Патент на изобретение №2335094

(54) СПОСОБ АДАПТИВНОГО РАСТРИРОВАНИЯ ПОЛУТОНОВЫХ ОРИГИНАЛОВ

(57) Реферат:

Изобретение относится к полиграфии, издательской и множительной технике, и в частности к системам воспроизведения изображений. Техническим результатом является улучшение проработки мелких деталей изображения за счет более эффективного использования информации исходного сигнала тона оригинала и разрешающей способности печати. Предложен способ адаптивного растрирования полутонового оригинала, представленный многоуровневыми значениями отражения его участков, заключающийся в том, что оригинал преобразуют в растровую копию, состоящую из темных и светлых (печатных и пробельных) элементов с использованием двух типов весовых значений элементов копии. Первые из них распределены между элементами в порядке, не зависящем от характера изменения тона по участкам оригинала, а во втором – с учетом геометрии его мелких деталей. Элементы копии формируют темными или светлыми по результату сравнения значений отражения участков оригинала с весовыми значениями как первого, так и второго типа. Для улучшения проработки тонких штрихов оригинала повышают степень использования для них вторых весовых значений по сравнению с использованием этих значений для одиночных границ раздела оригинала на темную и светлую области при этом исключают элементы, устанавливаемые темными по первым весовым значениям внутри светлых штрихов, расположенных на темном фоне. 3 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к полиграфии, факсимильной и издательской технике, и в частности к системам воспроизведения изображений, способных создавать лишь два уровня оптического параметра, например оптической плотности, яркости, коэффициента отражения, поглощения или пропускания. Изобретение может быть использовано в полиграфических устройствах ввода/вывода, в цифровых печатных машинах, в компьютерных системах переработки графической информации, факсимильной и множительной аппаратуре. В полиграфической печати, электро- и термографии, матричной и струйной печати, в жидкокристаллических индикаторах и т.п. для передачи гаммы полутонов исходного изображения применяют так называемое растрирование. Оно заключается в изменении относительных площадей, занимаемых на копии запечатанными элементами (растровыми точками) и пробелами, т.е. темными и светлыми элементами. Минимальные размеры устойчиво воспроизводимых растровых точек и пробелов имеют конечное значение, определяемое уровнем шумов системы. Он, в свою очередь, зависит от свойств подложки, на которой воспроизводится изображение, а также от краски, печатной формы, тонера и т.д. С учетом этих конечных размеров частота расположения точек на подложке не может быть принята чрезмерно высокой, так как нужно обеспечить изменение их относительных площадей в достаточных пределах и тем самым необходимое число передаваемых градаций. В то же время недостаточная частота (линиатура) растра ограничивает четкость и резкость изображений, а сами растровые элементы разрушают мелкие детали и контуры изображения.

Для одновременного удовлетворения противоречивых требований улучшения четкости и тонопередачи используют принцип адаптивного растрирования, которое избирательно, с учетом характера отдельных участков изображения, их так называемой детальности изменяет свои свойства, в большей или меньшей мере отвечая тому или другому из этих требований (Кузнецов Ю.В., Узилевский В.А. Электронное растрирование в полиграфии “Книга”, S., 1976). Психовизуальной посылкой адаптивного подхода здесь, также как и в ряде решений оптимального кодирования полутоновых изображений при их передаче по каналам связи, служит известная связь контрастной, пороговой чувствительности зрения с пространственной частотой рисунка или размерами деталей изображения. С уменьшением этих размеров различимость тона и цвета деталей резко снижается, хотя способность зрения обнаруживать сами детали и искажения их геометрии остается относительно высокой. Это обстоятельство успешно используется в цветном телевидении, где для цветоразностных составляющих сигнала изображения используют более узкую полосу пропускания, чем для яркостной компоненты этого сигнала.

Известен способ адаптивного растрирования полутонового оригинала, представленного многоуровневыми отсчетами оптического параметра его участков, имеющих относительно низкую пространственную частоту по авторскому свидетельству СССР 1634119, МКИ H04N, 1990 (патенты-аналоги: US 5229861, МКИ H04N 1/40, 1993; GB 2249910, МКИ H04N 1/40, 1992; DE 4037319 H04N 1/00, 1992). В этом способе соответствующие участкам оригинала участки подложки, на которой должно быть воспроизведено изображение, разбивают на элементы, имеющие относительно высокую пространственную частоту. Каждому элементу участка подложки присваивают одно из весовых значений в соответствии с ортогональными координатами Х и Y этого элемента на участке. Весовые значения нормированы по шкале многоуровневых отсчетов оптического параметра и задаются так, чтобы обеспечить наиболее плавную тонопередачу, причем для всех участков подложки распределение весовых значений по элементам одинаково.

При формировании изображения на каком-либо участке подложки весовое значение каждого элемента сравнивают со значением отсчета оптического параметра участка оригинала, соответствующего формируемому участку подложки. Элемент формируют светлым, если его весовое значение отличается от указанного значения отсчета в одну сторону, и темным, если его весовое значение отличается от указанного значения отсчета в другую сторону.

В этом способе для улучшения качества передачи контуров предусмотрено смещение растровых точек, образованных темными элементами на участках, через которые проходит контур. Точки смещают в сторону более темной части изображения, разделенного контуром, и в тем большей мере, чем выше контраст контура, путем коррекции адресов весовых значений на основе анализа соотношения значений отсчетов участка оригинала, соответствующего формируемому участку подложки, и соседних с ним участков оригинала.

Благодаря смещению печатных элементов указанный выше способ обеспечивает лучшее воспроизведение контуров, но, тем не менее, изображение все же получается размытым, так как состоит из дискретных растровых точек. В то же время относительно высокая пространственная частота элементов участков подложки могла бы позволить лучшую проработку контура, так как в способах описанного типа она на порядок превышает частоту участков. Недостаточное качество воспроизведения контуров в этом способе связано с тем, что размер растровой точки определяется усредненным значением оптического параметра участка, в частности его коэффициента отражения. Размер точек одинаков и для участка оригинала, имеющего равномерный серый тон, и для участка, разделенного контуром и являющегося наполовину светлым и наполовину темным. Одинакова и форма точек, так как распределение весовых значений элементов на всех участках одинаково и выбрано из условия плавной передачи тона в зонах его сравнительно медленного изменения, где порог чувствительности зрения особенно мал. Поэтому минимальной пространственной дискретой, определяющей геометрическую точность передачи контура или мелкой детали, оказывается растровая точка или ее часть, составленные из множества элементов, а не отдельный элемент, размером которого в конечном итоге определяется разрешающая способность выводного устройства и печатного процесса в целом.

Лучше использует разрешающую способность печати и обеспечивает более высокое качество воспроизведения контуров при сохранении плавности тонопередачи, объемов и времени обработки видеосигнала способ по российскому патенту RU 2126598, МКИ H04N 1/40, 1999 (патенты-аналоги: PCT/RU 94/00256, 1995; UK 2300328, 1996; US 5822086, 1998; DE 4498946, 1996).

В одном из вариантов этого способа адаптивного растрирования полутонового оригинала дополнительно определяют наличие или отсутствие контура на участке оригинала, соответствующем данному участку подложки. Если контур присутствует, определяют относительную детальность этого участка и каждому элементу соответствующего участка будущей копии присваивают одно из вторых весовых значений, определенных из условия обеспечения геометрической точности передачи контура. Для участка оригинала, содержащего указанный контур, определяют первое вспомогательное значение S₁=qS и второе вспомогательное значение S₂=(1-q)S, где S – значение отсчета оптического параметра этого участка, q – его относительная детальность. Каждый элемент данного участка подложки формируют темным, если его первое весовое значение превышает первое вспомогательное значение S₁ и/или если его второе весовое значение превышает второе вспомогательное значение S₂, и формируют светлым, если его первое весовое значение не превышает первого вспомогательного значения S₁ и его второе весовое значение не превышает второго вспомогательного значения S₁.

В этом способе роль вторых весовых значений в формировании элементов подложки темными или светлыми возрастает с увеличением детальности содержащего контур участка, а роль первых весовых значений убывает, и наоборот. Учет роли тех или иных весовых значений обеспечивается с помощью вспомогательных значений S₁ и S₂, зависящих от величины относительной детальности. Чем больше детальность участка оригинала, тем большая часть элементов в пределах соответствующего участка подложки формируется темными или светлыми на основании результатов сравнения их вторых весовых значений с величиной S₂, а чем меньше детальность, тем большая часть элементов формируется темными или светлыми на основании результатов сравнения их первых весовых значений с величиной S₁. Благодаря этому удовлетворяются оба требования к растрированию полутонового оригинала – плавность тонопередачи и геометрическая точность передачи контура.

Однако и в этом способе не до конца используются возможности печати в отношении прорисовки тонких штрихов, толщина которых на оригинале меньше ширины зоны многоуровневого отсчета. Как показали исследования данного метода, он воспроизводит такие штрихи с использованием не только вторых, но и предназначенных для стационарной (фоновой) части изображения первых весовых значений, поскольку величина упомянутой выше детальности оказывается для них меньшей единицы. Причина этого в том, что даже для линий полного контраста (черная на белом фоне или белая на черном фоне) значение многоуровневого отсчета не является экстремальным (например, 0 или 255 при восьмиразрядном квантовании оптического параметра) в силу апертурных искажений считывания – усреднения значения тона по площади зоны отсчета.

Поэтому остается актуальным повысить точность воспроизведения мелких деталей и, в частности, тонких штрихов на растровой копии с более полным использованием разрешающей способности печати.

В основу изобретения положена задача создать способ адаптивного растрирования полутонового оригинала, который позволяет повысить точность воспроизведения тонких линий четкость и резкость оттисков за счет более полного использования разрешающей возможности печати в процессе преобразования исходных значений S_A, S_B, S_C, S_D… тона его участков А, В, С, D… в двухуровневые значения темного и светлого элементов а, b, с, d… копии.

Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом способе адаптивного растрирования полутонового оригинала, представленного многоуровневыми отсчетами оптического параметра его участков, имеющих относительно низкую пространственную частоту, участки подложки копии, соответствующие участкам (A, B, C, D, E, F, G, H, I) оригинала, разделяют на элементы, имеющие относительно высокую пространственную частоту. Каждому элементу участков копии присваивают одно из первых весовых значений (P₁), нормированных по шкале многоуровневых отсчетов и определенных в соответствии с условием обеспечения требуемой плавности тонопередачи. Определяют наличие или отсутствие детали (1) на участке (Е) оригинала, соответствующем данному участку копии. При отсутствии детали (1) на указанном участке (Е) оригинала каждый элемент данного участка подложки формируют темным, если его первое весовое значение (P₁) превышает значение S_E отсчета оптического параметра указанного участка (Е) оригинала, и светлым, если первое весовое значение (P₁) этого элемента не превышает значения S_E указанного отсчета. При наличии детали (1) на указанном участке (Е) оригинала присваивают каждому элементу данного участка копии одно из вторых весовых значений (P₂), нормированных по шкале многоуровневых отсчетов и определенных из условия требуемой точности воспроизведения геометрии детали. Определяют для участка (Е) оригинала, содержащего указанную деталь (1), первое S₁ и второе S₂ вспомогательные значения оптического параметра. Каждый элемент соответствующего участка копии формируют темным или светлым по результатам сравнения первого весового значения (Р₁) этого элемента с первым вспомогательным значением S₁ и его второго весового значения (P₂) со вторым вспомогательным значением S₂.

Способ отличается тем, что выявляют наличие на данном участке оригинала детали, представленной одной или двумя границами раздела этого участка на более темную и более светлую области, и при этом для детали, представленной двумя границами раздела, выявляют светлее или темнее область, лежащая между границами, чем внешняя к этим границам область. Далее вспомогательные значения оптического параметра определяют как

S₁=max(S)

и

S₂=S_max*(1-(max(S)-S_E)/max(S)),

где S_max – максимально возможное значение оптического параметра, max(S) – максимальное из значений многоуровневых отсчетов прилежащих участков, если деталь представлена одной границей раздела и значение отсчета оптического параметра S_E участка (Е) оригинала превышает заданный порог, и, если деталь представлена двумя границами, а область, заключенная между границами, светлее внешней по отношению к ним области. При этом формируют каждый элемент соответствующего участка копии темным, если его первое весовое значение (P₁) превышает первое вспомогательное значение S₁ и его второе весовое значение (P₂) превышает второе вспомогательное значение S₂, и формируют элемент светлым в противном случае. Если же деталь представлена одной границей раздела, но значение отсчета S_E указанного участка (Е) оригинала не превышает заданный порог, и в том случае, когда она представлена двумя границами, но область внутри этих границ темнее внешней по отношению к ним области, вспомогательные значения оптического параметра определяют как

S₁=min(S)

и

S₂=S_max*(S_E-min(S))/(S_max-min(S)),

где min(S) – минимальное из значений отсчетов прилежащих участков. При этом формируют каждый элемент соответствующего участка копии темным, если его первое весовое значение (P₁) превышает первое вспомогательное значение S₁ или его второе весовое значение (Р₂) превышает второе вспомогательное значение S₂, и формируют элемент светлым в противном случае.

Присвоение каждому элементу данного участка подложки одного из вторых весовых значений (Р₂) осуществляют путем формирования набора матриц размерностью mxn элементов копии, в каждой из которых располагают весовые значения (P₂) элементов в порядке, соответствующем одной из наперед заданных типовых конфигураций детали оригинала, подлежащей воспроизведению на копии. Далее набор матриц разделяют на два множества, в первое из которых (3) включают матрицы с распределениями их весовых значений, соответствующими деталям, образующим на оригинале одну границу (1) раздела на светлую и темную области, а во второе множество (4) включают матрицы, распределения весовых значений которых соответствуют деталям, образующим на оригинале две такие границы (2). Второе из указанных множеств (4) разделяют на два подмножества, в первое из которых (6) включают матрицы с распределениями их весовых значений, соответствующими наличию между двумя границами раздела области, которая светлее области, лежащей вне этих границ, а во второе подмножество (5) включают матрицы с распределениями их весовых значений, соответствующими наличию между двумя этими границами области, которая темнее, чем внешняя по отношению к этим границам область. Затем выбирают из первого из указанных множеств или из одного из подмножеств второго множества матрицу, в которой распределение весовых значений соответствует геометрии детали воспроизводимого участка оригинала, путем сопоставления значений многоуровневых отсчетов этого и прилежащих к нему участков оригинала. Весовые значения этой матрицы используют в качестве вторых весовых значений (Р₂) при формировании соответствующего участка копии.

Наличие одной (1) или двух (2) границ раздела на воспроизводимом участке оригинала устанавливают по принадлежности выбранной матрицы соответственно к первому или второму из указанных множеств.

Светлее или темнее область, лежащая на воспроизводимом участке оригинала между указанными двумя границами, по отношению к внешней к ним области устанавливают по принадлежности выбранной матрицы соответственно к первому или второму из указанных подмножеств.

Благодаря дополнительному в отношении прототипа действию по выявлению типа детали (одиночная граница раздела воспроизводимого участка на светлую и темную части или тонкий штрих, края которого представляют собой две такие границы) в совокупности с новыми вариантами определения вспомогательных значений S₁ и S₂ оптического параметра предлагаемый способ обеспечивает более точную передачу мелких деталей полутонового оригинала на его растровой копии.

Список иллюстраций

Фиг.1. Прилегающие друг к другу участки (А, В, С,…1) с нанесенными на них одиночной 1 и соответствующей тонкому штриху, двойной (2) границей раздела оригинала на темную и светлую области.

Фиг.2. Матрица первых весовых значений элементов участка копии (а) и участок копии (б), запечатанный темными и светлыми элементами с использованием этих весовых значений для одиночной границы 1.

Фиг.3. Матрица вторых весовых значений (Р₂) элементов участка копии (а) и участок копии (б), запечатанный темными и светлыми элементами с использованием этих весовых значений для одиночной границы 1.

Фиг.4. Воспроизведение одиночной границы 1 раздела оригинала на темную и светлую области с использованием только первых весовых значений (P₁) элементов копии (а); с использованием и первых (Р₁) и вторых (Р₂) весовых значений по известному (б) и предлагаемому (в) способам.

Фиг.5. Тонкий черный (а) и более широкий серый (б) штрихи, которым соответствуют одинаковые значения отсчета отражения, усредненного по участку оригинала; (в) и (г) – копии этих штрихов, получаемые известным и предлагаемыми способами.

Фиг.6. Воспроизведение темного штриха, образуемого двумя границами 2 раздела оригинала на темную и светлую области, с использованием только первых весовых значений (P₁) элементов копии (а); с использованием и первых (P₁) и вторых (P₂) весовых значений по известному (б) и предлагаемому (в) способам.

Фиг.7. Воспроизведение светлого штриха, образуемого двумя границами 2 раздела оригинала на темную и светлую области, с использованием только первых весовых значений (P₁) элементов копии (а); с использованием и первых (P₁) и вторых (P₂) весовых значений по известному (б) и предлагаемому (в) способам.

Фиг.8. Схема, описывающая совокупность действий предлагаемого способа.

Фиг.9. Условные типовые геометрии мелких деталей изображения (а) с их первым множеством 3 и вторым множеством 4, разделенным на подмножества 5 и 6;

матрица вторых весовых значений элементов копии для одной из типовых геометрий (б); участки копии, заполненные темными элементами с использованием значений этой матрицы для трех значений отсчетов участка оригинала (в).

Способ адаптивного растрирования полутонового оригинала согласно изобретению состоит в том, что оригинал изображения разделяют на участки, имеющие, например, квадратную форму и расположенные в ортогональной решетке. Подложку, на которой должна быть получена копия изображения, также разбивают на то же количество участков той же формы и в том же порядке так, что каждому участку подложки соответствует определенный участок оригинала. Девять таких прилегающих друг к другу участков А, В, С,…1, которые можно рассматривать и как участки оригинала, и как участки копии, показаны на фиг.1. Эти участки на копии и на оригинале относительно велики, т.е. имеют относительно низкую пространственную частоту. Участки копии, в свою очередь, разбивают на более мелкие участки, называемые в дальнейшем элементами и имеющие по сравнению с участками высокую пространственную частоту. В качестве примера на фиг.1 показана разбивка центрального Е из девяти участков (имеются в виду участки копии) на 64 элемента, хотя в общем случае число элементов на участке может быть больше или меньше 64. Растрированное изображение на подложке создается путем формирования каждого из ее элементов темным или светлым.

Каждый участок оригинала представлен в исходном цифровом массиве изображения тем или иным из многоуровневых значений оптического параметра. Последним могут служить коэффициент отражения, коэффициент поглощения, коэффициент пропускания, оптическая плотность и т.д.

Шкала квантования этого параметра в цифровом представлении сигнала изображения может насчитывать 64, 128 или 256 уровней соответственно шести-, семи- или восьмиразрядному двоичному коду. Для упрощения рассматриваемых ниже примеров принята шкала из 64 уровней квантования, т.е. отсчеты параметра могут принимать значения от 1 до 64. В этом примере в качестве оптического параметра, многоуровневыми отсчетами которого представлен подлежащий растрированию полутоновый оригинал, принят коэффициент отражения. Если значение отсчета (уровень квантования) пропорционально поглощению, усредненному по зоне отсчета (площади участка оригинала), то этому же значению равно количество элементов соответствующего участка копии, формируемых темными, а количество элементов того же участка, формируемых светлыми, равно 64 за вычетом количества темных элементов. Например, если значение отсчета равно 16, то 16 элементов на участке подложки формируют темными, а остальные 48 элементов этого участка – светлыми. Относительная площадь темных элементов (значение тона – “tone value” по ISO 12647) в этом случае составит 25%.

В общем случае размер шкалы квантования и число элементов, на которые разбиты участки копии, могут не совпадать. Кроме того, даже если в качестве оптического параметра используют коэффициент отражения, то зависимость количества элементов участка, подлежащих формированию темными или светлыми, от значения многоуровневого отсчета соответствующего участка оригинала может оказаться нелинейной в силу специфики взаимодействия красителя с материалом подложки. Однако в любом случае это количество однозначно связано со значением многоуровневого отсчета соответствующего участка оригинала.

Чтобы определить какие именно элементы на участке копии должны быть сформированы светлыми, а какие – темными, используют так называемые весовые значения, наперед присвоенные каждому элементу участка копии. Распределение этих весовых значений в пределах участка может быть одинаковым для всех участков и устанавливается из условия непрерывного, без заметных скачков воспроизведения наибольшего числа градаций тона оригинала. Эти весовые значения, именуемые далее первыми весовыми значениями (Р₁), могут, например, монотонно уменьшаться от центра участка к его периферии или располагаться на участке в случайном порядке. Монотонное распределение первых весовых значений Р₁ по элементам участка представлено матрицей чисел для 8×8 элементов показано на фиг.2а. Заметим, что весовые значения нормированы по принятой для данного примера описания изобретения шкале многоуровневых отсчетов, т.е. лежат в диапазоне от 1 до 64.

Варианты подобного распределения весовых значений по элементам описаны, например, в патенте США 5229867, а операции по определению наличия или отсутствия контура – в патенте США 5822086.

При отсутствии контура на участке оригинала, соответствующем формируемому участку копии, первое весовое значение каждого элемента сравнивают со значением отсчета указанного участка оригинала. Если первое весовое значение (P₁) элемента превышает значение S отсчета коэффициента отражения участка оригинала, соответствующего участку копии, где находится данный элемент, то этот элемент формируют темным, в противном случае его формируют светлым. Если распределение первых весовых значений (P₁) по элементам участка соответствует представленному на фиг.2а, то темные элементы образуют на подложке так называемые растровые точки, площадь которых зависит от тона соответствующих участков оригинала. На фиг.2б для примера показана растровая точка с относительной площадью 50%, сформированная по значению отсчета, равному 32. Темными здесь сформированы все элементы, первые весовые значения которых превышают 32. По завершению формирования элементов на данном участке подложки переходят к обработке ее других участков, используя то же распределение первых весовых значений, но в сочетании с соответствующими этим участкам значениями отсчетов тона оригинала. При этом “окно” отсчетов, образованное, например, девятью участками, как показано на фиг.1, смещают с шагом, кратным размеру участков.

Значение отсчета для каждого участка получают в результате усреднения коэффициента отражения по участку в процессе электрооптического анализа оригинала. Такое усреднение вызывает фильтрацию низких пространственных частот изображения. В результате значение отсчета оказывается одним и тем же для однотонного участка с коэффициентом отражения 0,5 и для участка, посередине которого проходит контур 1 (фиг.1), разделяющий светлое и темное поля оригинала, имеющие, например, предельные («черное» и «белое») значения коэффициента отражения. Таким образом, если при формировании изображения на подложке использовать только первые, выбранные из условия наилучшей тонопередачи весовые значения (Р₁), то растровая точка разрушает контур. Значительная часть точки, как видно на фиг.2б, располагается на той стороне участка подложки, которой соответствует светлое поле оригинала.

Поэтому по обнаружении контура на участке оригинала, соответствующем формируемому участку подложки, каждому элементу этого участка назначают дополнительно одно из вторых весовых значений (Р₂), заданных из условия точного воспроизведения геометрии контура на формируемом изображении. В отличие от первых весовых значений распределение вторых весовых значений по элементам в пределах участка может изменяться от одного участка к другому и определяется положением контура на участке (например, прямолинейный контур может иметь горизонтальное, вертикальное или наклонное в ту или иную сторону положение).

Распределение вторых весовых значений Р₂ элементов участка подложки, соответствующего, например, участку Е на фиг.1, пересекаемому контуром 1 так, что слева от него находится темная зона изображения с минимальным значением коэффициента отражения, а справа – светлая зона с максимальным значением коэффициента отражения, дано на фиг.3а в виде матрицы чисел, назначаемых каждому из элементов участка.

В этом случае, когда контур имеет максимальный контраст, т.е. разделяет зоны, одна из которых имеет максимальное, а другая – минимальное значение отражения, изображение считается штриховым (двухуровневым) и необходимость в описанных выше первых весовых значениях практически отпадает. Значение многоуровневого отсчета содержащего контур участка оригинала сравнивают со вторыми весовыми значениями элементов соответствующего участка подложки, и те элементы, весовые значения которых больше значения отсчета, формируют темными, а элементы, весовые значения которых не превышают значения отсчета, формируют светлыми. В рассматриваемом примере, когда половина участка Е оригинала находится на светлом поле, а другая половина – на темном, значение коэффициента отражения этого участка равно 32, и темными формируют те элементы участка подложки, весовые значения которых больше 32. В этом случае, как показано на фиг.3б, контур воспроизводится наиболее точно. При этом полностью используется разрешающая способность формного и печатного процессов, составляющая, например, 100 линий на миллиметр.

Получение копии с использованием только первых и с использованием только вторых весовых значений каждое по отдельности наилучшим образом отвечают в первом случае требованию достоверной тонопередачи, а во втором случае требованию геометрической точности передачи контуров и мелких деталей. Однако на реальном полутоновом оригинале встречаются самые разнообразные контуры. Это могут быть как резкие контуры неполного контраста, так и контуры максимального контраста, имеющие разную степень размытости зоны перехода от светлой к темной части. Во многих случаях контраст и степень размытости могут плавно изменяются по протяженности контура. Поэтому формирование изображения с использованием только вторых весовых значений, обеспечивающее во всех случаях предельные резкость и контраст контура на копии, делает репродукцию недостоверной. Резкая смена режима формирования элементов с использованием вторых весовых значений на режим формирования с использованием первых весовых значений может вызвать заметную зашумленность изображения вследствие скачкообразного изменения геометрии формируемых участков.

Для того чтобы при воспроизведении изображения, имеющего контуры различного характера, удовлетворить как требованию плавной тонопередачи, так и требованию геометрической точности передачи контура, один из вариантов способа по упомянутому по российскому патенту предусматривает разделение значения S многоуровневого отсчета участка оригинала, соответствующего формируемому участку копии, на два вспомогательных значения S₁ и S₂ в соответствии с выражениями

где q – относительная детальность участка, оцениваемая, например, как отношение максимального модуля разности значений отсчетов оптического параметра участков, смежных этому участку, к максимальному возможному значению отсчета S_max. Затем первое весовое значение P₁ каждого элемента формируемого участка сравнивают с величиной S₁, а второе весовое значение Р₂ этого элемента – с величиной S₂. Элемент формируют темным, если его первое весовое значение P₁ больше величины S₁ и/или его второе весовое значение Р₂ больше величины S₂. Если первое весовое значение P₁ элемента не превышает величины S₁, а второе весовое значение P₂ не превышает величины S₂, элемент формируют светлым.

На фиг.4а представлено воспроизведение контура максимальной резкости и среднего контраста с использованием только первых весовых значений, а на фиг.4b – воспроизведение того же контура с использованием и первых и вторых весовых значений. Значения отсчета оптического параметра участка А, целиком находящегося на более темном поле, слева от контура 1, равно 48, а значения отсчетов оптического параметра участков F, I и Н, целиком находящихся на более светлом поле, справа от контура 1, равны 16. Этим значениям на подложке соответствуют растровые точки с относительной площадью 75 и 25%, образуемые 48 и 16 темными элементами соответственно.

Как следует из фиг.4а, многоуровневые значения отсчетов коэффициентов поглощения участков В, С, D, Е, и G, пересекаемых контуром 1, составляют соответственно 40, 24, 40, 24 и 24. В соответствии с этими значениями отсчетов на соответствующих участках подложки темными должны быть сформированы 40, 24, 40, 24 и 24 элементов. Для каждого из участков В, С, D, Е, и G имеется пара прилежащих к нему участков, один из которых целиком находится на более темной части изображения (т.е. имеет значение отсчета, равное 48), а другой – целиком на более светлой части изображения (значение отсчета равно 16). Например, для участка Е такую пару образуют участки А (темный) и I (светлый), а для участка D такой парой будут участок А (темный) и Н (светлый). Относительная детальность q любого из названных участков, пересекаемых контуром 1, равна q=(48-16)/64=0,5. Таким образом, для участка Е, значение которого составляет 24, в соответствии с выражением (1) имеем S₁=S₂=12.

На фиг.4б элементы, сформированные темными на основании сравнения первых весовых значений P₁ с величиной S₁, заштрихованы в одном направлении, а элементы, сформированные темными на основании результатов сравнения вторых весовых значений Р₂ с величиной S₂, заштрихованы в обоих направлениях.

