Обробказображень у додрукарських процесах
План
1. Класифікація поліграфічнихоригіналів
2. Локальні параметри
3. Загальніхарактеристики зображень
4. Діапазони оптичних щільностейполіграфічних і цифрових оригіналів
5. Тонові діапазониоригіналів і репродукцій
6. Психофізіологічніособливості зорового сприйняття поліграфічних оригіналів і репродукцій
1.Класифікація поліграфічних оригіналів
Оригінал– вихідна позиція процесу виготовлення поліграфічної репродукції.
Образотворчіоригінали – це масиви накопиченої та зафіксованої інформації. Значення оптичнихщільностей окремих елементів складають їхній градаційний, а спектральнірозподіли випромінювання – кольоровий зміст. Сигнали від оригіналів надходятьна інші носії інформації, тому важливо охарактеризувати ті їх властивості, відяких залежать характер відображення й умови подальшої передачі.
Всіоригінали для поліграфічного відтворення можна розділити за такими ознаками:
–характером інформації;
–структурою зображення;
–кольором;
–характером основи;
– способомвиготовлення;
– призначенням;
– способом передачіперспективи.
Кожен образотворчийоригінал відповідно до цих критеріїв відносять до конкретної групи. Тип оригіналу задає характеррепродукційного процесу, вид використовуваного устаткування і матеріалів,кваліфікацію персоналу.
Образотворчу задачуполіграфічного виробництва можна визначити як одержання копій, які із заданимступенем точності відповідають оригіналу. Ступінь цієї відповідності востаточному підсумку визначає якість репродукції. Для об'єктивної оцінкинеобхідно мати кількісні критерії – показники якості. Умовно їх можна розділитина локальні, що характеризують зображення в окремо взятій точці, та загальніабо «глобальні», тобто взяті відносно зображення в цілому.
2. Локальніпараметри
Кожна точка зображенняхарактеризується шістьма параметрами:
х, y, z – координати точки в просторі;
L – їїяскравість;
l – колірний тон;
р – чистота кольору.
Яскравість L – світлова величина, щодорінює відношенню сили світла I до поверхні А, яка приймає випромінювання.Виміряється яскравість у кд/м2
/> (1)
Яскравість характеризує інтенсивність випромінювання деякої точкирозглянутого об'єкта. Впливаючи на зоровий аналізатор, вона викликаєсуб'єктивне відчуття, що називається світлістю. Яскравість поліграфічнихвідбитків і оригіналів сприймається у відбитому або прохідному світлі зовнішніхджерел. Тому світлість кожної точки визначається не тільки властивостями самогозображення, але і його освітленістю.
Крім залежності відінтенсивності освітлення зображення, які не світяться самі, характеризуютьсякоефіцієнтами відбивання або пропускання їхніх точок: r (х, у) для непрозорих зображень і t (х, у) для зображень, розглянутих у прохідномусвітлі – слайдів (діапозитивів або негативів).
Коефіцієнт відбивання r дорівнюєвідношенню відбитого світлового потоку /> до падаючого світлового потоку Ф
/> (2)
Коефіцієнт пропускання t дорівнюєвідношенню світлового потоку />, що проходить крізь матеріал, допадаючого світлового потоку Ф
/> (3)
Частини зображення, щооднаково відрізняються за величиною відбивання або пропускання, неоднакововідрізняються за світлістю. Рівноконтрастною, тобто з приблизно однаковимирозходженнями, виглядає в широкому діапазоні тонова шкала, поля якоївідрізняються на ту саму величину оптичної щільності – негативного десятковогологарифма коефіцієнта відбивання (пропускання):
D = –lgr; D = –lgt. (4)
Оптична щільністьдорівнює 0, 1, 2 або 3 і т.д., якщо відбиває (проходить) відповідно все світло,його десята, сота або тисячна частина.
Базовий локальнийпараметр автотипного растрового зображення S – відносна площа друкарськихелементів (растрових точок). Вона визначається відношенням їхньої абсолютноїплощі S' і одиничної площі (осередку) растрового зображення Sе (рис.1)*. Остання дорівнює квадрату кроку растрової лініатури 1/L2, тому
/> (5)
/>
Рисунок 1 – Друкарськіелементи в растрових клітинках лініатури L
Коефіцієнтвідображення, що усереднюється зором або вимірювальним вікном приладу по ційплощі, визначається як
/> (6)
де /> і /> – відбивання фарбовогошару і підкладки. Оскільки за визначенням оптичної щільності їх можна виразитияк /> і />, щільністьвідбитка характеризується залежністю
/> (7)
Очевидний строгоаналітичний характер цього виразу, що одержав у вітчизняній літературі назвуформули Шеберстова-Мюррея-Девіса. За відсутності друкарських елементів (при S =0) />, а насуцільному фарбовому шарі (при S=1) />. Ця формула припускає лінійнийзв'язок між усередненим коефіцієнтом відбивання і площами точки та пробілу.
