Спосіб цифрового растрування зображень з модульованою частотою

Спосіб цифрового растрування зображень з модульованою частотою, який полягає в тому, що оригінал сканують, виконують кольороподіл, проводять бінаризацію, при якій матрицю-зображення поділяють на квадратні блоки, в межах кожного блока визначають максимально можливу КІЛЬКІСТЬ зафіксованих елементів, обчислюють похибку бінаризації, яку розподіляють між сусідніми, ще не опрацьованими блоками для зменшення загальної похибки між півтоновим та бінарним зображенням, та визначають, які саме елементи можуть бути зафіксовані, який відрізняється тим, що матрицю Винахід стосується поліграфічної технології виготовлення друкарських форм, зокрема способів цифрового растрування зображень з модульованою частотою і може бути використаний для підготовки зображень до виведення на фотоплівку чи прямого запису на формні основи на будь-якому цифровому вивідному пристрої ВІДОМІ способи цифрового растрування, зокрема шляхом поелементного порівняння цифрового зображення з матрицею критичних значень [1], або шляхом використання фрактальних кривих [2], або використання принципу поширення похибки [3] Найбільш поширеним та універсальним є спосіб, який базується на принципі поширення похибки і полягає в тому, що значення півтонового елемента порівнюють з певним критичним значенням (найчастіше 127-50% тону), обчислюють похибку, надають елементу бінарного значення 0 чи 255 (чорне чи біле), додають похибку, чи хоча б и частину до наступного неопрацьованого елемента Проте поелементне опрацювання зображення у цьому способі, викликає утворення регулярних структур в ДІЛЯНЦІ 50 % тону та низьку швидкодію через необхідність складних обчислень зображення поділяють на квадратні блоки розміром 2x2 елементи, для визначення максимально можливої КІЛЬКОСТІ зафіксованих елементів в межах кожного блока розраховують середнє значення інтенсивності тону даного блока, градацію тонів 0-255 розбивають на п'ять діапазонів з опорними значеннями, що відповідають 100%, 75%, 50%, 25%, 0% тону, визначають, в який діапазон входить розраховане середнє значення, і залежно від цього визначають максимально можливу КІЛЬКІСТЬ зафіксованих елементів в даному блоці, похибку бінаризації визначають як різницю між середнім значенням інтенсивності блока та опорним значенням ВІДПОВІДНОГО діапазону, ділять на декілька частин і розподіляють між сусідніми неопрацьованими блоками пікселів ВІДПОВІДНО ДО коефіцієнтів заданого фільтра, елементи для фіксування визначають за пріоритетом початкових значень їх інтенсивності Відомий та вибраний прототипом спосіб цифрового растрування з модульованою частотою, який використовується для репродукування одно та багатофарбових зображень і полягає у використанні комбінованого алгоритму, зокрема алгоритму поширення похибки та порівняння з матрицею критичних значень [4] Оригінал сканують, роблять кольороподіл, (кожне зображення являє собою матрицю півтонових елементів (пікселів) з певними цифровими значеннями), проводять бінаризацію, при якій матрицю-зображення поділяють на квадратні чи прямокутні блоки розміром 4x4, 8x4, 6x3 та ш окремих пікселів Таке блокове опрацювання дозволяє спростити та пришвидшити процес растрування зображення порівняно з поелементним опрацюванням В межах кожного блоку розраховують суму значень півтонових елементів та ділять на нормалізуючий фактор 2 8 (у випадку восьми-бітного представлення даних) Одержана частка визначає максимально можливу КІЛЬКІСТЬ зафіксованих елементів в межах даного блоку Далі визначають які саме елементи можуть бути зафіксовані шляхом порівняння їх значень з матрицею наперед визначених критичних значень, розташованих у певній комбінації Фіксуються ли ГО о (О 62093 ше ті елементи, значення яких перевищують крирозширенням можливостей тоновідтворення та тичні Це важливо при кольоровому друкуванні, швидкістю виконання процесу растрування Оскіоскільки при накладанні кольороподілених зобральки, завдяки запропонованому способу визнажень від КІЛЬКОСТІ віддрукованих в одній позиції чення максимально можливої КІЛЬКОСТІ зафіксовакрапок залежить правильність кольоровідтворенних елементів в межах кожного блоку, один і той ня Отримана при діленні остача (похибка), розпосамий рівень градації сірого може імітуватися кільділяється між сусідніми, ще не опрацьованими кома різними комбінаціями растрової структури блоками для зменшення загальної похибки між Наприклад, ділянку 50% тону імітують шість комбіпівтоновим та дискретним зображенням націй, у прототипі використовують лише одну А при поелементному опрацюванні такі комбінації Проте єдина комбінація розташування значень взагалі відсутні, оскільки один елемент з інтенсивкритичної матриці обмежує відтворення градації ністю сірого 50% імітується білим або чорним елетонів, а також створює ймовірність появи регулярментом, що зумовлює утворення шахової структуних структур, особливо в ДІЛЯНЦІ 50% тону Пошири Елементи для фіксування визначають за рення похибки лише у двох напрямах не достатнє, пріоритетом початкових значень їх інтенсивності оскільки неопрацьовані блоки пікселів отримують Таким чином растрова структура блоку не заледосить велике значення похибки, а це вносить жить від критичної матриці, завдяки цьому відпадодаткові спотворення при друкуванні тонової дає потреба зберігати в пам'яті масив критичних шкали, що відбивається на якості зображення значень і постійно до нього звертатися при обчисКрім того великі розміри блоків сповільнюють проленнях, а це, разом з невеликими розмірами блоцес растрування ків, сприяє збільшенню швидкості процесу раструВ основу винаходу поставлено завдання розвання Поширення похибки бінаризації у трьох ширити градацію відтворюваних тонів, ліквідувати напрямах зменшує значення похибки, доданої до ймовірність утворення регулярних структур в менеопрацьованих блоків пікселів, що зменшує дожах растрованого зображення, і за рахунок цього даткові спотворення при друкуванні тонової шкали створити умови для одержання репродукції, макта позитивно впливає на якість відбитка симально наближеної до тонового оригіналу, що, в свою чергу, покращить якість друкованого зображення Поставлене завдання досягається тим, що у способі цифрового растрування зображень, який полягає в тому, що оригінал сканують, роблять кольороподіл, проводять бінаризацію, при якій матрицю-зображення поділяють на квадратні блоки, в межах кожного блоку визначають максимально можливу КІЛЬКІСТЬ зафіксованих елементів, обчислюють похибку бінаризації, яку розподіляють між сусідніми, ще не опрацьованими блоками для зменшення загальної похибки між півтоновим та бінарним зображеннями та визначають які саме елементи можуть бути зафіксовані, згідно з винаходом матрицю-зображення поділяють на квадратні блоки розміром 2x2 елементи, для визначення максимально можливої КІЛЬКОСТІ зафіксованих елементів в межах кожного блоку розраховують середнє значення інтенсивності тону даного блоку, градацію тонів 0-255 розбивають на п'ять діапазонів з опорними значеннями, що відповідають 100%, 75%, 50%, 25%, 0% тону, визначають в який діапазон входить розраховане середнє значення і залежно від цього визначають максимально можливу КІЛЬКІСТЬ зафіксованих елементів в даному блоці, похибку бінаризації визначають як різницю між середнім значенням інтенсивності блоку та опорним значенням ВІДПОВІДНОГО діапазону, ділять на декілька частин і розподіляють між сусідніми неопрацьованими блоками пікселів ВІДПОВІДНО ДО коефіцієнтів заданого фільтра, елементи для фіксування визначають за пріоритетом початкових значень їх інтенсивності На фіг 1 зображено комбінації растрових візерунків для відтворення ВІДПОВІДНИХ рівнів інтенсивності тону, на фіг 2 - спосіб визначення зафіксованих елементів в межах даного блоку, на фіг 3 - дискретний розподіл відстаней між растровими елементами в межах поля (яке імітує 50% тону), растрованого за алгоритмом з використанням матриці пріоритетів поширення похибки Завдяки поділу матриці-зображення на квадратні блоки розміром 2x2 піксели, похибка, одержана при бінаризації додається не до одного, а до групи елементів, що зменшує можливість небажаного накопичення даних похибки та спрощує обчислення при виконанні процесу растрування Саме такий розмір блоків забезпечує компроміс між ширення похибки А 2 1 1 на фіг 4 - частотно-градаційну характеристику алгоритма з використанням