ГЛАВА VI. Передача мелких деталей

6.1 Частотные искажения, их коррекция

Репродукционный процесс сопровождается потерями геометрической точности и контраста мелких деталей, разрушением контуров изображения, появлением ложных узоров на участках, содержащих периодический мелкоструктурный рисунок (текстуру), частота которого близка частотам разложения. Искажения такого рода вызваны низкочастотной фильтрацией, ограничивающей спектр пространственных частот изображения сверху (см. рис. 6.1, а), а также искажающей амплитуду и фазу сохранившихся в нем высокочастотных гармонических составляющих. Это обусловлено конечной разрешающей способностью объективов, фотослоев, формного и печатного процессов, а также полиграфического автотипного растра. При электронном репродуцировании к причинам подобного рода добавляются построчное разложение, частотные ограничения и искажения видеотракта, а в цифровых системах - ошибки двухмерной пространственной дискретизации при аналого-цифровом преобразовании.

6.1 Снижение коэффициента передачи амплитуды с повышением частоты гармоник в спектре изображения (а); частотная характеристика корректирующего фильтра (б)

Для некоторой коррекции таких искажений в репродукционную систему последовательно включают высокочастотные фильтры, в большей мере усиливающие амплитуды гармонических составляющих высокого порядка, т. е. имеющих действие, обратное указанным искажающим факторам. Фильтр с амплитудо-ча-стотной характеристикой, представленной на рис. 6.1 (б), может в определенной степени компенсировать неидеальность характеристики основного звена системы, как бы представляющего собою фильтр низких частот (см. рис. 6.2, а).
Коррекция может быть также и параллельной (см. рис. 6.2, б). В последнем случае корректирующее звено включается параллельно основному и само является низкочастотным фильтром, сигнал выхода которого затем вычитается из корректируемого сигнала основного звена, уменьшая в нем удельный вес низкочастотных составляющих [6.1]. Так, в фотографии недостаток резкости в некоторой мере компенсируют, определенным образом комбинируя снимок с еще более расфокусированным изображением того же объекта в соответствии с процедурой нерезкого маскирования.

6.2 Последовательная (а) и параллельная (б) коррекция частотных характеристик изображения

Большие возможности для подобных коррекций открываются в электронном способе репродуцирования. Здесь представление изображения в форме аналоговых или цифровых электрических сигналов позволяет, применяя соответствующие аппаратные или программные средства, производить коррекцию более гибко. Эти коррекции осуществляют, как правило, в начальной части видеотракта, когда в аналоговом видеосигнале еще мал удельный вес высокочастотных помех, неизбежно сопутствующих любому из его последующих функциональных преобразований. В ином случае, наряду с повышением резкости изображения и геометрической точности его мелких деталей, усиливается высокочастотный фон, зернистость копий.
Необходимую степень коррекции уста на вливают также с учетом общего содержания изображения, характера его «рисунка» и т. п. При наличии на оригинале выраженной фактуры подложки или текстуры, частота которой выше передаваемой формным и печатным процессами, высокочастотные коррекции противопоказаны. Они лишь усиливают ложные узоры предметного муара, возникающего в результате интерференционного взаимодействия подобных рисунков с частотами дискретизации. Поэтому иногда полезна обратная по смыслу - низкочастотная фильтрация. Величину считывающего пятна устанавливают в таких случаях несколько большей, чем предусмотрено выражением (4.1). Если же изображение уже считано и представлено в цифровом виде, «сглаживания» достигают, усредняя значения данного и окрестных отсчетов.
Специфические искажения, выражающиеся в разрушении мелких деталей и контуровпечатными элементами и пробелами оттиска, сопутствуют полиграфическому растрированию. Для того чтобы часть оказавшегося на контуре печатного элемента точно отсекалась от фона, повторяя своей формой границу детали, необходимо было бы оперировать исходными видеофайлами, объем которых в сотни раз превышает общепринятый. Поэтому, в частности, искажения такого рода компенсируют другими способами и, как правило, непосредственно в самом растровом процессе. Подобные коррекции рассматриваются в заключительной части данного раздела.

6.2 Апертурные искажения

Наиболее серьезной причиной низкочастотной фильтрации изображений в аналоговых телевизионных, факсимильных и электрических репродукционных системах являются т. н. апертурные искажения, обусловленные конечным размером сканирующего пятна - апертуры. В цифровых системах аналогичные ограничения на частотный спектр накладывают ошибки двухмерной (по обеим пространственным координатам) дискретизации изображения, обусловленные ее конечным, т. е. не беспредельно малым шагом.
Рис. 6.3 иллюстрирует реакцию считывающего устройства на изменение тона изображения на его одиночном контуре при переходе сканирующего пятна круглой формы через идеально резкую границу, разделяющую темное и светлое поля оригинала (см. рис. 6.3, а). Распределению коэффициента отражения (см. рис. 6.3, б) в этом случае соответствует спектр пространственных частот, содержащий гармоники бесконечно высокой частоты, т. е. не ограниченный сверху. Этого нельзя сказать о частотном спектре видеосигнала, получаемого в результате сканирования такого перехода и представленного в функции времени развертки на рис. 6.3 (в). Мгновенное значение пропорционально световому потоку, поступающему на ФЭП. В тот момент, когда центр пятна находится на самом контуре, этот поток имеет некоторое среднее значение, т. к. одна половина пятна приходится на светлое, а другая на темное поле. Следовательно, промежуточное значение имеет и сам сигнал. На бесконечно быстрое изменение тона оригинала считыватель реагирует лишь за время перемещения апертуры на расстояние, равное ее величине. Поэтому спектр сигнала ограничен сверху частотой f_c, значение которой обратно этому времени и определяется частным величины d апертуры и линейной скорости v ее перемещения: f_c = v/d (1/с). Зона размытости контура копии, получаемой с использованием такого сигнала, окажется равной, как минимум, величине считывающего пятна.

6.3 Реакция (в) считывающего устройства на изменение коэффициента отражения (б) при сканировании одиночного контура (а) пятном диаметра d

Действие апертурных искажений на одиночные штрихи и систему тонких штрихов (текстуру) при различном ее контрасте поясняет рис. 6.4. На одиночном штрихе и пробеле, ширина которых хотя бы незначительно превышает величину апертуры, напряжение фототока на выходе ФЭП еще достигает своих экстремальных значений, соответствующих уровням «белого» и «черного». Для тонкого одиночного штриха ухудшение резкости его краев, обусловленное медленным нарастанием сигнала на фронте видеоимпульса, сопровождается к тому же и потерей контраста. Как видно из рис. 6.4, амплитуда импульса не достигает уровня «черного», если считывающее пятно (зона отсчета, выборки) не полностью перекрывается таким штрихом. По той же причине уменьшается глубина модуляции сигнала коэффициентом отражения и для системы тонких штрихов, что ведет к снижению их контраста и различимости на копии.

6.4 Перемещение считывающей апертуры по штрихам различного контраста и периодичности (а); коэффициент поглощения (б), его искажения в видеосигнале и снижение глубины модуляции с уменьшением толщины штрихов (в)