Разработка методов исследования и оптимизации процессов оптической поэлементной записи растровых изображений тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.13, кандидат технических наук Севрюгин, Вадим Рудольфович

• Севрюгин, Вадим Рудольфович
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Севрюгин, Вадим Рудольфович

Введение.

Глава 1. Современное состояние вопроса, построение модели процесса оптической поэлементной записи растровых изображений.

1.1. Современное состояние вопроса, постановка задач и пути решения.

1.2. Параметры качества растровых точек.

1.2.1. Оптическая плотность ядра.

1.2.2. Ширина ореола размытия.

1.2.3. Точность воспроизведения относительных размеров.

1.2.4. Точность воспроизведения формы.

1.3. Факторы процесса записи.

1.3.1. Экспозиция.

1.3.2. Разрешение.

1.3.3. Распределение освещенности в субэлементе.

1.3.4. Характеристическая кривая.

1.3.5. Порядок растровой матрицы, линиатура.

1.4. Построение модели процесса оптической поэлементной записи растровых изображений.

1.4.1. Определение краевой функции экспериментальным методом.

1.4.2. Определение распределения освещенности в записывающем пятне.

1.4.3. Формирование растрового изображения.

Выводы по главе 1.

Глава 2. Исследование влияния факторов записи на параметры качества растровой структуры.

2.1. Оптическая плотность ядра растровых точек.

2.1.1. Механизм формирования ядра растровых точек.

2.1.2. Влияние экспозиции. Критерии оценки влияния факторов записи на оптическую плотность ядра.

2.1.3. Оценка влияния факторов записи на диапазон допустимых экспозиций и дпанаоип iи.

2.1.4. Выводы.

2.2. Ширина ореола размытия растровых точек.i

2.2.1. Механизм формирования ореола растровых точек. Критерии оцен: влияния факторов записи на ореол.i

2.2.2. Влияние факторов процесса записи на минимальную ширину ореола диапазон допустимых экспозиций.i

2.2.3. Выводы.;

2.3. Точность воспроизведения относительных размеров растровых точек 2.3.1. Стадии градационного процесса поэлементной оптической записи ра тровых изображений.;

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка методов исследования и оптимизации процессов оптической поэлементной записи растровых изображений»

Актуальность диссертационной работы. Одной из главных задач процесса полиграфического репродуцирования изобразительной информации является точное воспроизведение градации, а следовательно, и цвета изображения. Важнейшее условие такого воспроизведения - стабильное и возможно более точное воспроизведение растровых точек на каждом этапе процесса. Одним из основных этапов, ответственных за точность воспроизведения точек, является поэлементная запись растровых изображений в фотовыводных и формовывод-ных системах. Именно при этой записи растровая точка из виртуального желаемого представления в компьютере физически реализуется на фотоформе или печатной форме. Понимание важности этого этапа, необходимости контроля растровых точек на фотоформе или печатной форме нашло отражение в разработке серии стандартов ISO 12647 [34, 35], в которой требования к качеству фотоформ определяются как требования к качеству элементов изображения - растровых точек и штрихов.

Для того чтобы понять, почему международные стандарты такое внимание уделяют именно качеству растровых точек, и какими параметрами определяется это качество, следует рассмотреть механизм формирования точек автотипного растра из элементарных точек - субэлементов выводного устройства. Запись в большинстве выводных устройств - оптическая, в качестве источника излучения используется лазер. Пятно, формируемое лазером на поверхности регистрирующего материала, имеет гауссово распределение энергии, при записи луч движется относительно материала, в регистрирующем материале происходит рассеяние энергии излучения [1]. С учетом этих факторов распределение освещенности в одном субэлементе имеет вид, показанный на рис.1.

Растровые точки на фотоформе (печатной форме) формируются как суперпозиция субэлементов с подобным распределением освещенности, что приводит к следующему:

Рис. 1. Распределение освещенности в субэлементе

1. Профиль оптической плотности (толщины регистрирующего слоя формного материала) растровых точек всегда отличен от идеального П - образного. Амплитуда профиля зависит от числа образующих точку субэлементов (рис. 2), при этом растровая структура на границах градационной характеристики может совсем не воспроизводиться. Наклонная часть профиля растровой точки будет характеризоваться как ореол размытия.

