Повышение качества ризографической печати на основе специализированных алгоритмов и фильтров

УДК 655.3:004

П. Е. Сулим, магистр технических наук, инженер (БГТУ);

В. С. Юденков, кандидат технических наук, доцент

ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА РИЗОГРАФИЧЕСКОЙ ПЕЧАТИ

НА ОСНОВЕ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ АЛГОРИТМОВ И ФИЛЬТРОВ

Рассматривается повышение качества ризографической печати на основе математической модели ризографа в среде MATLAB с использованием специализированных алгоритмов и функций пакета Image Processing Toolbox. Применение модели трафаретной печати в среде MATLAB для ризографа позволяет повысить качество оттисков путем адаптации профиля ризографа к конкретному виду и типу цифровых изображений. Использование предлагаемой технологии позволит уменьшить расход мастер-пленки и краски за счет исключения печати контрольных оттисков, а также снизить временные затраты на печать.

The considered improvement of quality of the risofraph print based on a mathematical model in the environment MATLAB by using the specialized algorithms and digital filter of the Image Processing Toolbox. Use the model of screen printing in MATLAB environment for risograph provide an opportunity to improve the quality of prints by adjusting profile risograph to a specific view and the type of digital image. The use of the proposed technology will reduce the flow of the film and the paint by eliminating printing test prints and reducing the time spent printing.

Введение. Исследование влияния параметров ризографической печати на качественные показатели оттиска чаще всего требует гибкого программного обеспечения, позволяющего оперативно изменять настройки, анализировать результаты и модифицировать технологию ризографической печати. В настоящее время большинство оригиналов-макетов изготавливаются с помощью персональных компьютеров и с передачей изображения путем соединения ризографа с компьютером через интерфейс. Интерфейс максимально упрощает изготовление тиража: дает возможность обработать изображение и текст для получения наилучшего результата печати на ризографе. Повышение качества печати цифровых изображений на ризографе RZ370 может быть достигнуто использованием математической модели в среде MATLAB на основе функций пакета Image Processing Toolbox (IPT) [1]. Рассматривается модель ризогра-фической печати на основе функций пакета IPT с последующим автоматизированным выбором профиля ризографической печати.

В публикации [2] разработан алгоритм математической модели ризографа в среде MAT-LAB для управления качеством печати изображений на основе использования библиотек цифровых фильтров, однако не рассмотрен алгоритм анализа типа изображения и выбора соответствующего метода растрирования.

Основная часть. Разработанное программное обеспечение позволяет выполнять следующие функции: определение типа изображения; конвертирование цветного изображения в полутоновое; обработка специализироваными и стандартными фильтрами для подавления искажений; автоматическая и ручная обработка; автоматическая регулировка контраста и ярко-

сти; автоматическое включение камеры и захват изображения для сравнительного анализа с обработанным изображением; печать. Предложенная методика позволяет настроить профиль ризографической печати, не прибегая к аппаратному обеспечению ризографа.

Функциональная схема модельного управления качеством ризографической печати представлена на рис. 1.

6. Анализ изображения

_ I

7. Применение фильтров и функций для обработки изображения

10. Вызов функции экспорта изображения для печати Ж

11. Драйвер Яг370

Рис. 1. Функциональная схема модельного управления профилями ризографической печати

8. Библиотека фильтров и функций

9. Печать изображения на ризографе RZ370

Возможны два режима работы функциональной схемы: первый режим - считывание изображения (блок 1) в среду с использованием MAT-LAB (блок 3); второй режим - без использования среды MATLAB, а непосредственно загрузка изображения в среду операционной системы ОС (блок 4) с использованием программного интерфейса (блок 2). При переводе из цветного в полутоновое изображение используется конвертирование (блок 5), далее анализируется тип изображения (блок 6), подключается библиотека фильтров и функций (блок 8), затем осуществляется дальнейшая подготовка к печати в результате применения фильтров и функций для обработки изображения (блок 7). Библиотека фильтров и функций, повышающих качество растрирования, является ядром модельного управления. После обработки подготовленное изображение отправляется на печать ризографа (блок 9) с вызовом функций экспорта изображения для печати (блок 10) и драйвера ризографа (блок 11) [3-6].

