Проектирование технологии печатных процессов для переиздания книжного образца

Реферат

Для воспроизведения цветных оттисков в печати, непрерывное изображение сначала преобразуется в бинарное полутоновое, воспроизводя различные цвета дискретными точками с переменной запечатываемой площадью. Во время печати полутоновых оттисков на бумаге, возникает так называемое растискивание этих точек, которое может иметь физическую или оптическую природу, приводя к заметному потемнению в печати, и бросая вызов моделированию полутонового воспроизведения. Большинство имеющихся моделей основываются на макроскопических цветовых измерениях, усредняющих коэффициент отражения на областях, большего размера относительно растровых точек. Целью данного исследования является попытка выйти за рамки макроскопического подхода, и исследовать полутоновую цветопередачу на микроуровне, используя изображения с высоким разрешением полутоновых оттисков. Экспериментальная система визуализации, сочетающая точность приборов измерения цвета с высоким пространственным разрешением, открывает новые возможности для изучения и анализа полутоновых цветных оттисков. 

Экспериментальное получение изображения предлагает большую гибкость в настройках. Кроме трехцветных RGB фильтров, система также оснащена набором из 7 узкополосных фильтров для многоканальных изображений. Описан ход тщательной калибровки и

характеризации  всех компонентов системы формирования изображения. Спектральная

чувствительность ПЗС-камеры, которая не может быть получена путем прямых измерений, оценивается с помощью наименьших квадратов регрессии. Для восстановления спектрального отражения и колориметрических значений из сигналов устройства, используются два концептуально разных подхода. В модельной характеризации, физическая модель, описывающая процесс получения изображения, инвертируется, для воссоздания спектрального коэффициента отражения с записанного устройством сигнала. В эмпирической характеризации, характеристики отдельных

компонентов игнорируются, и функции выводятся по отношению  к сигналам устройства для набора тестовых цветов к соответствующим колориметрическим и спектральным измерениям, с помощью метода линейных и полиномиальных наименьших квадратов регрессии. 

Микроуровневые  изображения, имея в виду изображения  с высоким разрешением по отношению  к разрешению полутоновых, позволяют  производить измерения как отдельных растровых точек, так и незапечатанной бумаги между ними. Для учета характеристики большого числа растровых точек, вычисляются гистограммы отражения, а также 3D-гистограммы в цветовом пространстве CIEXYZ. Микроскопические измерения показывают, что отражение растровых точек, а также бумаги между ними, не постоянно, а меняется с изменением относительной площади точек. Объединив различные микроотражения в расширенной модели Мюррей-Дэвиса, нелинейность, вызванная оптическим растискиванием, может учитываться без применения нефизического возведения в степень значений отражения, как обычно применяется в модели Юла-Нильсена. 

Благодаря различиям  во внутренней природе, физическое и  оптическое увеличения точек должны рассматриваться отдельно при моделировании  результатов полутоновых оттисков. Тем не менее, в измерениях отражения цветов, физические и оптические увеличения точек всегда сосуществуют, делая их разделение сложной задачей. Различные методы для отделения физического от оптического растискивания оцениваются, используя проверку спектральных отражений, сканирование и микроуровневые изображения. Кроме того, исследуется связь между физическим растискиванием и размером полутоновой точки, показанная с помощью FM-техники для различных разрешений печати. Физическое растискивание указывает на четкую корреляцию размера точки и растискивания пропорционально увеличению разрешения печати. Экспериментальные наблюдения сопровождаются последующим обсуждением и теоретическим объяснением.

Глава 1

1 Введение

1.1 Введение

1.2 Предпосылки

1.3 Цель исследования

1.4 Метод

1.5 Структура  работы

1.1 Введение

Целью данной работы является анализ полутоновых оттисков высоким разрешением. Это включает в себя характеризацию экспериментальной системы визуализации для получения колориметрических и мультиспектральных изображений. Сочетание точности устройств измерения цвета с высоким пространственным разрешением открывает новые возможности для изучения и анализа полутоновых цветных оттисков, позволяющие измерять отдельные растровые точки и незапечатанные участки бумаги. Анализ высокого разрешения открывает свойства полутоновых цветных отпечатков, которые не могут быть получены традиционными макроскопическими измерениями. 

