автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Разработка методов стабилизации градационной характеристики растрового изображения при многолучевом методе электронного растирования

2 7 МАЙ 1397

Московский государственный университет печати

На правах рукописи УДК 655

КИМ ЧАН СЕ

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ СТАБИЛИЗАЦИИ ГРАДАЦИОННОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАСТРОВОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ ПРИ МНОГОЛУЧЕВОМ МЕТОДЕ ЭЛЕКТРОННОГО РАСТРИРОВАНИЯ

Специальность ; 05.02. 15 " Машины, агрегаты и процессы полиграфического производства".

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук.

Москва - 1 9 9 7 г.

Диссертационный совет ВАК Российской федерации Д 063.39.01 при Московском государственном университете печати Москва, 127550, ул. Прянишникова,2а

Работа выполнена в Московском государственном университете печати

Научный руководитель - доктор технических

наук, профессор Андреев Ю.С.(МГУП)

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:

- Сидоров Александр Сергеевич : д.т.н.,профессор МГУП.

- Витт Александр Александрович: к.т.н..ведущий инженер

издательства "Пресса".

- Ведущая организация : ВНИИ Полиграфмаш.

Зашита состоится 1997 г. в '^час. на заседании

диссертационного совета ВАК Д 063.39.01 Московского государственного университета печати.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан 1997 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 061.39.01, доктор химических наук, профессор /В.А.Наумов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Процесс растрирования изображения является одним из важнейших процессов в полиграфии. Известны три основных метода растрирования: проекционный, контактный и электронный.

Наиболее перспективен и уже широко применяется электронный метод растрирования. Среди электронных методов наибольшее распространение получили многолучевой и однолучевой методы субэлементного формирования растровой структуры, которые практически реализованы в подавляющем большинстве сканирующих устройств. Сканирующая техника широко применяется для репродуцирования как многоцветных, так и одноцветных изображений,применяемых в полиграфии.

Очевидно, что в недалеком будущем электронный метод обработки изображений и соответственно растрирования практически полностью заменит другие методы не только при изготовлении фотоформ, но и в процессах изготовления печатных форм и бесформного печатания.

Очевидно, что по мере развития технологии изготовления печатных форм прямым способом с применением электронного метода новым и важным вопросом, который нуждается в решении, будет увеличение скорости вывода изображений, поскольку регистрирующие слои печатных форм существенно отличаются от слоев фотографических материалов.

Многие вопросы, связанные с технологией электронного растрирования, недостаточно разработаны и освещены в технической литературе и имеющихся инструкциях по эксплуатации зарубежной техники. Интенсивно продолжается изучение этих вопросов и соответственно очень быстро изменяется и обогащается технология, связанная с

электронным методом обработки изображения, в том числе технология растрирования.

Использование нового принципа формирования растровых элементов и разработка собственной сканирующей техники требуют изучения новых факторов, влияющих на растровое изображение, и методов формирования растровой структуры заданного стабильного качества с учетом свойств систем растрирования и свойств применяемых фотоматериалов, с возможностью использования новых менее дорогостоящих и дефицитных сортов фотоматериалов.

В связи с этим на данном этапе одной из важнейших задач, стоящих перед технологами-полиграфистами, является решение указанных вопросов для повышения эффективности использования новой сканирующей техники, для дальнейшего развития электронного способа обработки изображения, в частности, с применением многолучевого метода электронного растрирования^ МЭР).

В настоящее время применяется как этот метод,так и однолуче-вой метод электронного растрирования (ОМЭР). На данном этапе развития техники ОМЭР имеет несколько большее развитие, чем ММЭР. Однако одним из главнейших путей дальнейшего повышения скорости записи является возврат к использованию многолучевого метода, который, хотя и сложнее в исполнении, может существенно, в несколько раз повысить скорость записи.

Представляется важным изучить основные факторы, влияющие на формирование растровых элементов при электронном методе растрирования, в частности, при ММЭР, который оказывается более сложен, чем ОМЭР. На основе этого определить факторы, влияющие на градационную характеристику(ГХ) растрового изображения, найти оптимальные варианты ее стабилизации, а также методы использования техники и технологии растрирования.

Целью работы было выявление всех факторов, которые могут влиять на получаемую ГХ при электронном методе растрирования,

оценка причин нестабильности ГХ, связанных со строением и функционированием системы формирования растровой структуры, и на основе проведенного изучения создание рекомендаций по проведению процесса растрирования, в том числе с использованием новых фотоматериалов.

