6.6.3.2 растровое представление штриховых оригиналов

В отсутствие ограничений, обусловленных искажениями, сопутствующими формированию автотипного растра, разрешающая способность выводных устройств, формного и печатного процессов более полно используется для штриховых оригиналов. Если позволяет считывающее устройство, частота разложения оригинала в нем может быть установлена равной и даже большей, чем разрешающая способность устройства вывода. Исходный объем данных не столь значительно превышает при этом тот, что используется для цветного полутонового оригинала тех же размеров, если учесть в восемь раз меньшую разрядность кодирования, а также и то, что штриховые оригиналы, как правило, не подвергаются цветоделению [6.11]. Каждый элемент отображается в числовом массиве лишь одним битом, в отличие от четырех байтов цветного полутонового кодирования. В сравнении же стеновым однокрасочным изображением в общепринятом режиме его «грубого» считывания файл оказывается лишь в 4-5 раз большим, как иллюстрирует сопоставление рис. 6,13 (а) и 6.13 (б). Подобные режимы являются базовыми для ЭЦК, где штриховые оригиналы считывают с частотой в три-четыре раза большей, чем предусмотрено выражением (4.1), учитывающим значение линиатуры растра. В общем случае, с учетом положений теории, величина элемента разложения принимается вдва раза меньшей толщины самого тонкого штриха, подлежащего передаче на оттиске.

6.13 Примеры пространственных соотношений и объемов сигнала при репродуцировании полутоновых (а) и штриховых (б) изображений

При более тщательном рассмотрении предельно малые графические элементы реальных штриховых оригиналов характеризуются промежуточными величинами плотности, дополнительными к уровням «белого» и «черного». С учетом неизбежных при считывании апертурных искажений, аналоговый видеосигнал на выходе ФЭП содержит всю гамму значений тона, поэтому необходимо решать, какие из них должны быть отнесены на оттиске к «белому», а какие к «черному». При вводе изображений регулируют порог такого двухуровневого квантования. Его смещение в сторону более светлых тонов позволяет, в частности, присвоить значение «черного» отсчету, приходящемуся на засечку знака недостаточно пропечатанного текста или предельно тонкий штрих гравюры, оптическая плотность которого существенно ниже, чем у более широких графических элементов. Однако чрезмерное снижение порога чревато передачей на оттиске полностью черными тех зон отсчета, лишь незначительная часть которых занята на оригинале, например частицей пыли или контрастной ворсинкой подложки, что ведет к общему «зашум-лению» изображения. Повышение порога в сторону темных тонов, хотя и позволяет отделить недостаточно светлый фон малоконтрастного оригинала, однако грозит потерей мало насыщенных тонких штрихов и мелких деталей. Поэтому определение порога дискриминации значений тона всегда является компромиссным.
В отсутствие ограничений по объему используемого видеосигнала более совершенна динамическая регулировка порога по полю изображения с учетом содержания его отдельных участков. Сигнал штрихового изображения подвергают поначалу многоуровневому квантованию, как и сигнал полутоновый, а содержащуюся в нем избыточную информацию используют затем для адаптивного управления порогом последующего двухуровневогоквантования. Как показывает практика эксплуатации НИС [6.12], изначальное многоуровневое считывание эффективно даже в отсутствие таких специальных средств, С учетом содержания штрихового оригинала его тоновый (СТ) файл подвергают частотным (четкостным, резкостным) и амплитудным (градационным) коррекциям, и только после этого преобразуют в штриховой (LW) файл с представительностью более высокой, чем достигается в штриховом режиме считывания.
В условиях ограничений по объему сигнала особый интерес представляют режимы относительно грубого (на уровне разрешения, используемом для полутоновых оригиналов) многоуровневогосчитывания и кодирования штриховых изображений с последующим восстановлением полученных отсчетов в виде битовых карт для во много раз большего разрешения выводного устройства. Подобный способ был предложен еще в 1976 г. [6.13] как вариант эффективного кодирования штриховых изображений для их передачи по каналам связи. Недостаток пространственного разрешения исходного массива восполняется в этом способе на приемной стороне за счет промежуточных значений отсчетов, зоны которых пересекаются краями штрихов. Возникнув в силу конечных размеров считывающего пятна, эти уровни, являясь дополнительной информацией по отношению к значениям «белого» и «черного» протяженных полей, однозначно указывают на количество элементов синтеза, подлежащих формированию темными или светлыми в пределах участка копии, соответствующего зоне отсчета анализа. При четырехразрядном кодировании общее количество таких элементов может быть равно шестнадцати, а участок копии представлять собою матрицу 4x4. Расположение темных элементов внутри участка, т. е. геометрию восаанавливаемои границы определяют по соотношению значений окрестных отсчетов грубого разрешения. С использованием этого подхода штриховой оригинал может считываться с тем же разрешением, а полученный сигнал кодироваться стой же разрядностью, в том же объеме и формате, что и полутоновый.
Другое преимущество заключается в более точной передаче одиночных тонких линий. В значительной мере утрачиваемые при тривиальном двухуровневом кодировании, здесь, как показывает рис. 6.14, они воспроизводятся при самых неблагоприятных пространственных фазах даже, если зона отсчета в несколько раз превосходит толщину штриха. Многоуровневый отсчет более точно, чем бинарный, отражает среднее значение тона считываемой зоны. В данном примере значения отражений четырех элементов, принимающие при двухуровневом кодировании нулевое значение как меньшие 0,5 (см. рис. 6.14, а), сохраняются, поскольку шаг квантования равен не половине, а лишь 1/16 диапазона считанного аналогового сигнала.

