CC BY
51
2005
НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА серия Информатика. Прикладная математика
№ 92(10)
УДК 681.617.618
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ СКАНИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ
А.А. ГОРБАЧЕВ, Ю.Н. САМАРИН
Статья представлена доктором технических наук, профессором Соломенцевым В.В.
На основе экспериментальных исследований предложена методика определения производительности сканеров барабанного и планшетного типа.
Быстрое развитие компьютерных технологий очень сильно изменило допечатную стадию подготовки полиграфической продукции. Теперь оригинал-макет полностью готовится при помощи компьютера. В связи с этим большое внимание стали уделять вводу оцифрованной информации в компьютер, т.е. процессу сканирования. На данный момент сканирование, являясь одним из основных технологических процессов PrePress, представляет собой самый распространенный способ ввода иллюстративной информации, оказывающий большое влияние на производительность участка допечатной подготовки в целом. Из-за большой применяемости сканирования сейчас на рынке допечатного оборудования имеются различные сканирующие устройства, значительно отличающиеся друг от друга своими возможностями и ценой. Окупаемость затрат на приобретение дорогих сканеров зависит от их производительности, которая в свою очередь зависит от параметров сканирования (линиатура сканирования, коэффициент масштабирования), типа оригинала (прозрачный, непрозрачный), типа цветовой модели цифрового изображения (Lab, RGB, CMYK, Grey, Line Art), а также характеристик управляющей ЭВМ.
Сложившаяся ситуация на рынке сканирующих устройств говорит о том, что есть потребность создания научно обоснованного механизма для оценки производительности сканеров. Подобный механизм позволил бы в какой-то степени решить задачу целесообразности приобретения сканера того или иного типа в зависимости от целей производства, а так же вопрос планирования временных затрат при постановке задачи сканирования. При решении поставленной задачи были рассмотрены сканеры двух типов: барабанного и планшетного, на примере барабанного сканера высшего класса Heidelberg Tango и планшетного сканера Heidelberg Topaz. Для каждого из них экспериментальным путем были получены зависимости позволяющие определять как временные затраты на сканирование единичного объекта не зависимо от типа его носителя, так и для оцифровки изображений на любых типах носителей. Для обработки экспериментальных данных было принято решение воспользоваться методами планирования эксперимента. В качестве определяемого параметра (параметра оптимизации), оказывающего влияние на производительность сканеров, было выбрано время сканирования. Основными факторами, влияющими на время сканирования, были выбраны: выходное разрешение сканера, коэффициент увеличения, качество сканирования и цветовое пространство, в которое будет оцифровано изображение.
Разрешение и линиатура взаимосвязаны. Эмпирическое правило при сканировании гласит: «Выходное разрешение изображения, предназначенного для печати, лучше выбирать из расчета: разрешение в dpi равно разрешению в lpi, умноженному на два и умноженному на масштабный коэффициент». В полиграфии линиатура является более важным параметром, чем разрешение, и было принято решение сразу произвести замену фактора «разрешение» на «ли-ниатура». А цветовое пространство, в которое будет оцифровано изображение, было исключено из параметров, при помощи которых будут проводиться эксперименты, так как не существует линейной зависимости влияния на производительность между цветовыми пространствами, с
которыми могут работать сканеры. Поэтому каждый эксперимент был проведен не только для каждого типа сканирующих устройств, но и для каждого цветового пространства, в которое может быть оцифровано изображение. Области определения факторов были ограничены для линиатуры: печати от 133 lpi до 300 lpi, для коэффициента масштабирования от 0,25 до 4. Были также учтены возможности сканеров оцифровывать изображения в трех режимах качества: good (низкое качество), fine (среднее качество) и excellent (высшее качество), соответствовавших в эксперименте значениям уровней факторного пространства: -1, 0 и 1 соответственно, для наглядности результаты приведены в табл. 1. Эксперимент проводился пять раз в каждой точке факторного пространства, т.е. при оцифровке каждым из сканеров в каждое из цветовых пространств было проведено 40 наблюдений, общий вид матрицы планирования представлен в табл. 2.
Таблица 1
Факторы Условные обозначения Максимальный уровень Минимальный уровень Средний уровень
Линиатура x1 300 133 216,5
Коэфф. масштабирования x2 4 0,25 2,13
Качество сканирования x3 1 -1 0
Таблица 2
Матрица планирования эксперимента
N Матр план х1х2 х1х3 х2х3 х1х2х3 Результаты наблюдений Y (с/мм)
х0 х1 х2 X3
1 + - - - + + + - Y1
2 + + - - - - + + Y2
3 + - + - - + - + Y3
4 + + + - + - - - Y4
5 + - - + + - - + Y5
6 + + - + - + - - Y6
7 + - + + - - + - Y7
8 + + + + + + + + y8
В результате обработки информации были получены следующие зависимости времени, затрачиваемого на считывание среднего оригинала «Y» в направлении сканирования изображения, в зависимости от типа оригинала и оборудования:
Для планшетного сканера Heidelberg Topaz в цветовом пространстве Grayscally.