3. Загальніхарактеристики зображень
Інтервал оптичнихщільностей і контраст. Однимз важливих вихідних параметрів, на основі яких встановлюється оптимальний режимрепродукування, є різниця оптичних щільностей
/>, (8)
що характеризує їхнійперепад (інтервал) на оригіналі, в друкарському процесі або на растровомувідбитку.
Співвідношеннясвітлостей на зображенні в цілому або його окремих частинах характеризуютьтакож контрастом – відношенням коефіцієнтів відображення. Тому загальнийконтраст зображення оцінюється як
/>, (9)
локальний контраст
/>, (10)
і детальний контраст
/> (11)
Очевидно, що інтервал щільностей усього зображення можебути визначений і через логарифм загального контрасту
/> (12)
Чіткість, різкість,обсяг даних. Важливимпараметром зображення є його чіткість, яка характеризує якість передачі дрібнихдеталей і контурів. Чіткість растровоговідбитка можна оцінити як
/> (13)
де а і b – розміриілюстрації по горизонталі та вертикалі, a L – лініатура тонової ілюстрації,обумовлена кількістю задрукованих елементів на лінійному сантиметрі. Оцінюючиоднофарбовий відбиток формату А4 (/>/>) з лініатурою 60 лін/см, одержимочіткість – 4,3 млн. елементів і обсяг файла, що дорівнює відповідно 4,3Мбайтам. Цим визначається в основному так звана «поліграфічна», більшвисока в порівнянні з багатьма іншими засобами, якість друкарських ілюстрацій.Різкість визначає якість передачі границь деталей незалежно від їхнього розміру(рис. 2). Однак чіткість і різкість – взаємозалежні параметри. Чим вищечіткість, тим більш різким є зображення.
/>
Рисунок 2 – Зміна тонуна реальному контурі
В фотографії різкістьвизначається головним чином роздільною здатністю об'єктивів і емульсій,розсіюванням світла у фотошарі й іншими подібними факторами, та оцінюєтьсяоберненою величиною зони розмивання контуру
/> (14)
У системах зіскануванням зображень різкість оцінюють безрозмірним відношенням величинелемента розкладання (апертури) і зони розмивання
/> (15)
Таку оцінку можнапоширити і на автотипні (растрові) зображення, прийнявши як елемент розкладаннярастрову клітинку.
4. Діапазониоптичних щільностей поліграфічних і цифрових оригіналів
Зупинимося надеяких вимогах до різних типів оригіналів, які застосовуються дляполіграфічного відтворення.
Чорно-білі штриховіоригінали для поліграфічноговідтворення повинні виконуватися на білому папері та мати мінімальну імаксимальну оптичну щільність рисунка, таку, щоб надійно копіюватися нафотоформі та друкарській формі (наприклад, 0,1 і 1,2). На прозорих штриховихоригіналах розходження щільностей елементів рисунка і фона має бути не менше1,3.
Чорно-білі тоновіоригінали на непрозорій основі маютьбути різкими, дрібнозернистими і мати чітке вираження деталей зображення.Інтервал оптичних щільностей повинний дорівнювати 1,5 ±0,3.
Тонові оригінали напрозорій основі – діапозитиви – маютьбільший інтервал оптичних щільностей, ніж оригінали на непрозорій основі, вінне повинен перевищувати 1,7.
Кольоровізображення на фотопапері повинні матиінтервал 1,5...2,5.
Кольоровіфотографічні діапозитиви – найбільшрозповсюджені кольорові оригінали. Вони, як правило, мають дуже високийінтервал оптичних щільностей, що не повинен перевищувати 2,8.
У кожному окремомувипадку наведені величини потребують конкретизації. Детальний опис вимог дооригіналів можна знайти в технологічних інструкціях. Кількісні характеристикиоригіналів визначають з використанням денситометрів та інших вимірювальнихзасобів.
Надзвичайношвидко набуває поширення ще один вид оригіналів, які надходять у виробництво вцифровій формі. До них відносяться зображення, отримані шляхом скануванняобразотворчих оригіналів, за допомогою цифрових фотокамер, введенням даних звідео- і комп'ютерного монітора, оригінальні цифрові рисунки, виконані ззастосуванням спеціальних програмних пакетів.
Під час відтвореннятаких зображень виникають додаткові труднощі, пов'язані з відсутністюматеріалізованого оригіналу для порівняння з репродукцією. Їхню оцінку можнапровести на основі визначення гістограм, кольорових координат білої і чорноїточок та ін.
5.Тонові діапазони оригіналів і репродукцій
Умовноінтервал оптичних щільностей фотографічних оригіналів і репродукцій можнаподілити на три діапазони: світлі тони, півтони і тіні. Межі цих діапазонівзалежать від загального інтервалу щільностей оригіналу та репродукції. Дляприклада наведемо межі діапазонів для кольорового діапозитива:
· світлі тони – ∆Dс = 0,02...0,3;
· півтони – ∆Dп = 0,3...1,1;
· тіні – ∆Dт = 1,..3,0 (і більше).
