Введение к работе
Актуальность темы исследования. Практически во всех полиграфических репродукционных системах в настоящее время нашли применение процессы поэлементной записи растровых бинарных изображений на регистрирующий материал с использованием лазерного излучения. В частности, на смену технологии форматной записи на формный материал пришла технология поэлементной записи в формовыводных устройствах.
В условиях многообразия видов оборудования и регистрирующего материала специалисты и разработчики испытывают затруднения в выработке единых подходов к комплексной оценке способности процесса поэлементной записи качественно воспроизводить бинарные элементы растровой структуры, во многом определяющие визуальные характеристики полиграфической продукции. Такая оценка необходима при проектировании, сравнении и выборе оборудования и регистрирующего материала, при технологической настройке процесса и его исследовании. Кроме того, недостаточно изучено само воспроизведение элементов изображения в процессах поэлементной записи, и как результат — формный процесс по технологии «компьютер — печатная форма» до сих пор не стандартизован, несмотря на стремление охватить все полиграфические процессы со стороны международной организации по стандартизации ИСО.
В связи с этим разработка научных и методологических основ воспроизведения бинарных изображений в процессах поэлементной записи, являющихся теоретической базой для оценки, исследования и управления такими процессами, является актуальной задачей.
Степень разработанности темы исследования. Качественные параметры воспроизведения обычно отождествляются с паспортными характеристиками систем поэлементной записи и регистрирующего материала, разработке которых посвящены многие научные работы. Серия стандартов ИСО регламентирует контроль только некоторых параметров качества элементов изображения непосредственно на фотоформах и печатных формах. Достаточно полно исследованы сенситометрические и структурометрические свойства процессов форматной записи на фотографический и формный материал, но применение их к поэлементной записи ограничено из-за различий между этими способами записи, полутоновыми и бинарными изображениями, фотографическим и другими видами регистрирующего материала.
Исследования качества воспроизведения элементов изображения в процессах поэлементной записи носят в основном экспериментальный и фрагментарный характер, не учитывают механизм формирования элементов изображения с учетом всех факторов процесса записи и обработки. Таким образом, до сих пор не разработаны теоретические основы, позволяющие проводить расчет и оценку воспроизведения бинарных изображений в процессах поэлементной записи, а также мало исследован сам процесс с учетом формирования качественных параметров элементов изображения.
Цели и задачи. Цель работы состоит в разработке научных основ воспроизведения бинарных изображений в процессах поэлементной записи и в разработке на их основании комплекса методов расчета, оценки и исследования воспроизведения бинарных элементов изображений в полиграфических репродукционных системах, а также принципов технологического управления таким воспроизведением.
Данная цель определила следующие задачи:
разработать систему сенситометрии, ориентированную на воспроизведение бинарных изображений и на поэлементный способ записи, обобщенную на различные регистрирующие слои;
разработать систему структурометрии, ориентированную на дискретный характер построения изображения при поэлементном способе записи из наименьших конечных элементов изображения — пикселей;
разработать комплекс методов оценки, расчета и исследования способности процесса поэлементной записи воспроизводить бинарные изображения;
провести исследование способности процесса поэлементной записи качественно воспроизводить бинарные элементы изображения, выявить его закономерности, разработать основные принципы управления.
Научная новизна. Разработана сенситометрическая система, впервые ориентированная на бинаризацию, поэлементный способ записи и обобщение мер действующего излучения и результата действия излучения. Впервые в качестве обобщенной меры результата действия излучения предложено использовать относительный градационный параметр изображения, связанный с основными рабочими свойствами двух его бинарных состояний.
Разработана система структурометрии, в основу которой впервые положено воспроизведение с учетом рассеяния энергии не бесконечно малой точки, а дискретного элемента — конечного наименьшего элемента изображения (пикселя), формируемого при поэлементном способе записи. Впервые определены функции воспроизведения, математическая форма представления, формулы, связывающие их между собой, исследованы свойства. Разработан метод расчета воспроизведения изображения, заданного бинарными данными.
Впервые предложена математическая модель формирования сплошного поля при поэлементной записи, основанная на функциях дискретного аргумента и численных методах вычисления. Предложены аналитические выражения приближенного описания краевых функций в зависимости от радиуса лазерного луча и рассеяния энергии в регистрирующем слое. Получил дальнейшее развитие растровый метод экспериментального нахождения точек краевых функций с учетом возникающих при поэлементной записи колебаний плотности энергии, представлены формулы расчета для большинства используемых на практике методов измерения для позитивного и негативного процессов.