1. На просвет.
- для режима good: Y=21.6-0.26L-8.1M+0.2LM
- для режима fine: Y=48.2-0.1L+ 7.7M+ 0.1LM
- для режима excellent: Y=74.8+ 0.06L+23.5M
2. На отражение.
- для режима good: Y=26.6+0.07L-0.8M+0.15LM
- для режима fine: Y=96.3+0.23L+67.8M-0.1LM
- для режима excellent: Y=166+0.39L+67.8M-0.1LM
Для планшетного сканера Heidelberg Topaz в цветовом пространстве Lab.
1. На просвет.
- для режима good: Y=69.36-0.19L-78.76M+0.6LM
- для режима fine: Y= 70.4-0.04L-65.7M+ 0.64LM
- для режима excellent: Y=74.41+0.11L-52.76M+0.68LM 2. На отражение.
- для режима good: Y=-117.9+0.63L-60.7M+0.68LM
- для режима fine: Y=-78.5+0.7L-52M+0.62LM
- для режима excellent: Y=39.1+0.77L-43.3M+0.56LM
Для барабанного сканера Heidelberg Tango в цветовом пространстве Grayscally.
1. На просвет.
- для режима good: Y=36.5-0.1L-37.7M+0.48LM
- для режима fine: Y=24.9-0.03L-22.1M+ 0.42LM
- для режима excellent: Y=13.3+0.04L-6.5M+0.38LM 2. На отражение.
- для режима good: Y= 7.75-0.03L-2.15M+ 0.38LM
- для режима fine: Y=12.7-0.03L-2M+0.43LM
- для режима excellent: Y=17.65-0.03L-6.15M+ 0.48LM
Для барабанного сканера Heidelberg Tango в цветовом пространстве Lab.
1. На просвет.
- для режима good: Y=51-0.22L-96M+1.09LM
- для режима fine: Y=36-0.2L-103M+1.17LM
- для режима excellent: Y=21-0.22L-110M+1.25LM
2. На отражение.
- для режима good: Y=52,8-0,2 7L-104,2M+ 1.11LM
- для режима fine: Y=48,5-0,24L-111M+1,19LM
- для режима excellent: Y=44,2+0.21L-116,8M+1,27LM
В приведенных формулах и в дальнейшем: L — линиатура сканирования, М — коэффициент масштабирования. В дальнейшем производительность сканеров определялась следующим образом:
■ l
П- эф
Т
общ
Т - Т
где К _________ смены потерь
эф ГТ1
смены
l - длина пути сканирован ия, мм
где Тобщ — время, затраченное на процесс сканирования,
Т-е- Тобщ Тскан+Тподготовки;
где Тскан — время чистого сканирования;
Тподготовки для барабанного сканера составляет — 431 с;
Тподготовки для планшетного сканера составляет — 77 с;
Тсмены — принимаем за 8 часов или 28800 с;
Тпотерь — состоит из времени загрузки компьютера, времени загрузки программы сканирования, времени загрузки сканера и прохождения им тест-программы, времени выхода из программы сканирования, времени выключения компьютера времени выключения сканера и времени на проведение технологических операций по профилактике. Таким образом средняя сумма всех временных затрат на выполняемые операции составила для барабанного сканера —1500 с и для планшетного сканера — 1730 с.
Тогда:
К
эф(барабанн. скан)
К
Т - Т
смены потерь
Т '
смены
Т - Т
смены потерь
28800 -1500 _ 28800 " 28800 -1730
эф(планшетн. скан)
Тсмены 28800
смены
0,95
0,94.
Значения Y, полученные по результатам статистической обработки экспериментальных данных, представляют собой зависимость:
Y = Tyн, следовательно Тскан = Y ■ l .
Таким образом, производительность сканеров определяется по следующим формулам:
П _
К эф -1
К эф - l
Т + Т
скан подготовки
l - Y + Т
К,ф - Z ln,
n_1
подготовки
Z ln Y + m - T
подготовки
Разделив на Z ln , получим Побщ _
К
эф
m - T
Y +________подготовки
m
z ln
n_1
Z ln
Так как ——
m
' lcp , то Псредн
К
эф
Y +
подготовки
l
средн
Приняв из практических соображений lcpedH для прозрачных оригиналов равной 60 мм, а для непрозрачных 100 мм, мы получили общую формулу для расчета средней производительности сканирующих устройств.
Анализ полученных данных позволяет сделать определенные выводы о влиянии различных параметров сканирования на производительность сканирующих устройств.
Так влияние параметра качества сканирования (good, fine, excellent) на производительность при увеличении масштаба в той или иной степени нивелируется. Во всех остальных случаях можно говорить, что максимальной производительностью обладает режим good, затем следует fine, и минимальной производительностью обладает режим excellent. Полученный результат можно проиллюстрировать на рис.1.
