Методы оценки эффективности технологии адаптивного растрирования

Информационное содержание полутонового изобразительного оригинала заключается, как в плавных переходах тона-, формирующих его т.н. «фоновую» часть, так и в контурах (участках с резким изменением оптического параметра), определяющих распознаваемость содержащихся в изображении объектов. Есть мнение, что для среднестатистического полутонового изобразительного оригинала и та и другая информация равноценна. Хотя авторы многих научных работ, посвященных процессу репродуцирования изображений и связанным с этим проблемам, отмечают, что наиболее важна для зрения информация, заключенная в контурах, определяющих узнаваемость изображения [1], [2]. Тем не менее, для различных видов иллюстрационной печати (линиатуры растра от 20 до 80 л/см) преобладающим является требование контраста и плавной тонопередачи в пределах интервала воспроизводимых плотностей. При' этом разрешающая способность и геометрическая точность приносятся в жертву удержанию значений тона в пределах интервала 3 ^ 5 — 95 -г 97%, оговариваемых стандартом 180' 12 647−2. Таким образом, в этом требовании заключается дилемма современной иллюстрационной печати, т.к. воспринимаемый наблюдателем контраст репродукции определяется не только эффективным интервалом оптических плотностей печати, но и ее частотно-контрастными свойствами, которые, в свою очередь, ограничены репродукционными возможностями современных растровых систем, реализующих принцип автотипии.

В репродукционном процессе изображение оригинала многократно подвергается пространственной дискретизации с различными частотами, каждая из которых вносит свои искажения в передачу на оттиске этих контуров оригинала [3]. В наибольшей же степени четкость и резкость репродукции ограничивает частота формируемой растровой структуры оттиска (при традиционном растрировании), поэтому искажения границ деталей и контуров в битовой карте и далее на оттиске относят к т.н. растровым искажениям.

Существуют различные подходы к их коррекции. Однако в силу разных причин реализуемые в них методы получили весьма ограниченное практическое применение. Примером здесь может служить способ, основанный на увеличении объема исходного многоуровневого сигнала с диффузией ошибки его последующего двухуровневого квантования [4], недостатком которого является то, что получаемая растровая структура обладает низкой печатной способностью, т. е. избыточно чувствительна к отклонениям режимов заключительных технологических стадий репродукционного процесса (формной и печатной).

Объектом исследования данной работы является отечественная локально-адаптивная Технология растровой печати высокой четкости. В ней, как и в цветном вещательном телевидении, учитывается резкое снижение способности зрения различать тон и цвет деталей изображения с уменьшением их угловых размеров [5]. Данная технология сочетает в себе альтернативные преимущества репродуцирования штриховых и тоновых изображений: алгоритм растрирования изменяется согласно информационному содержанию (градиенту тона) локальных участков изображения и их непосредственной окрестности с учетом особенностей зрительного восприятия [6]. Многочисленные экспериментальные апробации и, в том числе, тиражные [6], [7], а также визуальные сравнительные оценки, свидетельствуют о высокой эффективности этой технологии в отношении повышения частотно-контрастных свойств печатных копий изображения полутонового оригинала. На сегодня не существует технических ограничений тому, чтобы данный метод растрирования стал нормой печати. Для его интеграции в полиграфический процесс остается-преодолеть инерцию в цепи: конечный потребитель печатной продукции — издатель — препресс — производитель допечатного оборудованиятипография. Тем не менее, весьма актуальным в указанной связи является системное исследование возможностей и ограничений метода, а также параметров, используемых в нем алгоритмов, определение критериев и.

6 • разработка количественных методов оценки: характера и степени влияния адаптивной технологии на показатели качества тоновой репродукции.

Основной задачей диссертационной работы является комплексное исследование эффективности технологии адаптивного растрирования и методов ее повышения наоснове объективной оценки репродукционных и технологических возможностей растровой системыотыскания оптимальных значений ряда важных в этом отношении параметров используемого алгоритмавыявления и обоснования возможных оперативных (редакционных) настроекрешения вопросов интеграции этого нового метода кодирования изображений в информационный рабочий поток допечатной стадии и др.

