Структура изображения в полиграфии

Размещено на http://www.allbest.ru/

2

4

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

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

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

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

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

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

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

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

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

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- проанализировать причины искажения такого типа информации оригинала при его автотипном репродуцировании;

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

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

- разработать метод необходимый для такой оценки;

1 Анализ подходов и проблем преобразования структуры изображения в полиграфии

1.1 Структура изображений в полиграфии

Любое монохромное изображение представляет собой двумерный сигнал, то есть может быть определено двумерной функцией /(х, у), где х и у - это пространственные координаты, а амплитуда / в любой точке с парой координат (х, у) является интенсивностью сигнала или яркостью изображения в данной точке. Цветные изображения в общем случае формируются комбинацией нескольких окрашенных монохромных компонент, например, красной, зеленой и синей. Если переменные х, у и/принимают значения из конечных дискретных множеств, то такое изображение может быть представлено числовым кодом и в широкой практике называется «цифровым» [1]. Если / дискретно, а значения х и у непрерывны, то есть принадлежат несчетному множеству, например, множеству рациональных чисел К [2], изображение считается квантованным по уровню. В противоположном случае, когда / непрерывно, ахи у дискретны, такое изображение оказывается лишь пространственно дискретным или дискретизированным. К изображениям такого типа относятся гравюры и оттиски автотипной печати. Последние стали получать методами фотомеханического растрирования еще в конце XIX века. Пробельные и покрытые краской элементы этих изображений изменяют свои размеры непрерывно и, следовательно, не являются квантованными (дискретными) по количеству краски или уровню тона (своей амплитуде). Сюда же можно отнести изображения аналогового телевидения: одномерно дискретного черно-белого и двухмерно дискретного цветного. Наконец, если все три переменные /, х и у непрерывны, то такое изображение называется полутоновым. К последнему типу относятся все вещественные изображения, например, фотографии, рисунки, картины.

Такое разъяснение принципиальных различий квантованных, дискретных, «цифровых» и полутоновых изображений весьма важно для последующего изложения, так как многие авторы при наличии лишь «дискретности» изображения сразу относят его к категории так называемых «цифровых», а другие для квантования изображения по уровню тона применяют по своему существу эквивалентный термин - дискретизация. Терминологическая проблема рассматриваемой в данной работе области еще более усугубляется неправильным переводом во множестве российских источников английских слов halftone, halftoning (растровый, растрирование), указывающих по сути лишь на пространственную дискретность изображения (разбиение его на печатные и пробельные элементы), русским словом полутоновый, тогда как в английском языке последнему соответствует словосочетание continuous tone..

Переход от аналогового электрического сигнала оригинала к его цифровому эквиваленту позволяет гибко и, что гораздо важнее, локально

В современном полиграфическом процессе полутоновые изображения используются только в качестве изобразительных оригиналов. В отличие от электронных репродукционных систем прошлых лет, на входе современной системы они подвергаются цифровому кодированию, для которого необходимы обе операции: пространственной дискретизации сигнала изображения и квантования его значений по уровню.

управлять параметрами изображения путем функциональных и морфологических преобразований сигнала средствами цифровой электроники. Этому сопутствует значительная экономия трудозатрат, расходных материалов, времени и получение более качественных конечных результатов прежде всего по таким базовым показателям, как тоно- и цветопередача [3].

Процесс последующего растрового преобразования структуры исходного изображения представляет, по сути, повторное кодирование этого исходного цифрового сигнала и поэтому сопровождается, как поясняется далее, новыми стадиями пространственной дискретизации и квантования по уровню.

На определенном этапе допечатной подготовки исходные изображения («цифровые» оригиналы) по своей структуре дискретны. По количеству значений, которые может принимать амплитуда сигнала, их можно разделить на бинарные (двухуровневые) и полутоновые (многоуровневые).

В то же время, все вещественные оригиналы и, соответственно, их цифровые эквиваленты в репродукционной системе - полутоновые, что порождает определенные трудности их тиражирования. В процессе печати оттиск формируется посредством переноса краски с печатных элементов печатной формы на бумагу, или иной запечатываемый материал. В большинстве способов печати толщина переносимого слоя краски постоянна по всей площади оттиска. Соответственно, на нем можно сформировать только две градации, два оттенка, определяемых оптическими плотностями незапечатанной бумаги (пробела) и сплошного красочного слоя (печатного элемента) [4]. Надо отметить, что довольно сложно сформировать оттиск так, чтобы оптическая плотность всех его печатных элементов (растровых точек и знаков текста) была абсолютно идентичной. На отклонение значений денситометрических параметров будут влиять неравномерность давления в печатной паре, раската краски, свойств бумаги по площади оттиска и многое другое. При использовании высококачественного печатного оборудования и надлежащей его настройке такие отклонения сводятся к минимуму, но не исчезают полностью. Стандарт 180 12647-1 допускает отклонение величины оптической плотности ±0,05 для цветных красок и ±0,1 - для черной [5]. При соблюдении этих допусков неидентичностыо оттенков запечатанных областей монохромного оттиска можно пренебречь и считать его бинарным изображением.

Таким образом, большинство способов печати, за исключением нескольких малораспространенных разновидностей, физически не могут перенести на оттиск полутоновое изображение. Отсюда возникает необходимость преобразования структуры изображения в репродукционном процессе из полутоновой в бинарную, микроштриховую, поскольку только такая структура может быть воспроизведена на оттиске полиграфическим способом.

1.2 Эволюция способов преобразования структуры изображения в полиграфии

На заре полиграфии в XIV-XIX вв. н.э. весь процесс подготовки форм был сосредоточен в руках одного человека, вырезавшего на доске текст, рисунки и другие элементы оформления печатной страницы [3]. Эта технология называлась ручным гравированием. Процесс изготовления гравюры был чрезвычайно трудоемким и требовал времени. Каждая гравюра по сути являлась произведением искусства. На рисунке 1.3 представлен фрагмент гравюры Альюрехта Дюрера «Меланхолия».

Рисунок 1.3 - Фрагмент гравюры

Революция в допечатной стадии полиграфического производства базировалась на трех предпосылках. Первой из них стало изобретение в 1882 году автотипии - способа передачи полутонов оригинала бинарными средствами печати путем растрирования с управлением значением тона изображения за счет изменения относительных площадей печатных и пробельных элементов. В свете современных представлений, в основе растрирования лежит процесс пространственной дисперсии меры тона оригинала [6]. В разработке новой по тем временам технологии полиграфии была заслуга и русских изобретателей: С.Д. Лаптева, В.К. и Е.К. Анфиловых, Р. Деливрона - которые совместно со специалистами фотографического заведения Главного штаба армии создали для этих целей оптический прибор - проекционный растр. С его использованием в допечатной стадии начался период фотомеханических репродукционных процессов. Эти процессы были основаны на использовании фотомеханического растрового эффекта. В отличие от фотографического эффекта, он позволял получать на сверхконтрастных (штриховых) фотопленках изображение в виде отдельных элементов, площадь которых определялась количеством света, поступившего от соответствующих участков оригинала на чувствительный слой фотопленки.

На этом этапе в разное время использовались два типа растров - проекционные и контактные. Проекционные растры были первыми приборами для преобразования полутоновой структуры аналогового оригинала в бинарную структуру оттиска. Они обладали рядом недостатков, главным из которых являлась невозможность управлять формой характеристики тонопередачи. Сами растры были дороги в изготовлении и, как следствие, имели весьма скромный ассортимент.

С целью решения этих проблем был разработан контактный растр - пленка с зафиксированным на ней изображением растровой функции. Последняя была представлена двухмерным периодическим распределением значений оптической плотности D (х, у), задающим закон упомянутой дисперсии и, тем самым, форму градационной характеристики процесса растрового преобразования. Изображение растровой функции или одного элемента такого растра представлено на рисунке 1.4.

Рисунок 1.4 - Растровая функция, ячейка контактного растра, тип «горка»

Номенклатура контактных растров была достаточно широка. Они отличались значениями линиатур (количеств линий растровых точек на линейный размер, обычно на сантиметр), по интервалу оптических плотностей и их распределению в ячейках (форме градационных характеристик), по цвету подложки (серые и пурпурные), по ориентации растра и его геометрии, по форме растровых элементов и другим параметрам. Стало возможным более гибко управлять параметрами тоновоспроизведения. Некоторое время контактные растры успешно применялись на допечатной стадии и в системах электронного репродуцирования. Но контактное растрирование не обеспечивало жесткой связи между электрическим сигналом изображения и размером изображения печатного элемента на растровой фотоформе - значением тона будущего оттиска. Размеры были критичны к отклонениям экспозиции, чувствительности, контраста и режимов обработки фотопленки, на которой получали фотоформу.

Стремительное развитие микроэлектроники и вычислительной техники позволило в 70-80-е годы прошлого века перейти к электронному способу растрирования. В работе [8] отмечается, что при этом: «Автотипный способ воспроизведения полутонов реализуется… без использования фотомеханического растрового эффекта, чем достигается более жесткая связь размеров печатных элементов со значением электрического сигнала изображения. Изображения печатных элементов заданной площади формируются еще в оптическом тракте экспонирующего устройства».

В электронном растрировании площадь растровых точек может задаваться непрерывно или дискретно. В первом способе осуществляется непрерывная модуляция площади растровой точки, например, степенью погружения резца в материал формы глубокой или высокой печати или же площади экспонирующего пятна (изображения этой точки на фотоформе), например, электромагнитной диафрагмой или зеркальным гальванометром.

В современных системах преобладает дискретное формирование всего набора (алфавита) растровых точек. Этот набор может быть представлен комплектом битовых карт, количественное соотношение и относительное расположение нулей и единиц в которых определяет площадь и форму будущих печатных элементов и пробелов [3].

Растровое изображение может иметь периодическую структуру, растровые точки которой отстоят друг от друга на одно и то же расстояние. Количество таких точек на единицу длины принято называть пространственной частотой или линиатурой растра. При наложении в простейшем случае двух растровых структур друг на друга мы получаем новую растровую структуру, содержащую как суммарную, так и разностную составляющую исходных растровых структур. Разностная составляющая исходных растровых структур может образовывать на оттиске видимый паразитный рисунок, называемый в полиграфии муаром. На практике в четырехцветной репродукции муар, как результат взаимодействия четырех таких структур, вырождается в мало заметную круговую фигуру - полиграфическую розетку (рис. 1.5). В зависимости от пространственной фазы наложения структур цветоделенных изображений различают «открытые» (полые) и «закрытые» розетки. Разная степень перекрытия точек разных красок обуславливает некоторое различие цвета полей с такими розетками при тех же заданных значениях тона по всем триадным краскам - так называемый цветовой дисбаланс. [9]

Рисунок 1.5 - «Открытая» полиграфическая розетка

Внедрение электронного метода растрирования, т.е. оперирования числовыми массивами данных, в допечатную стадию полиграфического производства дало мощный толчок развитию и совершенствованию растровых систем. Растрирование упрочило свои позиции одной из основных стадий репродуцирования, определяющих такие базовые показатели качества оттиска, как его тон и цвет, четкость и резкость. Возобновились методы, которые ранее невозможно было реализовать в многокрасочной печати.

Нерегулярное растрирование - технология создания полутонов изображения на оттиске за счет непериодического расположения и псевдослучайного изменения размера и формы растровых элементов на фотоформе, печатной форме или оттиске. На сегодняшний день предлжено множество способов практической реализации данного подхода. Разработкам в этой области посвящены, в частности, труды таких авторов как J. Р. Allebach, R.W. Floyd and L. Steinberg, R. Ulechnev, V. Ostromoukhov.

К положительным сторонам нерегулярных растровых структур можно главным образом отнести, как уже было отмечено выше, отсутствие на оттисках как муара многокрасочной печати, так и предметного. Но наряду с указанными преимуществами нерегулярные растровые структуры имеют и весьма серьезные недостатки.

Любое растрирование включает в себя уникальный тип преобразования структуры изображения, который обуславливает возникновение конфликта в одновременном обеспечении плавности передачи полутонов оригинала и пространственной разрешающей способности. Многолетняя практика отдает преимущество первому из этих требований. Тоновый диапазон принято поддерживать постоянным (от 3-5% до 95-97% относительной площади) для всего разнообразия частот растров, сознательно жертвуя при этом разрешающей способностью автотипного процесса [5, 10].