Изображения, сформированные различными оптико-электронными системами и зарегистрированные с помощью разнообразных приемников, искажаются действием помех различного характера. Помехи затрудняют визуальный анализ изображения и его автоматическую обработку. Ослабление действия помех достигается фильтрацией. При фильтрации яркость каждой точки исходного изображения, искаженного помехой, заменяется некоторым другим значением яркости, которое признается в наименьшей степени искаженным помехой. При решении задач фильтрации используют вероятностные модели изображений и помех и применяют статистические критерии оптимальности. В разработанном программном обеспечении применяется метод комбинированной фильтрации.

В меню драйвера ризографа RZ370 используется два типа растрирования: периодический (амплитудно-модулированный) - screen-covered (рис. 2, а) и непериодический (частотно-модулированный) - grain-touch (рис. 2, б).

Ш Щ V

IV*

а б

Рис. 2. Периодический (а) и непериодический (б) растр ризографической печати

Выбор типа растра организуется при помощи драйвера ризографа. Разработанное про-

граммное обеспечение кроме выше приведенных настроек дополнительно выбирает тип растрирования в зависимости от типа изображения (фото, чертеж, контурный рисунок, текст).

Экспериментальные исследования показали, что наилучшие результаты печати полутонового изображения на ризографе типа фото требуют использования периодического растра screen-covered, а для изображения типа текст, контурный рисунок, чертеж - непериодического растра grain-touch. Screen-covered характеризуется равным расстоянием между точками, которые имеют разные размеры и одинаковую форму, а grain-touch - разные расстояния между точками различных размеров и формы.

Для распознавания типа изображения применяется следующий алгоритм:

- на первом этапе выделяется изображение типа text на основе метода коэффициента текста, основанного на определении площади, занимаемой буквами [7];

- на втором - на основе метода спектральной плотности определяется тип photo, graphic, outline drawing.

В предлагаемом программном продукте анализируется 4 типа изображения: 1-й тип -photo, 2-й тип - outline drawing, 3-й тип - text, 4-й тип - graphic. Распознавание методом спектральных плотностей осуществляется на основе вычисления cуммы приращений относительной спектральной плотности на всем диапазоне яркости точек полутонового изображения.

На рис. 3 приведен график спектральной плотности изображения типа photo.

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

Spectral density halftone

50

200

250

100 150 Brightness

Рис. 3. Спектральная плотность для photo

Если изображение не определенно как text, то выполняется второй этап оценки. Он заключается в анализе графиков спектральной плотности цифровых изображений. Если текст занимает больше 60% площади изображения - то считаем, что цифровое изображение относится

к классу text, иначе к классу outline drawing или к классу graphic. Имеется возможность применения программы вывода спектральной плотности (density) и для ручной оценки.

На рис. 4 приведен график спектральной плотности типа изображения outline drawing.

Brightness

Рис. 4. Спектральная плотность для outline drawing

На рис. 5 приведен график спектральной плотности типа изображения graphic.

Brightness

Рис. 5. Спектральная плотность для graphic

Из сравнения рис. 3-5 видно, что для изображения типа photo значения спектральной плотности в частотном диапазоне 120-240 приобретает множество пиковых значений величиной от 20 до 100, а для контурного рисунка (графика) максимум спектральной плотности смещается в область высоких частот (>250), и значения спектральной плотности находятся в диапазоне от 5 до 100.

На основании вышеизложенного построим график зависимости типа изображения от относительной площади, занимаемой точками с оп-

ределенной спектральной плотностью, используемого в разработанном программном обеспечении (рис. 6).

Тип изображения Текст 1

Графика 1 |

Контурный рисунок 1 1 1 I

Фото 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

0,10 0,15 0,6

Коэффициент текста

Рис. 6. Относительная площадь, занимаемая точками с определенной спектральной плотностью

Из рис. 6 видно, что коэффициент текста для фото имеет значение от 0 до 0,1, для контурного рисунка - от 0,1 до 0,15, для графика -от 0,15 до 0,6 и для текста - больше 0,6.

Если изображение имеет помехи, шумы, то применяется один из стандартных фильтров: Average, Disk, Motion; используется выравнивание яркости; применение специализированных фильтров для повышения четкости. Используются специализированные фильтры Lap-lacian, Gaussian и Prewitt, на основании которых засветляются светлые точки контуров изображения и затемняются темные, также возможны обнаружения контуров при помощи Sobel.

Для регулировки контраста и яркостей изображения используется в пакете IPT приложение Adjust Contrast tool (рис. 7).

При запуске Adjust Contrast tool открывается отдельное окно, которое содержит гистограмму изображения. Гистограмма показывает диапазон данных изображения и диапазон отображения. Диапазон данных изображения показывает реальный диапазон значений интенсив-ностей пикселей изображения. Диапазон отображения показывает максимально возможный диапазон для изображений данного типа.

На рис. 7 показана гистограмма изображения в формате usint8 с динамическим диапазоном от 0 до 255. Поверх гистограммы находится красный прямоугольник, изменяя расположение которого можно регулировать контраст и яркость изображения. Приложение Adjust Contrast tool позволяет улучшить визуальное качество отображаемого изображения, но это не приводит к изменению значений пикселей самого изображения. Для изменения значений интенсивностей и создания нового изображения используется функция imadjust.

Рис. 7. Приложение Adjust Contrast tool

Существует возможность регулировки контраста и яркостей получаемого изображения: путем манипуляции размером окна, которое наложено поверх гистограммы в Adjust Contrast tool; интерактивной модификации размера и расположения окна; передвижения с помощью мыши левой и правой границ окна, а также изменения расположения средней линии с помощью мыши.

Другой путь состоит в модификации расположения границ окна - Minimum и Maximum. Также можно изменять ширину и масштаб динамического диапазона, а также его центр соответственно параметрами Width и Center.

Заключение.

1. Драйвер ризографа RZ370 с определенными настройками растрирования для photo -screen-covered, а для типа text, outline drawing или graphic - grain-touch активизируется из программы в ручном или автоматическом режиме.

2. Адаптация профиля ризографа к конкретному виду и типу цифровых изображений базируется на алгоритме и происходит автоматически на основе метода коэффициента текста и на анализе спектральной плотности.

3. Для изображений типа фото, контурный рисунок, графика, подвергнутых влиянию помех, шумов и размытия рекомендуется использовать библиотечные фильтры Average, Disk, Motion и специализированные фильтры Sobel, Laplacian, Prewitt, повышающие четкость границ контуров, а также их комбинации (с выравниванием яркости) [8].

Литература

1. Гонсалес Р., Вудс Р., Эддинс С. Цифровая обработка изображений в среде MATLAB. М.: Техносфера, 2006. 616 c.

2. Сулим П. Е., Юденков В. С. Технология повышения качества ризографической печати на основе модельного управления // Труды БГТУ. 2012. № 9: Издат. дело и полиграфия. С. 61-66.

3. Сулим П. Е. Повышение качества печати цифровых изображений на ризографе методом модельного управления // Молодежь и современные информационные технологии: сб. тр. IX Всерос. науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых, Томск, 11-13 мая 2011 г.: в 2 ч. / Нац. исслед. том. политехн. ун-т. Томск, 2011. Ч. 2. С. 346-347.

4. Сулим П. Е., Юденков В. С. Методика выбора профиля ризографической печати на основе модельного управления // Друкарство молоде: науч.-техн. конф. студентов и аспирантов, Киев, 23-25 апр. 2013 г. / Нац. техн. ун-т Украины «Киевский политехнический институт». Киев, 2013. С. 69-70.

5. Сулим П. Е., Юденков В. С. Дистанционное обучение технологии ризографической печати // Дистанционное обучение - образовательная среда XXI века: материалы VIII междунар. науч.-метод. конф., Минск, 5-6 дек. 2013 г. / Белорус. гос. ун-т информатики и радиоэлектроники. Минск, 2013. C. 162-163.

6. Киппхан Г. Энциклопедия по печатным средствам информации: пер. с нем. М.: МГУП, 2003.1280 с.

7. Sulim P., Yudenkov V. Hardware and software of the risograph printing intelligent module on the basis of model operation // Printing Future Days 2013: Proceedings of the 5th International Scientific Conference / Chemnitz, Germany, 2427 sept. 2013 / Chemnitz university of technology -Chemnitz, 2013. P. 355-366.

8. Сулим П. Е., Юденков В. С. Автоматизация процесса обработки изображения на ризографе на основе специализированных алгоритмов и фильтров // Автоматизация и роботизация процессов и производств: материалы респ. науч.-практ. семинара, Минск, 13 февр. 2014 г. / Белорус. нац. техн. ун-т. - Минск, 2014 . C. 79-82.

Поступила 20.03.2014