автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.07, диссертация на тему:Создание системы микрофильмирования полутоновой оптической информации

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Р Г В О ЧГЕОДЕЗИИ И КАРТОГРАФИИ

На правах рукописи

Бойко Юрий Анатольевич

СОЗДАНИЕ СИСТЕМЫ МИКРОФИЛЬМИРОВАНИЯ ПОЛУТОНОВОЙ ОПТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ

Специальность 05.11.07 - оптически? и оптико-электронные приборы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-1993

Работа выполнена в Московском государственном университете геодезии и картографии.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор Ю.Г.Якушенков.

Официальные оппоненты:

Жилкин A.M., проф. д.т.н., МГУГиК

Преображенский И.А., доц. к.т.н. НИКФИ

Ведущее предприятие - НПО "Геофизика"

Защита диссертации состоится * 199^'г. (}

на заседании специализированного Совета К.063.01.04 при Московском государственном университете геодезии и картографии (г.Москва, Гороховский пер., 4).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МосГУГК.

Автореферат разослан « М» декабря_ 1993 г.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах с подписью, заверенной печатью, просим направлять по адресу: 103064 г.Москва, Гороховский пер., 4.

Ученый секретарь

специализированного Совета, проф.

^оломатин В.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Вторая половина 20-го века была ознаменована тем, что бумага, являвшаяся основным носителем информации почти 20 веков, стала уступать свои позиции другим, более емким, носителям. Одним из наиболее удачных новых носителей информации, до сих пор успешно конкурирующим с весьма эффективными магнитными и оптическими дисками, явилась давно известная фотопленка, представшая в достаточно новом качестве микроносителя и давшая жизнь новой отрасли инфбрмадаонной технологии - микрофильмированию.

На сегодняшний день наиболее развито и широко применяется микрофильмирование штриховых оригиналов, таких, как печатные тексты, чертежи и т.п. Однако существуют значительные объемы информации, представляющей собой полутоновые оптические изображения. К таким изображениям можно отнести, например, рентгеновские медицинские снимки или аэрофотоснимки. Для хранения этих снимков требуются большие площади, поиск нужной информации затруднен, кроме того, использование большого. количества галогенидосеребряной пленки и необходимость длительного ее хранения приводят к большому расходу серебра и затрудняют его регенерацию. Перевод крупноформатных снимков, хранящихся в архивах, на микроносители позволил бы решить эти проблемы.

Полутоновые оптические изображения отличаются от штриховых гораздо большей информационной емкостью, так как информацию несет практически каждая точка поля изображения. Это обстоятельство затрудняет микрофильмирование полутоновых изображений, так как фотоматериал, кроме отображения мелких деталей, должен обеспечивать еще и пропорциональную градационную передачу. Но развитие материалов для микрофильмирования шло как раз в ущерб второму качеству, и поэтому современные микрофотопленки мало пригодны для микрофильмирования полутоновой оптической информации.

Таким образом, насущная необходимость в переносе на микроносители большого числа полутоновых изображений, с одной стоооны, и отсутствие возможности непосредственного использования традиционных методов, материалов и аппаратуры, применяемых для микрофильмирования текстовых документов и технической документации, с другой стороны, привели к необходимости проведения исследований с целью создания технической системы отображения, хранения и использования полутоновой оптической информации.

Цель и задачи работы. Целью работы является разработка теоретических основ построения системы микрофильмирования полутоновой оптической информации и аппаратурная реализация этой системы.

Указанная цель достигается решением следующих задач.

1. Проведение сравнительного анализа известных методов получения полутоновых изображений и разработка метода получения полутоновых микроизображений на существующих доступных фотоматериалах.

2. Разработка состава и структуры системы микрофильмирования полутоновой оптической информации.

3. Создание математической модели процесса получения полутонового микроизображения, позволяющей оценить его качество.

4. Разработка требований к подси'стеме отображения полутоновой оптической информации с просветных оригиналов а части аппаратуры и технологического процесса.

' 5. Разработка методики оптимизации процесса получения полутонового микроизображения.

