Расчет влияния преобразований в звеньях репродукционной системы на цветовые параметры оттиска

Актуальность работы. Важнейшей проблемой полиграфического воспроизведения изобразительной информации является несоответствие информационного содержания воспроизводимых оригиналов возможностям полиграфического репродуцирования. Для черно-белых изображений это выражается в превышении интервала оптической плотности оригинала над возможным интервалом оптических плотностей печатного изображения. Аналогичное превышение интервалов оптических плотностей многоцветного изображения оригинала над возможными интервалами оптических плотностей многоцветного полиграфического оттиска приводит к несоответствию цветовых охватов (ЦО) оригинала и репродукции и, следовательно, искажению воспроизводимых цветов.

Несоответствие ЦО не позволяет достичь колориметрической точности репродуцирования и требует трансформации градации (tonal compression), а следовательно, и цветов оригинального изображения. Предварительно проведенные исследования ЦО цветных изображений оригиналов и репродукций позволяют сопоставить возможности цветопередачи и предположить ожидаемые искажения граничных цветов. Особенно это имеет значение при репродуцировании оригинального изображения, полученного с использованием нового материала или по новой технологии записи. С целью компенсации потерь информации при сжатии граничных цветов оригинала и для достижения психологической точности необходимы преобразования цветовых тонов внутри ЦО.

Исследования преобразований цвета, как на границе, так и внутри тела ЦО, позволяют оптимизировать процесс цветовоспроизведения и получить параметры цветоделения с учетом возможностей полиграфического синтеза.

Полиграфическое воспроизведение предусматривает подготовку изобразительной информации. Проведение технологических преобразований включает два аспекта: выполнение преобразований, необходимых для учета полиграфической системы воспроизведениявыполнение преобразований, необходимых для компенсации, или учета, естественных преобразований.

Второй аспект имеет место при проведении градационных преобразований. Желаемое распределение визуальных плотностей на репродукции обеспечивается заданными относительными площадями растровых элементов, которые должны также учитывать нежелательные искажения растровых элементов за счет проявления оптического (светорассеяние) и механического растаскивания. На практике имеют место обе причины увеличения оптической плотности растровых изображений на оттисках. Разделить величину прироста на оптическую и механическую составляющую обычно практически сложно. Измеренные оптические плотности показывают эффективное суммарное проявление обоих факторов. Механическое растаскивание — переменный фактор, зависящий от контроля и соблюдения режимов печатания, и его можно минимизировать. Процесс светорассеяния — постоянный фактор, проявление которого, как показывает практика, оказывает существенное влияние на увеличение интегральной оптической плотности и требует соответствующего учета. Рассеяние света в печатной системе «краска-бумага» зависит от таких факторов, как поверхностные и структурные свойства бумажного листа и физико-химические свойства красок. В последнее время интерес к вопросу о влиянии оптического растискивания повышен. Реальные градационные характеристики печатного оттиска показывают, что искажения размеров растровой точки приводят к заметному изменению градационной кривой и достигают максимума в области средних тонов, что в случае их не учета может привести к ухудшению качества цветовоспроизведения. В соответствии с этим, для правильного проведения градационных преобразований необходима информация об естественных процессах светорассеяния в системе «краска-бумага» и о свойствах используемых печатных материалов.

Компьютерная обработка изображений использует профили (profile) настройки на процесс печати (press setup), которые дают возможность поддерживать единый стандарт записи цветовых характеристик и позволяют прогнозировать цвета изображений, передаваемые между звеньями репродукционного процесса, с учетом увеличения размера точки и установок растрирования. При преобразовании информации в четыре цветоделенные фотоформы (СМУК) профили настройки в соответствии с указанным печатным процессом (печатная машина, краски, бумага) позволяют установить величину предполагаемого растискивания (dot gain). Установка значения растискивания (dot gain) вызывает изменение экранного изображения, и на этом этапе обработки изображений необходима адекватность «мягкой» цветопробы на мониторе будующей репродукции. В соответствии с полученной визуальной оценкой оператор корректирует тоновые кривые согласно требуемому цветовоспроизведению. Изменение величины предполагаемого растискивания (dot gain) — удобный для вычислительных систем метод приближенного учета, но физически не корректен, так как не отражает сущности явления. Значительная доля прироста интегральной оптической плотности — светорассеяние, или оптическое растискивание. Поэтому актуален поиск алгоритмов преобразований изобразительной информации для расчета градационных кривых, которые формируют цветовые преобразования с учетом увеличения эффективных размеров растровых точек, как за счет механического растискивания, так и за счет светорассеяния.

На первом этапе решения проблемы учета естественных преобразований необходимо установление связей между параметрами цветоделения СМУК, выраженными в относительных размерах растровых точек (S0TH), и их отображением в автотипной системе формирования цветного изображения на репродукции (D0tt) — Известное изменение параметров цветоделения СМУК будет соответствовать известному изменению цвета на оттиске при условии полного учета совокупности процессов светорассеяния и растискивания при печатании, а также свойств используемых материалов. Определение закономерностей преобразования параметров цветоделения СМУК в цветовые параметры оттиска является одной из основных задач полиграфического репродуцирования.

