CC BY
12
УДК 004.932.2; 62-503.56
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ УПРАВЛЕНИЯ И ОПТИМИЗАЦИИ ПРОЦЕССА
ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ В ПОЛИГРАФИЧЕСКОЙ РЕПРОДУКЦИОННОЙ СИСТЕМЕ
А.Ю. Гнибеда, Ю.С. Андреев
На примере решения конкретных сложных задач при изготовлении полиграфической изобразительной продукции представлена технология управления процессом изготовления такой продукции на основе системного анализа технологических возможностей конкретного предприятия и применения для этого анализа разработанной методологии оценки детальной точности изобразительной информации.
Ключевые слова: изобразительная информация, полиграфический процесс, управление процессом, детальная точность, автотипное растрирование.
1. Введение
Важнейшая цель любого производственного процесса - обеспечение требуемого качества изготавливаемой продукции. Качество изобразительной продукции, получаемой с применением полиграфических процессов, определяется точностью воспроизведения ее информационных параметров: градации, цвета, деталей. Методы оценки информационных параметров составляют базу системного анализа полиграфического процесса воспроизведения и управления этим процессом за счет выбора оборудования, принятия решений по его настройке, по технологическим действиям при обработке изобразительной информации.
В [1,2] была обоснована актуальность разработки методов оценки детальной точности при полиграфическом воспроизведении изобразительной информации как методологической основы принятия решений по управлению процессом.
В результате исследований, проведенных в [1,2,3,4], разработана методология оценки детальной точности изобразительной информации, основанная на концепции оценки и сравнения структурных свойств воспроизводимой изобразительной информации в пределах ее визуального восприятия при нормальных условиях применения полиграфической продукции. Разработанные методы показали возможность оценки влияния на качество воспроизведения способа печати, вида запечатываемого материала, типа растровой структуры, линиатуры растрирования, геометрии растровой точки, и, следовательно, возможность управления процессом воспроизведения при изготовлении конкретного издания за счет выработки решений по выбору технологии и настройке оборудования.
Цель работы — конкретизировать технологию реализации применения разработанной методологии для управления производственным процессом при решении задач различной степени сложности.
2. Технология системного анализа исходных данных и управления процессом изготовления полиграфической продукции.
Системный анализ влияния условий воспроизведения
На рис. 1 представлена схема, описывающая процесс воспроизведения и решаемые на его различных этапах задачи (блок I), применяемое в процессе воспроизведения и при анализе процесса оборудование (блок II), преобразования информации в системе и возникающие при этом проблемы, возможности регулирования преобразований (блок III), оцениваемые параметры процесса с применением методологии оценки детальной точности (блок IV), управляющие связи 1,2,3, которые показывают возможность управления параметрами производственного процесса и настройкой оборудова-
77
ния, осуществляемого на основании системного анализа исходных данных. Выделим те регулируемые параметры оборудования и настройки системы воспроизведения, которые оказывают воздействие на формирование детальной точности изобразительной информации (блок III).
Рис. 1. Схема процесса воспроизведения изображения, анализа и управления
в полиграфической системе
При управлении качеством продукции необходимо исходить из того, какой результат может быть получен на конечной стадии полиграфического процесса воспроизведения изобразительной информации - при изготовлении печатного оттиска. Этот результат определяется имеющимся в распоряжении печатным оборудованием и его возможностями, свойствами возможных к применению типов запечатываемых материалов, программным и техническим обеспечением, применяемым при растрировании. В сочетании с проведенной оценкой и с требованиями к качеству данного издания определяют выбор оборудования, бумаги, растровой структуры из имеющихся в библиотеке растрового процессора структур. Возможности печатного оборудования по воспроизведению растровых структур, устойчивость растровых структур к проявлению шумов, возникающих на стадии автотипного растрирования и вследствие возможной нестабильности их воспроизведения в конкретном печатном процессе, оцениваются с помощью метода оценки шумов [2]. Вместе с тем по методологии, предложенной в [1], проводится оценка того, как структуры, выбранные на основе анализа их устойчивости к проявлению шума, оказывают влияние на резкость изобразительной информации.
