых структур предложен метод, заключающийся в применении статистической оценки гистограммы, формируемой растровой структурой. Метод также дает возможность оценки и позволяет ранжировать растровые структуры в зависимости от их флуктуационных свойств, в том числе при визуальном восприятии.

5. С применением экспертной визуальной оценки оценено воспроизведение деталей изображения различными растровыми структурами. Показано, что визуальная оценка не всегда позволяет четко определить свойства воспроизведения различных по размеру деталей растровыми структурами, и ранжировать структуры по данному свойству. Для объективной оценки воспроизведения деталей изображения в растровом поле предложен метод, заключающийся в применении статистической оценки гистограмм, формируемых участком штрихового поля при совмещении растрированного поля со штрихами исходного тест-объекта и смещении исходного тест-объекта на половину периода решетки. Метод позволяет провести оценку воспроизведения размеров штриховых деталей различными растровыми структурами при любом соотношении частот и контрастов растровой структуры и воспроизводимой в растровом поле периодической штриховой решетки и ранжировать структуры в зависимости от качества воспроизведения.

6. Для классификации изобразительных оригиналов, предназначенных для репродуцирования, предложен метод, заключающийся в определении соотношения контурной и тоновой информации в изображениях. Метод позволяет классифицировать изобразительные оригиналы в зависимости от соотношения содержащийся в них тоновой и контурной информации и предложить для их репродуцирования растровые структуры.

7. Предложенные субъективные и объективные методы оценки различных свойств растровых структур, а также метод оценки изображений, в совокупности можно характеризовать как разработку методологии процесса выбора растрирования в полиграфических устройствах допечатной обработки изображений.

Публикации по теме диссертационной работы Публикации в ведущих рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Гурьянова O.A. Выбор нерегулярных растров для репродуцирования изображений, содержащих в своем составе регулярную составляющую/, O.A. Гурьянова, Ю.С. Андреев // Известия высших учебных заведений. Проблемы полиграфии и издательского дела-2013. -№5 -с. 46-51.

2. Гурьянова O.A. Классификация оригиналов для выбора растровой структуры, обеспечивающей качественное репродуцирование/, O.A. Гурьянова, Ю.С. Андреев // Известия высших учебных заведений. Проблемы полиграфии и издательского дела - 2014 - №6. - с. 20-27.

3. Гурьянова O.A. Метод оценки флуктуационных характеристик растровых структур по статистическим параметрам гистограммы/, O.A. Гурьянова, Ю.С. Андреев // Известия высших учебных заведений. Проблемы полиграфии и издательского дела-2015. -№3 -с. 78-87.

4. Гурьянова O.A. Метод оценки воспроизведения деталей изображения в процессах автотипного растрирования по статистическим параметрам гистограммы растрового поля/, O.A. Гурьянова, Ю.С. Андреев // Известия высших учебных заведений. Проблемы полиграфии и издательского дела -2015. -№4-с. 105-117.

Публикации в других изданиях

5. Гурьянова O.A. Исследование возникновения объектного муара при использовании различных систем нерегулярного и гибридного растрирования/ O.A. Гурьянова, М.А. Крылова// Вестник МГУП. - 2010. -№11 - с.58-63.

6. Гурьянова O.A. Исследование структурных характеристик различных систем нерегулярного растрирования /Ю.С. Андреев, O.A. Гурьянова// Вестник МГУП - 2010. - №6. - с 26-30.

7. Гурьянова O.A. Разработка методики получения образца для расчета спектра нерегулярной растровой структуры / Ю.С. Андреев, О. А. Гурьянова // Scientitic-practical conference Innovations of publishing, printing and multimedia technologies. Kaunas. - 2011. - c. 67-72.

8. Гурьянова O.A. Оценка влияния различных растровых структур на качество репродуцируемого изображения // Вестник МГУП. -2012. -№12 - с. 63-69.

Подписано в печать 02.10.2015 Объем 1,2 усл.п.л. Тираж 100 экз. Заказ № 129 Отпечатано в типографии «Реглет» г. Москва, Новослободская, д.20 стр.4 +7(495)979-98-99, www.reglet.ru