При сравнении фиг.4а и фиг.4б видно, что на фиг.4б расположение темных элементов на участках В, С, D, Е, и G в большей степени соответствует геометрии контура 1. В то же время на фиг.4б на указанных участках некоторые элементы справа от контура сформированы темными, а некоторые элементы слева от контура – светлыми, что соответствует не полному на оригинале контрасту воспроизводимой границы. И тем не менее при удовлетворительном воспроизведении (как в рассмотренном примере) одиночной границы раздела участка оригинала на темную и светлую части определение вспомогательных значений S₁ и S₂ по выражению (1) согласно упомянутому патенту не позволяет столь же точно передать на копии тонкий штрих. Такому штриху 2, как видно из фиг.5 (а) и (б), присущи две такие границы. Сам штрих может иметь на оригинале предельный коэффициент отражения, т.е. быть белым на черном фоне или наоборот. Поэтому для его наиболее точной передачи на копии необходимо было бы использовать лишь вторые весовые значения Р₂.

Но поскольку в данном случае многоуровневый отсчет S_E воспроизводимого участка оригинала имеет не предельное (в рассматриваемом примере 1 или 64), а лишь некоторое промежуточное, усредненное по зоне отсчета значение, детальность q оказывается меньшей единицы. Следовательно, такой штрих воспроизводится по указанному патенту с использованием не только вторых, но и первых весовых значений. Для участка Е это иллюстрирует фиг.5в, где элементы копии, устанавливаемые темными по первым весовым значениям, оказались в стороне от штриха.

Использование лишь вторых весовых значений целесообразно и для «серых» тонких штрихов, т.е. штрихов, характеризующихся на оригинале некоторым промежуточным коэффициентом отражения. Такой штрих условно представлен на фиг.5б. Если, в частном (для наглядности примера) случае, этому штриху соответствует такое же значение отсчета S_E, как и более тонкому, но черному штриху фиг.5а, то на копии оба штриха будут переданы одинаково, т.е. как показано на фиг.5б. Как показали наши исследования, для штрихов с шириной менее десятых долей миллиметра (в масштабе реальных оттисков современной иллюстрационной печати) изменение их толщины, компенсируемое на копии соответствующим изменением их тона, вполне приемлемо в силу уже упоминавшихся выше особенностей зрительного восприятия. В то же время более критичным для наблюдателя оказывается разрушение штрихов оригинала печатными элементами оттиска, формируемыми темными с частичным, по упомянутому патенту, использованием первых весовых значений и группирующихся на копии или вокруг центров регулярной растровой решетки или располагаемых на ней в случайном порядке в так называемых стохастических (непериодических) растровых структурах. Поэтому передача таких штрихов с использованием лишь вторых весовых значений, как показано на фиг.5г, оказывается более достоверной. Здесь же необходимо напомнить, что края более широких штрихов и стороны более широких углов, целиком перекрывающих зону отсчета, воспроизводятся по упомянутому и предлагаемому способам как одиночные контуры 1 в описанном выше примере.

Модели воспроизведения темного штриха на более светлом фоне и светлого штриха на более темном фоне представлены соответственно на фиг.6 и 7. В этих примерах минимальное и максимальное значения коэффициента отражения в пределах представленной группы участков оригинала составляют 25 и 75%.

На фиг.6а представлена модель воспроизведения тонкого штриха, образуемого 2 границами раздела изображения на светлую и темную области. Внутренняя часть штриха имеет коэффициент отражения 25%, а внешняя – 75%. Поэтому отсчеты для участков В, Е и Н, через которые проходит штрих, имеют в силу усреднения отражения по площади участка при считывании оригинала некоторые промежуточные значения между 12 и 48. Эти значения изменяются с изменением толщины штриха и составляют соответственно 32, 28 и 24. Общее количество элементов, формируемых темными на соответствующих участках копии, равно 32, 28 и 24.

Поскольку в представленном примере, в отличие от проиллюстрированного на фиг.4, нет отсчетов, имеющих значения и 12 и 48, то коэффициент детальности q, вычисленный для участка Е по формуле (1), оказывается равным лишь 0,25, а не 0,5, хотя и в том и в другом случае контраст детали составляет на оригинале 0.5. Таким образом, для участка Е копии по вторым весовым значениям Р₂ оказываются сформированными лишь 7 элементов, показанных на фиг.6б двойной штриховкой. Использование этих весовых значений в известном способе и далее снижается по мере уменьшения толщины штриха.

Еще менее достоверно прорабатывается по известному способу светлый штрих на темном фоне, как показано на фиг.7б, где, несмотря на ту же степень использования вторых весовых значений, что и для рассмотренного выше случая темного штриха, его центральная часть остается закрытой темными элементами.

Для повышения достоверности воспроизведения тонких графических элементов полутонового оригинала на его растровой копии в данном изобретении предлагается при наличии детали на воспроизводимом участке (Е) оригинала установить представлена ли деталь на данном участке одной или двумя границами раздела этого участка на более темную и более светлую области. Или, другими словами, определить является ли она одиночным контуром 1 или тонким штрихом, характеризующимся двумя границами раздела 2 в пределах участка. Один из вариантов способа такого определения будет рассмотрен ниже.

В том случае, когда воспроизводимая на копии деталь представлена в зоне отсчета оригинала двумя границами раздела на более темную и более светлую области, т.е. оказывается тонким штрихом, в соответствии с предлагаемым изобретением определяют: является ли область, находящаяся внутри этих двух границ, светлее или темнее внешней по отношению к этим границам области. Другими словами, устанавливают: является ли воспроизводимый штрих оригинала светлым, т.е. окруженным более темным фоном, или темным на более светлом фоне. Один из способов такой идентификации или определения «полярности» штриха будет также описан далее.

