Градационная характеристика сканера

Градационная (тоновая) характеристика - это функциональная зависимость, связывающая оптические плотности на входе и выходе отдельного звена или системы в целом, например, процесса полиграфического репродуцирования изображения от оригинала до оттиска. Сканер является начальным элементом рабочего потока и содержит несколько звеньев, формирующих градационную характеристику:

· фотоэлектрический преобразователь;

· аналоговый логарифмический преобразователь;

· цифровой градационный корректор.

Градационная характеристика выражается в графической (градационная кривая), аналитической или табличной форме.

Графическая форма используется для управления через экранный интерфейс корректирующими звеньями программных средств. Графическая форма позволяет также классифицировать различные звенья системы по качественным критериям тонопередачи. На рис.13 в квадранте A в относительном масштабе приведены градационные характеристики фотоэлектрического преобразователя сканера для двух значений динамического диапазона: кривая 1 для и кривая 2 для.

Рис. 13

По горизонтальной оси квадранта A отложены относительные значения оптической плотности сканируемого изображения, а по вертикальной оси - значения выходного сигнала фотоэлектрического преобразователя, пропорциональные его освещенности, приведенные к шкале относительных оптических плотностей. В данном случае фотоэлектрический преобразователь рассматривается как звено сканера, имеющее, в силу своих физических свойств, нелинейную градационную характеристику, аппроксимируемую показательной функцией.

В квадранте B приведены характеристики последовательных корректирующих логарифмических звеньев (графики 1 и 2) для линеаризации градационных характеристик 1 и 2 соответственно. Место логарифмического преобразователя в структуре сканера показано на рис.7. Для большей наглядности характеристики логарифматоров перемещены в квадрант A за счет поворота системы координат. Нелинейные градационные характеристики двух последовательных звеньев формируют общую линейную характеристику при условии симметрии относительно нее.

Для задания градационных характеристик в аналитической форме широко используется степенная функция вида:

Степенная функция задается показателем степени или коэффициентом (гамма). Коэффициент гамма занимает существенное место в полиграфической практике при оценке тонопередачи на отдельных этапах технологии и процесса в целом. Градационные характеристики, представленные в графической форме, часто называют гамма кривыми, а корректирующее звено системы – гамма корректором независимо от того, соответствует реальная форма градационной характеристики степенной функции или нет.

Для коррекции нелинейной характеристики фотоэлектрического преобразователя в программных средствах поддержки сканера часто используется корректирующее звено с характеристикой, заданной коэффициентом гамма, т.е. степенной функцией. На рис.13 приведена гамма-кривая для. Степенная функция не может полностью скорректировать нелинейность фотоэлектрического преобразователя - показательную функцию. В некоторых сканерах формируется корректирующая логарифмическая характеристика, устанавливаемая числовым значением коэффициента гамма - привычным для практической полиграфии.

При работе с экранными изображениями, полученными при сканировании или созданными в прикладной программе, оперируют сигналами, пропорциональными яркости. Степенная функция для яркостных сигналов принимает вид:

На рис.14 показаны примеры градационных кривых, заданных коэффициентами для яркостных сигналов (цифровых или аналоговых). При подготовке изображений к печати с использованием профессиональных программных средств, таких как Photoshop, Illustrator и др. используется как прямое представление цифрового яркостного сигнала, так и дополнительное или для относительных значений -. Значения цифрового сигнала выражаются в процентах или долях единицы. Замена прямого представления значений яркости на дополнительное происходит автоматически в инструментальной программе при переходе от базовых цветов аддитивного синтеза самосветящегося изображения к базовым цветам субтрактивного полиграфического синтеза. Такой переход может быть выполнен также по команде оператора настольно-издательской системы. Переход к дополнительной системе представления сигнала - это изменение системы координат для графических представлений градационных характеристик и изменение формы самой характеристики для адекватного градационного преобразования, не зависящего от системы координат. На рис.15 показаны градационные кривые с одинаковым гамма для прямого и дополнительного представления сигнала.

Рис. 14

Два последовательных звена системы, имеющие градационные характеристики и формируют общую градационную характеристику с коэффициентом (см. рис.16). Этому условию отвечают коэффициенты и, для которых построены градационные кривые на рис.14.

При нелинейных преобразованиях цифровых сигналов используются табличные градационные корректоры и логарифматоры. Нелинейные преобразования цифрового сигнала выполняются в табличной форме, как операции преобразования кодов. Нелинейное преобразование цифрового сигнала - это операция повторного квантования цифрового сигнала нелинейной шкалой. Повторное квантование выполняется для промежуточного аналогового сигнала, полученного методом интерполяции из исходного цифрового сигнала. Промежуточный сигнал существует в неявном виде, и повторное квантование сводится к преобразованию кодов с учетом выбранного метода интерполяции.

В таблице 1 показан результат работы цифрового гамма корректора для формата сигнала 8 бит (ступеней квантования). Для сокращения объема в таблице приведены значения сигналов с интервалом.

Табличный метод обработки информации относится к программно-аппаратным методам и позволяет получить самую высокую скорость для данной цифровой системы. Скорость выполнения преобразований кода не зависит от сложности базовой функции и объема таблицы и ограничена только временем преобразования кода входного сигнала в код адреса и временем доступа к запоминающим устройствам.