2. Профили и размеры растровых точек зависят от распределений освещенности отдельных субэлементов и их положений при записи. Нестабильность параметров записи в пределах площади вывода и во времени может приводить к серьезным изменениям профиля и размера растровых точек.

Даже для идеальных растровых точек с П - образным профилем при изготовлении офсетных печатных форм с диапозитивов светорассеяние в копировальной раме, монтаже и формной пластине приводит к тому, что копировальный слой, защищенный непрозрачными участками фотоформы, все же получает на краях этих участков некоторую долю излучения [30]. Это является причиной уменьшения размеров растровых точек на форме по сравнению с фотоформой и позволяет воспроизводить растровые точки в светах, начиная только с некоторого размера. По стандарту [36] уменьшение диаметра 50% точки контрольной шкалы для позитивного процесса составляет в нормированных условиях 5-7 мкм (3,5-5% для 60 см"1, 5-6,5% для 80 см"1), и точки воспроизводятся от диа

Рассмотрим теперь, к каким последствиям приводит отличие реального профиля растровых точек от идеального П - образного:

1. Размытые края точек приводят к неоднозначности определения их размеров. Визуально сложно решить, какой уровень почернения принять за границу точки, а измерение относительных площадей растровых точек с помощью денситометра дает только некоторый условный размер. Для растровой точки 50% ореол размытия обычно составляет примерно от 3 до 10 мкм, а изменение диаметра на величину 6-10 мкм соответствует изменению относительной площади круглой точки на 4-14% для линиатуры 60 см"1, на 6-19% для 80 см"1. Эти цифры можно принять за величину неоднозначности размера растровой точки на фотоформе или на печатной форме из-за реального профиля, отличного от идеального П - образного.

2. В формных процессах, использующих растровые точки с реальным профилем, может происходить дополнительное по сравнению с вышеотмечен-ным уменьшение размеров растровых точек на форме, а точки в светах могут начинать воспроизводиться только с 30-40 мкм (3-5% для 60 см"1, 5-8% для 80 см"1). При колебаниях режимов формного процесса размер такой растровой точки может передаваться на форму в достаточно широком диапазоне, тем большем, чем более пологий профиль она имеет (рис. 2). Если скопировать ступенчатый клин с шагом оптической плотности 0,15 на формную пластину, то на копии клина можно выделить три зоны: зону с полностью удаленным копировальным слоем, переходную зону с частично сохранившимся копировальным слоем и зону с полностью сохраненным копировальным слоем. Соответственно, можно выделить два уровня оптической плотности на фотоформе: до Di происходит полное удаление копировального слоя на печатной форме, после D2 копировальный слой полностью сохраняется. Полное удаление копировального слоя [27, 28, 39] должно происходить для 3-5 полей контрольного клина, т.е. Di лежит в диапазоне оптических плотностей (3-5)*0,15 = 0,45-0,75. Принимая нестабильность формного процесса в 40% из-за неравномерности экспозиции и проявления (приближенно 0,15 в единицах оптической плотности), получаем расширенный диапазон для Db равный (0,45-0,15) - (0,75+0,15) =0,3-0,9. Обычно 4-7 полей копии клина на печатной форме являются переходными [39] с отдельными частицами копировального слоя и их агрегатами (рис. 3, г). Тогда оптическая плотность D2, начиная с которой копировальный слой уже полностью сохраняется, лежит с учетом принятой нестабильности в диапазоне (0,3+4*0,15) -(0,9+7*0,15) = 0,9-1,95.

Таким образом, зона отклонений в размерах растровой точки на печатной форме лежит между изоденсами 0,3 и 1,95 распределения оптической плотности точки на фотоформе (рис. 2). Чем больше расстояние между этими изоденсами, тем больший разброс в размерах может получаться. К примеру, при расстоянии 5 мкм разброс составит 7% для растра с линиатурой 60 см"1 и 9% для

80 см"1; при 10 мкм - 14% для 60 см"1 и 19% для 80 см"1. Пример на рис. 2 приведен без учета светорассеяния при копировании и демонстрирует возможное дополнительное уменьшение размеров растровых точек при их реальном профиле. Растровая точка 1% полностью находится в зоне высокой нестабильности и только иногда на печатной форме будут наблюдаться ее следы; растровая точка 2% также полностью находится в зоне нестабильности, и, как правило, будет воспроизводиться, но может и исчезнуть; растровая точка 3% будет воспроизводиться при всех условиях, но ее относительная площадь может изменяться от 0,6% до 2,5%; относительная площадь 50% точки при различных условиях будет лежать в диапазоне от 41% до 50%.