Если деталь представлена как одиночный контур 1, а значение S_E отсчета указанного участка (Е) оригинала превышает заданный порог, и в том случае, когда деталь является тонким светлым штрихом, вспомогательные значения оптического параметра согласно данному изобретению предлагается определять как

где S_max – максимально возможное значение оптического параметра, max(S) – максимальное из значений отсчетов прилежащих участков (А, В, С, D, F, G, Н, I).

В этих условиях каждый элемент соответствующего участка подложки формируют окрашенным в первый тон, если и его первое весовое значение (P₁) превышает первое вспомогательное значение S₁, и его второе весовое значение (Р₂) превышает второе вспомогательное значение S₂, и окрашенным во второй тон в противном случае.

Если же деталь представлена как одиночный контур 1, но значение S_E отсчета указанного участка (Е) оригинала не превышает заданный порог, и в том случае, когда деталь является тонким темным штрихом, вспомогательные значения оптического параметра предлагается определять как

где min(S) – минимальное из значений отсчетов прилежащих участков (А, В, С, D, F, G, Н, I).

В этих обстоятельствах каждый элемент соответствующего участка подложки формируют окрашенным в первый тон, или, если его первое весовое значение (Р₁) превышает первое вспомогательное значение S₁, или, если его второе весовое значение (Р₂) превышает второе вспомогательное значение S₂, и окрашенным во второй тон в противном случае.

Логическая иллюстрация совокупности указанных выше действий над значениями S отсчетов участков оригинала и весовыми значениями Р элементов участков копии представлена на фиг.8.

Преимущества определения вспомогательных значений S₁ и S₂ предлагаемым способом в соответствии с выражениями (2) и (3) и формирования элементов темными и светлыми по указанным выше условиям показаны ниже на примерах, иллюстрируемых фиг.4в, 6в и 7в.

В соответствии с выражением (3) вспомогательное значение S₂ для отсчета, соответствующего участку (Е) оригинала, оказывается равным S₂=64(28-16)/(64-16)=16, а не 7, как в известном способе. Таким образом, благодаря предлагаемому приему определения S₂ степень использования вторых весовых значений Р₂ оказывается большей (фиг.6в), чем в известном способе (фиг.6б). Значение S₂ в этом случае оказывается выше, т.к. не зависит от тона участка, содержащего деталь, а зависит от тона внешней, фоновой области (участки А, D, G, С, F и I), и геометрическая точность воспроизведения детали повышается.

Для представленного на фиг.7 аналогичного по геометрии случая, однако противоположного по соотношению тона внутренней и внешней области штриха, значения S₂ для участка (Е) определяют по выражению (2). При этом S₂ оказывается равно S₂=64(1-(48-36)/48)=48. Поскольку воспроизводимый штрих является светлым (внутренняя область светлее внешней), то для формирования элементов копии темными необходимо одновременное выполнение условий: S₁>P₁ и S₂>Р₂. Значение S₂, равное 48, гарантированно приводит к тому, что 16, т.е. (64-48), элементов на участке будут сформированы светлыми, а выбранная геометрия распределения вторых весовых значений обеспечивает расположение этих светлых элементов (выделены жирной линией на фиг.7в) во внутренней области штриха.

Положительное влияние условия, при котором в случае превышения значением отсчета участка с одиночной границей порогового значения, например, 50% граница также формируется с помощью светлых элементов, показано на фиг.4в. Если на фиг.4б часть темных элементов на участках (Е) и (G) оказалась с противоположной от границы, светлой стороны, то те же элементы, выделенные жирной линией на фиг.4в, сформированы светлыми.

Вторые весовые значения могут быть назначены элементам участка копии путем формирования набора матриц с такими значениями, имеющих размерность m×n элементов. Геометрии распределения этих значений условно показаны на фиг.9а. На фиг.9б представлена одна из таких матриц размерностью 8×8 элементов, чтобы показать, что весовые значения располагают в каждой из матриц в порядке, соответствующем одной из наперед заданных типовых конфигураций детали оригинала, подлежащей воспроизведению на копии. На фиг.9в показаны, для примера, три участка копии, заполненных темными элементами с использованием весовых значений матрицы фиг.9б по значениям отсчетов оригинала 48, 28 и 15.

Этот набор матриц разделяют на два множества, в первое из которых 3 включают матрицы с распределением их весовых значений, соответствующим детали, образующей одну границу раздела на более светлую и более темную области. Во второе множество 4 включают матрицы, распределение весовых значений которых соответствует детали, образующей на участке две такие границы. Это второе множество разделяют на два подмножества, в первое из которых 5 включают матрицы с распределением их весовых значений, соответствующим наличию между двумя границами раздела области, которая светлее области, лежащей вне этих границ. Во второе подмножество 6 включают матрицы с распределением их вторых весовых значений, соответствующим наличию между двумя этими границами области, которая темнее, чем внешняя по отношению к этим границам область.

Для того чтобы установить относится геометрия детали на воспроизводимом участке оригинала к первому 3 или второму 4 из указанных множеств, а в последнем случае соответствует ли эта геометрия предусмотренной для первого 5 или второго 6 из указанных подмножеств, могут быть применены различные способы, используемые в технике обработки изображений. В основе всех этих способов лежит достаточно жесткая (в отношении целей данного изобретения) корреляция геометрии детали на воспроизводимом участке оригинала с соотношениями значений оптического параметра этого и окрестного ему участков.

Отнесение искомой матрицы к первому или второму из указанных множеств может быть, в частности, осуществлено через таблицу, в одной из граф которой указан номер множества, а во второй графе этому номеру сопоставлены соотношения (больше, меньше) между значениями в тех и иных парах или совокупностях данного и окрестных отсчетов.

Аналогичными методами может быть осуществлена идентификация соответствия геометрии детали оригинала первому или второму из указанных подмножеств весовых значений.