матриці пріоритетів поширення похибки на фіг 5 - зображення, растроване за алгоритмом з використанням матриці пріоритетів поширення похибки на фіг 6 - градаційну шка лу, растровану за алгоритмом з використанням матриці пріоритетів поширення похибки А 2 1 1 на фіг 7, 8, 9 - характеристики алгоритму растрування з використанням матриці пріоритетів по 62093 кожного поля градаційної шкали дуже близька до хаотичної Приклад Для КІЛЬКІСНОГО аналізу отриманих растрових поширення похибки структур використовували дискретний розподіл р(І) характерних відстаней І між сусідніми елементами а по рядках і стовпцях матриці-зображення ОбСпосіб здійснюють таким чином ґрунтуванням такого підходу є те, що зчитування Півтонове зображення сканують, виконують елементів зображення відбувається по-лінійно, і коректування по кольору та градації і роблять косусідні діагональні елементи знаходяться в настульороподіл Для виконання цих операцій викориспному рядку чи стовпці Для невпорядкованої товують будь-яку комп'ютерно-видавничу систему, структури растрових елементів середньостатистив яку входить скануючий пристрій, комп'ютер та чні відстані Г по рядках та s по стовпцях випрограмне забезпечення для опрацювання зобразначають величину середньостатистичної відстані жень (наприклад, PhotoShop) по діагоналях і, таким-чином, дозволяють визначиКожне з кольороподілених зображень у цифти кількісну характеристику даної структури та перовому вигляді являє собою матрицю, яка має N х редбачити ситуацію виникнення шкідливих візуаМ елементів а,, значеннями інтенсивностей І,, в льних ефектів градаціях сірого (0-255) Для отримання бінарного На основі дискретного розподілу характерних зображення, яке складається з білих 1 і чорних 2 відстаней для растрової структури визначали веелементів, градацію сірого (0-255) ділять на п'ять личини діапазонів, з опорними значеннями Іо, що дорівнюють Іо=0, Іо=64, Іо=128, Іо=192, Іо=255, (100%, га = і / , фіг 10, 11, 12 - характеристики алгоритму растрування з використанням матриці пріоритетів 75%, 50%, 25%, 0% тону ВІДПОВІДНО) (фіг 1), при чому значення діапазонів сталі числа і задані наперед Спеціальна комп'ютерна програма зчитує та опрацьовує блоки елементів 2x2 по-порядку зліва направо і зверху вниз Спочатку зчитуються початкові значення інтенсивності L кожного елемента блоку Всі зчитані значення сумуються і до отриманого результату додається частина похибки, отриманої при опрацюванні попереднього блоку елементів Отримане значення сумарної інтенсивності блоку ділиться на чотири (КІЛЬКІСТЬ елементів блоку) Обчислене середнє значення інтенсивності Іс аналізується, в який саме діапазон градації тонів воно входить, якщо значення Іс знаходиться в межах І с є [0, 32], фіксуватиметься чотири елементи, Ісє [33, 96] - три елементи, Ісє [97, 160] - два елементи, Ісє [160, 224] - один елемент і Ісє [225, 255] - нуль елементів, (фіг 1) Далі початкові значення інтенсивності І,, кожного елемента блоку сортуються по зростанню і фіксуються ті з них, що мають більші значення у КІЛЬКОСТІ, визначеній за середнім значенням інтенсивності блоку (фіг 2) В результаті бінаризації виникає похибка, яка визначається як різниця між середнім значенням інтенсивності блоку Іс та опорним значенням Іо ВІДПОВІДНОГО діапазону Д = 11 = 11 = де - середньостатистична відстань між сусідніми елементами, - середньостатистична частота розташування растрових елементів Використовуючи розраховані величини, визначали частотно-градаційну характеристику, зокрема залежність середньостатистичної частоти розташування растрових елементів в межах певного толя від його відносної площі S=f( ) Відносну площу растрових елементів для частотномодульованої структури розраховували за формулою л ВЩН N М NMl=1j=1IJ' де Бвідн - відносна площа растрових елементів а,,, зі значенням інтенсивності 1,,=0, або І,,=1, N х М - розмірність матриці поля Особливістю частотно-градаційної характеристики є те, що и будували, аналізуючи значення відстаней між растровими елементами окремо у рядках і у стовпцях досліджуваної матриці для повної характеристики частотно-модульованої структури На фіг 3-6 приведені характеристики способу растрування з використанням фільтру