6. Разработка устройств, обеспечивающих оптимальное управление процессом отображения полутонового оптического изображения на микроносителе.

,7. Разработка метода и аппаратурной реализации получения полноформатной бумажной копии с полутонового микроиэображения.

Методы исследований. При решении поставленных задач использовались системный подход и системный анализ, методы информационной оценки качества оптических систем, математическое моделирование с помощью ЭВМ, а также экспериментальные исследования.

Научная новизна работы. Основные научные результаты выражаются в следующем.

1. Разработан принцип построения системы микрофильмирования полутоновых оптических изображений с применением растрирования.

2. Разработана методика ■ оптимизации параметров процесса отображения полутоновой оптической информации с применением фотоэкспонометра на линейном фотоприемнике с зарядовой связью.

3. Разработана методика расчета оптической системы .сканирования изображения читально-копировального аппарата.

4. Разработана схема электрофотографического модуля читально-копировального

аппарата для получения полноформатных копий с полутоновых микроизображений.

Практическая ценность. В результате выполнения работы получены следующие результаты, которые непосредственно можно использовать в практике.

1. Разработана математическая модель процесса растрирования изображения с помощью контактного растра, позволяющая осуществить оптимальный выбор профиля коэффициента пропускания растрового элемента для данного конкретного случая, как при полутоновом микрофильмировании, так и в полиграфической практике.

2. Разработан и изготовлен макет фотоэкспонометра, позволяющего с необходимой точностью оптимизировать параметры процесса фотографического отображения полутоновой оптической информации.

3.'Разработанные методики расчета сканирующих систем читально-копировальных аппаратов и схема электрофотографического модуля для получения полутоновых бумажных копий могут быть. использованы при проектировании новых читально-копировальных аппаратов.

4: Реаультаты теоретических и экспериментальных исследований по получению полутоновых микроизображений могут быть использованы при создании фонда рентгеновских снимков на базе микрофильмирования.

Основные защищаемые положения. В.результате проведенных теоретических и экспериментальных исследовании на защиту выносятся следующие результаты.

1. Метод получения полутоновых микроизображений путем растрирования изображения с помощью контактного растра.

2. Математическая модель процесса растрирования.изображения.

3. Результаты применения общей теории информационной оценки качества изображения к оценке качества передачи мелких деталей в растрированием изображении.

. 4. Макет фотоэкспонометра для микрофильмирования полутоновых оригиналов.

5. Электрофотографический модуль читально-копировального аппарата для получения бумажных копий с полутоновых микроизображений (А. "..ССХЗЖ 17771П6,Б.И.ЭД43,1993).

6. Результаты экспериментальных исследований.

Публикации. Основные положения работы изложены в трех научных статьях. На основании проведенных исследований создано устройство, на которое получено •

авторское свидетельство. Основные положения и результаты диссертационной работы изложены в следующих публикациях:

1. БойкоЮ А. Математическая модель процесса растрирования изображения в полутоновом ' микрофильмировании. «Известия ВУЗов», «Геодезия и аэрофотосъемка» № 4, 1993.

2. Бойко Ю_А. Оптимизация параметров процесса полутонового микрофильмирования. «Известия ВУЗов», «Геодезия и аэрофотосъемка» № 3,1993, с. 152-160

3. Сергеев АА., Корнеев СМ., Бойко ЮА. Некоторые вопросы проектирования читапьно-копировальныхаппаратов. «Известия ВУЗов», «Геодезия и аэрофотосъемка» №6,1991, с.с. 145-153.

4.БойкоЮА.идр.Электрофотографическийаппарат.А.С. СССР №1777116, Б.И.ММЗ, 1993.

Структура диссертации и ее объем. Диссертация состоит из введения, трех глав и

заключения. Библиография включает 34 наименования. Работа изложена на 136 страницах машинописного текста и содержит 39 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темь1, формулируются цель и задачи исследования, научные и практические результаты работы и основные результаты, выносимые на защиту.

В первой главе рассматриваются общие принципы построения системы полутонового микрофильмирования и разрабатывается ее структура. Предлагается метод передачи градаций при микрофильмировании путем растрирования изображения.