Таким образом, последовательность шагов для выработки рекомендаций по выбору оборудования и настройки процесса воспроизведения изобразительной информации следующая:
1. Выбор способа печати, оборудования, используемого материала, условий печатания, растровой структуры на основании результатов оценки воспроизведения детальной точности для различных условий проведения процесса. Этот этап носит характер тестирования получаемых результатов при изготовлении продукции на данном предприятии, и сопоставим с этапом построения профилей многокрасочного печатного процесса для разных технологических условий - применяемое оборудование, бумага, растровая структура, печатная триада, условия печатания.
2. Уточнение выбора растровой структуры для конкретного издания с применением методологии оценки резкости. Возможен также учет влияния на выбор структуры растра угрозы возникновения объектного муара, оцениваемой по форме спектра оригинала.
3. Проведение коррекции резкости воспроизводимой изобразительной информации на основе оценки резкости в зависимости от изменения параметров корректирующих фильтров.
В процессе изготовления полиграфической продукции и управления ее качеством предприятие опирается на возможности того оборудования, которое у него имеется и задействовано в производстве. На примере воспроизведения конкретных изображений в условиях конкретного предприятия рассмотрим вопрос реализации настройки оборудования и управления процессом изготовления полиграфической продукции на основе разработанной методологии оценки детальной точности изобразительной информации.
Техническая база полиграфического предприятия
Рассмотрим случай, когда воспроизведение выбранных изображений осуществляется на предприятии цифровой печати, которое имеет в своём составе следующее оборудование:
1. Цифровая печатная машина Xerox DC 240 с максимальным разрешением печати 2400 dpi. Прилагаемое к данной машине программное обеспечение имеет растровый процессор, который осуществляет растрирование цифровых файлов с использованием регулярной структуры с круглой формой растровой точки.
2. Цифровая печатная машина Xerox Color 800i с максимальным разрешением печати 2400 dpi. Растровый процессор данной машины позволяет менять тип используемой растровой структуры и ее линиатуру.
3. Обрабатывающая станция - персональный компьютер, на котором установлены следующие используемые в полиграфическом процессе, а также в процессе оценки детальной точности воспроизводимых изображений программные продукты: Adobe Photoshop, пакет программ Matlab R2016.
4. Система считывания, включающая промышленный сканер Heidelberg Tango с максимальным разрешением считывания 8000 ppi.
Оценка влияния на детальную точность параметров способа печати, оборудования, используемого материала, условий печатания, растровой структуры
Для оценки перечисленных факторов производится цифровая печать на оборудовании, которое представлено выше. Стандартные условия воспроизведения предусматривают использование той растровой структуры, которая запрограммирована в растровом процессоре цифровой печатной машины по умолчанию.
Оценивается устойчивость используемой растровой структуры к появлению шумов при воспроизведении равномерных тоновых участков с различным уровнем светлоты на различных запечатываемых материалах: на мелованной бумаге (рис. 2, а) и на бумаге без покровного слоя (рис. 2, б) по методологии оценки шумов [2]. Печать оттисков производится на оборудовании Xerox DC 240 с разрешением печати 2400 dpi. Полученные данные дают возможность выбирать бумагу, структуру растра в зависимости от требований к качеству репродукции.
8 7
ч ^ и 6
15 s о 5
§ 4
о
Он о
и 3 с
U о
¿I2 1
0
kl 1-1 K.j i
N Ss »
\
1,
0 10 20 30 40 50 60 70 Растровое поле, %
а
8 7
ч ^ и 6
15 s о 5
§ 4
О
о, и 3 с
U о
¿I2 1
0
90 100
/ 3
In
f
0 10 20 30 40 50 60 70 Растровое поле, %
б
Рис. 2. Оценка шумов при воспроизведении равномерных полей, растрированных с применением регулярных растровых структур с линиатурой 150 lpi (1), 200 lpi (2), 300 lpi(3) и напечатанных на мелованной бумаге (а) и на бумаге без покровного слоя (б)
Эти измерения дают ответ на вопрос о влиянии перечисленных факторов на шумовые свойства изображения, и могут быть основой для выбора условий воспроизведения в зависимости от требуемого качества продукции.
Выбор объектов воспроизведения
Оценку влияния растровой структуры на резкость изобразительной информации возможно проводить применительно к конкретным объектам воспроизведения. Поэтому необходимо выбрать такие объекты. Для демонстрации возможностей методологии очевидно целесообразно выбрать объекты, которые являются достаточно сложными для воспроизведения.
Объекты воспроизведения приведены на рис. 3. В качестве объектов воспроизведения использованы цифровые изображения, полученные из фотобанков (рис. 3, а, б), а также созданные с помощью программы векторной графики Adobe Illustrator (рис. 3, в).
. "fr
V
а б в
Рис. 3. Объекты воспроизведения: а — оригинал «Часы», б — оригинал «Рельеф», в — оригинал «Геометрические тела»
Оригиналы «Часы» и «Рельеф» представляют объекты, детали изображений которых весьма важны для характеристики художественной ценности предметов искусства (рис. 3, а, б), и потому требуют высокой точности воспроизведения деталей изображения. Третий объект (рис. 3, в) воспроизведения имеет в своем составе структуры, состоящие из повторяющихся линий различной частоты. При воспроизведении таких объектов возникают проблемы с воспроизведением их структуры - возможно взаимодействие структуры оригинала и растровой структуры, применяемой в процессе воспроизведения, и потому этот объект может требовать особых условий воспроизведения.
Анализ объектов воспроизведения
Объекты воспроизведения могут иметь достаточно большую площадь, и различные участки объекта могут обладать различными свойствами, которые в свою очередь могут диктовать различные требования к воспроизведению. Спектральный анализ больших участков требует излишних затрат времени, и необходимо выбрать для анализа тот участок, который является представительным для данного оригинала, и для той задачи, которую надо решить при его воспроизведении. Возможное деление оригиналов на участки приведено в таблице.
Деление оригиналов на участки
Участки оригинала «Геометрические тела»
Участки оригинала «Рельеф»
Участки оригинала «Часы»
Анализ оригинала «Часы» явно указывает на целесообразность применения в качестве основного участка для оценки спектра и выбора режима воспроизведения участка №2. Участки оригинала «Рельеф» примерно равноценны, что подтверждается спектральным анализом (рис. 4).
Рис. 4. Оценка спектров первого (1), второго (2) и третьего (3) участков оригинала
«Рельеф»
Иначе дело обстоит с оригиналом «Геометрические тела». Спектры разных участков оригинала различны, и ставят различные задачи при воспроизведении. На рис. 5 видно, что для спектров участков 2 и 4 исходного изображения характерно наличие периодических частотных составляющих, при этом для участка 2 они располагаются в высокочастотной области, для участка 4 - в низкочастотной, что обусловлено характером самих изображений.
Рис. 5. Оценка спектров второго (2) четвертого (4) участков оригинала
«Геометрические тела»
Оценка влияния растровых структур на резкость изображения
С применением выбранных участков модельных оригиналов проведена оценка влияния растровых структур на резкость изображения. Данные приведены на рис.6 и 7.
а
б
Участок 2 оригинала «Часы»
25
ч « 20
° 15
Й
р? 10
.,2
3N si '
1 "Ч.
0 20 40 60 80 100 120 140 Частота, см-1
0 20 40 60 80 100 120 140 Частота, см-1
25
ч ш 20
° 15
а
Е? 10
S 5 <
ч
У2
3 ч j
/ ч^.