Для демонстрации влияния ореола размытия на профиль печатающих элементов на печатной форме возьмем растровую фотоформу, полученную в фотовыводном устройстве при различной настройке точности фокусировки, и скопируем ее на формную пластину вместе со ступенчатым клином. На рис. 3 представлены увеличенные фрагменты теста с 50% растровыми точками и соответствующие им копии на печатной форме. Растровые точки на печатной форме заметно меньше по сравнению с растровыми точками на фотоформе, и чем шире ореол размытия, тем больше эта разница. Однако на печатной форме не видно сколько-нибудь заметной размытости края точек, и лишь для растровых точек с максимальным ореолом размытия (рис. 3, в) на краях точек на форме наблюдаются фрагменты копировального слоя. Причину их появления поясняет рис. 3, г, на котором видно, что на переходных полях копии ступенчатого клина копировальный слой не просто уменьшается по толщине, а разделяется на фрагменты.

Для печатных форм, изготовленных в формовыводных системах с оптической записью, растровые точки также будут иметь профиль, отличающийся от П - образного, например, печатные элементы на формах с фотополимерным слоем выглядят при сильном увеличении не такими резкими [25, 26], что может влиять на протекание печатного процесса, делая его более нестабильным [21]. Ж в 9 9 0 //// а) б) в)

Wt

Рис. 3. Растровые точки на фотоформе с разным ореолом размытия (верхний ряд) и соответствующие им копии на печатной форме (средний ряд), фрагмент переходных полей копии сенситометрической шкалы на печатной форме (г) Как следует из вышесказанного, для получения качественного и предсказуемого результата в процессе репродуцирования необходимо контролировать профили растровых точек при оптической записи их на регистрирующий материал в выводных системах.

Серия стандартов ISO 12647 вводит определения параметров качества растровых точек, устанавливает требования к ним, дает методы их оценки, но не дает рекомендаций, как приводить их в регламентированные рамки. Влияние различных параметров процесса на параметры качества растровых точек также практически не исследовано. Проведение таких исследований может дать более глубокое понимание процесса записи, обеспечить более осмысленное проектирование и настройку выводных систем. Это касается и фотовыводных систем с уже устоявшейся технологией, и тем более формовыводных систем, для которых технологические рекомендации производителей носят часто лишь фрагментарный характер без учета всех факторов записи.

Поэтому разработка методов, позволяющих оценить влияние различных факторов записи на параметры качества растровой структуры, рекомендовать методы оптимальной настройки и контроля процесса записи в системах изготовления фотоформ и печатных форм является актуальной задачей.

Цели и задачи работы. Целью работы являются разработка методики расчета формирования растровой структуры с учетом всех факторов процесса записи, расчет ее параметров качества, проведение исследования влияния различных факторов процесса записи на параметры качества растровой структуры, выработка рекомендаций для разработчиков и технологов по оценке и оптимальной настройке систем.

Научная новизна работы состоит в следующем:

Разработана методика расчета процесса оптической поэлементной записи растровых изображений на основе пространственной модели, учитывающая реальное распределение энергии в записывающем пятне в процессе записи.

Разработан метод расчета распределения эффективной освещенности в записывающем пятне посредством нахождения краевой функции по записанному изображению и дополнительной математической обработки.

Предложено принимать за основу при разработке, оценке и настройке систем записи растровых изображений достижение параметров качества растровой структуры.

Оценена степень влияния различных факторов процесса записи на качество растровой структуры.

Практическая значимость диссертационной работы.

Разработанная модель процесса поэлементной оптической записи растровой структуры может быть использована разработчиками фотовыводных и формовыводных систем в процессе проектирования для расчета параметров качества растровой структуры и оценки степени влияния на них различных факторов записи.

Предложены методика и тест-объекты для оптимальной технологической настройки систем в условиях реального производства.

Апробация работы. Опубликованы следующие работы:

1. Севрюгин В. Нормализация и оптимизация процессов фотовывода // Курсив.- 2001.- № 2.- С. 40-53. (0,8 пл.).

2. Севрюгин В. «Стандартная» ситуация, или Стабильность в позитиве // Курсив.-2002.-№2.-С. 22-29., №3.-С. 12-21.(1,1 п. л.)

3. Севрюгин В.Р., Андреев Ю.С. Пространственная модель процесса оптической поэлементной записи растровых изображений. I. Обоснование построения модели и выбор параметров // Известия высших учебных заведений. Проблемы полиграфии и издательского дела. - М.: МГУП.-2007.- № 3-С. 3-10. (0,5 пл./0,25 пл.).

4. Севрюгин В.Р., Андреев Ю.С. Пространственная модель процесса оптической поэлементной записи растровых изображений. II. Построение модели // Известия высших учебных заведений. Проблемы полиграфии и издательского дела. -М.: МГУП.-2007.- № 4. - С. 3-11. (0,5 п. л. / 0,25 п. л.).

5. Andreev Yu., Sevryugin V. Spatial Model of optical pixel-by-pixel half-tone image recording process // Conference Proceedings of VHIth Seminar in Graphic Arts 19th and 20th September 2007 - Pardubice, Czech Republic: University Pardubice.- 2007.- C. 125-130. (0,28 п. л. / 0,14 п. л.).

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Методика расчета формирования растровой структуры на основе пространственной модели процесса оптической поэлементной записи растровых изображений.

2. Результаты исследования степени влияния различных факторов процесса записи на параметры качества растровой структуры.

3. Рекомендации по оптимизации систем записи и средства этой оптимизации.

Заключение диссертации по теме «Машины, агрегаты и процессы (по отраслям)», Севрюгин, Вадим Рудольфович

Выводы по главе 3

1. В основу оптимизации систем поэлементной записи растровых изображений необходимо положить достижение качественными параметрами растровых точек их нормативных значений.

2. Параметры качества растровых точек для реальной системы могут быть вычислены в построенной модели процесса записи для фотовыводного устройства на основе экспериментальных данных. Тогда оптимизация системы может быть произведена по этим данным.

3. Оптимизация системы также может быть проведена для фотовыводных устройств без прямого расчета параметров качества растровых точек на основе разработанной в работе методики технологической настройки таких устройств.

4. Основным фактором процесса записи, требующим оптимизации, является экспозиция, которая формирует и управляет параметрами качества растровых точек. Дополнительным фактором может быть разрешение.

5. Воспроизведение больших линиатур в системах оптической записи ограничивается невозможностью получения растровых точек с нормативными параметрами качества.

6. Самым узким местом при оптимизации является ширина ореола, минимальное значение которой достигается при слишком больших экспозициях. Определяем нижнюю границу выбора оптимальной экспозиции по достижению шириной ореола нормативного для данной линиатуры значения.

7. Верхнюю границу выбора оптимальной экспозиции определяем по максимальной экспозиции, при которой оптическая плотность ядра растровой точки 97% еще отвечает нормативным требованиям.

8. Для получения меньших градационных искажений и большего диапазона воспроизведения растровых точек рекомендуется выбирать с некоторым запасом значение экспозиции чуть выше нижней границы.

9. За отправную точку при выборе оптимальной экспозиции без прямого вычисления параметров качества растровых точек рекомендуется принимать экспозицию, при которой наблюдается одинаковая проработка светов и теней. Однако при этой экспозиции ширина ореола далека от минимальной, поэтому следует выбирать экспозицию большую на 25-40%. При использовании шкалы субэлементов выбирается экспозиция, для которой значение позитивного поля меньше негативного на 1-2 единицы.

10. При невозможности оптимизировать систему записи выбором экспозиции и разрешения при заданной линиатуре до получения нормативных параметров качества растровых точек необходимо использовать фотопленку типа Hard Dot.

11. Однажды выбранная по достижению параметров качества растровых точек экспозиция может быть зафиксирована с помощью косвенных критериев для постоянных условий записи.