1.2 Предпосылки

Полутоновая цветопередача, то воспроизведение различных цветов дискретными точками различной площади, на сегодняшний день является наиболее распространенным способом получения цветных изображений в печати. На полутоновых оттисках обычно имеют место физические и оптические приращения размера точек, в результате чего происходит увеличение тоновой составляющей, бросая вызов моделированию полутоновой цветопередаче. Физическое растискивание тесно связано с печатным процессом, и имеет отношение к тому, что размер печатных растровых точек отличается от их номинального размера. Оптическое растискивание вызывается рассеянием света внутри субстрата, в результате чего свет многократно отражается между различными хроматичными участками, образуя воспринимаемую или измеряемую точку размером большим ее физического размера. Благодаря различиям во внутренней природе, физические и оптические увеличения точек должны рассматриваться отдельно, чтобы точно смоделировать результат полутоновых отпечатков. Тем не менее, в отражении измерения полутоновых оттисков, физические и оптические растискивания всегда сосуществуют, делая разделение одного вида от другого сложной задачей. 
 

Многие модели прогнозирования цвета с полутоновых  отпечатков предлагались,

начиная с 1930-х. Задача трудная, главным образом  из-за сосуществования физического  и оптического растискивания. Большинство имеющихся моделей базируются на макроскопических измерениях цвета. Как правило, спектральный коэффициент отражения и колориметрические значения CIEXYZ или CIELAB измеряются путем усреднения отражения по области, которая велика по отношению к размеру растровых точек. Такие макроскопические измерения хорошо соответствуют представлению цвета на нормальном расстоянии просмотра, но не раскрывают основные микроструктуры автотипии. 

Практическая  задача для лучшего понимания и описания физического и оптического растискивания, заключается в возможности прогнозировать и учитывать эффекты с целью улучшения качества печати. Микроскопические представления отпечатков позволят изучать микроструктуру полутоновой печати в деталях. Цветные изображения, как правило, получаются в аппаратно-зависимом формате, характерном для отдельного изобразительного устройства. При анализе полутоновых цветных оттисков есть

необходимость точного отображения аппаратно-независимого цвета, предпочтительно колориметрического представления CIEXYZ и CIELAB. Функции, описывающие такие

отображения выводятся  во время процесса устройства характеризации. Однако, так как

чувствительности  типичных устройств обработки изображений отличаются от соответствующих CIE функций цвета, эти отношения, как правило, не тривиальны. 

Даже тогда, когда  точные преобразования к аппаратно-независимым  колориметрическим

представлениям  могут быть получены, колориметрическое  представление до сих пор страдает от некоторых ограничений. Колориметрический подход по своей природе всегда метамерный, т.е. на основе метамерного соответствия, а не спектрального соответствия. При чувствительности устройства обработки изображений отличного от соответствующих CIE функций цвета, два изображения, которые метамерно одинаковы для визуализации устройства могут выглядеть иначе для человека наблюдатели. Таким образом, идеальным будет представление цвета его спектральным распределением мощности, используя мультиспектральное отображение. Мультиспектральное отображение позволяет разделять спектральные свойства объекта от освещения, тем самым представляя цвет по его спектральной отражающей способности. Как и физическое представление цвета, спектральный коэффициент отражения не зависит от характеристик системы получения изображений, и мультиспектральные изображения могут трансформироваться в любом цветовом пространстве и описываться при любом освещении. 

1.3 Цель исследования

Целью данного  исследования является анализ полутоновых  оттисков при помощи высокого разрешения, это попытка выйти за пределы макроскопического подхода и изучить полутоновые цветные отпечатки на микроуровне с использованием изображений высокого разрешения. Такой подход требует высокого качества получения колориметрических и мультиспектральных изображений. Для получения колориметрических и мультиспектральных изображений необходимы точные методы для вычисления колориметрических и спектральных данных составленных из аппаратно-зависимых сигналов. 