Рис. 15

Рис. 16

Таблица 1

Рис. 17

Программно-аппаратные средства образуют табличный процессор (см. рис.17). Ядром процессора является таблица, в которой происходит преобразование входных кодов (смещений относительно базового адреса) в выходные коды, записанные в ячейках таблицы. Аналогичную функцию выполняет таблица индексированных цветов или палитра в графическом файле с ограниченным набором цветов.

Таблица процессора размещается в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ) или в оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ) аппаратных средств сканера или компьютера. При размещении таблицы в ПЗУ процессор формирует одну или несколько заданных при изготовлении сканера характеристик. Для размещения таблицы в ОЗУ используется две основные процедуры:

· ­формирование таблицы по установкам оператора;

· ­формирование таблицы в соответствии с ICC профилем сканера (International Color Consortium - Международный консорциум по цветопередаче).

В рамках первой процедуры оператор настольно--издательской системы устанавливает в программе предварительной обработки изображения, входящей в состав TWAIN-модуля, форму корректирующей градационной характеристики. Основой для принятия решений при установке формы градационной характеристики является результат пробного сканирования оригинала или тестовой тоновой шкалы. Градационная характеристика произвольной формы задается через графический интерфейс программы, а характеристика, аппроксимируемая степенной функцией - коэффициентом гамма.

Вторая процедура позволяет загружать в программы TWAIN-модуля корректирующую таблицу, полученную при тестировании сканера - ICC профиль сканера. В этом случае операция градационной коррекции выполняется во внутреннем, расширенном формате данных - от 10 до 12 разрядов двоичного кода или 10-12 бит информации на элемент пространственной дискретизации по одной цветовой плоскости. Избыточная разрядность представления данных на входе градационного корректора позволяет получить на выходе, с учетом потери информации при квантовании цифрового сигнала нелинейной шкалой (см. табл.1), 8-ми разрядный формат данных по каждому базовому цвету.

При отсутствии возможности использования ICC-профиля сканера непосредственно в программах TWAIN-модуля можно присвоить изображению ICC профиль в программе допечатной обработки изображения. Например, в программе Photoshop эта операция выполняется с помощью команды Profile-to-Profile. Нелинейное преобразование цифрового сигнала выполняется в этом случае в 8-ми разрядном формате по каждому базовому цвету. Потерянная при нелинейном преобразовании информация частично восстанавливается интерполяционными алгоритмами.

Допечатная стадия обработки изображений содержит несколько последовательных звеньев, в которых могут быть выполнены нелинейные преобразования сигнала:

1. сканирование исходного изображения и предварительная градационная коррекция характеристики сканера;

2. редакционная градационная коррекция, выполняемая оператором настольно-издательской системы индивидуально для данного изображения;

3. нелинейные преобразования при переходе из одной цветовой системы в другую (например, из RGB в CMYK);

4. градационная коррекция процесса вывода изображения (растрирование, фотовывод, печать).

Каждое нелинейное преобразование приводит к потере части информации, а любой интерполяционный алгоритм позволяет восстановить исходную аналоговую функцию с конечной точностью, т.е. является источником ошибки. Многократное использование интерполяционного алгоритма приводит к появлению значительной суммарной ошибки при восстановлении аналогового сигнала на выходе последнего звена.

С этой точки зрения лучше всего отложить градационную коррекцию сканера на более поздний этап, например, до заключительных преобразований сигнала, связанных с подготовкой изображения к выводу. Последние версии программы Photoshop реализуют идею отложенной коррекции (функция Assign-Profile), что позволяет учитывать ICC-профиль сканера в экранном изображении, не изменяя значений сигнала в файле до момента окончательной коррекции.

Программные средства планшетного сканера

Программные средства, поддерживающие работу сканера, стандартизованы. Современные программы, работающие под Windows, общаются со сканером через поставляющуюся с ним в комплекте специальную программу - TWAIN-модуль (на Macintosh модуль сканирования выполняется как Plug-In для Photoshop).

Основные параметры, устанавливаемые через TWAIN-модуль:

· ­возможность автоматического определения настроек сканирования;

· ­окно предварительного просмотра с выбором сканируемого участка и отображением результата производимых настроек и коррекции изображения в реальном времени;

· ­плавные регулировки яркости, контрастности, гамма коррекции, выбор точек черного и белого;

· ­фильтр подавления печатного растра, многоуровневый или настраиваемый;

· ­инверсия (негатив) и отражение (переворот) оригинала;

· ­встроенная система цветосинхронизации с набором профилей, позволяющая скорректировать сканируемое изображение под конкретное устройство вывода или преобразовать его в CMYK;

· ­возможность сканирования через сеть;

· ­встроенные в драйвер фильтры коррекции апертурных искажений;

· ­тональная коррекция раздельными по RGB/CMYK кривыми, раздельно в светах, тенях и полутонах;

· ­компенсация цветового сдвига оригинала численным заданием вычитаемого цвета или указанием образцового цвета, который должна иметь указанная оператором точка изображения после сканирования;

· ­автоматическое вычитание цвета фотопленки слайда;

· ­возможность пакетного и группового сканирования, автоматическое распознавание слайдов в рамках;

· ­выполнение цветоделения с заданием соответствующих профилей и параметров печати;

· ­фильтр подавления печатного растра с возможностью тонкой настройки оператором.

Поиск по сайту: