Системы электронного растрирования и растровые структуры

Системы электронного растрирования и растровые структуры. В первые годы распространения языка программирования PostScript (начиная с 1985 г.) основные критические замечания в его адрес касались непосредственно процесса растрирования.

Обнаруженные проблемы были связаны в первую очередь с возникновением нежелательных муаровых картин, ухудшавших изображение в системах вывода высокого уровня.

Муар возникал из-за неподходящего сочетания частоты и угла поворота растровой структуры - явления, уже хорошо известного в полиграфии. В то время, когда в технологии фоторепродукционных процессов во избежание появления легко обнаруживаемых глазом муаровых узоров были определены и стандартизированы углы поворота и частоты растровых структур (в соответствии со стандартом DIN 16547, технологии электронного растрирования еще не существовало.

Стандарт базируется на углах поворота 0, 15, 45 и 75° для желтой, голубой, черной и пурпурной красок соответственно. Эти углы можно установить без каких-либо трудностей в процессе проекционного или контактного растрирования. Опыт показал, что стандарт DIN имеет свои недостатки. Так, например, угол поворота для черной краски не всегда устанавливается на 45°, а интервал 15° между растровыми структурами для желтой и голубой красок является не идеальным, а скорее всего, компромиссным.

Ситуация может быть улучшена посредством структур с эллиптической формой растровой точки. Наконец, проблема электронного растрирования заключается в необходимости реализации особой системы растрирования (углы поворота и частоты растровых структур) посредством пиксельной матрицы, используемой в фотовыводных (экспонирующих) устройствах.

Как известно, любой из способов перевода исходного аналогового сигнала в цифровую форму сопровождается возникновением ошибок квантования. Цифровое значение сигнала в пределах интервала квантования может приобретать единственное, наперед заданное значение, соответствующее уровню квантования (но только не величину, находящуюся внутри интервала квантования). В результате квантования возникают отклонения, которые могут оказаться незаметными для невооруженного глаза, однако могут стать причиной муара в четырехкрасочной печати Рудер Э. Типографика: Руководство по оформлению М.: Книга, 2007 355 с. . RT (Rational-Tangent)-растрирование (растрирование по методу рациональных тангенсов) Суть данного метода может быть легко объяснена.

До сих пор мы рассматривали элементарную растровую ячейку как простой квадрат, который может быть повернут на произвольный угол. Тем не менее при цифровом растрировании элементарная растровая ячейка в действительности должна рассматриваться как двухмерная пиксельная сетка, поскольку частично урезанные пиксельные ячейки получить невозможно.

Даже правильная квадратная форма элементарной растровой ячейки получается только в отдельных случаях, таких, например, как использование угла поворота 0° (рис.1). При любом повороте элементарной растровой ячейки ее углы оказываются "занятыми" соседними пикселями. Таким образом, допустимыми являются лишь такие углы, для которых края повернутой растровой ячейки имеют как по вертикали, так и по горизонтали целочисленное пиксельное расстояние (рис. 2). Поскольку отношение этих расстояний описывается тангенсом и в данном случае является числом рациональным, процесс растрирования называется растрированием с рациональными тангенсами (RT-растрированием). Отличительной особенностью данного типа растрирования является то, что все растровые ячейки имеют одну и ту же форму, при этом доступно только несколько углов поворота и значений частот растровых структур (рис. 3). Рис. 1 Растровая ячейка из 14х14 = 196 пикселей с площадью растровой точки в 52 пикселя (примерно 26,5%), расположенная под углом 0 Такой угол легко воспроизводится в матрице ФВУ Рис. 2 Растровая ячейка под углом 45о. Её контур отличается от идеального (ширина ячейки wR > wl) Рис. 3 Геометрия растровой ячейки, повернутой на угол с рациональным тангенсом: 18,4 и 71,6о вместо стандартных углов 15 и 75о На рис. 4 приведена схема расположения элементарных растровых ячеек в записывающей системе ФВУ (рис.3). Становится очевидным, что последовательность из трех пикселей по вертикали и одного пикселя по горизонтали образует угол наклона 18,4° (в то время как последовательность из одного пикселя по вертикали и трех по горизонтали дает угол 71,6°). Рис. 4 Отклонения углов поворота и частот растровых структур с рациональным тангенсом от идеальных (угол 18,4о вместо идеального угла 15о и угол 71,6о вместо идеального угла 75о, частоты растрирования см. табл. 1) Таблица 1 Пример различий в линиатурах растрирования при использовании углов поворота с рациональными тангенсами (RT- растрирование) Соединение узловых точек в пределах четверти круга показывает, что точки пересечения для углов 0 и 45° смещены относительно углов 18,4 и 71,6°. Это приводит к различным частотам растровых структур цветоделенных изображений, что показано в табл. 1. Суперячейки Чем больше растровая ячейка, тем точнее можно устанавливать углы поворота.