Для этого в работе решены следующие задачи:

1. Определены основные факторы, влияющие на формирование растрового элемента и введены некоторые новые понятия, актуальные для ММЭР.

2. Определены основные факторы, влияющие на ГХ растрового изображения при ММЭР, и их взаимосвязь.

3. Определены условия поддержания заданной ГХ, в том числе с применением новых фотоматериалов.

Исследование и обобщение теории проводилось на базе электронной цветоделительной машины (ЭЦМ) производства Одесского завода полиграфмашин, которая изготавливается по лицензии фирмы Хелл,ФРГ,и является типичным представителем сканирующих устройств, формирующих растровую структуру с применением ММЭР.

Научная новизна работы заключается в следующем:

Введено понятие о потенциальной структуре (ПС) многолучевого растрового элемента. Понятие использовано при анализе процесса формирования растровых элементов.

Показано, что введение понятия и изучение потенциальной структуры позволяет оценить характер растровых элементов и проанализировать процесс формирования и изменения градации растрового изображения.

Понятие ПС оказалось удобным для правильного объяснения процесса ММЭР.

Выяснены причины возникновения локальных отклонений ГХ, которые обнаруживаются только в процессе электронного растрирования. Эти причины заключаются в том, что периметр электронных

растровых точек неравномерно изменяется при изменении относительной площади точек и размер точек также неравномерно изменяется в зависимости от при неправильной фокусировке лазерных пучков.

Рекомендован метод линеаризации пленки при поддержании заданной ГХ. Показано, что с помощью рекомендованного процесса линеаризации возможно исправлять любое отклонение 5„ТО1, которое уже не в состоянии обеспечить метод линеаризации, предложенный в инструкции.

Разработан метод определения величины оптимального допустимого фокусного расстояния при любой линиатуре, любом способе записи и объективе промежуточного изображения.

Изучены другие факторы, также влияющие на ПС, такие,как различные системы и режимы записи,использующие разное число лучей и разное число проходов при записи одного растрового элемента,линиа-тура растра и угол поворота растра.

Практическая ценность работы определяется возможностью использования полученных результатов для повышения эффективности имеющихся и для проектирования новых сканирующих систем с электронным растрированием на основе многолучевого метода формирования растрового элемента. Повышение эффективности основано на разработанных рекомендациях по выбору системы и режима записи, объектива, величины фокусного расстояния и экспозиционного числа, обеспечивающих наименьшее отклонение градиента градационной характеристики растрового изображения, по методам линеаризации при настройке системы, по выбору новых, менее дорогостоящих и дефицитных фотоматериалов. Результаты могут быть эффективно использованы для исследования других ЭЦМ, отличающихся конструктивно и по количеству лазерных пучков сканирующих устройсгв.а также для формирования учебного курса по дисциплинам, связанным с электронной обработкой изображений

Структура и объем работы.

Работа состоит из введения, 3 глав и общих выводов. В диссертации 133 стр. без библиографии, из них 45 стр. с иллюстрациями.

Библиография содержит 72 наименования.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Результаты исследования факторов, влияющих на ГХ растрового изображения и методы выбора основных параметров, определяющих формирование структуры растрового элемента при ММЭР.

2. Метод определения локальных отклонений градиента градационной характеристики растрового изображения, формируемого при ММЭР.

3. Понятие о сущности линеаризации в процессе электронного растрирования и метод исправления отклонений.

4. Основные рекомендации по управлению записывающей системой и выбору фотоматериалов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, перечислены основные задачи, нуждающиеся в решении. Дано реферативное изложение диссертации по главам.

В главе I проводится обзор существующих принципов электронного растрирования. Показано,что несмотря на множество типов сканирующих устройств, конструктивно и технологически они довольно близки. Наибольшее распространение получили 2 типа (практически были реализованы) ОМЭР и ММЭР.

Однако ММЭР, используемый в сканирующих устройствах, более сложен, чем ОМЭР, а потому и более интересен для изучения. ММЭР весьма перспективен для ускорения записи. ЭЦМ по системе растрирования является достаточно типичным представителем применяемых в настоящее время записывающих устройств, основанных на

принципе ММЭР, поэтому ее оказалось возможным использовать для решения поставленной задачи.

На примере ЭЦМ исследованы основные факторы, которые могут влиять на ГХ электронного растрового изображения. На основе этого поставлены основные задачи исследования.

Глава 2 посвящена оценке и изучению основных факторов, влияющих на формирование растровых элементов при ММЭР.

В разделе 2.1 рассмотрены принципы формирования растрового элемента при ММЭР, а многолучевые растровые элементы, отличающиеся друг от друга количеством субэлементов, строк записи и их положением внутри формируемого растрового элемента, характеризованы потенциальной структурой (ПС).