Кількістьдискретних полів, що може виділити око на оптичному клині, для прозорогооригіналу складає близько 150, а для непрозорого – 70.
Приполіграфічному відтворенні на тоновому інтервалі виділяють 7 різних частин. Нарис. 3 показана градаційна характеристика тоновідтворення з позначеннямосновних діапазонів яскравості, виражених у кількості фарб. Зокрема, длячорно-білого зображення цей розподіл стосується процентної кількості чорноїфарби.
/>
Рисунок3– Приклад градаційноїхарактеристики тоновідтворення зображення
Точкабілого (А) – частина зображення, що має бути цілком білою (без будь-якихдеталей).
Частинасвітлих елементів (АВ) – це найбільш яскраві елементи зображення, які щемістять деталі. Типові значення цих елементів розташовані між 2% і 10% узалежності від типу друкарського пристрою і властивостей паперу.
Чвертьтони (ВР) – це частини значень тональності від 18% до 35% з центром 25%.
Середнітони або півтони (CD) – це частини на зображенні з яскравістю від 35% до 65% зцентром 50%.
Тричверті тони (DE) відповідають діапазону тонового рівня сірого від 65% до 80% ізсереднім значенням 75%.
Тіні(EF) – темні частини на зображенні, які ще містять деталі. Як і у випадкунайясніших дільниць, процентне значення тіней залежить від друкарськогопристрою та паперу. Для низькосортних видів газетного паперу значення тінейскладають 75%. Для високосортних крейдованих паперів під час друкування надрукарській машині це значення може складати до 98%. Точка чорного (G) – цеелементи зображення, які ще темніше, ніж тіні.
6. Психофізіологічніособливості зорового сприйняття поліграфічних оригіналів і репродукцій
ЗаконВебера-Фехнера
Знанняпсихофізіологічних особливостей зору і задач репродукційного процесу даєможливість сформулювати критерії якості зображень і установити оптимальнівимоги до найбільш важливих ланок репродукційних систем.
Психофізіологічніфактори зорового сприйняття природних об'єктів, у тому числі поліграфічнихоригіналів і репродукцій, описуються законом Вебера-Фехнера, який затверджує, що збільшеннясвітлості пропорційно збільшенню логарифма яскравості
/> (16)
Цювеличину називають відносним порогом яскравості. Обернена їй величинаназивається межовим контрастом або контрастною чутливістю ока. В денних умовахвона приблизно дорівнює 50
/> (17)
Підчас застосування цього закону до репродукційного процесу треба мати на увазі,що він справедливий тільки в діапазоні яскравостей від 10 до 1000 кд/м2,при співвідношенні яскравості найяснішої та найтемнішої деталей зображення
/> (18)
Такомуконтрасту відповідає інтервал щільностей DD = lg25 = 1,4. Поліграфічні оригінали в багатьох випадкахмають значно більший інтервал щільностей, що змушує враховувати нелінійнівідрізки кривої контрастної чутливості ока.
Важливоюхарактеристикою ока є контрастна чутливість до різних просторових частот.Контрастна чутливість пов'язана з градаційною (тоновою) характеристикою ока, ачутливість до просторової частоти – з його роздільною здатністю. У зв'язку зцим при репродукуванні тонових оригіналів необхідно враховувати специфікуформування дрібних деталей і контурів, під час сприйняття яких велике значеннямають високі частоти. Експериментально встановлено, що під час сприйняттязоровою системою періодичних зображень з різною просторовою частотою контрастзображення монотонно спадає і на деякій граничній частоті очі не в змозісприймати періодичну структуру. Одна з математичних моделей, що характеризуєзазначені властивості, описується виразом
/> (19)
інаведена на рис. 4.
/>
Рисунок4 – Частотно-контрастна характеристика зорової системи.
Поосі абсцис нанесена частота періодичної структури, виражена в кількості лінійна сантиметр, а по осі ординат – амплітудний контраст, з яким сприймається окомрозходження між темними і світлими частинами, виражений у відносних одиницях.Якщо частота вище 50 см–1, то амплітудний контраст стрімко падає донуля і періодична структура практично стає непомітною. Тому частотадискретизації зображення і лініатура його растрового відбитку знаходиться вищецього рівня.
Під час зменшеннярозмірів кольорових деталей на зображенні очі не в змозі розрізняти спочаткужовті та сині деталі, а потім червоні та зелені. Проте, зоровий апаратпродовжує фіксувати перепади яскравостей, тобто відрізняти темне від світлого.Якщо розміри деталей менше 15 кутових хвилин, то відбувається різке зниженняздатності до сприйняття кольору, особливо в області спектра від синього дозеленого. Кольорова роздільна здатність ока людини дорівнює 20...30 оптичнимлініям на сантиметр для пурпурного і блакитного і 20...25 оптичним лініям насантиметр для жовтого зображення.