Для однокрасочных черно-белых изображений определение закономерности перехода от растровых величин S0XH (относительных площадей растровых элементов на фотоформе) к визуально воспринимаемым оптическим плотностям изображения Оогг может быть осуществлено на основе уравнения дераст-рирования Шеберстова-Мюррея-Дэвиса с поправкой Юла-Нильсена Ы, учитывающей влияние светорассеяния.

Ботг= -Мё[(1−8ОТН)10-°Ш + 8отн10-Ок/н] (1) где Бк — оптическая плотность краски на плашкеЭб — оптическая плотность бумагиN — коэффициент Юла-Нильсена.

Преимуществом использования уравнения Шеберстова-Муррея-Дэвиса является присутствие в выражении (1) параметра относительной растровой площади 80ТИ, что позволяет осуществлять функциональную взаимосвязь преобразований растровых величин в визуально воспринимаемые оптические плотности оттиска во всем диапазоне изменения величины 80ТН (8ОТн=0¹).

Величина коэффициента как известно, зависит от поверхностных свойств бумаги и линиатуры растра и экспериментально определяется для данного сочетания краски и бумаги. Однако, как уже отмечалось, увеличение интегральной оптической плотности растрового изображения на оттисках Ботг связано не только оптическим процессом, но и механическим (растискивание). И значит, величина коэффициента N является характеристикой эффективного суммарного проявления обоих факторов.

В случае репродуцирования многоцветных изображений проводится трансформация граничных цветов ЦО оригиналов, преобразования внутри тела ЦО усложняются автотипным синтезом цвета, что требует определения дополнительных цветовых параметров полиграфического оттиска, расширяющих уравнение дерастрирования (1). Поэтому модификация уравнения (1) для расчета зональных оптических плотностей четырехкрасочного полиграфического изображения с учетом особенностей аддитивно-субтрактивного синтеза и различия коэффициентов N требует поиска теоретических предпосылок и экспериментального определения параметров Б и N системы «краска-бумага».

Теоретической базой может служить уравнение многокрасочного автотипного синтеза и плотностное представление уравнения Нюберга-Нойгебауэра с учетом оптического эффекта Юла-Нильсена. Использовании этих уравнений требует расширения и экспериментального определения оптимального числа параметров уравнения синтеза, формируемого автотипным способом на основе 16-ти цветов.

Изучение условий формирования цветных изображений, установление функциональной зависимости между звеньями репродукционной системы дает возможность создания алгоритмов преобразования параметров изображения и получения на их базе управляющих программ, позволяющих расширить функциональные возможности систем по обработке цветных изображений и оптимизировать репродукционный процесс.

Таким образом, актуальность работы заключается в определении условий формирования цветных изображений в условиях наличия процесса светорассеяния в системе «краска-бумага», в экспериментальном определении параметров уравнения дерастрирования многокрасочного синтеза, которые являются предпосылками создания расчетной модели репродукционного процесса, позволяющей установить взаимосвязь параметров цветных изображений полиграфической системы. В итоге появится возможность моделировать многоцветную репродукцию с учетом влияния преобразований системы репродуцирования.

Цель работы. Изучение теоретических предпосылок и проведение экспериментальных исследований для определения закономерностей преобразования параметров цветоделения СМУК (80Тн) в параметры оттиска (Ооп).

Постановка задачи. В соответствии с поставленной целью задачами работы являются:

— определение функциональной зависимости между параметрами цветоделения-растрирования (8отн) на выходе фотографических и электронных систем обработки изображения и цветовыми параметрами оттиска Ботн с учетом основных преобразований в звеньях репродукционной системы;

— экспериментальное определение величины коэффициента Юла-Нильсена цветных растровых изображений, и теоретическое обоснование его сущности на основе использования современных методов и представлений о рассеянии света;

— поиск упрощенной модели преобразования изобразительной информации в системе репродуцирования. Проведение экспериментальных исследований по изучению возможностей и определению направлений такого упрощения;

— определение величин ЦО оригинальных изображений и сопоставление с возможностями полиграфического синтеза.

Научная новизна. Определена величина коэффициента Юла-Нильсена N цветных полиграфических изображений для различных видов бумаг и красок.

Экспериментально опробован новый метод определения функции передачи модуляции ФПМ системы «краска-бумага», определены частотные характеристики различных полиграфических систем «краска-бумага».

Проведено сопоставление и установлена взаимосвязь показателейфункции передачи модуляции ФПМ системы «краска-бумага» и коэффициента М", характеризующих процесс светорассеяния в печатной системе.

Экспериментально обоснован расчетный метод по определению коэффициентов N цветных двухкрасочных изображений оттиска.