В связи с тем, что формирование точек при ММЭР происходит как за счет изменения числа субэлементов в строке, так и количества строк на один элемент-, а также вследствие смещения расположения этих строк относительно центра элемента, ПС растровых элементов различна для разных способов формирования элементов, разных размеров точек, разных углов наклона растра и для разных точек в периоде, образующем макроструктуру.

Установлены основные условия для формирования нормальных растровых элементов в соответствии с параметрами, определяющими точки:

Я = Тз = к Тг = к Г или

Т = п!1 = п Тз = пкТг = пк Г где Я- ширина строки записи,

Тз- шаг записывающей головки, Г - ширина субэлемента, к - количество субэлементов в строке записи, Т - сторона базового растрового элемента, Тг- шаг субэлемента,

п - количество строк записи в базовом элементе.

В разделе 2.2 рассмотрен процесс фокусировки лазерных пучков и его влияние на выявление и деформацию ПС. В первой части раздела определен характер смещения субэлементов при фокусировке.

Оценены возможные случаи фокусировки во взаимосвязи с экспозицией. В результате выявлены возможные допуски на величину фокусного расстояния при его увеличении и уменьшении. Показано, что увеличение индекса фокусного расстояния строго ог раничивается и, наоборот, его уменьшение допускается в сравнительно широком диапазоне. Отношение допусков при увеличении и уменьшении фокусного расстояния равно 1:5.

Во второй части этого раздела рассмотрено влияние фокусировки на топологию растрового элемента при возможных случаях фокусировки. Показано,что отклонение величины фокусного расстояния может компенсироваться в определенном диапазоне увеличением экспозиции. При отклонении фокусировки от нормальной возможно не только увеличение, но и уменьшение точек в зависимости от их ПС и , и при этом изменяется также форма точек.

В разделе 2.3 изучены системы и режимы записи, их комбинированное влияние на формирование ПС. Подробно проанализированы системы записи и 2.83Я, а также нормальный, трех и 6-ти лучевых режимы записи, определены основные способы записи и соответствующие им основные ПС, формируемые комбинированием двух систем записи с тремя режимами записи.

Показано, что эти основные способы записи отличаются многими параметрами и дают разные эффекты при растрировании.

В разделе 2.4 рассмотрены вопросы о взаимосвязи линиатуры с объективом промежуточного изображения и способом записи, а также о принципе записи низколиниатурных растровых элементов. Показано, что диапазон изменения линиатуры разделяется на несколько частей в зависимости от способа записи и объектива промежуточного изображения С,Л' и что позволяет записать определенную линиату-

ру в разных способах записи и получить разные эффекты растрирования. Выяснена связь между диапазонами изменения линиагуры.

Показано, что принцип записи низколиниатурных растровых элементов заключается в увеличении количества строк записи, применяемых для формирования растровых элементов, и поэтому при этом образуются новые ПС. Таким образом, в ЭЦМ возможно записать практически любую линиатуру растра в диапазоне от 0 до 140 лин/см.

В разделе 2.5 рассмотрены вопросы о возникновении новых ПС в растровом изображении в зависимости от угла поворота растра.

Проанализированы некоторые примеры растровой структуры и макроструктуры, возникающей при различных углах поворота растра. Макроструктура в электронном растровом изображении формируется точками одинаковой ПС, регулярно повторяющимися по площади изображения. Количество разных ПС в растровом изображении определяется углом поворота растра, способами записи.

Показано,что в ЭЦМ возможно формирование большого количества разных ПС комбинированием 6-ти основных ПС с разными углами поворота растра и линиатурой растра.

Рассмотрен принцип определения зависимости между заданной и реальной линиатурой растра, в том числе причины изменения линиа-туры растра при определенном угле поворота растра.

Глава 3 посвящена исследованию основных факторов,влияющих на ГХ рас'фового изображения (разделы 3.1,3.2,3.3) и процесса линеаризации пленки, Рассмотрены сущность линеаризации и мето-дика ее проведения,а также взаимосвязи между основыми факторами, влияющими на ГХ, Кратко проанализировано подобие и особенности формирования растрового элемента при ОМЭР, сравнительно с ММЭР.

В разделе 3.1 рассмотрено во взаимосвязи с другими факторами влияние режима экспонирования на ГХ растрового изображения.

Оптимальное экспонирование при электронном растрировании заключается в том, чтобы субэлементы, равномерно расположенные в

строке записи правильной фокусировкой лазерных пучков, совмещались друг с другом без перекрытий или зазоров.

