Операция фотомеханического растрирования в автотипной полиграфической технологии основана на преобразовании исходного двухмерного сигнала оптической плотности в выходной двухуровневый двухмерный импульсный сигнал оптической плотности при условии сохранения значений исходного сигнала с максимально возможной точностью. Эти значения сохраняются в низкочастотных спектральных составляющих выходного импульсного сигнала и выделяются из его пространственного спектра низкочастотным пространственным фильтром приемника – зрением человека. Такое преобразование может быть отнесено к функциям измерительного преобразователя, задача которого состоит в преобразовании вида физической величины или способа ее представления при сохранении ее размера. В основе такого преобразования лежит промежуточная операция измерения исходной величины оптической плотности (оптического коэффициента), как значения двухмерного сигнала оригинала, преобразованного в соответствующее значение двухмерного сигнала освещенности, с помощью меры, воспроизводящей физическую величину (освещенность) в форме, пригодной для сравнения с измеряемой величиной, т. е. в форме двухмерного аналогового периодического сигнала, каждый пространственный период которого повторяет заданный закон распределения значений освещенности. Источником такой пространственно распределенной меры является проекционный или контактный полиграфический растр. В случае проекционного растрирования мера образуется как результат низкочастотной пространственной фильтрации исходного сигнала освещенности растра, а при контактном растрировании – непосредственным субтрактивным преобразованием изображения растра в сигнал освещенности. По принципу организации процесс измерения в фотомеханическом растрировании можно отнести к нулевому методу уравновешивания.

Цифровое растровое преобразование

При цифровом растрировании в растровом процессоре (Raster Image Processor - RIP) выполняются операции сложения, вычитания и сравнения цифровых сигналов, представленных в виде матриц их значений , аналогичные операциям, выполняемым в фотомеханической технологии. Цифровой растр, как пространственно периодический сигнал, может быть задан в пределах одного периода в виде т.н. растровой функции. В отличие от вещественного растра в фотомеханическом растрировании, выполняющего роль непрерывной (аналоговой) пространственно распределенгной меры, цифровая растровая функция в пределах элементарной площадки растра (Рис.8) выполняет роль ступенчатой меры или пространственно распределенной шкалы повторного квантования.

Рис. 8

Шкала повторного квантования может быть представлена в виде двухмерного цифрового сигнала

или в матричной форме матрицей значений сигнала:

и матрицей значений пространственной фазы в пределах периода растровой функции:

где : - число интервалов субдискретизации (число субэлементов) на пространственный период растровой функции,

интервалы субдискретизации.

Растровая функция в общем виде может быть представлена матрицей индексных значений, устанавливающих порядок пространственного распределения значений сигнала в ступенях квантования – это т.н. “ spot функция” или “function ”.

Операция цифрового растрирования регулярным периодическим растром может быть представлена в пределах одного пространственного периода как операция вычитания между матрицей значений сигнала и матрицей пространственного периода растровой функции и принятия бинарного решения по результату вычитания, что равносильно операции сравнения (CMP):

или в сокращенной записи:

Результирующая матрица образует битовую карту элементарной площадки цифрового автотипного изображения. Значения сигнала принадлежат бинарному множеству, состоящему из значений печатных и пробельных элементов. Битовая карта автотипного растрового изображения в целом формируется аналогичной операцией между равновеликими, т.е. пространственно совпадающими матрицами двумерного цифрового сигнала и растровой функции:

Для приведения матрицы исходного сигнала к виду в растровом процессоре выполняется операция перевыборки с расчетом новых значений сигнала на основе интерполяционных алгоритмов.

Для приведения матрицы периода растровой функции выполняется операция повторения периода с пространственным интервалом - линиатура полиграфического растра. На рис.9 показан участок периодического цифрового растра, образованный повторением одного периода растровой функции. Процесс повторения значений растровой функции выполняется обычно программным путем последовательно во времени, но для целей моделирования цифровой растр, т.е. растровая функция для всей площади исходного изображения, может быть сформирован как цифровое изображение и использоваться для вывода на экран и выполнения любых взаимодействий с исходным изображением, представленным также в цифровом виде.

Рис.9

Ход проведения работы

Подготовка тестового изображения, операция растрирования, формирование растровых функций и операция вывода выполняются в программной среде Photoshop. В качестве исходного изображения для растрирования на начальных этапах работы рекомендуется использовать знаки шрифта сложного начертания и ступенчатые шкалы. Размеры изображения должны быть достаточными для визуального контроля результатов по экранному изображению. Операция растрирования выполняется в растровом процессоре программы Photoshop и с помощью сложения, вычитания, установки уровней и инверсии сигналов. При растрировании выполняется преобразование исходного изображения, представленного в формате “градации серого”, в битовую карту. При выводе на лазерный принтер изображения в формате Bit Map, растровый процессор, встроенный в лазерный принтер, автоматически отключается и битовая карта, полученная в растровом процессоре программы Photoshop, непосредственно управляет оптическим модулятором принтера.

Растровая функция может быть выбрана из списка растрового процессора или создана следующими основными методами:

• в текстовом редакторе с ASCII кодировкой в виде таблицы значений сигнала,
• с помощью специального редактора в виде “spot function” и доработана в программе Photoshop,
• непосредственно в программе Photoshop в виде изображения ячейки цифрового растра.

Один период растровой функции может быть подготовлен в любом текстовом редакторе в виде текстового файла с ASCII кодировкой, состоящего из строки или нескольких строк значений сигнала в десятичной системе счисления. Диапазон изменения сигнала от 0 до 255, т.е. в пределах байта. Между значениями сигнала должен быть один или несколько пробелов. Для лучшего пространственного восприятия растровой функции рекомендуется записывать значения сигнала в форме матрицы, формируя строки матрицы как новые строки текста.