Система микрофильмирования представляет собой совокупность средств отображения, хранения и использования полутоновой оптической информации, обеспечивающих изготовление, хранение и удобное использование микроформ, изготовленных с полутоновых просветных оригиналов. Обобщенная структурная схема такой системы аналогична структурной схеме любой развитой информационной системы микрофильмирования. Однако требования к основным подсистемам отражают специфику именно полутоновой оптической информации.

Наибольшее количество специфических требований приходится на подсистему отображения полутоновой информации, представляющую собой совокупность микрофильмирующего аппарата, процессора химико-фотографической обработки

микрофильмов и технических средств управления технологическим процессом и контроля микрофильмов. Кроме того, к этой же подсистеме необходимо отнести фотоматериалы и реактивы для их обработки, так как их характеристики и характеристики перечисленных технических средств взаимозависимы.

Известно, что именно характеристики фотоматериалов во многом определяют возможность градационной передачи в полутоновом изображении,.причем современные фотопленки для микрофильмирования имеют такие характеристики, которые исключают возможность пропорциональной градационной передачи. В связи с этим просматриваются два пути решения задачи обеспечения необходимой градационной передачи на микрофильме: разработка новых фотоматериалов, имеющих при весьма высокой разрешающей способности коэффициент контрастности, близкий к единице, или разработка оптических методов, обеспечивающих необходимую градационную передачу на существующих высококонтрастных фотоматериалах для микрофильмирования. Второй путь предпочтительнее, так как разработка нового фотоматериала с уникальными свойствами - процесс достаточно долгий и дорогостоящий.

Кроме того, необход имо отметить, что методика обработки информации в информационной системе микрофильмирования предполагает _ изготовление копий микроформ, которые делаются на более дешевых диазопленках, являющихся еще более высококонтрастными, чем пленки типа "Микрат". Выбор второго пути обеспечивает возможность их применения, а также соответствующей аппаратуры.

Итак, при отображении полутоновой оптической информации необходимо выполнить два основных требования: обеспечить пропорциональную градационную передачу и воспроизвести мелкие детали изображения. Для выполнения первого требования результирующий коэффициент контрастности системы «оптические элементы - пленка» должен быть близким к единице, а выполнение второго требования может оцениваться по различным критериям. Самым простым из них являе'. '.я разрешающая способность, однако этот критерий не является универсальным и плохо пригоден для полутоновых изображений. Здесь лучший результат могут дать информационные критерии, которые учитывают шумы различных звеньев системы и обнаружительные возможности наблюдателя.

Структурная схема преобразования изображения в системе полутонового микрофильмирования представлена на рис. 1. Естественно, что, необходимо заложить в систему некоторые критерии подобия между изображением на экране читального

аппарата или на бумажной копии и оригиналом. На первом этапе удобнее всего это. сделать путем определения коэффициентов передачи, контраста различных звеньев системы исходя из общих требовании по разрешающей способности.

В результате анализа характеристик рентгеновских снимков и опираясь на имеющийся в практике опыт, были выработаны следующие требования: на «фане читального аппарата или на бумажной копии должны разрешаться изображения миры контраста 0,2 с пространственной частотой 5 мМ1, изображение миры абсолютного контраста с пространственной частотой 8 мне'.

Исходя из этих требований, нетрудно определить требуемый коэффициент передачи контраста для всей системы и разбить его по звеньям. Следует отметить, что при этом для принятой нами степени уменьшения 14,8 крат требования получаются достаточно жесткие.

Как уже отмечалось, главной задачей, которую необходимо решать, является разработка оптического метода передачи градаций на высококонтрастном фотоматериале при выполнении требований по передаче мелких деталей. Поэтому после выработки требований к звеньям системы по передаче мелких деталей, можно перейти к разработке соответствующего метода передачи градаций.