На основе экспериментально обоснованной замены параметров псевдоахроматических цветов многокрасочного синтеза параметрами черной краски получена упрощенная модель связи между параметрами цветоделения СМУК и параметрами оттиска.

Получены результаты по величине цветового охвата репродуцируемых оригиналов и полиграфических изображений.

Практическая ценность. Результаты экспериментальных исследований позволяют предложить разработанный метод определения ФПМ системы «краска-бумага» к практическому использованию для оценки качества воспроизведения. Полученные частотные характеристики более сорока вариантов систем «краска-бумага» могут использоваться для оценю! свойств и целенаправленного выбора печатных материалов.

Результаты экспериментальных исследований позволяют рекомендовать практическому использованию расчетный метод определения коэффициента N бинарных цветных изображений, исключающий использование трудоемкой технологии печати «точка в точку».

Исследования формирования растровых изображений в условиях наличия светорассеяния, определение коэффициентов Юла-Нильсена N для цветных изображений позволило получить экспериментальные предпосылки для создания алгоритма, позволяющего с достаточной для практики точностью рассчитывать функциональную зависимость В=?(80ТН) с учетом влияния системы репродуцирования и свойств печатных материалов. Этот алгоритм может быть использован для решения практических задач при обработке изобразительной информации.

Результаты исследований использованы при разработке методической литературы и лабораторного практикума по учебному курсу «Моделирование и алгоритмизация процессов обработки изобразительной информации. Часть 2.».

Исследования цветовых охватов позволили получить научный материал о ЦО изобразительных оригиналов, сопоставление цветовых охватов показали ограниченные возможности цветовоспроизведения полиграфического синтеза.

Защищаемые положения.

1. Расчетный метод определения коэффициента N двухкрасочных полиграфических изображений и результаты определения коэффициента N для цветных однокрасочных полиграфических изображений.

2. Экспериментальное обоснование использования метода функции передачи модуляции (ФПМ) для оценки качества воспроизведения растровых изображений в системе «краска-бумага».

3. Упрощение многопараметрической модели расчета оптических плотностей цветного растрового изображения на основе экспериментально обоснованной замены параметров N и Б псевдоахроматических цветов многокрасочного синтеза параметрами N и Б черной краски.

4. Результаты оценки и сопоставления цветовых охватов изображений системы репродуцирования.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Экспериментальные исследования преобразований в звеньях репродукционной системы показали:

— цветовой охват оригиналов превышает цветовой охват применяемых полиграфических красок, что указывает на ограниченные возможности цветопередачи полиграфического синтеза и требует технологических преобразований оригинальных изображений;

— величина коэффициента Юла-Нильсена N зависит не только от линиату-ры растра и характера поверхности бумаги, но и, как показали экспериментальные исследования, от оптических свойств печатной краски;

— величина светорассеяния в системе «краска-бумага» в большей степени определяется поверхностным слоем, структурными характеристиками и оптическими свойствами бумаги. Оптические и печатно-технические свойства красок в меньшей степени влияют на процессы светорассеяния;

Коэффициент N носит феноменологический характер. Существующий метод его оценки является эмпирическим и не имеет строгого теоретического обоснования, поэтому рассмотрена возможность определения светорассеяния в системе «краска-бумага», исходя из физически обоснованных представлений о рассеянии света. С использованием пространственно-спектрального описания рассеяния экспериментально обоснован разработанный метод ФПМ, позволяющий оценить рассеивающую способность и печатно-технологические свойства системы «краска-бумага». Проведенные исследования показали, что метод.

ФПМ может быть использован для более глубокого понимания и оптимизации определенных аспектов репродукционных процессов.

Метод ФПМ является научно обоснованным, а показатель ФПМ системы «краска-бумага», как показали исследования, взаимосвязан с коэффициентом Ы, что позволяет использовать этот коэффициент в качестве основы для составления алгоритмов преобразования градации изобразительной информации;

Теоретические предпосылки и исследование преобразований изобразительной информации в полиграфической репродукционной системе позволили обосновать теоретическую модель функциональной зависимости между параметрами растрирования-цветоделения 8отн и параметрами многоцветного растрового участка изображения Ботт, использование которой предполагает экспериментальное определение коэффициентов N и оптических плотностей Б системы «краска-бумага».

Для определения величины коэффициента N бинарных цветных изображений к практическому использованию рекомендуется расчетный метод, исключающий трудоемкую технологию печатания «точка в точку».

Экспериментально обоснована замена параметров Б и N восьми псевдоахроматических изображений параметрами черной краски, что позволяет сократить объем расчетов и экспериментальных исследований и, соответственно, упростить выражение для расчета зональных оптических плотностей четырехкрасочного синтеза Б = Д^отн) с 16-ти до 8-ми членов.

Экспериментально обоснована Модель расчета зональных оптических плотностей для цветных растровых полиграфических изображений с учетом.

107 рассеяния света в печатной системе «краска-бумага». Эта модель позволяет моделировать многоцветную репродукцию с учетом влияния естественных преобразований в процессе печатания и визуального восприятия.