Отнести деталь оригинала к наиболее близкому по геометрии распределению весовых значений внутри первого множества и первого или второго из подмножеств матриц можно путем осуществления последовательности логических операций сопоставления соотношений значений отсчетов в «окне». Это же может быть сделано также уже упомянутым выше табличным способом.1

После выбора конкретной матрицы ее весовые значения используют в данном изобретении в качестве вторых весовых значений для формирования элементов копии темными или светлыми по описанному выше способу. При этом наличие одной или двух границ раздела на воспроизводимом участке оригинала, а также светлее или темнее область, лежащая на воспризводимом участке оригинала между указанными двумя границами, по отношению к внешней к ним области устанавливают по принадлежности выбранной матрицы соответственно к первому или второму множеству и первому или второму из указанных подмножеств.

Таким образом, предлагаемая совокупность действий над значениями отсчетов оптического параметра участков полутонового оригинала и весовыми значениями элементов соответствующих участков копии позволяют сформировать эти элементы на подложке копии темными и светлыми с обеспечением более высокой, чем в известных способах, графической точностью воспроизведения контуров и тонких штрихов изображения.

Формула изобретения

1. Способ адаптивного растрирования полутонового оригинала, представленного многоуровневыми отсчетами оптического параметра его участков, имеющих относительно низкую пространственную частоту, на подложке, включающий: разделение участков подложки копии, соответствующих участкам оригинала, на элементы, имеющие относительно высокую пространственную частоту, присвоение каждому элементу участков копии одного из первых весовых значений, нормированных по шкале многоуровневых отсчетов и определенных в соответствии с условием обеспечения требуемой плавности тонопередачи, определение наличия или отсутствия детали на участке оригинала, соответствующем данному участку копии, при отсутствии детали на участке оригинала формирование каждого элемента данного участка копии темным, если его первое весовое значение превышает значение S_E отсчета оптического параметра указанного участка оригинала, и светлым, если первое весовое значение этого элемента не превышает значения S_E указанного отсчета, а при наличии детали на указанном участке оригинала присвоение каждому элементу данного участка копии одного из вторых весовых значений, нормированных по шкале многоуровневых отсчетов и определенных из условия требуемой точности воспроизведения геометрии детали, определение для участка оригинала, содержащего указанную деталь, первого S₁ и второго S₂ вспомогательных значений оптического параметра и формирование каждого элемента соответствующего участка копии темным или светлым по результатам сравнения первого весового значения этого элемента с первым вспомогательным значением S₁ и его второго весового значения со вторым вспомогательным значением S₂, отличающийся тем, что выявляют наличие на данном участке оригинала детали, представленной одной или двумя границами раздела этого участка на более темную и более светлую области и при этом для детали, представленной двумя границами раздела, выявляют светлее или темнее область, лежащая между границами, чем внешняя к этим границам область, вспомогательные значения оптического параметра определяют как S₁=max(S) и S₂=S_max·(1-(max(S)-S_E)/max(S)), где S_max – максимально возможное значение оптического параметра, max(S) – максимальное из значений многоуровневых отсчетов прилежащих участков, если деталь представлена одной границей раздела и значение отсчета оптического параметра S_E участка оригинала превышает заданный порог, и, если деталь представлена двумя границами, а область, заключенная между границами, светлее внешней по отношению к ним области, и формируют каждый элемент соответствующего участка копии темным, если его первое весовое значение превышает первое вспомогательное значение S₁ и его второе весовое значение превышает второе вспомогательное значение S₂, и формируют элемент светлым в противном случае, если же деталь представлена одной границей раздела, но значение отсчета S_E указанного участка оригинала не превышает заданный порог, и в том случае, когда она представлена двумя границами, но область внутри этих границ темнее внешней по отношению к ним области, вспомогательные значения оптического параметра определяют как S₁=min(S) и S₂=S_max·(s_e-min(S))/(S_max-min(S)), где min(S) – минимальное из значений отсчетов прилежащих участков, и формируют каждый элемент соответствующего участка копии темным, если его первое весовое значение превышает первое вспомогательное значение S₁ или его второе весовое значение превышает второе вспомогательное значение S₂, и формируют элемент светлым в противном случае.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что присвоение каждому элементу данного участка копии одного из вторых весовых значений осуществляют путем формирования набора матриц размерностью m×n элементов копии, в каждой из которых располагают весовые значения элементов в порядке, соответствующем одной из наперед заданных типовых конфигураций детали оригинала, подлежащей воспроизведению на копии, далее набор матриц разделяют на два множества, в первое из которых включают матрицы с распределениями их весовых значений, соответствующими деталям, образующим на оригинале одну границу раздела на светлую и темную области, а во второе множество включают матрицы, распределения весовых значений которых соответствуют деталям, образующим две такие границы, второе из указанных множеств разделяют на два подмножества, в первое из которых включают матрицы с распределениями их весовых значений. соответствующими наличию между двумя границами раздела области, которая светлее области, лежащей вне этих границ, а во второе подмножество включают матрицы с распределениями их весовых значений, соответствующими наличию между двумя этими границами области, которая темнее, чем внешняя по отношению к этим границам область, после чего выбирают из первого из указанных множеств или из одного из подмножеств второго множества матрицу, в которой распределение весовых значений соответствует геометрии детали воспроизводимого участка оригинала, путем сопоставления значений многоуровневых отсчетов этого и прилежащих к нему участков оригинала и используют весовые значения этой матрицы в качестве вторых весовых значений при формировании соответствующего участка копии.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что устанавливают наличие одной или двух границ раздела на воспроизводимом участке оригинала по принадлежности выбранной матрицы соответственно к первому или второму из указанных множеств.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что светлее или темнее область, лежащая на воспроизводимом участке оригинала между указанными двумя границами, по отношению к внешней к ним области устанавливают по принадлежности выбранной матрицы соответственно к первому или второму из указанных подмножеств.

РИСУНКИ