0 20 40 60 80 100 120 140 Частота, см-1
Участок 1 оригинала «Рельеф»
25
ч ш 20
° 15
а
Е? 10
S 5 <
Чг-
\Т 1 NX 2 io,
0 20 40 60 80 100 120 140 Частота, см-1
25
ч ш 20
° 15
Й
ч
Ё? 10
2
\
'Ч.
0 20 40 60 80 100 120 140 Частота, см-1
25
ч « 20
° 15
ч
¡а 10
3\ ч
1 / ^ -J4
0 20 40 60 80 100 120 140 Частота, см-1
5
0
0
5
0
в
5
0
0
Рис. 6.. Сопоставительный анализ спектров и значений резкости (3) исходных (1) и воспроизведенных (2) изображений, растрированных с линиатурой 150 lpi (а), 200 lpi (б) и 300 lpi (в) для оригиналов «Часы» и «Рельеф»
В соответствии с полученными спектрами можно определить значения параметра резкости. Для оригинала «Часы»: а) 25см-1; б) 29 см-1; в) 33 см-1; для оригинала «Рельеф»: а) 35 см-1; б) 39 см-1; в) 43 см-1.
Результаты анализа позволяют выбрать и задать наилучшие условия воспроизведения для рассмотренных изображений, требующих высокой детальной точности. Наибольшее значение резкости дает высоколиниатурная структура (300 1р1), но с увеличением линиатуры возрастает уровень шума (рис.2). Линиатура 200 1р1 дает наименьший уровень шума и достаточно высокие значения резкости при воспроизведении изображений «Часы» и «Рельеф».
Для большинства оригиналов полученные данные вполне достаточны для выбора условий и режима воспроизведения.
Однако в ряде случаев требования к точности воспроизведения предъявляются повышенные, и необходимо применять специальные режимы управления процессом воспроизведения, например, с коррекцией резкости. Еще сложнее выбрать режим управления процессом при воспроизведении таких оригиналов, как «Геометрические тела», для которых характерно наличие собственной периодической структуры (рис 5). Рассмотрим возможность решения более сложных задач выбора технологии воспроизведения изображения, например, с необходимостью коррекции резкости или с наличием периодической структуры в оригинале.
3. Выбор условий воспроизведения для оригиналов повышенной сложности
3.1. Задача воспроизведения изображения со сложной структурой
Для изображений, имеющих сложную структуру (рис. 3, б; рис. 7, а, б, в, г), сохранение которой является задачей воспроизведения для конкретного издания, возможно использование фильтра нерезкого маскирования, который дает повышение значения резкости (рис. 7, д, е, ж, з; рис. 8, б; рис. 9, б). Для управления используется управляющая связь 1 схемы (рис. 1).
д е ж з
Рис. 7. Участки оригиналов и репродукций «Рельеф» и «Часы»: а, б — исходные изображения; в, г — репродукции исходных изображений, растрированных с линиатурой 2001р1; д, е — изображения, обработанные фильтром нерезкого маскирования; ж, з — репродукции обработанных изображений, растрированных с линиатурой 200р
25
ч ш 20
° 15 £
Р? 10
2 У
V
'Ч.
25
ч ш 20
° 15
Й
ч
Ё? 10
8 5
"Ч 1 ,2
\ N \Л
чЛ,
20 40 60 80 100 120 140 Частота, см-1
20 40 60 80 100 120 140 Частота, см-1
б
5
0
0
0
0
а
Рис. 8. Сопоставительный анализ спектров (1,2) и значений резкости (3) участка оригинала «Рельеф»: а — исходного изображения (1) и его растровой репродукции (2), б - обработанного изображения (1) и его растровой репродукции (2)
25
ч « 20
° 15
ч
Ё? 10
8 5
20 40 60 80 100 120 140 Частота, см-1
1 ,2
к
0 20 40 60 80 100 120 140 Частота, см-1
б
Рис. 9. Сопоставительный анализ спектров (1,2) и значений резкости (3) участка оригинала «Часы»: а — исходного изображения (1)
и его растровой репродукции (2), б - обработанного изображения (1) и его растровой репродукции (2)
Как видно из результатов, представленных на рис. 7,8 и 9 удалось повысить значение резкости репродукций, растрированных с линиатурой 200 с помощью управления параметрами воспроизведения на основе проведенной оценки детальной точности: для оригинала «Рельеф» с 39 см-1 до 43 см-1, для оригинала «Часы» с 29 см-1 до 32 см-1.