6.14 При «грубом» считывании и многоуровневом квантовании значение отсчета отличается от нуля при любом положении одиночного тонкого штриха

6.6.3.3 адаптивное кодирование

Как было показано в подразделе 3.5, линиатура растра устанавливается в условиях компромиссного удовлетворения противоречивым требованиям, содной стороны, высокого контраста и плавнойтонопередачи, а сдругой стороны, геометрической точности контуров и мелких деталей. В последнем отношении традиционные растровые системы значительно недоиспользуют разрешающую способность формного и печатного процессов. Печать, предназначенная для воспроизведения тоновых иллюстраций с линиатурой 80 лин/см, способна передавать элементы и пробелы размером 20-25 мкм, что соответствует разрешающей способности 400-500 лин/см. Но поскольку растровая ячейка (единичная площадь) такого растра имеет размер 125 мкм, минимальный размер детали оригинала, передаваемой на оттиске без потери контраста, составляет250 мкм, а частота воспроизводимой штриховой миры не превышает 20-40 лин/см. Такой резерв разрешающей способности эффективно используется лишь при печати текста и штриховых изображений.
С учетом особенностей зрения эти противоречивые требования могут быть существенным образом дифференцированы в отношении тех или иных участков полутонового изображения. Там, где тон изменяется плавно, особенно важно первое из этих требований, а второе может быть в значительной мере проигнорировано. И наоборот, для мелких деталей и контуров менее актуальна точность передачи их тона (на пятне размером в миллиметр с трудом различимы лишь 4~5 градаций). Здесь существенно само их наличие, геометрическое подобие или отличие.
Локально-адаптивный подход, учитывающий информационное содержание конкретных участков изображения и их непосредственной окрестности в связи с особенностями зрительного восприятия, успешно используется для эффективного кодирования изображений при их передаче по каналам связи [6.14], для сокращения объемов иллюстрационных файлов в полиграфии и в других целях переработки изобразительной информации. В ряде таких методов высокое число уровней квантования или разрядность кодирования фоновых участков при относительно низкой частоте дискретизации динамически (по полю изображения) обменивается на высокую частоту следования кодовых комбинаций с сокращением шкалы на мелких деталях и контурах полного контраста вплоть додвух уровней, соответствующих одному разряду двоичного кода.
В Скенаграфе SG111 подобный подход был использован для унификации объема сигналапри электронном репродуцировании выклейных макетов полос, содержащих текст, тоновые,штриховые и растрированные иллюстрации [6.15]. Для всех этих очень различных по своим статистическим свойствам типов изображений, оптический параметр считываемогоэлемента описывается кодовым словом, содержащим 32 разряда. Зона отсчета цветноготонового оригинала охватывает 20x20 элементов записи (см. рис. 6.15, а), а егозначение образуют внутри кодового слова три восьмиразрядных комбинации для соответственно,голубой, пурпурной, желтой красок и одна (из семи разрядов) для сигнала чернойкраски. Все эти комбинации получают усреднением сигналов 5x5 исходных отсчетов ПЗС считывателя. Значение последнего в кодовом слове 32-го разряда указывает на характер оригинала (тоновый в данном случае). При ином значении служебного разряда (штриховое изображение) каждое из исходных значений подвергают двухуровневому квантованию с получением в пределах той же анализируемой зоны (см. рис. 6.15, б) двадцати пяти одноразрядных значений. Соответственно в пять раз эффективнее используется пространственное разрешение выводного устройства и печати.

6.15 Пространственные соотношения (а, б), унифицированные форматы (в,г) сигналов и геометрические искажения контура при одновременном репродуцировании полутоновых цветных (а, в) и однокрасочных штриховых (б, г) изображений

Особенностью данной системы являлось автоматическое распознавание характера считываемого участка выклейного оригинала для выбора соответствующего режима считывания и кодирования. Анализ сигнала с применением быстрого преобразования Фурье позволял не только разграничить штриховые и тоновые объекты, но и выявить специфику последних. Так, при наличии в текущем спектре составляющих, обусловленных растровой структурой вторичных (микроштриховых) оригиналов, для исключения объектного муара автоматически применялась дополнительная низкочастотная фильтрация - дерастрирование с последующим формированием цветоделенных сигналов в упомянутом выше формате.