Впервые предложено оценивать качество воспроизведения бинарных элементов по их распределению эффективной плотности энергии с учетом сенситометрических параметров и экспозиции. Разработаны новые методы расчета и исследования способности процесса воспроизводить бинарные элементы с
учетом обеспечения их основных рабочих свойств, геометрической и градационной точности и стабильности, резкости края. В результате исследований впервые сформулированы закономерности процесса поэлементной записи.
Теоретическая и практическая значимость работы. Разработанные научные и методологические основы воспроизведения бинарных изображений в процессах поэлементной записи — системы сенситометрии и структуромет-рии, а также комплекс методов оценки, исследования и управления такими процессами являются решением научной проблемы, имеющей важное хозяйственное значение, и создают новое перспективное направление в проектировании, управлении и исследовании полиграфических репродукционных систем.
Применение разработанных основ воспроизведения бинарных изображений позволяет с разных сторон оценивать способность конкретных процессов поэлементной записи, в частности формных процессов по технологии «компьютер — печатная форма», воспроизводить бинарные элементы изображения и проводить исследования таких процессов. Методы и результаты оценки, а также закономерности процесса поэлементной записи могут быть использованы разработчиками репродукционных систем с поэлементной записью и регистрирующего материала при их проектировании, а также в условиях производства при сравнении и выборе технологий, оборудования и материалов. Основные принципы управления процессами поэлементной записи, условия и методики выбора экспозиции могут найти применение при технологической настройке конкретных процессов в условиях реального производства.
Научные и методологические основы воспроизведения бинарных изображений могут быть использованы в учебном процессе при подготовке лекционных и лабораторных курсов, изучающих процессы поэлементной записи.
Методология и методы исследования. При решении поставленных задач были использованы: численные методы вычисления, матричная алгебра, методы математического моделирования с использованием системы математических расчетов MATLAB, методы математической статистики, а также методы сенситометрии и структурометрии теории фотографических процессов.
Положения, выносимые на защиту:
1. Сенситометрическая система процессов поэлементной записи бинар
ных изображений, включающая:
меру действующего излучения, меру результата действия излучения на регистрирующий слой, форму отображения в виде сенситометрической кривой;
сенситометрические параметры, связанные с обеспечением основных рабочих свойств, геометрической и градационной точностью и стабильностью, резкостью края элементов изображения.
2. Система структурометрии процессов поэлементной записи бинарных
изображений, основанная на нормированном распределении плотности энер
гии наименьшего конечного элемента изображения (пикселя) и включающая:
- определения функций воспроизведения, математическую форму их
представления, формулы, связывающие их между собой, основные свойства;
методику расчета воспроизведения элемента изображения, заданного бинарными данными;
математическую модель формирования сплошного поля в системах поэлементной записи и свойства такого поля;
аналитические выражения приближенного описания краевых функций;
дальнейшее развитие растрового метода экспериментального нахождения точек краевых функций для процессов поэлементной записи.
-
Комплекс методов расчета, оценки и исследования способности процесса поэлементной записи воспроизводить бинарные элементы изображения с учетом обеспечения основных рабочих свойств, геометрической и градационной точности и стабильности, резкости края, основанный на нормированных распределениях эффективной плотности энергии элементов изображения, сенситометрических параметрах процесса и экспозиции.
-
Закономерности процесса поэлементной записи и другие результаты исследований таких процессов с помощью предложенного комплекса методов.
-
Основные принципы технологического управления и условия выбора экспозиции для процессов поэлементной записи, методики выбора экспозиции для нескольких вариантов формных процессов по технологии «компьютер — печатная форма».
Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность положений, выводов и результатов основана на применении законов физики и математики, проведении расчетов на основе экспериментальных данных, полученных для конкретных процессов поэлементной записи, достаточно широкой публикации основных положений и результатов в научно-технических и производственно-технических журналах, их обсуждении на конференциях.
Основные положения диссертации были представлены на двух международных и одной всероссийской научных конференциях, в том числе: Китайской научной конференции по печати и упаковке (China Academic Conference on Printing and Packaging), Пекин, 2010 г.; I Всероссийской научно-технической конференции «Исследования в области полиграфии и защиты информации» Тула, 2013 г.; Научно-практической конференции «Инновации в издательских, печатных и мультимедиа технологиях» (Scientific-practical conference Innovations in Publishing, Printing and Multimedia Technologies), Каунас, 2013; а также на заседаниях кафедры технологии допечатных процессов и кафедры технологии полиграфического производства МГУП имени Ивана Федорова.
По теме диссертации автором самостоятельно и в соавторстве опубликовано 17 научных работ.