Способ получения полутоновых изображений с помощью высококонтрастного процесса хорошо известен и применяется в полиграфии. Он заключается в растрировании изображения посредством проекционных или контактных растров. Этот же метод может быть применен и д ля получения полутоновых микроизображений на высококонтрастных, высокоразрешающ их фотоматериалах, причем наиболее целесообразно применение контактного растра. При этом' контактный растр может наход иться в контакте как с оригиналом, так и с фотоматериалом. Эти два случая отличаются требуемой частотой растра и профилем распределения плотности по растровому элементу. Кроме того, в первом случае уже модулированное растром поле яркости проходит через проекдаоннуюсистему и претерпевает вследствие этогоопределенные искажения. Второй же случай отличается тем, что контактный растр имеет очень мелкую структуру, сравнимую по размерам с зернистостью пленки, что существенно усложняет процесс градационной передачи.

Из сказанного следует, что вопросы формирования градаций посредством растровых плотностей требуют всестороннего теоретического обоснования с целью исследования возможности применения растрирования в микрофильмировании полутоновых оригиналов.

Рве. 1. Структурная схема процесса преобразования оптического изображения в информационной системе на основе микрофильмирования

to

Вторая глава посвящена разработке теоретических основ построения подсистем системы микрофильмирования.

При применении растрирования оптическая плотность снимка преобразуется в растровую плотность, которая определяется размерами растровых элементов в данном месте снимка и их собственной оптической плотностью.

Для качественной оценки процесса преобразования оптической плотности оригинала в растровую оптическую плотность негатива разработана математическая модель процесса растрирования изображения.

При разработке математической модели считалось, что просветный оригинал имеет некоторую постоянную освещенность Ео. Рассматривается некоторый участок оригинала с постоянной оптической плотностью, линейные размеры которого превышают период используемого контактного растра, а за растровую плотность негатива принимается некоторая интегральная характеристика, равнаялогарифмуотошениясветового потока, упавшегонарассмагриваемуюплоиадкуфогонегатива, ксветовому потоку, прошедшему через эту площадку.

С учетом сказанного, математическая модель преобразования оптической плотности просветного оригинала в растровую плотность фотонегатива д ля контактного копирования моя^ет быть представлена алгоритмом, который предусматривает последовательное определение следующих параметров и характеристик:

1. Dop = const - оптическая плотность оригинала в пределах некоторой площадки с площадью S; *

Dop

2. тор = 1 /10 - коэффициент пропускания рассматриваемого участка просветного оригинала;

3. Ео' = Ео Тор - величина освещенности непосредственно за рассматриваемым участком оригинала;

4. D(x,y) - функция распределения оптической плотности по полю контактного растра;

D(x,y)

5. т(х,у) =1/10 - функция распределения коэффициента пропусканий по полю контактного растра;

6. Е(х,у) = Ео'т(х,у) - функция распределения освещенности за контактным растром;

7. Н(х,у) = E(x,y)t - величина экспозиции, создаваемая в точке фотоматериала с

координатами х,у, где t - время выдержки, которое для дальнейших расчетов удобно принять равным I;

8. Рф(х,у) = /(lgH(x,y)) - характеристическая кривая фотоматериала, с помощью

которой по известной величине Н(х,у) может быть определена соответствующая ей

плотность почернения в точке с координатами х,у; Эф(х,у)

9. Тф(х,у) =1/10 - функция распределения коэффициента пропускания проэкспонированного через растр и проявленного фотоматериала;

10. Еф(х,у) = Ео тф(х,у) -функция распределения освещенности за проэкспонированной и проявленной фотопленкой при создании на ней равномерной освещенности, равной Ео;

11. F(j> = J Et(x,y)dS - световой поток, прошедший через проэкспонированный и

S

проявленный участок фотопленки площадью S при создании на нем освещенности Ео;

12. Fo -= Ео S - величина светового потока, падающего на рассматриваемую площадку S при освещенности Ео;

13. Dp = lgiFo/Рф) - растровая плотность фотонегатива.

По предложенному алгоритму может быть рассчитана растровая' плотность для любой величины экспозиции при модуляции светового поля растром с распределением плотности, описываемым функцией D(x,y). Следовательно, произведя расчеты для различных экспозиций, можно построить характеристическую кривую системы «растр -пленка», характер которой будет показывать степень адекватности преобразования оптической плотности оригинала в растровую плотность фотонегатива.