Оптимальная геометрия растра и растрового элемента, позволяющая одновременно обеспечить максимально возможно количество градаций в пределах упомянутого тонового диапазона и визуальную однородность изображения на обширных областях стационарного тона, была найдена эмпирически в ходе более чем вековой практики автотипной печати и реализована в виде другими словами, регулярного растрирования. Нерегулярные же растры оперируют в большей части диапазона тонов с растровыми точками и незапечатанными участками, размеры и геометрия которых близки к минимальным устойчиво воспроизводимым в данном печатном процессе. Такой подход делает нерегулярные растровые структуры очень чувствительными к малейшей нестабильности печатного процесса [11]. Результатом может явиться некорректная тонопередача и, как следствие, существенно ограниченные градационные возможности такой растровой структуры, а также вероятность появления цветового дисбаланса на оттисках.

Также к недостаткам нерегулярного растрирования можно отнести зернистость в областях протяженного тона отпечатанных изображений и заметность самой растровой структуры для человека [12, 13]. Зернистость проявляется, когда точки случайно объединяются в сгустки, которые становятся заметны глазу. Данная проблема на сегодняшний день минимизирована путем введения ряда ограничений в случайный закон распределения печатных элементов. Как отмечается в [3]: «Человеческое зрение обладает свойством не замечать отдельные периодически расположенные растровые точки, а воспринимать их слитно и ощущать светлоту тех или иных участков оттиска в соответствии с усредненным в пределах растровых ячеек коэффициентом отражения. Зрение как бы обладает свойством фильтра низких частот. В случае нерегулярного, непериодического размещения печатных элементов это свойство не используется, более того, глазу приходится решать, как следует воспринимать тот или иной случайный сгусток или разряжение печатных элементов: как информацию изображения или как компонент вспомогательной, несущей его решетки».

Весь этот комплекс недостатков нерегулярного растрирования в итоге перевесил его немногочисленные преимущества и привел к тому, что, на сегодняшний день, данный тип растровых структур заметного применения в полиграфическом производстве не нашел.

Попытка объединить преимущества нерегулярных растровых структур (плавность передачи градаций в светах и тенях) и регулярных (стабильность тоно- и цветопередачи в средней части диапазона тонов) привела к созданию гибридных растров. В зонах слабых светов и глубоких теней, где используется нерегулярный растр, проявляется главное его достоинство - плавные тоновые переходы. В зоне же средних тонов применяется обычный регулярный растр. Такой подход к растрированию позволяет избежать «обрыва растра» при передаче тонов точками, значения относительных площадей которых стремятся к 0%, что характерно для регулярных структур, а также проблем со стабильностью тонопередачи в средней части градационного диапазона у нерегулярных растров. Очень важно, чтобы смена геометрии растра по мере изменения тона происходила не скачкообразно, а постепенно.

Примером одной из последних зарубежных разработок в области гибридных систем является растрирование AGFA Sublima. Оно объединяет в себе две растровые системы: в светах и тенях используется нерегулярная с постоянной площадью печатных элементов и переменной частотой их расположения, а в средних тонах - регулярная, AGFA Balanced Screening. Изменение растровой структуры оттиска, полученного с использованием данной технологии.

Данный алгоритм использует матрицы в 81 растровую точку (9x9). Передача градаций начинается с нулевого уровня тона, который передается точками со значением относительной площади 0%, рисунок 1.6 (а). По мере увеличения значения тона сначала происходит увеличение количества растровых точек, рисунок 1.6 (б). Их размер больше, чем минимально воспроизводимый в процессе печати. В процессе роста количества точек, некоторые места в растровой структуре резервируются под точки меньшего размера, это показано цифрой «1» на рисунке 1.6 (в) и (г). Размер последних соответствует минимальному устойчивому размеру для данной системы печати. Они нужны для того чтобы уменьшить заметную для глаза непериодичность растровой структуры. Когда точки заполняют всю матрицу, дальнейший рост тона идет только за счет увеличения размеров растровых точек. В «глубоких тенях» происходит обратный процесс. [14]