12. Кривая линеаризации для постоянных условий записи остается практически постоянной при оптимальной экспозиции. Вместо ежедневной калибровки системы записи путем построения кривой линеаризации рекомендуется контролировать оптимальную экспозицию по косвенным критериям и корректировать ее уровень.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Построена пространственная модель процесса записи. На ее основе разработана методика расчета формирования растровой структуры на регистрирующий материал в системах оптической поэлементной записи растровых изображений.

2. На основе модели разработаны методы оценки влияния на результаты записи таких факторов, как экспозиция, разрешение, растровая матрица, движение пятна в момент записи, распределение эффективной освещенности в записывающем пятне и факторов, влияющих на это распределение - структуры записывающего пятна на поверхности регистрирующего материала и рассеяния излучения в регистрирующей среде.

3. На основе исследования по разработанной модели изучена степень влияния разных факторов записи на параметры качества растровой структуры: оптическую плотность в центре растровых точек и на плашке, ореол размытия, точность воспроизведения размеров растровых точек.

4. На основе этих данных предложены рекомендации по оптимизации как отдельных факторов записи, так и их в совокупности, что может быть положено в основу оценки и разработки систем, а также их технологической настройки.

5. На основе проведенного исследования и разработанных рекомендаций предложены методика и тест-объекты для доступного в производственных условиях контроля процесса растровой записи, что позволяет оптимизировать процесс и обеспечить необходимые параметры качества растровой структуры.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Севрюгин, Вадим Рудольфович, 2007 год

1. Андреев Ю.С., Горшенин М.И. Выбор светочувствительного материала для лазерной записи изображения // Межведомственный сборник научных трудов. Раздел Автоматизация полиграфического производства, выпуск 2.- М.: МПИ Мир книги, 1989.- С. 92-101.

2. Андреев Ю.С., Алексеева И.Н., Немых Г.Ф. Исследование растровых методов оценки фотографических материалов для штриховой репродукции // Сб. научн. тр. ГНИИХФП.- М., 1975.- С. 70-84.

3. Андреев Ю.С., Карташева О.А., Бертова М.Н. К вопросу выбора монометаллических офсетных формных пластин с копировальным слоем. // Вестник МГУП.- М., 2006.- №1.- С. 7-9.

4. Андреев Ю.С., Каныгин Н.И., Сорокин В.А. Воспроизведение периодических решеток в растровых системах поэлементной обработки изображений // Журнал научной и прикладной фотографии и кинематографии.-1995.-№2.- С. 39-43.

5. Андреев Ю.С., Макеева Т.А. Об оценке воспроизведения штриховых деталей по отношению сигнал/шум // Технология и исследование полиграфических процессов. Межведомственный сборник научных трудов,-М.: МГУП, 2001.- С. 106-111.

6. Андреев Ю.С., Макеева Т.А., Волегов И.А. Об исследовании воспроизведения штрихового изображения в системе поэлементной обработки //Материалы VII Международной научной конференции 24-25 декабря 2001 г-М.:МГУП, 2001.- С. 82-83.

7. Андреев Ю.С., Макеева Т.А. Резкостные свойства растровых структур // Известия высших учебных заведений. Проблемы полиграфии и издательского дела.- 2006.-№ 1.-C.3-13 .

8. Андреев Ю.С., Макеева Т.А. Об оценке структурных параметров системы сканер фотовыводное устройство // Полиграфия.- 2005.- № 6.- С. 86-87.

9. Вейцман А. Обзор разных поколений фототехнических пленок // Курсив.-1999.- № 3.- С. 10-14, № 4.- С. 14-20.

10. Вендровский К.В., Вейцман Л.И. Фотографическая структурометрия.- М.: Искусство, 1982.- 255 с.

11. Грибковский В.П. Полупроводниковые лазеры: Учебное пособие по спец. «Радиофизика и электроника».- Мн.: Университетское, 1988 304 с.

12. Головачев И., Савченко И. Оценка характеристик фотонаборного автомата // Publish.- 1999.- № 7,- С. 32-49.