Треугольный двумерный профиль контактного растра может быть описан функцией двух переменных:

где а и Ь - постоянные коэффициенты, определяющие максимальное значение оптической плотности растра и остроту профиля;

дя и (1у - периоды растра по осям «х» и <у» соответственно. При использовании данной формулы, необходимо ограничивать минимальное значение оптической плотности растра, которое не может быть меньше плотности вуали

фотоматериала, на котором изготовлен растр.

На рис.2 представлена характеристическая кривая фотопленки «Микрат-МФН» (кривая 1) и рассчитанная по предложенному алгоритму характеристическая кривая системы «растр-пленка» при а = 0,4, Ь = -1,7 и ограничении минимальной плотности растра на уровне 0,15 (кривая 2).

В случае применения растра таким образом, чтобы в процессе копирования он находился в контакте с микрофильмируемым оригиналом, структурная схема процесса будет иметь вид, представленный на рис.3.

Яркость каждой точки светящегося поля отображается объективом в плоскость фотопленки. Однако эта операция нелинейна и ее результат зависит от многих факторов. В основном к ним относятся: масштаб изображения р ; пространственная частота в плоскости объекта Уоб; коэффициент передачи контраста оптической системой на данный пространственной частоте Т(у).

Коэффициент передачи контраста объективом может быть определен по известным методикам и формулам. Этот коэффициент достаточно быстро падает с увеличением пространственной частоты. Обратившись к формуле (1), увидим, что вторая гармоника у выражении, описывающем треугольное распределение оптической плотности, имеет частоту в три раза большую, чем Первая и, следовательно, будет сильно подавляться оптической системой и пленкой. Отсюда можно сделать вывод, что при использовании контактного растра в предложенном варианте градационная передача будет в основном определяться первой гармоникой, и профиль распределения плотности растра перестает быть управляющим параметром. ■ ■

Для системы «растр-объектив-пленка» отличие математической модели преобразования оптической плотности оригинала в растровую плотность фотонегатива от приведенной выше будет заключаться в замене вел| чины Е(х, у) в п.6 величиной Е'(х,у), рассчитываемой по формуле:

Е'(х\у') = (т/р2) ([Ьр + ТМ(Цк,у) - и)]),

Где Ьср = (Цх,у)тах - Ь(х,у)ш1п)/2, '

х, у - координаты в плоскости предмета, соответствующие координатам «х'», «у'» в плоскости изображений;

Рис.2 Характеристические кривые: 1 - фотопленки «Микрат-МФН»; 2 -системы «растр-плевка»; 3 - системы «растр-объектив-пленка».

I_______—________I

Рис.3 Структурная схема подсистемы отображения полутоновой оптической информации с применением растрирования.

Рис.4 Структурная схема канала передачи информация для системы микрофильмирования с растрированием изображения.

х' = х/Р, У' = У/Р .

V' = УР;

а велич, на Цх,у) вычисляется по формуле:

Цх,у) = Ьб(х,у) Тр(х,у),

где Цх,у) - яркость оригинала в данной точке.

Для объектива с параметрами

/' = 50 мм,

Т>/С = 0,25 мм,

£3 = 0,5 рад,

и для распределения оптической плотности в растре с упомянутыми значениями коэффициентов «а» и «Ь» характеристическая кривая имеет вид, представленный на рис.2 (кривая 3).

Уменьшешеглубинымопулшлии,вь1звадаоедействиемобъеиива, как фильтра пространственных частот, приводит к уменьшению результирующейфотографической широты системы и увеличению коэффициента •контраста в области больших выдержек. Поэтому при необходимости иметь пропорциональную градационную передачу в широком диапазоне экспозиций целесообразно применять растр, находящийся в непосредственном контакте с фотоматериалом. Однако такой растр сложенвизготовлеиии, так как должен иметъпериодпоряцка 1 /120мм, а микрофильмирующий аппарат при использовании этого метода требует конструктивной доработки для обеспечения штатного прижима растра к фотоматериалу. При этом следует отметить, что для большинства практических случаев, фотографическая широта системы "расгр-объекгив-пленка" оказывается достаточной, и такой метод съемки может использоваться в практике микрофильмирования.