3.2. Задача воспроизведения изображения с наличием периодической структуры.
Выбор растровой структуры
Сложность проблемы воспроизведения заключается в том, что возможно возникновение в репродукции вторичных, муаровых структур вследствие взаимодействия периодической структуры самого изображения со структурой применяемого в процессе воспроизведения растра (см. рис. 10, в и рис. 11, а;).
Муар непредсказуем заранее и проявляется только на стадии формного или печатного процесса, что приводит к необходимости переделки изготовленной продукции, к затратам времени и ресурсов. Возможный путь решения проблемы - применение не образующего муар стохастического растрирования (рис. 10, е; рис. 11, в) или высоко-линиатурных растров (рис. 10, д; рис. 11, г). Однако это не всегда дает хорошие результаты, поскольку использование этих методов хотя и может обеспечить в определенной степени соответствие спектров оригинала и репродукции в полосе зрительного восприятия, однако такие методы дают увеличение шумов (рис. 12). Однако есть еще один способ решения этой проблемы - это проведение коррекции резкости исходного изображения.
0
0
а
N
а
д
б г е
Рис. 10. Участки оригинала и репродукций «Геометрические тела»: а - исходное изображение; б — обработанное; в — репродукция исходного изображения, растрированного с линиатурой 150 lpi; г — репродукция обработанного изображения, растрированного с линиатурой 150 lpi; д — репродукция исходного изображения, растрированного с линиатурой 300 lpi; е — репродукция исходного изображения, растрированного с использованием стохастической структуры
25
u 20 е
° 15
а" ^ 10 к
S 5
<
0
2
ч
5
1
25
u 20 е
° 15
а" ^ 10 к
S 5
<
0
3
\
1 4
0 20
40 60 80 100 120 140 Частота, см-1
0 20
40 60 80 100 120 140 Частота, см-1
25
ч
20
° 15
й ч
ЕУ 10
5! 5
N 2
/
_L /5
0 20 40 60 80 100 120 140 Частота, см-1
25
п> 20
н
о 15
Ц
ЕУ 10
я 5
<
0
ч /2
/ 5 А
1 л
0 20 40 60 80 100 120 140 Частота, см-1
Рис. 11. Сопоставительный анализ спектров (1 - 4) и значений резкости (5) участка 2 оригинала «Геометрические тела» и его растровых репродукций. Спектры: 1 — исходного изображения; 2 — растровой репродукции исходного изображения; 3 — обработанного изображения; 4— растровой репродукции обработанного изображения (дополнительные пояснения в тексте); 5 — значения резкости
в
б
а
0
в
г
8
7
<и 6
Е 5
о
« я 4
(1) 3
С
о я
Я
1
0
1—' ч >
У 3 V
'Ы и п и 1 4
г —2 1 1
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Растровое поле, %
0
Рис. 12. Оценка шумов при воспроизведении равномерных полей, растрированных с применением стохастической (1) и регулярных растровых структур с линиатурой 2001р1 (2) и 300 1р1 (3)
Коррекция резкости воспроизводимой изобразительной информации
В качестве пути решения проблемы муарообразования предложено использование фильтра размытия, который дает допустимую потерю резкости для крупных деталей, не снижающую потребительских свойств данного изображения, и вместе с тем позволяет избежать муаровой картины. Значение резкости при этом увеличился с 5 см-1 до 25 см-1 (рис. 10, б, г; 11, б). Задействуется связь 1 схемы процесса воспроизведения изображения в полиграфическом процессе (рис. 1).