Показано, что режим экспонирования определяет размер субэлемента при определенной фокусировке. Рассмотрены факторы, влияющие на размер субэлемента при экспонировании.

Разработан метод определения деформации линейного размера точек при увеличении или уменьшении экспозиции.

Рассмотрено влияние коэффициента контрастности фотопленки ка деформацию линейного размера точки и доказана неизбежность этой деформации при использовании фотопленки с ограниченной контрастностью.

Показано, что в связи с постоянством градиентов кривой распределения освещенности отдельного пучка, деформация линейного размера субэлемента одинакова для точек разного размера.

Способ записи и линиатура растра влияют на эту деформацию, поскольку их изменение связано с изменением фокусировки лазерных пучков, которая влияет на распределение освещенности в пучке.

Таким образом, изменение вышеназванных факторов- режима экспониро-вания, контрастности пленки, способа записи и линиатуры растра влияет на деформацию линейного размера точки, которая вызывает флуктуации относительной площади точек.

В разделе 3.2 рассмотрена одна из причин возникновения локальных отклонений градиента градационной кривой. Вначале методом моделирования растровых точек разного размера рассмотрена связь ГХ растрового изображения с фокусировкой лазер-ных пучков. При отклонении величины фокусного расстояния от оптимума деформация точек по контуру изменяется, и размеры точек также изменяются неравномерно в зависимости от их размеров. В результате уже существующее отклонение площади точек, вызванное выше рассмотренными факторами, изменяется по-разному в зависимости от 80Ш. , т.е. от размера самого элемента.

Таким образом, возникают локальные по зонам градационной кривой флуктуации ее градиента. Показано,что число, степень и место возникающих приращений или уменьшений градиента при дефокусировке зависят от ПС, то есть от способа записи, линиатуры растра и угла поворота растра.

Подробно рассмотрено влияние разных ПС на возникновение локальных отклонений градиента градационной кривой в виде /15=

f(Soma).

Показано,что при 3-х лучевом режиме записи степень отклонения градиента ГХ от заданного совсем незначительна и при угле поворота растра более 0° это явление значительно уменьшается вследствие того, что в растровом изображении возникает несколько разных ПС, поэтому при фокусировке некоторые из точек увеличиваются, а некоторые уменьшаются и, таким образом, отклонение в целом невелико. Это значит, что при нормальном режиме записи при угле поворота растра 0° необходимо наиболее тщательно устанавливать величину фокусного расстояния.

В разделе 3.3 рассмотрена еще одна из причин возник-новении локальных отклонений градиента градационной кривой. Этой причиной оказалось неравномерное изменение периметра точек при изменении относительной площади SomiK , вызванное ступенчатым изменением ширины точки, изменением формы точки по градационной шкале , и изменением формы точки при изменении угла поворота растра.

В первой части изучены разные формы точки, используемые в ЭЦМ, и особенность контуров точек, формируемых электронным методом растрирования. Проанализирована связь периметра с относительной площадью Som„. и метод определения периметра многолучевых растровых точек в виде n=f(Som»). Показано,что возникновение локальных отклонений градиента градационной кривой неизбежно и при правильной фокусировке, поскольку причина этого явления, связанная со ступенчатым изменением ширины точки, неизбежна.

Оптимальные комбинации формы точек с растровой системой, рекомендуемые в инструкции ЭЦМ, очевидно, найдены с учетом этого явления.

Таким образом, выяснены причины возникновения локальных изменений градиента градационной кривой, которые наблюдаются только при электронном растрировании.

Раздел 3.4 посвящен процессу линеаризации, который является одной из особенностей электронного метода растрирования.

Проведено уточнение сущности и причин необходимости этого процесса при электронном растрировании. Установлено,что сущность линеари-зации пленки в сканирующих устройствах с электронным растрированием заключается в формировании условий совпадения заданной и реализуемой ГХ, которая может изменяться не только в зависимости от типа фотопленки и ее обработки, но и вследствии изменений в системе управления растрированием, т.е. вследствие изменения величины экспозиционного числа, фокусировки, способа записи, линиату-ры растра и угла поворота растра формы точки. Это значит, что при одинаковой пленке и условиях ее обработки также необходимо и неизбежно проводить эту операцию.

Рассмотрен метод линеаризации и ее контроля. Показано, что рекомендуемый в инструкции к ЭЦМ метод линеаризации оказался неправомерным в определении данных о линеаризации.