13. Кузнецов Ю. Копировальные свойства растровых фотоформ в свете стандарта ISO 12647 // Компьюпринт.- 2000.- № 1.- С. 38-43.

14. Кузнецов Ю.В. Основы подготовки иллюстраций к печати. Растрирование: Учебное пособие для вузов.- М.: Изд-во МГУП «Мир книги», 1998.-174 с.

15. Макеева Т.А. Четкость в полиграфической растровой репродукции -формирование и управление: Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М., 2006.

16. Мачулка Г.А. Лазеры в печати.- М.: Машиностроение, 1989. 224 с.

17. ОСТ 29.40-2003: Стандарт отрасли. Технология и оборудование допечатных процессов в полиграфии. Термины и определения. Введ. 2003 03 - 07. - М.: МГУП, 2003.- 54 с.

18. Панкин П.В. Разработка методики анализа точностных и скоростных характеристик фото-и формовыводных устройств: Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М., 2006.

19. Об оценке передаточных характеристик системы «экспонирующий пучок регистрирующая среда» / Е. С. Позняк, А. М. Духовный, Ю. С. Андреев и др. // Материалы VII Международной конференции МАИ 24-25 декабря 2001 г.- М.: МГУП, 2001.- С. 96-98.

20. Самарин Ю.Н. Допечатное оборудование. Конструкция и расчет: Учебник для вузов / Моск. гос. ун-т печати,- М.: МГУП, 2002 555 с.

21. Самарин Ю.Н., Сапошников Н.П., Синяк М.А. Допечатное оборудование: учебное пособие. М.: Изд-во МГУП, 2000 - 208 с.

22. Самарин Ю.Н. Научные основы и методология проектирования выводных устройств допечатных систем.- М.: МГУП, 2004- 540 с.

23. Синяк М.А. Разработка методики технико-экономической оценки и выбора фотонаборных автоматов для различных вариантов полиграфического производства: Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук.-М., 1998.

24. Снежко Е.В. Разработка методики автоматизированной настройки устройств записи полиграфического изображения: Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук.- М., 2006.

25. Солнцев И.А. Новое поколение СТР с фиолетовыми лазерами // Publish. -2002.-№3.- С. 62-63.

26. Солнцев И.А. СТР системы с фиолетовыми лазерами лучший выбор // Полиграфия. - 2002.- № 5- С. 33-35.

27. Сулакова JL Развитие полиграфии и применение предварительно очувствленных пластин // Компьюарт,- 1997,- № 9.- С. 78-84.

28. Технологические инструкции на процесс изготовления печатных форм / ОАО ВНИИ полиграфии.- М., 1998.- 49 с.

29. Шашлов Б.А., Шеберстов В.И. Теория фотографических процессов: Учебник. М.: МГАП «Мир книги», 1993.- 312 с.

30. Технология изготовления печатных форм / Под общей редакцией В.И. Шеберстова.- М.: Книга, 1989.- 224 с.

31. Фризер X. Фотографическая регистрация информации / Пер. с нем.- М.: Мир, 1978.- 670 с.

32. Celebrant RIP Configuration and Calibration: User manual.- FujiFilm Electronic Imaging Ltd, 2002 164 p.

33. Delta Technology Recorder Settings.- Heidelberg. Germany, 2000.- 191 p.

34. ISO 12647-1:2004 Graphic technology Process control for the manufacture of half-tone colour separations, proof and production prints - Parti: Parameters and measurement methods.

35. ISO 12647-2: 2004 Graphic technology Process control for the manufacture of half-tone colour separations, proof and production prints - Part2: Offset lithographic processes.

36. ISO 12218: 1997 Graphic technology Process control - Offset platemaking.

37. Prinergy to Dolev 800 family, version 2.0: Connectivity User Guide.- Creo inc., 2003.- 76 p.

38. Recommended Density Setting with Alliance Film: Document Information. -AGFA, 1997.

39. UGRA Plate Control Wedge 1982: Directions for use. - UGRA, 1994.- 16 p.

40. ИЖЕВСКИЙ ПОЛИГРАФИЧЕСКИЙ КОМБИНАТ

41. ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ УДМУРТСКОЙ РЕСПУБЛИКИ

42. ОГРН 1031801650320 ИНН 1834100692 КПП 183401001