Заключение
Описана технология регулирования процесса изготовления полиграфической продукции на основе разработанной методологии оценки детальной точности изобразительной информации - показана последовательность шагов проведения оценки и регулирования, приведено описание регулируемых параметров используемого оборудовании, оказывающих влияние на изменение детальной точности воспроизводимых изображений. В результате реализации технологии регулирования процесса воспроизведения изобразительной информации на конкретном полиграфическом предприятии проведена оптимизация данного процесса на основе выработки рекомендаций с учетом результатов оценки детальной точности и возможностей данного предприятия. Методология основана на применении доступной в реальном репродукционном процессе технической и программной базы и обеспечивает настройку процесса под обеспечение требуемого качества изготовления конкретного издания.
Список литературы
1. Андреев Ю.С., Гнибеда А.Ю. Детальная точность при полиграфическом воспроизведении изобразительной информации - оценка резкости // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2017. Вып. 12(2). С. 139-150.
2. Андреев Ю.С., Гнибеда А.Ю. Детальная точность при полиграфическом воспроизведении изобразительной информации - оценка шумов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2017. Вып. 12(2). С. 245-253.
3. Макеева Т.А., Гнибеда А.Ю. Сравнительный анализ методов оценки структурных свойств цифровых изображений// Известия ВУЗов. Проблемы полиграфии и издательского дела. 2014. №5. С. 65-70.
4. Гнибеда А. Ю., Андреев Ю.С. Разработка метода оценки визуального восприятия однородности печатного изображения // Известия ВУЗов. Проблемы полиграфии и издательского дела. 2016. №4. С. 63-70.
Андреев Юрий Сергеевич, д-р техн. наук, профессор, апйгееу. уигу.s@ mail.ги, Россия, Москва, Московский политехнический университет,
Гнибеда Артем Юрьевич, аспирант, artemgnibeda@yandex. ru, Россия, Москва, Московский политехнический университет
DEVELOPMENT OF THE TECHNOLOGY FOR MANAGING AND OPTIMIZING THE PROCESS OF REPRODUCING IMAGES IN THE PRINTING REPRODUCTION
SYSTEM
Yu.S. Andreev, A.Yu. Gnibeda
In this article, on the examples of solving specific problems in the manufacture of graphic arts products, the process control technology for the manufacture of graphic arts products, based on the system analysis of the technological capabilities of a particular enterprise and the application for this analysis the developed methodology for evaluation of detailed precision in graphic information is presented.
Key words: graphic arts products, printing reproduction system, process managing, detailed precision, halftone screening.
Andreev Yury Sergeevich, doctor of technical sciences, professor, andreev. yury. samail. ru, Russia, Моscow, Moscow polytechnic university,
Gnibeda Artem Yuryevich, postgraduate, artemgnibedaayandex. ru, Russia, Моscow, Moscow polytechnic university
УДК 519.8
АЛГОРИТМ УТОЧНЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ И ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ ПО РАЗНЕСЕННЫМ ПО ВРЕМЕНИ ИЗМЕРЕНИЯМ ДВУМЯ КОСМИЧЕСКИМИ АППАРАТАМИ РОТОРНОГО ТИПА
Р. П. Власов
Представленыпостановка задачи, схема применения космического аппарата роторного типа и алгоритм уточнения параметров движения объектов космического мусора техногенного и естественного происхождения. Приведены математические модели обработки информации и результаты их применения.
Ключевые слова: объект космического мусора, космический аппарат роторного типа, уточнение параметров движения.
Введение
Глобальность, значимость и необходимость комплексного решения задачи контроля космического пространства, потребность в глубокой научной проработке некоторых ее аспектов, в частности, вопросов создания космических аппаратов (КА), предназначенных для уточнения параметров движения объектов космического мусора (ОКМ), делают актуальным решение задачи разработки соответствующего алгоритма. Это подтверждается тем, что анализ существующих подходов к решению задач, возникающих при решении указанной проблемы, продемонстрировал их вербальный характер, отсутствие системности, глубокой научной и тем более инженерной проработки [3, 4].
87