В результате экспериментального исследования процесса линеаризации предложен правильный метод ее проведения. Данными о линеаризации являются реально полученные величины при записи 21-по-льного клина №1, а результат этой операции можно контролировать с помощью клина №2, записываемого при необходимости рядом с изображением.

Раздел 3.5 посвящен описанию взаимосвязи между факторами, которые рассмотрены выше и влияют на ГХ растрового изображения.

Показано,что они тесно связаны друг с другом и поэтому всегда влияют совместно на формирование растровых точек и на ГХ. Дана схема,в которой изложены все рассмотренные факторы и показала связь между этими факторами.

В качестве примера для ЭЦМ , разработан оптимальный графический принцип определения зависимости величины фокусного расстояния И от линиатуры растра, способа записи и объективов промежуточного изображения, что позволяет быстро и точно определить основные параметры при растрировании.

В разделе 3.6 рассмотрены подобие и особенности формирования растровой структуры при ОМЭР. Отмечено, что при ОМЭР на ГХ растрового изображения влияют те факторы, которые влияют на процесс ММЭР, кроме фокусировки, и также возникает локальное отклонение градиента градационной кривой растрового изображения, и нужно проведение процесса линеаризации.

В частности, действие линиатуры записи, которая является одним из важных параметров растрирования, при ОМЭР похоже на действие способа записи при ММЭР.

В четвертой главе сделаны общие выводы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Оценены основные факторы, влияющие на формирование растровых элементов при ММЭР - фокусировка, величина экспозиции, используемые системы и режимы записи, линиатура растра, угол поворота растра.

Фокусировка и величина экспозиции в основном влияют на качество растровых элементов, а остальные факторы влияют на потенциальную структуру растрового элемента.

2. Введено понятие о ПС растрового элемента, возникающей в процессе МЭР. Показано, что это понятие позволяет правильно объяснить многие вопросы, связанные с ММЭР.

3. Исследованы основные и дополнительные способы записи, их особенности и назначение при растрировании, что позволяет правильно выбрать один из них с учетом конкрегной ситуации. При этом выяснена сущность применения различных систем и режимов записи, а также определены принципы формирования низколиниатурных растровых элементов при МЭР.

4. Определены основные факторы, влияющие на исходную ГХ растрового изображения и оценена степень их влияния. В частности, выяснены причины возникновения локальных отклонений градиента градационной кривой. Из изученных факторов величина экспозиционного числа, контрастность пленки, способ записи, линиатура растра влияют на изменение общего градиента градационной кривой, а фокусировка, форма точки и угол поворота растровой структуры определяют наличие и характер локальных колебаний градиента градационной кривой. Кроме того, показано,что контрастность фотопленки, форма точки и угол поворота растра являются факторами, неизбежно влияющими на ГХ, а остальные факторы могут не влиять на ГХ при их точном определении.

5. Уточнена сущность и необходимость линеаризации при электронном методе растрирования, а также рекомендован правильный метод ее проведения и контроля.

6. Даны рекомендации по управлению системой растрирования, в том числе по процессу линеаризации, по выбору способа записи, по методам использования малоконтрастной пленки, по взаимоотношению между фокусировкой, величиной экспозиционного числа и другими параметрами, то есть линиатурой растра, способами записи, параметрами объектива промежуточного изображения.

Основные результаты работы опубликованы в следующих печатных работах:

1. Хе Енг, Ким Чан Се. Технология изготовления фотоформ и печатных форм. - Учебник. Пхеньянский полиграфический институт. Пхеньян, ППИ,"Издательство учебной литературы ", 1990, ст.185.

2. Ким Чан Се. Методы определения основных параметров растрирования при многолучевом методе электронного растриования. -Полиграфическая промышленность,Пхеньян, 1989, ст. 18-24.

3. Ким Чан Се. Методы стабилизации градационных и цветных характеристик при изготовлении фотоформ для марок. - Отчет о результатах анализа производственных процессов, НИИ ГОЗНАК Корейской республики, Дэзон, 1994, ст.78.

4. Ан Сунг Дек, Ким Чан Се. Разработка метода определения основных параметров растрирования в процессе изготовления фотоформ в ЭЦМ,- Годовой отчет о результатах работы, НИИ ГОЗНАК Корейской республики, Дэзон, 1995, ст. 120.

5. Ким Хан Енг, Ким Чан Се, Ким Хон Зо. Рекомендации по проведению линеаризации в выводной машине ОТ-11 1065 и в ЭЦМ ОС -300. - Технический блокнот для операторов, НИИ ГОЗНАК Корейской республики, Дэзон, 1995, ст.57.