Процесс растрирования изображения позволяет закодировать информацию о градационном суставе изображения на высококонтрастном фотоматериале, т.е. расширяет информационную -емкость системы микрофильмирования в части передачи информации об оптических плотностях различных участков изображения, однако с точки зрения передачи мелких деталей, информация о форме и размерах которых передается на высоких пространственных частотах, структура растра представляет собой шум, который снижает информационную емкость системы.

Для того, чтобы иметь возможность использовать для оценки влияния растрирования

изображения на восприятие наблюдателя методы, используемые для оценки влияния шумов, будем считать растр некоторый полем с псевдослучайным распределением коэффициента пропускания. Необходимо отметить, что контактные растры с хаотическим расположением растровых точе^ различных размеров находят применение в полиграфии, и опыт показывает, что их действие близко к действию регулярных растров.

Структурная схема канала передачи информации для системы микрофильмирования с растрированием изображения представлена на рис.4.

Для данной структурной схемы выражение для информационной оценки имеет вид:

йа 22

„ Г , Г. в'с (V, Р об) Ру> Тх(у) Т?р( V, рув) 1

О = IV 1ор I 1+ --5- I,

$ш.р.(у, Ров) Те(у) Т5р(у,Рув) + Бш.шЦу) РувТ,р(у,Ру») + Бш-ор

где р«в - коэффициент увеличения объектива микрофильмирующего аппарата;

рув - коэффициент увеличения проекционной оптической системы, используемой для рассматривания изображения;

Э'сЫ, БшплМ, 5ш.зр(у), Б ш.р(у) - пространственно-частотные спектры дисперсии полезного сигнала, шумов зернистости фотоматериала, шумов зрительной системы и шумов растра соответственно;

Т х( у) - результирующая функция передачи модуляции системы микрофильмирования;

Тар (у, Рув) - функция передачи модуляции зрительной системы, приведенная к плоскости фотографического изображения с учетом коэффициента увеличения проекционной оптической системы;

- разрешающая способность оптической системы микрофильмирующего аппарата по определенному контрасту.

По значению информационной оценки О может быть вычислена обобщенная разрешающая способность системы:

11'» = а^СГ

где С1 - информационная оценка системы, рассчитанная дл* сигнала с контрастом Ю;

а - коэффициент пропорциональности, который для системы микрофильмирования рентгеновских снимков целесообразно принять равным 0,5, так как ее функция передачи модуляции может быть аппроксимирована законом Гаусса.

Для приведенных выше параметров оптической системы микрофильмирующего-аппарата, р?стра с линитурой 80 точек/см, пленки «Микрат МФН» и значения контраста Ю = 0,2 получено расчетное значение

йю = 71,02 мм"1,

что весьма близко к требуемому разрешению по объекту с контрастом 0,2, равному 75 мм"1. Это говорит о достаточно хорошей передаче в растрированием изображении мелких малоконтрастных деталей.

Как известно, качество получаемого микрофильма зависит не только от формы характеристической кривой и качества передачи мелких деталей, но также и от выбора экспозиции при микрофильмировании.

Для обеспечения требуемой точности установки экспозиции при микрофильмировании полутоновых оригиналов предлагается использовать фотоэкспонометр на линейном фотоприемнике с зарядовой связью, которыйпозволяет производить измерения средней яркости информационного поля, структурная схема фотоэкспонометра и алгоритм его работы подробно рассмотрены в диссертации. Был изготовлен действующий макет фотоэкспонометра, исследования которого показали возможность измерения экспозиций с погрешностью до 10%.

Одной из важнейших составных частей системы микрофильмирования является читально-копировальный аппарат, предназначенный для получения полноформатных бумажных копий с полутоновых микроизображений.

