CC BY
48
УДК 778.1; 655.001
Р.С. Череватый, канд. техн. наук, доц., (4872) 35-24-93, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)
АНАЛИЗ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОСТИ ЦВЕТОВОЙ МОДЕЛИ В ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОМ КОМПЛЕКСЕ
Рассмотрено влияние нарушения синхронизации каналов в разных цветовых пространствах на цветопередачу и цветовой контраст изображения по отношению к исходному изображению при восстановлении полноцветного изображения из многокадровой модели совмещением цветовых плоскостей.
Ключевые слова: магнитно-импульсная штамповка, электромагнитная штамповка, плоская штамповка, индуктор, обработка металлов давлением, импульс, давление поля.
Документы, представляющие некоторый носитель с нанесенной на них информацией, имеют важное значение для всех структур общества, начиная от межгосударственных организаций и кончая мелкими коммерческими фирмами, семьями и отдельными гражданами. Частичная или полная утрата документированной информации, ее несанкционированное изменение приводят к невосполнимым потерям как финансового, так и юридического характера. Одним из носителей, обеспечивающих длительное хранение документированной информации, является микрофильм, представляющий собой фотопленку с изображением документа.
Микрофильм как носитель информации обладает следующими достоинствами:
кодирование документа сводится к уменьшению геометрических размеров изображения;
для хранения микрофильма не требуется значительных производственных площадей;
климатические условия при хранении микрофильмов могут быть менее жесткими, чем при хранении бумаги и электронных носителей;
для нанесения информации на микрофильм не требуется сложного оборудования;
геометрические размеры и оптические свойства микрофильма жестко регламентированы, что делает возможным применение его в качестве носителя в автоматизированных информационно-поисковых системах;
в процессе хранения информации в нее не могут быть внесены несанкционированные изменения;
при использовании микрофильма не требуется параллельного хранения специализированных технических средств доступа и соответствующего программного обеспечения.
Традиционные технологии микрофильмирования ориентированы на хранение текстовой и чертёжно-графической документации. Изображения
подобных документов являются черно-белыми и хорошо переносятся на высококонтрастные светочувствительные материалы, применяемые в микрофильмировании, поскольку передачи промежуточных градаций серого тона здесь обычно не требуется. Вместе с этим, к настоящему времени в архивах накоплен значительный по объёму фонд документов, в которых часть информации передается с кодированием цветом (цветной документацией) и которые требуют долговременного хранения с сохранением именно цветового кодирования (топографические карты, схемы и планы с нанесенной цветовой разметкой, документация, содержащая цветные иллюстрации, графики, диаграммы и т.п.).
В то же время технологический процесс подготовки микрофильма к гарантированному длительному хранению ориентирован на черно-белые оригиналы, жестко регламентирован и слабо поддается модификациям. Поэтому в настоящее время существует проблема, заключающаяся в отсутствии промышленной технологии микрофильмирования цветной документации, близкой к стандартному технологическому процессу микрофильмирования черно-белых документов и обеспечивающей сопоставимые с черно-белыми микрофильмами сроки хранения.
Таким образом, наличие потребности в создании страхового фонда цветной документации и отсутствие простых и надежных информационно-измерительных систем, реализующих технологический процесс микрофильмирования цветных документов, делают задачу проведения исследований по разработке методов их проектирования весьма актуальной.
Существующие технологии аналогового цветного микрофильмирования с использованием цветных светочувствительных материалов проигрывают традиционным чёрно-белым по целому ряду показателей, и, прежде всего, по стоимости используемых материалов и процесса химико-фотографической обработки в целом, а также по длительности гарантированного хранения информации.
Вариант аналогового микрофильмирования цветных оригиналов с использованием чёрно-белых светочувствительных материалов и оптическим цветоделением отличается сложностью подбора параметров экспонирования и химико-фотографической обработки, обеспечивающих полутоновое черно-белое изображение, а следовательно, корректную цветопередачу оттенков.
В качестве альтернативного подхода к решению указанной задачи используются гибридные технологии аналого-цифрового микрофильмирования, в которых изображение документа с помощью измерительно-информационного комплекса предварительно преобразуется в цифровую форму, обрабатывается средствами цифровой вычислительной техники, и лишь затем выводится на микрофильм с использованием СОМ-системы. Если на этапе существования изображения документа в форме цифровой модели информацию о цвете удастся закодировать яркостным сигналом, то
в качестве долговременного носителя изображения такого документа можно будет использовать традиционные чёрно-белые светочувствительные материалы. Это приводит к необходимости разработки математического и алгоритмического обеспечения, реализующего адекватные преобразования моделей изображений при их выводе на микрофильм и считывании с него.