для поширення похибки та ВІДПОВІДНІ растровані Отримана похибка Д ділиться на декілька частин і передається сусіднім блокам елементів ВІДПОВІДНО з коефіцієнтами заданого фільтра В даному випадку похибка ділиться на чотири частини, дві з яких додається до блоку справа, одна - до блоку знизу та одна до блоку по діагоналі вниз Наступний блок елементів опрацьовується таким же чином В результаті опрацювання за описаною ПОСЛІДОВНІСТЮ отримують зображення з частотномодульованою структурою Растрова структура зображення На фіг 3 подано дискретний розподіл відстаней між растровими елементами в межах поля (яке імітує 50% тону), растрованого за цим алгоритмом Як видно з фіг 3 у рядках та стовпцях між растровими елементами приблизно однакова КІЛЬКІСТЬ варіантів характерних відстаней Тобто утворюється однорідна хаотична структура, між чорними елементами якої 16167 разів зустрічається відстань в один білий елемент у рядках 3 та 16227 у стовпцях 4 Відстань у два білих елементи - 8146 разів у рядках 5 та 8118 у стовпцях 6 Відстаней у три та чотири білих елементи набагато менше, але КІЛЬКІСТЬ їх також приблизно однакова в рядках 7 та у стовпцях 8 матриці-зображення Отже, за допомогою цього методу визначили найбільш характерні відстані та ВІДПОВІДНІ їм частоти даної структури А також встановили відсутність небажаних візуальних ефектів у вигляді вертикальних чи горизонтальних смуг, на які завжди вказує велика різниця між значеннями характерних відстаней між елементами в рядках та у стовпцях матриці-зображення На відсутність шахівниці, відстань між елементами якої лише один піксел, вказуєте, що характерних відстаней є декілька Використовуючи згаданий метод, описали лише одне поле градаційної шкали, яке імітує 50% тону і є найбільш проблематичним для відтворення Для аналізу всієї градації зручніше використовувати частотно-градаційну характеристику Для даного алгоритму характеристика має дві симетричні вітки перша з них характеризує перехід від ПІВТОНІВ до світлих ділянок і, ВІДПОВІДНО, друга - від ПІВТОНІВ до темних ділянок растрового зображення По обох вітках зменшується майже по лінійному закону величина середньостатистичної частоти Форма частотно-градаційної характеристики 9 така ж, як характеристики 10 Те, що криві співпадають свідчить про однаковий розподіл елементів у рядках та стовпцях матриці-зображення, тобто структура однорідна На відсутність регулярних візерунків вказує максимальне значення середньостатистичної частоти, яке в обох випадках рівне 0,75, що свідчить про неможливість утворення шахової чи смугастої структури, отже, растрові структури полів шкали носять хаотичний характер, що і підтверджує візуально тонова шкала 12 Фрагмент сюжетного зображення 11 віддруковано з роздільною здатністю 72 dpi для доведення, що 62093 8 регулярні структури в межах зображення не виникають, навіть у найбільш проблематичній ДІЛЯНЦІ 50 % тону 14 І, навіть, при такій роздільній здатності видно відмінне відтворення деталей в тінях 15 та у світлих областях 13 Крім згаданого фільтра для експериментального растрування використали фільтри поширення похибки А 1 2 1 та А 1 1 2 , (фіг 7-12) В обох випадках дещо змінюються растрові структури полів градаційних шкал 16 і 20 КІЛЬКІСНІ характеристики, тобто розподіли характерних відстаней 17 та 21, а також частотно-градаційні характеристики 18, 19, 22, 23 аналогічні до вище описаних (фіг 36) Отже зміна пріоритетів поширення похибки суттєво не впливає на якість відтворення зображення, і лише за візуальною оцінкою найкращі результати одержуються при використанні фільтра Джерела інформації 1 Bayer В Е , An optimum method for two level rendition of continuous-tone pictures //Proc IEEE International Conference on Communications, Conference Record, 1973 -pp 11-26 2 EP №0620677, Kn H04N1/40, публ 1994р 3 Floyd R W , Steinberg L An Adaptive Algorithm for Spaital Greyscale//Proc SID, vol 17/2, 1976 -pp 75-77 4 EP №0444290, Kn H04N1/46, публ 1994р 62093 Комп ютерна верстка Н Лисенко 10 Підписне Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності Львівська площа 8 м Київ МСП 04655 Україна ДП Український інститут промислової власності вул СІМІХОХЛОВИХ 15 м Київ 04119