Таким образом, за всю историю полиграфии сменилось, по крайней мере, четыре основных подхода к преобразованию структуры изображения на допечатной стадии: ручное гравирование печатных форм, регулярная, нерегулярная и гибридная технологии растрирования - и множество технологий реализации каждого из них. Каждый новый подход позволял избежать части технологических или репродукционных недостатков предыдущего, но при этом привносил свои собственные, которых либо вообще не было в предыдущей технологии, либо они были несущественны. Так разрешающая способность гравюр, изготавливавшихся трудоемким и затратным по времени ручным способом, была принесена в жертву технологичности производства и приносится в промышленном полиграфическом производстве до сих пор. Перспективы выхода из этой ситуации появились только несколько лет назад с разработкой и началом внедрения ряда инновационных отечественных разработок в области растрового преобразования, которые подробно будут рассмотрены в одном из следующих пунктов данного раздела.

1.3 Растровые искажения

Автор данного метода считает, что коррекция растровых искажений смещением печатных элементов в нестационарных зонах по своему действию эквивалентна как минимум двукратному увеличению объема файла, получаемого при сканировании [3].

Это направление научных исследований пережило второе рождение с развитием и распространением печатного оборудования, построенного на принципах электрофотографии. Такую технику и технологию сейчас принято называть «цифровой» печатью. Физическая разрешающая способность большинства устройств такой печати значительно меньше, чем в традиционных способах, например, в плоской офсетной. И если недостаточность частоты печатных элементов для обеспечения качественного воспроизведения полутонов оригинала была компенсированаотказом от бинарной структуры оттиска, что в электрофотографии возможно реализовать физически, то для воспроизведения мелких деталей и контуров, знаков текста потребовалось применить метод смещения и деформации растровых точек на границах знаков текста.

1.4.3 Д-алгоритм

Около года тому назад на кафедре АПО СЗИП СПГУТД ее заведующим, профессором, д.т.н. В.Н. Дроздовым была разработана новая технология растрового преобразования, получившая в настоящее время название «Д-алгоритм».

Количество печатных элементов определяется базовым постулатом полиграфического репродуцирования, согласно которому суммарные световые потоки, отраженные от оригинала и от оттиска, должны бытьодинаковы. Если сигнал фу нормирован, то есть принимает значения в диапазоне [0; 1], то искомое количество определяется формулой:

Для того чтобы избежать потерь в светах и тенях репродуцируемого изображения, данный алгоритм должен применяется не ко всему массиву данных изображения, а последовательно ко всем его частям, полученным разбиением оригинала на равные по площади и геометрии участки - растровые ячейки.

К недостаткам этого подхода можно отнести его вычислительную сложность и недостаточный учет критериев печатной способности растровой структуры.

В настоящее время ведутся работы по усовершенствованию репродукционных возможностей данного метода в отношении плавности тонопередачи.

1.4.4 Технология растровой печати высокой четкости (HDHP)

Другим принципиально новым подходом к преобразованию структуры изображения является «Технология растровой печати высокой четкости», разработанная и реализованная несколько лет назад на кафедре ТПП СЗИП СПГУТД Ю.В. Кузнецова. Согласно информации, приведенной автором этой технологии в [19-21]: «…метод, положенный в ее основу, базируется на объективных посылках, обусловленных особенностями зрительного восприятия. С учетом того, что чувствительность зрения к различению тона и цвета резко снижается с уменьшением размеров деталей, в основе данного метода растрирования лежит оценка характера изображения в его малой окрестности на оригинале. На базе этой оценки алгоритм растрирования динамически (по полю изображения) перестраивается, обеспечивая обмен возможностей печати в отношении ее тоно- и цветопередачи (шкалы квантования) на графическую точность размеров и геометрии воспроизводимых контуров и мелких деталей (частоту пространственного отклика печатной системы)».