Таким образом, использование чёрно-белых светочувствительных материалов в задачах микрофильмирования документации с цветовым кодированием информации требует решения научно-технических задач: цветоделения исходного изображения документа; растеризации полутоновых изображений цветовых плоскостей для вывода на микрофильм;
фильтрации изображений отдельных цветовых плоскостей; совмещения цветовых плоскостей в единое цветное изображение; цветовой коррекции восстановленного изображения. На практике количество цветовых составляющих ограничивают обычно тремя, выбирая в качестве первичных цветов красный, зелёный и синий (цветовая модель RGB).
Модуль формирования служебной информации может вносить в изображение дополнительную информацию, упрощающую процесс последующего восстановления цветного изображения с цветоделённой копии (метки-реперы для совмещения цветовых плоскостей, тип плоскости и т. п.).
Однако даже применение меток для совмещения цветовых плоскостей при восстановлении цветного изображения из многокадровой модели цветоделённого изображения в цветовой модели RGB не позволяет точно совместить цветовые плоскости в единое цветное восстановленное изображение с правильной цветопередачей по отношению к исходному изображению.
Это связано с тем, что в информационно-измерительном комплексе гибридного микрофильмирования пространственный сигнал, содержащийся изначально на цветном документе в виде изображения, последовательно проходит ряд преобразований, связанных со сменой материального носителя сигнала. Каждое из преобразований обусловлено типами респондентов, участвующих в обмене информацией и может рассматриваться как своеобразный канал передачи данных.
Естественно, что каждый этап преобразований связан с потерями данных, которые в комплексе приводят к следующим явлениям: изменению общего контраста изображения; изменению цветового контраста; искажению цвета;
появлению ореола на границах темного и светлого участков. Комплекс микрофильмирования цветной документации должен включать в себя модули, приведенные на рис. 1. Сканер документов пред-
назначен для формирования цифровой модели изображения документа-оригинала, представляющей собой числовую матрицу, элементы которой характеризуют яркость и цветовой тон соответствующих точек изображения. Фактически такой сканер выполняет также первичное цветоделение оптического изображения, формируя несколько монохромных цветовых плоскостей, яркости точек которых соответствуют интенсивностям цветовых составляющих отдельных пикселей.
—► Тиражирование —>- Передача по каналам связи —Цифровая обработка —»- Распознавание текста —*■ Векторизация изображений
Рис. 1. Процесс формирования микрофильма
Выбор цветового пространства является неоднозначной процедурой, и с точки зрения дальнейших преобразований информации система RGB не обязательно оказывается наилучшей [1, 2, 3].
Например, при кодировании цвета в виде триады «цветовой тон-насыщенность-яркость» (система HSV), яркостная составляющая, представляющая собой полноценную монохромную версию изображения, может использоваться отдельно от остальных в тех случаях, когда наличие цвета не критично (быстрый поиск документа, предварительный просмотр и т.п.). При использовании системы RGB для решения аналогичных задач пришлось бы считывать все три цветовые составляющие. С другой стороны, деление на большее количество цветовых плоскостей может повысить результирующее качество восстановленного цветного изображения по сравнению с традиционной системой RGB.
При цветоделении изображения, содержащего большой объем контуров и текста, а также выводе цветоделенных каналов на черно-белую пленку и последующем обратном процессе, деление на 4 канала (CMYK), a не на 3 (RGB) дает в итоге более высокое качество передачи контуров и цвета изображения.
При воспроизведении изображения тремя цветными каналами текст и контурные элементы генерируются информацией из трех же каналов.
408
Если хотя бы один из них будет смещен или искажен по всему полю изображения или даже в определенном его фрагменте, потери в зоне основного информационного содержания будут более значительны, чем при использовании 4 каналов, так как четвертый канал (К) выполняет ключевую роль в построении изображения. В результате после конвертации в CMYK даже один-единственный канал черного (К) будет содержать основную информацию изображения (символы, подписи, контуры, абрисы объектов).
Канал Black в большинстве случаев содержит большее количество информации, чем остальные 3 канала (исключение - живописные изображения), в противовес модели RGB, где все каналы несут примерно равный объем информации, позволяя сохранять контуры и текст в лучшем качестве.
Относительно цветопередачи цветоделенного изображения даже потеря 1/3 информации (в одном из каналов RGB) более критична, чем потеря 1/4 информации (CMYK), а искажение ахроматической компоненты в CMYK будет меньшим, чем при цветоделении в RGB, притом искажение цвета в RGB больше, чем в CMYK. Однако при микрофильмировании цветных оригиналов с использованием чёрно-белых светочувствительных материалов и цветоделением изображения в CMYK возникает проблема, заключающаяся в необходимости записи четырех монохромных составляющих цветоделенного изображения (цветовое пространство CMYK) вместо трех (RGB), что нерационально, так как увеличивается площадь записи одного изображения на микрофильм и увеличивается трудоемкость при сборке цветоделенного изображения.
В отличие от цветовых пространств RGB или CMYK, которые являются набором аппаратных данных для воспроизведения цвета на бумаге или на экране монитора (цвет может зависеть от множества различных факторов), Lab однозначно определяет цвет. Lab нашел широкое применение в программном обеспечении для обработки изображений в качестве промежуточного цветового пространства, через которое происходит конвертирование данных между другими цветовыми пространствами. Благодаря характеру определения цвета в Lab возможно отдельно воздействовать на яркость, контраст изображения и на его цвет. Это позволяет ускорить обработку изображений, Lab предоставляет возможность избирательного воздействия на отдельные цвета в изображении, усиления цветового контраста, также очень важными являются возможности, которые Lab предоставляет для борьбы с шумом на изображении, кроме того, пространство Lab более удобно для цветокоррекции, чем похожее на него пространство HSB [4, 5].
Каналы в цветовом пространстве Lab не нуждаются в точном совмещении [5], что имеет важное значение в связи с тем, что при гибридном микрофильмировании данные о цвете, содержащиеся изначально в документе, последовательно проходят ряд преобразований, связанных со сме-
ной материального носителя сигнала, приводящих к несовпадению каналов и, следовательно, к неправильной цветопередаче. В RGB это невозможно, так как все три канала несут данные о цвете и образуют единую группу.
На рис. 2 представлено оригинальное изображение, подвергавшееся рассинхронизации каналов в RGB- и Lab-версии пространства.
Рис. 2. Оригинальное изображение
На рис. 3 и 4 представлено оригинальное изображение с принудительно нарушенной синхронизацией каналов в RGB- и Lab-версии соответственно, три канала смещены относительно друг друга на 10 пикселей (красный канал в RGB-версии файла сдвинут вниз и вправо, а синий - влево; в Lab -версии файла канал a сдвинут вниз и вправо, а канал b - влево).
Рис. 3. Изображение с нарушенной синхронизацией каналов RGB
410
Рис. 4. Изображение с нарушенной синхронизацией каналов
в Lab -версии
В результате несовмещения трех каналов, каждый из которых участвует в формировании деталей, изображение на рис. 3 стало нерезким, произошло искажение цвета, образовался ореол на границах темного и светлого участков, появились какие-то другие формы и контуры. На рис. 4 пострадал красноватый цвет, поскольку нарушилось совмещение каналов А и В, но в остальном картинка выглядит вполне приемлемо.
Таким образом, нарушение синхронизации каналов в LAB-версии не требует такого точного совмещения каналов при восстановлении полноцветного изображения, как в других цветовых пространствах, а применение цветовой модели LAB более предпочтительно при восстановлении цветного изображения из многокадровой модели цветоделённого изображения совмещением цветовых плоскостей и позволяет получить цветное восстановленное изображение с более правильной цветопередачей по отношению к исходному изображению при прочих равных условиях на каждом этапе преобразований, связанных с потерями данных, приводящих к изменению общего и цветового контраста изображения, к искажению цвета и появлению ореола на границах темного и светлого участков, а также позволяет минимизировать затраты и ускорить работу.
Список литературы
1. Иванов Р.Н. Репрография. М.: Экономика, 1986. 335 с.
2. Кузьмин И.В., Кедрус В.А. Основы теории информации и кодирования. Киев: Вища школа, 1986. 360 с.
3. Мамиконов А.Г., Кульба В.В. Синтез оптимальных систем обработки данных. М.: Наука, 1986. 280 с.
4. Дэн Маргулис Photoshop для профессионалов. Классическое руководство по цветокоррекции. М.: Интерсофтмарк, 2003. 464 с.
5. Дэн Маргулис Photoshop LAB Color. Загадка каньона и другие приключения в самом мощном цветовом пространстве М.: Интелбук, 2006. 450 с.
R.S. Cherevatyy
THE ASSAYING OF PREFERENCE OF THE COLOR SAMPLE PIECE IN THE INFORMATIONAL-MEASURING COMPLEX
Agency of lock-out of channels in different colour spaces on a colour rendition and a map colour contrast in relation to a source image is considered, at recovery completely colour maps from a multiframe model by combination of colour planes.
Key words: magnetic-pulsing pressure forming, electromagnetic pressure forming, plane pressure forming, a Ruhmkorff coil, plastic metal working, an impulse, pressure of the field.
Получено 14.12.11