а)
б)
n_1
n _1
m
Рис.1: Зависимость производительности барабанного сканера от линиауры при трех режимах сканирования а - при коэффициенте масштабирования М=4; б - при коэффициенте масштабирования М= 0,25
Рис. 2 позволяет оценить влияние цветовых моделей на производительность.
Рис. 2. Показатели производительности при оцифровке изображений в разные цветовые модели: а - для барабанных сканеров при изменяемом коэффициенте масштабирования; б - для планшетных сканеров при изменяемом коэффициенте масштабирования; в - для планшетных сканеров при изменяемой линиатуре
Графики, приведенные на рис. 2, показывают влияние параметра «модель цветового пространства оцифровки изображения». В зависимости от типа оригинала данный параметр оказывает различное влияние на производительность сканеров. Самая непроизводительная модель и для отражающего оригинала и для прозрачного оригинала, и для барабанного сканера и для планшетного это Line Art. Для барабанного сканера затем следует Lab, а затем Grey. Для планшетного сканера при сканировании на отражение эти две модели имеют точку пересечения: L=200 Ipi; M=1.5. До этой точки большая производительность при оцифровке в Lab, после - в Grey. При сканировании на просвет зависимость точно такая же, как и у барабанного сканера, только более явно выраженная.
В цветовом пространстве Line Art производительность барабанного сканера выше планшетного по всем факторам, кроме максимального масштаба при изменяющейся линиатуре. Вообще заметна четкая тенденция, что с увеличением масштаба производительность барабанного сканера падает более резко и опускается на один уровень с планшетным. Данный вывод характерен для обоих типов оригиналов: на просвет и на отражение.
В цветовом пространстве Grey производительность барабанного сканера выше планшетного по всем факторам, кроме максимального масштаба, при изменяющейся линиатуре для отражающего оригинала. В этом случае в диапазоне 215 - 300 Ipi производительность планшетного сканера выше барабанного. Следует отметить, что заметна четкая тенденция, с увеличением масштаба производительность барабанного сканера падает более резко и опускается на один уровень с планшетным. В тоже время производительность планшетного сканера имеет вид почти горизонтальной прямой разных уровней для разных комбинаций масштаба и линиатуры (рис.3).
В цветовом пространстве Lab производительность барабанного сканера выше планшетного по всем факторам при постоянной линиатуре, а для переменного значения линиатуры, но с фиксированным значением масштаба имеется точка пересечения, до которой производительность барабанных сканеров выше чем планшетных, но с дальнейшим ростом линиатуры показатели их производительности падают более резко, чем у планшетных, показывающих при больших значениях линиатур более высокую производительность, чем барабанные сканеры (рис. 4).
При всех остальных значениях факторов производительность планшетного сканера выше барабанного.
Рис. 3. Зависимость производительности при качестве сканирования ехсе11еШот коэффициента масштабирования :а - при минимальной линиатуре Ь=133 Ьрг; б - при максимальной линиатуре Ь= 300 Ьрг
Рис.4. Зависимость производительности от: а - коэффициента масштабирования при неизменной линиатуре L=300 lpi; б - от линиатуры при неизменном масштабе M=4
В результате, можно утверждать, что общая производительность у барабанного сканера высшего класса выше, чем у планшетного. Но планшетный сканер обладает лучшей производительностью при сканировании в Lab основной рабочей цветовой модели сканировщика. Поэтому при выборе сканирующего устройства по производительности для цветной оцифровки более выгодным приобретением будет планшетный сканер. Не говоря о том, что он изначально ниже в цене, чем барабанный, он так же дает более высокие результаты именно при работе с цветными оригиналами, что делает его незаменимым в парке оборудования дизайн центров и участков допечатной подготовки, ориентированных на выпуск цветной журнальной и рекламной продукции. При всех остальных условиях — барабанный сканер высшего класса показывает более высокие результаты, но и, имея высокую стоимость, пока остается доступным только для крупных производств и издательств.
ЛИТЕРАТУРА
1. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В.. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. - М.: Наука, 1976 .
2. Самарин Ю.Н. Допечатное оборудование: Конструирование и расчет: Учебник для вузов. - М.: МГУП, 2002 .
RESEARCH OF SCANNING DEVICE PRODUCTIVITY
Gorbachev A. A., Samarin Yu. N.
We offer the experiment-based methods of calculation of drum & flatbed scanner productivity.
Сведения об авторах
Горбачев Александр Александрович, 1979 г.р., окончил МГУП (2003), аспирант МГУП, автор 7 научных работ, область научных интересов — допечатная подготовка полиграфической продукции.
Самарин Юрий Николаевич, 1949 г.р., окончил МГУП (1972), кандидат технических наук, заведующий кафедрой МГУП, автор более 170 научных работ, область научных интересов — устройства ввода-вывода в системах допечатной подготовки изданий.