Согласно Теории решения изобретательских задач, под эффективностью системы следует, понимать «отношение оценок позитивных факторов от реализации главной полезной функции к оценкам негативных факторов, связанных с затратами на создание (внедрение), эксплуатацию, утилизацию системы.» [8]. Поэтому с учетом специфики полиграфической технологии, роли растровой стадии в репродукционном процессе, и назначения исследуемой технологии, были определены следующие частные: задачи/исследований:

— определение количественногокритерия оценки растровых искажений и разработка методики их оценки для проведенияшсследований;

— оценка характера и степени* влияния адаптивного растрирования на частотно-контрастные свойства растровой репродукции;

— анализ алгоритма метода в. части оценки достаточности (эффективности) набора дополнительных растровых функций;

— выявление эффективности использования адаптивного растрирования для решения различных репродукцйонных задач;

— установление связи параметров базового преобразования допечатной стадии (в частности метода генерации черной краски) с цветовыми, показателями и визуально воспринимаемым контрастом «адаптивных» репродукций.

Методология и средства исследований. Исследование проведено:

— в свете современных представлений о передаче изображений по полиграфическому «каналу с присущими ему ограничениями пропускной способности;

— с использованием принципов оптимального кодирования изобразительной информации по критериям, учитывающим специфику ее зрительного восприятия;

— путем имитационного моделирования процесса автотипного преобразования в полиграфическом процессе;

— с применением средств объективной (колориметрической и фотометрической) оценки параметров исходных и конечных (тиражных) изображений и тест-объектов;

— а также средствами визуальной сравнительной оценки результатов преобразования структуры изображения при растрировании.

На защиту выносятся:

1. Критерии и методика количественной оценки степени разрушения границ деталей и одиночных штрихов изображения растровой структурой, как одно из средств оценки репродукционных возможностей растровых технологий.

2. Методика оценки информационного содержания изображения оригинала по критерию эффективности применения к нему данной технологии.

3. Обоснование эффективности использования адаптивного растрирования в разном масштабе репродуцирования оригинала.

4. Выявление и обоснование зависимости показателей качества «адаптивной» растровой репродукции от параметров процедуры замены ахроматической составляющей триадного синтеза черной краской.

Научную новизну работы составляют: классификация контуров в свете постановки репродукционной задачикритерий и методика оценки информационного содержания воспроизводимого полутонового изображениякритерий и подход к оценке растровых искаженийвыявление и обоснование возможности увеличения эффективности адаптивной растровой системы путем управления параметрами базового преобразования допечатной стадии.

Практическая значимость результатов работы. Результаты исследований использованы в НИР кафедры Технологии полиграфического производства СЗИП СПГУТД по гранту Американского фонда гражданских исследований и развития — АФГИР (СЬШР) ЫЕ1−556−8Т-03, применяются в учебном процессе, а также для усовершенствования алгоритма и создания новых программных версий, нацеленных на эффективную практическую реализацию технологии. Разработанные методики также могут быть использованы для проведения различных исследований, связанных с кодированием, обработкой и воспроизведением изображений.

Апробация работы. Основные результаты исследований представлены в виде опубликованных докладов и тезисов на международных научных конференциях и семинарах.

— Ежегодная международная конференция по цифровым способам печати 18&Т'з №Р20, США, Солт Лейк Сити, 5.11.2004.

— Ежегодная международная конференция Технической ассоциации полиграфистов (ТАОА), Канада, Торонто, 2005.

— IX ежегодная международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов, Украина, Киев, 2009;

— Международная конференция молодых ученых Р11ШТ-2009, Россия, Санкт-Петербург, СЗИП СПГУТД;

— Научный семинар факультета Полиграфической технологии и оборудования СЗИП СПГУТД, 2 декабря 2009.

4.9 Выводы по четвертой главе.