Мультиспектральное  получение изображения, то есть восстановление спектральных свойств образца, требует вычисления спектральных данных отражения относительно небольшого числа каналов. Эта работа будет стремиться дать ответ на то, какая степень колориметрической и спектральной точности может быть достигнута, объединяя знания всех частей системы, тщательную калибровку, и используя различные методы для характеризации устройства. Является ли обычный трехцветный принцип получения изображения достаточным, или необходимо многоканальное представление, чтобы достичь удовлетворительной колориметрической и спектральной точности? Может ли пространственное разрешение цифровых изображений применяться в сочетании со спектральным разрешением измерительных приборов цвета для обеспечения точности колориметрических и спектральных измерений в каждом пикселе изображения? 

Кроме того, целью  является использование таких изображений  для анализа высокого разрешения полутоновых печатных изданий. Могут  ли микроскопические измерения раскрывать характеристики и свойства полутоновых  оттисков, не обнаруженные в макроскопических измерениях цвета, что может помочь в получении лучшего понимания полутоновой цветопередачи? 

Система получения  изображения, которая используется в экспериментальной системе  с большой гибкостью, предоставляет  множество способов управления и изменения установки вывода изображения. Кроме обычных трехцветных RGB фильтров, система также дает возможность применения многоканальных изображений с помощью семи узкополосных фильтров. Для обеспечения стабильности и повторяемости, осуществляется тщательная калибровка системы получения изображения. Все компоненты системы, участвующие в получении изображения, калибруются по отношению к повторяемости, пространственной однородности и временной стабильности. Спектральная чувствительность камеры, которая не может быть получена путем прямого измерения, оценивается отношением реакции камеры на спектральный коэффициент отражения набора тщательно отобранных цветных образцов. 

Для получения  соответствия колориметрических и  спектральных представлений, используются два концептуально различных подхода: на основе модели и эмпирическая характеристика. В модельной характеристике, физическая модель, описывающая процесс получения изображения инвертируется, для реконструкции спектрального отражения от записанного камерой сигнала. Априорное знание о гладкой природе спектрального отражения используется с целью представления спектра в виде линейной комбинации различных основных функций. Эмпирическая характеризация устройства является «черным ящиком», при этом игнорируются характеристики системы. Функции характеризации выводятся отношением отклика устройства для набора тестовых цветов к колориметрическим и спектральным измерениям с использованием линейной и полиномиальной регрессии наименьших квадратов. 

После калибровки и характеризации устройства, применяется экспериментальная система сбора изображения для получения микромасштабных изображений полутоновых цветных оттисков. Микромасштабные изображения, относящиеся к изображениям с высоким разрешением сравнительно с разрешением печати, позволяют проводить измерения отдельных растровых точек, а также бумаги между ними. Основное внимание в исследованиях концентрируется на том, как микроотражение растровых точек и бумаги между ними (которые в большинстве моделей принимаются за постоянную величину) варьируется в зависимости от относительной площади точки. Для учета характеристики большего числа растровых точек вычисляются гистограммы отражения, а также 3D гистограммы в цветовом пространстве CIEXYZ. 

Для оценки физической площади точки, разделяющей физическое и оптическое растискивание, описаны и оценены три различных способа. Физическое растискивание оценивается спектральными измерениями отражения, полученными из снимков планшетного сканера и микроскопических изображений отпечатков. 

Первая часть  работы, главы 2, 3 и 4, содержит краткий  теоретический

обзор концепции  и методов, используемых в поставленной задаче. В главе 2 представлен

экскурс в науку  о цвете, в том числе краткое  введение в колориметрию, цветовые

измерения и цветовоспроизведение. Также приведен принцип мультиспектрального воспроизведения. Глава 3 посвящена характеризации устройств, описанию различных

подходов и  терминов, связанных с этой темой. Она также содержит описание метода регрессии по наименьшим квадратам, который используются в следующих главах. Глава 4 содержит краткое введение в полутоновое цветовоспроизведение, вводит понятия цифрового репродуцирования и растискивания, а также включает в себя обзор моделей прогнозирования результатов на полутоновых оттисках.