Анализ различных методов сканирования изображения в оптических системах читально-копировальных аппаратов позволил выбрать наиболее рациональную схему зеркальных систем развертки изображения, для которой предложены инженерные формулы расчета ее основных конструктивных параметров.

' Электрофотографический процесс, используемый в читально-копировальных аппаратах для получения полноформатных бумажных копий является высококонтрастным, что затрудняет тоновоспроизведение. Одним из перспективных методов обеспечения передачи полутонов в этом случае также может оказаться растрирование изображения.

Нами была разработана новая схема элекТрофотографического модуля читально-копировального аппарата для получения копий с полутоновых микроизображений.

Структурная схема электрофотографического модуля представлена на рис.5.

Устройство содержит электрофотографический цилиндр 1 с электромеханическим приводом 2, блок экспонирования 3, также механически соединенный с приводом 2, блок зарядки 4 с управляющей сеткой, имеющей периодическую структуру, блок проявления 5, блок 6 переноса изображения на бумагу 7 и блок закрепления.изображения 8. Кроме того, устройство содержит датчик 9 скорости вращения цилиндра 1, формирователь импульсов 10, модулятор 11 и источник напряжения 12, причем выход модулятора 11 подключен к управляющему входу блока зарядки 4, и в блок экспонирования 3 помещается оригинал 13, при этом датчик 9 содержит диск 14, источник света 15 и приемник излучения 16.

Аппарат работает следующим образом. С помощью блока экспонирования осуществляется развертка оптического изображения оригинала 13 на поверхность электрофотографического барабана.

Для формирования на поверхности электрофотографического барабана скрытого изображения его поверхность заряжается с помощью блока зарядки 4.

Растрирование изображения обеспечивается за счет создания периодического потенциального рельефа с помощью сигнального канала формирования периодического электрического сигнала, подаваемого на управляющую сетку блока зарядки 4. Этот канал содержит датчик 9, формирующий последовательность импульсов, частота следования которых пропорциональна скорости вращения электрофотографического барабана 1. Формирование последовательности импульсов осуществляется за счет модуляции светового потока, приходящего на приемник излучения 16 от источника света 15 с прозрачным диском 14, имеющим радиальные непрозрачные штрихи. Эта последовательность импульсов через формирователь 10 подается на вход модулятора 11 ( второй вход которого соединен с источником напряжения 12. С выхода модулятора 11 сформированный периодический электрический сигнал, частота й фаза которого совпадает с частотой и фазой последовательности импульсов, снят,ой с выхода датчика скорости 9, подается на управляющую сетку блока зарядки 4, которая имеет периодическую структуру по двум координатам, причем шаг управляющей сетки в направлении движения поверхности электрофотографического барабана определяется из соотношения:.

Рис.5 Структурная схема электрофотографического модуля.

I = 2 яИц/п,

где п - число штрихов диска 14, '

Иц - радиус электрофотографического барабана.

Выполнение этого соотношения позволяет избежать смаза потенциального рельефа.

Выбор величины *п» осуществляется из необходимого шага растра с точки зрения получения максимальной градйдажной передачи и качества передачи мелких деталей изображения.

Таким образом, в определенных точках поверхности цилиндра зарядка происходит периодически при смещении зтихточек на величину периодауправляюшей сетки, а вдругихточках не происходит вовсе. В результате получаем двумерную периодическую структуру потенциального рельефа, на которую осуществляется экспонирование копируемого изображения.

За счет оптико-электронной синхронизации работы электрофотографического блока и блока растрирования достигается получение периодического потенциального рельефа с большой глубиной модуляции при малом периоде растра, что обеспечивает высококачественную передачу градаций в копируемом изображении.

Третья глава посвящена изложению методик и результатов экспериментальных исследований, проводимых с целью проверки теоретических положений, разработанных в диссертации.'

Проведены экспериментальные исследования возможности применения линейного фотоприемника с зарядовой связью в качестве чувствительного элемента фотоэкспонометра. Результаты эксперимента показывают, что имеется практически прямая зависимость между оптической плотностью участка полутонового просветного оригинала, проецируемого на чувствительную площадку фотопрйемника, и логарифмом отсчета, снимаемого с индикатора макета фотоэкспонометра. Это обстоятельство д ает основание для того, чтобы сделать вывод о пригодности линейного фотоприемника с зарядовой связью для использования в качестве чувствительного элемента фотоэкспонометра для полутонового микрофильмирования.