6.6.3.4 адаптивное растрирование

Отдельные участки полутонового оригинала могут в разной степени представлять собою собственно тоновое или штриховое изображение. Детали могут иметь различный контраст, их контуры могут быть как резкими, так и в той или иной степени размытыми. Кроме того, присутствуют и вырождающиеся тонкие штрихи и контуры с монотонно изменяющимся по их протяженности контрастом и размытостью. Не представляется возможным отделить так называемую фоновую часть от рисунка, применяя для этих составляющих изображения алгоритмы растрирования, один из которых, соответствуя классическому автотипному методу, обеспечивал бы наилучшую тонопередачу, а другой - высокую геометрическую точность отображения контуров в режиме штрихового репродуцирования.
В адаптивном растровом методе [6,16-6.17] дополнительно к наперед заданной для всего изображения базовой растровой функции, например, «горке» (см. рис.6,16, а, б) или случайному распределению, гарантирующим плавную тонопередачу, используются дополнительные весовые функции, одна из которых представлена на рис. 6.16 (г, д), а весь их примерный набор на рис. 6.17. Как и при восстановлении штриховых изображений по многоуровневым отсчетам, их генерируют на основе анализа значений тона окрестных (непосредственно прилежащих к данному) участков оригинала. Степень использования основной и дополнительной растровых функций при формировании битовой карты определяется контрастом контура, степенью его резкости или детальностью изображения в зоне данного и окрестных отсчетов. Более общий критерий детальности - мощность высокочастотных составляющих в текущем (по окну отсчетов) спектре видеосигнала.

6.16 Воспроизведение контура 1 полного контраста: в — с использованием наперед заданных весовых значений (а,б); е — на основе весовой функции (г, д), удовлетворяющей геометрии контура

6.17 Примеры геометрии дополнительных растровых алфавитов (а), весовая функция (б) одного из них и ее реализации (в) для трех значений тона

Примером передачи штрихового элемента при максимальной детальности на некотором участке полутонового оригинала, а следовательно, использовании только дополнительных весовых значений могут служить модели на рис. 6.11 (ж, з) и рис. 6.16 (е) в сравнении с примерами тривиального растрирования на моделях рис. 6,11 (в-е) и рис. 6.16 (в).
В адаптивном растрировании используются уже упоминавшиеся преимущества многоуровневого кодирования для воспроизведения одиночных тонких штрихов и мелких деталей сложной конфигурации. На рис, 6.18 (в) этот эффект иллюстрируется в сравнении с моделями изображений, получаемых в штриховом режиме и в обычном растрировании (рис.6.18, а, б).

6.18 Деталь сложной конфигурации в штриховом режиме (а), в тривиальном (б) и адаптивном (в) растрировании

Для контура промежуточного контраста используются обе весовые функции, как показано на рис. 6,19 (б). Элементы, сформированные в результате сравнения текущего значения видеосигнала с базовыми весами показаны более темными и образуют привычные растровые точки, а элементы, сформированные по дополнительным весовым функциям, представлены более светлыми. Резкость в этом примере оказывается средней между обычным растрированием и штриховой записью, что адекватно отражает неполную «силу» контура на оригинале.

6.19 Растрирование контура промежуточного контраста тривиальным (а) и адаптивным (б) методами

Адаптивный синтез, преимущества которого иллюстрирует рис. 6.20, позволяет скорректировать ошибки второй пространственной дискретизации изображения, обусловленной растровым процессом. Способность плавной тонопередачи полиграфической системы здесь динамически, с учетом содержания отдельных участков изображения, обменивается на ее возможности в отношении геометрической точности воспроизведения мелких деталей и контуров. Как и во времена ручного гравирования, последние не разрушаются здесь растровыми точками.

6.20 Иллюстрации, полученные при одинаковых объемах исходного сигнала обычным (а) и адаптивным (б) методами растрирования. Улучшению резкости сопутствует повышение визуального контраста

Метод отличается относительно малым количеством операций и возможностью их параллельного осуществления, что существенно упрощает как его программную, так и аппаратную реализацию. Из описания ясно, что стационарные (фоновые) участки изображения могут передаваться как регулярными, так и менее пригодными к печати, рассматриваемыми в следующей главе непериодическими растровыми структурами.
В научно-техническом прогрессе нередко случается, что некоторые очевидные преимущества полукустарного, или даже ручного способа приносятся в жертву совокупности новых выигрышных показателей (повышение производительности, снижение стоимости и трудоемкости и т. д.) и остаются нереализуемыми длительное время в более современной технике выполнения той или иной технологической операции. С изобретением растровойфотографии и автоматического способа воспроизведения изображенной бинарными средствами высокой и плоской печати такая участь постигла четкость оттисков. Разрешающая способность формного и печатного процессов недоиспользуется в них почти на порядок вот уже в течение более ста лет. Свидетельством этому могут служить тоновые иллюстрации, отпечатанные еще в середине XIX в. с клише, полученных при фотографическом уменьшении гравюр. Такая печать заметно превосходит современную по четкости и гамме воспроизводимых полутонов. Поэтому основное направление совершенствования методов полиграфического растрирования лежит в русле адаптивного подхода. Развитые адаптивные методы смогут со временем в большей мере имитировать совокупность приемов ручного гравирования и, таким образом, эффективнее использовать возможности формного и печатного процессов.
Более подробный обзор адаптивных подходов в растровом процессе приведен в Л. 6.18.