Как уже отмечалось выше, в традиционных способах растрирования разрушение деталей печатными элементами происходит на заключительной растровой стадии подготовки иллюстраций к печати и не может быть скомпенсировано внесением предыскажений в исходный файл с использованием частотных фильтров тех или иных программ сканирования и обработки изображений (например, так называемым нерезким маскированием). Использование же новой технологии позволяет избежать разрушения мелких деталей и контуров, поскольку привычные автотипные растровые точки присутствуют только на относительно протяженных (стационарных) участках тона изображения, то есть таких участках, где локальные контрасты невелики. На контурах и мелких деталях (нестационарных зонах) их заменяют сегментами с «…предельно соответствующей таким деталям конфигурацией» (рис. 1.10), что позволяет значительно эффективнее использовать разрешающую способность печати.

Как следствие этого, тонкие линии толщиной в десятые доли шага растра воспроизводятся на оттиске с полным контрастом (сплошным красочным слоем), а не отдельно стоящими растровыми точками [22, 23]. Результат этого процесса проиллюстрирован на рисунке 1.11.

При использовании традиционных методов растрирования аналогичное качество воспроизведения мелких деталей и контуров оригинала можно достичь, только значительно повысив линиатуру печати. Однако если это сделать без адекватного уменьшения уровня собственных шумов формного и печатного процессов, то на оттиске значительно снизится число воспроизводимых градаций и плавность тонопередачи. В этом заключается дилемма выбора линиатуры печати.

Невозможно подобрать такое значение линиатуры, при котором бы одинаково хорошо воспроизводились на оттиске и мелкие детали и полутона. Технология же растровой печати высокой четкости не требует внесения каких-либо изменений в технологический процесс, и за счет принципиально разного подхода к воспроизведению деталей оригинала и его оттенков позволяет решить эту дилемму. Данная технология апробирована на сегодняшний день в офсетной, трафаретной, высокой, электрофотографической печати и флексографии [2426]. Технологических противопоказаний к ее использованию в этих способах печати не выявлено.

Теоретически, как было сказано выше, данная технология способна существенно повысить репродукционные возможности растровой печати в отношении воспроизведения на оттиске мелких деталей и контуров оригинала. Таким образом, представляется весьма важным проверить соответствие этой теории практике и провести исследование репродукционных возможностей технологии растровой печати высокой четкости по сравнению с используемыми сейчас технологиями растрирования.

Визуальная оценка компенсации растровых искажений технологией растровой печати высокой четкости

Вопросами оценки качества объектов и процессов занимается наука квалиметрия, приводя основные постулаты которой, В.В. Лихачев в [27] пишет: «Под качеством любого продукта, в том числе и полиграфического, следует понимать совокупность свойств этого продукта, обуславливающих пригодность удовлетворять потребности человека в соответствии со своим назначением».

Количественную характеристику свойств продукции принято называть параметром. В зависимости от используемых средств В.В. Лихачев в [27] подразделяет методы определения показателей качества продукции на:

- «экспериментальный, осуществляемый посредством технических измерительных средств или наблюдений, если это касается событий;

- расчетный, осуществляемый при помощи вычислений с использованием информации, найденной другими методами;

- органолептический, базирующийся на анализе восприятий продукции органами чувств;

- социологический, основанный на сборе и анализе мнений потребителей продукции;

- экспертный, основанный на учете мнений специалистов».

Вместе с тем, все приведенные выше методы можно разделить на две основные группы: объективные, при использовании которых показатели качества полиграфической продукции измеряются приборами (денситометрами, колориметрами), и субъективные, в которых «измерительным прибором» является человек, его органы чувств и сознание. Субъективные методы, в свою очередь, можно подразделить на качественные и количественные. При качественной оценке определяется лишь наличие отклонения показателя качества одного образца от другого, а также «знак» этого отклонения, то есть лучше ли один образец другого, хуже или нет разницы. В противовес им, количественные методы направлены на отыскание не только наличия отклонения, но и его величины. Для этого при проведении количественной субъективной оценки в общем случае вводится некоторая система баллов, по которой респонденты оценивают выбранные для анализа показатели качества образцов, после чего полученные данные подвергаются статистической обработке для выявления количественной меры весомости искомого параметра образца.

Параметры качества оттиска необходимо отделять от обеспечивающих их параметров (характеристик) системы отображения, которые М.В. Антипин в [28] относит к свойствам (признакам) второго рода, когда рассуждает об интегральном критерии качества телевизионного изображения.

Для определения параметров систем отображения чаще всего используется следующий метод: формируется тест-объект, в котором обеспечиваемый параметр оттиска (тон, цвет или четкость) изменяется дискретно в некотором диапазоне так, чтобы значения на одной границе диапазона гарантировано воспроизводились системой, а значения на другом - нет. Участки тест-объекта с дискретными значениями параметра нумеруются, и респондентам предлагается визуально определить номер участка, на котором параметр перестает воспроизводиться системой. Поскольку значения параметра изображения в тест-объекте для каждого номера участка заранее известны, показание респондента принимается за максимальное переданное системой значение параметра изображения, по среднему значению которого для всей выборки респондентов судят о величине параметра системы, обеспечивающего данный параметр изображения.

Проиллюстрируем такой метод на примере оценки разрешающей способности двух технологий автотипного преобразования: классического регулярного растрирования с эллиптической формой растровой точки и технологии растровой печати высокой четкости HDHP

Тест-объектом для данного исследования был оттиск трафаретной печати форматом АЗ, отпечатанный в одну краску с линиатурой 15,7 лин/см (40 1р1) на тонком картоне одностороннего мелования. На каждом из них были напечатаны две миры Бурмистрова (рисунок 1.12) отличавшиеся допечатной обработкой. Одна мира была отрастрирована традиционным регулярным растрированием, а другая - по технологии HDHP. Как уже упоминалось выше, при проведении такого рода исследований, диапазон изменения параметра изображения (в данном случае четкости периодических штрихов) в тест-объекте должен быть выбран таким образом, чтобы исследуемая характеристика системы отображения гарантировано обеспечила параметр тестового изображения на одной границе интервала его значений и не обеспечила - на другой. В связи с этим, использовался вариант миры с 25 группами штрихов, толщина штрихов в которых была постоянной при 4 вариантах их ориентации на плоскости. Между самими же группами толщина штрихов изменялась в геометрической прогрессии от 2 мм (частота миры при этом 0,25 мм1) до 0,5 мм (частота - 1,0 мм1).

Рисунок 1.12 - Уменьшенная копия тест-объекта, содержащего миру Бурмистрова.

Такая мира широко используется для определения разрешающей способности воспроизводящих систем визуальным способом. За разрешающую способность берется частота штрихов группы мир, воспроизведенной системой и имеющей при этом наибольший номер. Какую группу штрихов считать воспроизведенной, а какую нет, оператор - наблюдатель решает сам, исходя из того, что штрихи в одной группе на растровой репродукции должны быть видны, периодичны и иметь одинаковую или близкую яркость. Каждому респонденту был предложен один оттиск, содержавший, как уже было сказано выше, две одинаковые миры Бурмистрова с разной допечатной обработкой. Задачей респондента было назвать максимальный номер группы мир, воспроизведенной, по его мнению, на оттиске.

Оттиски оценивались при рассеянном освещении галогеновыми лампами дневного света. Время, необходимое респонденту для ответа, не ограничивалось.

Анализируя данные таблицы 1.1 можно заключить, что характер распределения ответов респондентов не является ни экспоненциальным, ни пирсоновским, ввиду больших значений критерия и очень малой достоверности этих значений. Остальные три типа распределений имеют близкие значения оцениваемого критерия, но минимальное значение у (имеющее при этом максимальную значимость) принадлежит нормальному закону распределения. Следовательно, можно заключить, что значения максимальной воспроизводимой частоты миры при регулярном растрировании распределены нормально.

Таблица 1.1 - Значения критериев Пирсона для максимальной частоты миры, репродуцированной по регулярного растрирования

Таблица 1.2 - Значения критериев Пирсона для максимальной частоты миры, репродуцированной по технологии HDHP

Как видно из таблицы 1.2, критерий Пирсона не подходит для оценки характера распределения значений максимальной воспроизводимой частоты миры, репродуцированной с помощью технологии НОНР, поскольку значимость получаемых результатов слишком мала.

Критерий Пирсона не является единственным критерием оценки соответствия распределения выборочных данных измеряемой величины некоторому закону, гораздо более точным в указанном отношении, но и более сложно вычисляемым, является критерий Колмогорова-Смирнова. При этом данный программный пакет рассчитывает и сам критерий (иначе он еще называется статистикой Колмогорова-Смирнова), и его значимость. Результаты этих расчетов для тех же законов распределения приведены в таблице 1.3.

Так же как и в случае предыдущего критерия, чем больше вероятность того, что случайная величина имеет предполагаемый закон распределения, тем меньше будет значение критерия Колмогорова-Смирнова. При этом критерий считается незначимым, если уровень его значимости (р) оказывается меньше 0,05.

Таблица 1.3 - Значения критериев Колмогорова-Смирнова для максимальной частоты миры, репродуцированной по технологии HDHP

Как видно из этой таблицы, распределение данных для технологии HDHP также не является ни экспоненциональным, ни распределением Пирсона. Минимальное значение критерия достигается в случае нормального распределения.

Таким образом, можно заключить, что выборочные данные максимальной частоты миры, репродуцированной обеими технологиями растрирования, подчиняются нормальному распределению.

Важными преимуществами нормально распределенной случайной величины является то, что среднее арифметическое выборки стремится к математическому ожиданию, что упрощает оценку последнего, а также высокая точность вычисления доверительных интервалов при малых выборках.

Таблица 1.4 - Основные статистические данные нормальных распределений выборочных данных максимальной воспроизводимой частоты мир, репродуцированных с помощью традиционного регулярного растрирования и технологии ШЗНР

Среднее значение в данном случае - это максимальная воспроизводимая данной растровой системой частота миры, то есть разрешающая способность этой системы.

Количественную оценку степени компенсации растровых искажений технологией HDHP можно получить, рассчитав, например, относительное увеличение разрешающей способности данной технологии по сравнению с этим же параметром традиционного регулярного растрирования. Аналогично можно получить оценки и для других способов компенсации растровых искажений.

Следует отметить, что при доверительной вероятности 95% лишь два респондента из семидесяти, то есть около 3%, дали ответы, которые одновременно попали в доверительные интервалы и для регулярного растрирования, и для технологии HDHP. Увеличение значения доверительной вероятности до 99% данную ситуацию не меняет.

Таким образом, данный метод позволяет количественно оценить такой важный параметр растровой системы, как ее разрешающую способность. Однако в силу субъективности экспертов, зачастую их недостаточной заинтересованности в качестве получаемых результатов, потребности в достаточно жесткой регламентации признаков воспроизводимости мир на оттиске, а также необходимости индивидуального обучения каждого респондента эти признаки определять, приемлемая точность данного метода обеспечивается лишь при больших выборках получаемых результатов с последующей статистической обработкой. При этом количественно определяемая разрешающая способность лишь косвенно характеризует растровые искажения элементов оригинала с максимально воспроизводимой на оттиске пространственной частотой, и не дает информации об искажениях деталей с меньшими пространственными частотами.

Следовательно, можно заключить, что данный визуальный метод в целом не подходит для количественной оценки величины растровых искажений, однако может быть использован как вспомогательный для связи количественных данных с восприятием потребителей полиграфической продукции.

Проведенный анализ подходов и проблем преобразования структуры изображения в полиграфии позволил:

- дать определения базовым понятиям и классифицировать структуры изображений в контексте раскрываемой темы;

- выявить причины и механизм преобразования структуры изображения при автотипном репродуцировании;

- раскрыть компромиссный характер одновременного обеспечения двух групп важнейших показателей качества иллюстрационной печати;

- выявить, что в рамках допечатной обработки оригинала не существует способов компенсации растровых искажений и повлиять на них можно только в самом процессе растрирования;

- в результате анализа подходов к коррекции растровых искажений выявить две наиболее перспективные технологии растрового преобразования, минимизирующие величину растровых искажений на оттиске;

- в результате анализа и применения визуальных методов оценки качества печатной продукции, применяемых в полиграфии установить:

а) технология HDHP привносит меньшие растровые искажения, чем традиционное регулярное растрирование при одинаковых параметрах репродукционного процесса;