Проведены исследования параметров рентгеновских снимков с целью подтверждения обоснованности сформулированных выше требований к системе для их микрофильмирования. Исследования проводились с помощью микрофотометра и ПЗС-камеры с устройством обработки сигнала «Пиксель». Результаты исследований подтвердили необходимость выполнения требований, предъявленных к системе. В частности, были

получены данные о наличии в изображениях структур с пространственнымй частотами 3...5 мм"1 при контрасте 0,1...0,2.

В процессе проведения экспериментальных исследований были получены растрированные изображения полутонового тест-объекта, представляющего собой миры с различной пространственной частотой при контрасте изображения, равном 0,2. Построены характеристические кривые для различных типов растра. Получены также растрирование изображения рентгеновских снимков.

Результаты экспериментов показали, что путем растрирования изображения при микрофильмировании можно добиться получения полутоновых микроизображений удовлетворительного качества, что подтверждает результаты теоретических исследований.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Показано, что одной из актуальных задач современного этапа развития микрофильмирования является разработка средств и методов получения микроизображений полутоновых просветных оригиналов, причем, при условии успешного решения ряда технических проблем • для создания системы микрофильмирования полутоновых оптических изображений, можно использовать те же технические средства и фотоматериалы, что и в практике микрофильмирования штриховых оригиналов.

2. Разработана структурная схема системы микрофильмирования полутоновых оригиналов и обоснованы требования к ее звеньям. В частности, выработаны требования к частотно-контрастным характеристикам устройств подсистем отображения и использования полутоновой оптической информации. Показана принципиальная техническая осуществимость создания системы микрофильмирования с требуемыми параметрами.

3. Предложен новый для практики микрофильмирования метод получения полутоновых микроизображений путем растрирования изображения.

4. Показано, что наиболее полно качество процесса отображения полутоновой оптической информации может быть оценено с помощью информационных критериев. Получены расчетные формулы для вычисления информационных оценок растрированиях полутоновых микроизображений.

, 5. Разработана математическая модель процесса растрирования изображения. Показано, что градационная передача с помощью растрирования при проекционном копировании принципиально отличается от соответствующего процесса при контактном копировании. Разработана методика оценки качества-градационной передачи системой «растр-объектив-пленка».

6. Показано, что для оптимизации параметров процесса микрофильмирования полутоновой оптической информации наиболее целесообразным являетА определение нобходимой выдержки по средней яркости объекта. Предложена схема фотоэкспонометра на линейном фотоприемнике с зарядовой связью, обеспечивающего оптимизацию процесса микрофильмирования по разработанной методике.

7. Рассмотрены некоторые вопросы проектирования читально-копировального аппарата как части системы полутонового микрофильмирования. На основании анализа существующих оптических схем даны рекомендации по проектированию и получены некоторые расчетные формулы.

8. Предложена новая схема электрофотографического модуля читально-копировального аппарата, защищенная авторским свидетельством, которая обеспечивает получение Бумажных копий с полутоновых микроизображений.

9. Проведены экспериментальные исследования, которые показали, что применение растрирования изображения на пленке «Микрат 300» с использованием для оптимизации процесса фотоэкспонометра на линейном фотоприемнике с зарядовой связью обеспечивает выполнение требований, предъявляемых к микроизображению (Ш,2и75мм Ь»100 лк-с).

10. Основные результаты работы внедрены в НПО «Геофизика» и Центре диагностики и хирургии. Ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения составляет 0,8 млн. руб. Созданный в процессе работы макет фотоэкспонометра использовался в учебнм процессе на кафедре издания карт и репрографии. В учебном процессе использовались также отдельные теоретические положения, полученные в диссертации.

Подписано в печать 25.11.1993г. Заказ № 2710. Тираж 100 экз. УПП "Репрография"