Процесс цифрового растрирования в RIP-е выполняется по принципу последовательного наложения изображения периода растровой функции, принятого за образец, на элементы исходного изображения. Для входа в программу Photoshop период растровой функции из текстовой кодировки преобразуется в бинарную форму программой Txtbin. К имени выходного (бинарного) файла необходимо добавить расширение *.raw. При размере изображения периода растровой функции 3x3 или меньше, для правильной интерпретации файла программой Photoshop, необходимо к полученному после преобразования файлу добавить произвольный заголовок объемом не менее 10 байт в любом текстовом редакторе. При входе в программу Photoshop заголовок должен быть исключен. Программа Bintxt преобразует массив байтов в квадратную матрицу чисел, представленных знаками десятичной системы счисления с ASCII кодировкой. Матрица может быть отредактирована в любом текстовом редакторе с ASCII кодировкой и возвращена в бинарную форму программой Txtbin.

Для создания периода растровой функции в виде “spot function” может быть использована специальная программа Ramain. Назначение программы - выбор формата матрицы и нумерация ее элементов. Присвоение индексных значений элементам базовой матрицы сводится к нумерации элементов в программе Ramain последовательностью обращения к ним. Полученная в программе Ramain матрица является исходной для создания растровой функции. На данном этапе задается число субэлементов в растровой точке и определяется ее форма для каждого значения площади. Для запуска программы используется файл ramain.exe в папке Ramain. Программа является DOS приложением. После запуска программы необходимо подтвердить предложенный \glqq по умолчанию\grqq \, режим монитора. Для начала работы необходимо установить формат базовой матрицы. На клавиатуре набрать “n” и в предложенную строку вписать размер по горизонтали и вертикали десятичними числами через пробел. Порядковый номер, начиная с первого, присваивается субэлементу при нажатии левой кнопки “мыши”. На свободном поле экрана формируется фрагмент растровой структуры для данной формы точки при текущем количестве субэлементов, т.е. текущем значении площади растровой точки. Это позволяет контролировать взаимодействие соседних растровых точек. Для корректировки варианта нумерации используется правая кнопка. После окончания формирования таблицы нажать “Esc” и выполнить все предложения программы для сохранения файла.

Программа Ramain формирует файл в текстовой кодировке ASCII и сохраняет его в текущем каталоге. Для использования полученной в программе Ramain матрицы в качестве изображения ячейки цифрового растра, файл в кодировке ASCII преобразуется в двоичную форму. Эта операция выполняется программой - конвертором conv.exe. Программа conv.exe - DOS приложение. Результирующему файлу должно быть присвоено расширение *.raw, т.е. статус произвольного графического формата.

Диапазон значений сигнала, присвоенных элементам матрицы, должен быть приведен к диапазону значений сигнала, представляющего исходное изображение, т.е. к формату байта. Преобразование диапазона сигнала выполняется в программе Photoshop как установка уровней для изображения базового алфавита. Период растровой функции для растрового процессора может быть также подготовлен в программе Photoshop как изображение соответствующего размера, например 12 на 12 пиксел.

Для получения трехмерных графиков, иллюстрирующих распределение значений двухмерных сигналов, например, растровой функции, используется программа Exel. Применение программы Excel, непосредственно не предназначенной для работы с двухмерными сигналами и изображениями, требует некоторых ограничений и преобразований исходного файла. Для обработки в программе Exel могут быть использованы цифровые изображения или их фрагменты квадратной формы размером не более 256 на 256 элементов пространственной дискретизации. Ограничения размера связаны с максимальным числом столбцов таблицы (256), которая может быть обработана в программе Exel. Квадратная форма изображений принята для упрощения процедуры согласования графического файла формата *.raw и программы Exel. Программа Exel предназначена для обработки числовых массивов, представленных в текстовой кодировке ASCII. Для конвертирования значений цифрового сигнала тона из прямого двоичного кода в код ASCII используется программа bintxt.exe, исходный текст которой на Turbo Pascal приведен ниже.

program BINTXT;

var

y:byte;

x,a,r:word;

f1: file of byte;

f2:text;

z,h,d,v,b:string;

k:boolean;

const

m='\';

label

op, op1, op2, op3;

begin

getdir(0, z);

write('Ввести имя исходного файла', #13, #10);

readln(h);

d:=(z + m) + h;

write('Ввести имя конечного файла',#13,#10);

readln(b);

v:=(z + m) + b;

assign(f1, d);

assign(f2, v);

reset(f1);

rewrite(f2);

a:=filesize(f1);

x:= round(sqrt(a));

r:=0;

a:=x;

op: seek(f1, r);

k:=eof(f1);

if k=false then goto op2 else goto op1;

op2: read(f1, y);

if y<100 then write(f2,#32);

if y<10 then write(f2,#32);

write(f2,y);

r:=r+1;

if a=1 then goto op3 else write(f2,#32);

a:=a-1;

goto op;

op3: write(f2,#13,#10);

a:=x;

goto op;

op1: close(f1); close(f2);

end.

Задания

Контрольные вопросы

1. Сигнальная модель фотомеханического растрирования
2. Метрологическая модель фотомеханического растрирования
3. Информационная модель фотомеханического растрирования
4. Пространственно распределенная шкала повторного квантования при цифровом растрировании;
5. Связь пространственных и сигнальных параметров при цифровом растрировании;
6. Принцип формирования растровых функций при цифровом растрировании;
7. Принцип моделирования процесса цифрового растрирования.