Однако применение ячеек увеличенных размеров нежелательно, так как снижение линиатуры приводит к растровой структуре, которая обнаруживается невооруженным глазом, и, более того, ячейка больших размеров является причиной потери разрешения при воспроизведении мелких деталей.

Поэтому суперячейка - это не просто увеличенная ячейка, её следует рассматривать исключительно как объединение нескольких отдельных ячеек в одну увеличенную площадку (рис.5). Отдельные ячейки могут принимать в суперячейке различные размеры и форму.

Эти отличия компенсируются в пределах суперячейки.

В целом растрирование с суперячейками обеспечивает более точную аппроксимацию стандартных углов поворота (рис. 6). Рис. 5 Несколько растровых ячеек (3х3), объединенных в суперячейку. Цифры указывают на число пикселей в ячейке Рис. 6 Расчетом суперячеек можно приблизиться к идеальным углам поворота при применяемых линиатурах В то время как растровый процессор обработки изображений в процессе растрирования по типу RT рассчитывает форму растровой точки только один раз (все точки имеют одну и ту же форму), расчеты суперячеек являются более сложными.

Каждая ячейка в пределах суперячейки имеет свою форму, что приводит к необходимости расчета каждой элементарной ячейки посредством интерпретатора.

Такие операции требуют увеличения как времени обработки, так и объемов памяти.

Фирма Adobe ввела технологию суперячейки в интерпретатор PostScript (1-го уровня) и во все интерпретаторы PostScript (2-го уровня) под названием Accurate Screens (точное растрирование). Но поскольку этот метод сильно увеличивает время обработки, а повышенная точность пользователями не всегда востребована, данная функция не является установкой по умолчанию Попов В.В. Общий курс полиграфии М 2006 290 с Технология Accurate Screening активизируется посредством специальных указаний PostScript, которые генерируются программой приложения.

Кроме большого увеличения времени обработки, растрирование по методу Accurate Screening также требует больших объемов памяти.

Фирма Adobe обходит трудности, связанные со сложностью расчетов суперячейки посредством использования специального аппаратного обеспечения. Сопроцессор PixelBurst разгружает основной процессор RIP и выполняет, наряду с растрированием, еще и другие специальные задачи, например, связанные с повышением скорости. Рис. 7 Сравнение структур аналогового растрирования с получаемыми методами цифрового «рационального» и «иррационального» растрирования Другие производители программных продуктов предложили варианты растрирования, также основанные на идее суперячейки: фирма Linotype-Hell (в настоящее время Heidelberg) назвала свое решение HQS Screening, а фирма Agfa назвала свою систему Balanced Screening.

Растрирование по методу иррациональных тангенсов Фирма Linotype-Hell развила принцип суперячейки и назвала его "иррациональным" растрированием. Данная технология использует те углы поворота и линиатуры растров, которые уже доказали оптимальное качество для ранних моделей фирменных репросканеров Hell. Главное отличие методов "рационального" и "иррационального" растрирования заключается в разнице между рациональными и иррациональными числами. Основой "иррационального" растрирования служит матрица, в которой расстояние между центрами растровых точек точно соответствует некоторому определенному значению, например, 166,66 мкм при линиатуре 60 лин/см. Метод "иррационального" растрирования удовлетворяет также требованиям установки идеальных углов поворота, но при этом форма растровой точки периодически изменяется из-за изменения порядка чередования пикселей.

Например, через три или четыре пикселя по вертикали и один пиксель по горизонтали (рис. 8). Частотно-модулированное растрирование Рис. 8 Частотно-модулированное растрирование (FM) в сравнении с амплитудно-модулированным растрированием (АМ) с цифровой структурой растровой точки В то время как процессы, базирующиеся на идее суперячейки, подчинены приведению углов поворота растровых структур как можно ближе к стандартным, частотно-модулированное растрирование (FM-растрирование) в принципе не имеет углов поворота. Данная технология была уже рассмотрена в разделе 1.4.3, где пояснялось, что в отличие от обычных периодических растровых структур передача тонов здесь осуществляется за счет создания средней плотности при полностью случайном распределении растровых точек малых размеров.

Таким образом, метод частотно-модулированного растрирования можно отнести также к способам случайного или стохастического растрирования. 3.