В целом, результаты проведенных экспериментальных исследований доказывают, что технологии адаптивного растрирования НБНР эффективно выполняет задачу сохранения четкости и резкости деталей изображения в широком спектре репродукционных задач. Также полученные результаты создают основу и предоставляют инструментарий для проведения дальнейших исследований данного метода, например для оценки его эффективности в различных технологиях воспроизведения (например, при различных способах печати, при использовании различных запечатываемых материалов и т. д.), для тестирования и усовершенствования реализующего метод алгоритма (например, при исследовании закона взаимозамещения основной и дополнительных растровых функций, при изменении базовых и регулируемых параметров адаптивного растрового процесса и т. д.).

В качестве основных результатов экспериментальной части работы можно выделить следующее.

Предложены критерий и методика объективной (количественной) оценки качества передачи контуров и одиночных штрихов оригинала на растровом оттиске. Методика использована для оценки эффективности адаптивного растрирования в отношении сохранения частотно-контрастных свойств изображения оригинала на репродукции. В работе показано, что данный подход к оценке величины растровых искажений может быть использован для любых растровых систем. Методика успешно использована для тестирования реализующего метод алгоритма в части оценки достаточности (эффективности) набора дополнительных функций.

Дано определение понятия «репродукционная задача». Определено направление исследования эффективности применения адаптивной технологии для решения задачи воспроизведения изображений с изменением их размера по отношению к оригиналу. Произведена оценка качества выполнения данной задачи, которая позволила определить область применения адаптивного метода, где его репродукционные возможности окажутся востребованными.

Выявлена возможность повышения адаптивной технологии изменением алгоритма введения черной краски на этапе базового преобразования оригинала и сформулированы рекомендации по их выбору.

Предложен объективный критерий оценки субъективного показателя качества растровых изображений — визуально воспринимаемого контраста, который может быть использован для разработки полноценной методики оценки данного показателя качества репродукции.

Даны рекомендации по изменению некоторых параметров адаптивного растрового процесса (в частности алгоритма формирования штриховых масок для цветного изображения).

Заключение

.

Репродукционные возможности печатной системы ограничивают не только возможности печатного синтеза, но и особенности формирования растровой структуры репродукции. Использовать в полной мере разрешающую способность печатного процесса, а, следовательно, его потенциал в отношении точности воспроизведения деталей и геометрии контуров изобразительных оригиналов не позволяют современные способы реализации принципа автотипии растровыми системами, т.к. они не учитывают локальный характер информации воспроизводимого изображения. Эффективно решить проблему обеспечения высоких частотно-контрастных свойств репродукции и одновременно качества тонопередачи способны растровые системы «адаптивные к локальному градиенту», которые, на основе анализа информационного содержания оригинала (соотношения уровней тона воспроизводимого и прилежащих к нему участков), изменяют режим растрирования в соответствии с репродукционными задачами для фоновой и контурной части изображения. В работе проведено комплексное исследование эффективности Технологии растровой печати высокой четкости (одного из наиболее перспективных представителей этой категории растровых систем) и получены следующие основные результаты.

1. Разработан комплексный подход к оценке репродукционных и технологических возможностей адаптивного метода растрирования, который также может быть применен для других растровых технологий, направленных на улучшение частотно-контрастных свойств печатных изображений.

2. Предложен критерий и методика количественной оценки информационно-частотного содержания полутонового оригинала по его «детальности». Методика использована в оценке эффективности и целесообразности применения адаптивного растрирования для решении различных репродукционных задач.

3. Предложены критерий и методика объективной (количественной) оценки качества передачи контуров и одиночных штрихов оригинала на растровом оттиске. В работе показано, что данный подход к оценке растровых искажений может быть использован для любых растровых систем. Методика успешно использована для тестирования реализующего метод алгоритма в части оценки эффективности и достаточности набора дополнительных функций.

4. Проведена оценка эффективности применения адаптивной технологии при разном масштабе репродуцирования изображения.

5. Выявлена зависимость показателей качества «адаптивной» растровой репродукции от параметров процедуры замены трехкрасочного ахроматического черной краской и сформулированы рекомендации по их выбору.

6. Даны рекомендации по изменению некоторых параметров адаптивного растрового процесса.