Цифровая» частотная коррекция
Воспроизведение контуров и мелких деталей
Частотные искажения, их коррекция
Репродукционному процессу сопутствуют потери геометрической точности и контраста мелких деталей, разрушение контуров, а также размытие текстур - участков, содержащих периодический мелкоструктурный рисунок, частота которого близка частотам дискретизации изображения. Искажения такого рода вызваны низкочастотной фильтрацией, ограничивающей воспроизводимый спектр пространственных частот оригинала сверху (см. рис. 7.1, а) и искажающей амплитуду и фазу сохранившихся высокочастотных гармонических составляющих.
|
| Рис. 7.1 Снижение коэффициента передачи амплитуды с повышением частоты гармоник в спектре изображения (а); частотная характеристика корректирующего фильтра (б) Причина заключается в конечной разрешающей способности объективов, фотослоев, печати, а также автотипного растра. При электронном репродуцировании к причинам подобного рода добавляются частотные ограничения аналогового сигнала, вызванные построчным разложением и пропускной способностью видеотракта, а в цифровых системах – рассмотренные в предыдущем разделе ошибки двухмерной пространственной дискретизации аналого-цифрового преобразования. |
Для снижения и исправления таких искажений в репродукционную систему последовательно включают корректирующие фильтры, которые в большей мере усиливают амплитуды высокочастотных гармоник, т. е. действуют обратно искажающим факторам. Фильтр с амплитудо-частотной характеристикой, представленной на рис. 7.1 (б), может в определенной степени компенсировать искажения основного звена, которое является как бы фильтром низких частот (см. рис. 7.2, а).
Коррекция может быть также и параллельной (см. рис. 7.2, б), когда корректирующее звено само является низкочастотным фильтром и включается параллельно основному. Сигнал с его выхода вычитается из корректируемого сигнала основного звена, уменьшая в нем удельный вес низкочастотных составляющих. Так, в фотографии недостаток резкости в некоторой мере компенсируют процедурой т.н. нерезкого маскирования – инверсного сложения основного снимка с еще более расфокусированным изображением.
|
|
|
|
| Рис. 7.2 Последовательная (а) и параллельная (б) компенсация коррекция частотных характеристик изображения с использованием ВЧ и НЧ корректирующих фильтров |
Большие возможности для подобных коррекций открываются в электронном репродуцировании. Представление изображения в форме аналоговых или цифровых электрических сигналов позволяет здесь производить коррекцию более гибко. Ее осуществляют, как правило, в начальной части видеотракта, когда в аналоговом сигнале изображения еще мал удельный вес высокочастотных помех, неизбежно сопутствующих любому из его последующих функциональных преобразований. В ином случае, наряду с повышением резкости изображения и геометрической точности передачи его мелких деталей, усиливается высокочастотный фон, зернистость копий.
Необходимую степень коррекции устанавливают также с учетом общего содержания изображения, характера его «рисунка» и т. п. При наличии на оригинале выраженной фактуры подложки или текстуры, частота которой выше передаваемой печатью, такие коррекции противопоказаны. Они лишь усиливают ложные узоры предметного муара, возникающего в результате интерференции подобных рисунков и частот дискретизации. Поэтому иногда полезна обратная по смыслу - низкочастотная фильтрация. Величину считывающего пятна устанавливают в таких случаях несколько большей, чем предусмотрено выражением (5.1). Если же изображение уже считано и представлено в цифровом виде, «сглаживания» достигают путем усреднения значений данного и окрестных отсчетов.
Разрушение мелких деталей и контуров печатными элементами и пробелами оттиска сопутствует и растрированию.
|
|
|
7.2 Апертурные искажения
|
|
|
Основной причиной расфокусировки в аналоговых телевизионных, факсимильных и электрических репродукционных системах являются т. н. апертурные искажения, обусловленные конечным размером сканирующего пятна - апертуры. В цифровых системах аналогичные ограничения на частотный спектр накладывают ошибки двухмерной (по обеим пространственным координатам) дискретизации изображения, обусловленные ее конечным, т. е. не беспредельно малым шагом.
Рис. 7.3 иллюстрирует реакцию считывающего устройства на изменение тона изображения на его одиночном контуре при переходе сканирующего пятна круглой формы через резкую границу, разделяющую темное и светлое поля оригинала (см. рис. 7.3, а) с идеальным скачком коэффициента отражения (см. рис. 7.3, б). Этого нельзя сказать о сигнале, получаемом в результате сканирования такого перехода и представленного в функции времени развертки на рис. 7.3 (в). Мгновенное значение такого сигнала пропорционально поступающему на ФЭП световому потоку, усредненному по площади считывающего пятна. В тот момент, когда его центр находится на самом контуре, этот поток имеет некоторое среднее значение, т. к. одна половина пятна приходится на светлое, а другая на темное поле. Следовательно, промежуточное значение имеет и сам сигнал. На бесконечно быстрое изменение тона оригинала считыватель реагирует лишь за время перемещения апертуры на расстояние, равное ее величине. Поэтому спектр сигнала ограничен сверху частотой fc, значение которой обратно этому времени и определяется частным величины d апертуры и линейной скорости v ее перемещения:
|
|
|
fc = v/d (1/с). 7.1
В результате, зона размытости контура на копии, записанной таким сигналом, окажется равной, как минимум, величине считывающего пятна даже, если эта запись ведется бесконечно малой апертурой.
|
| Рис. 7.3 Реакция (в) считывающего устройства на изменение коэффициента отражения (б) при сканировании одиночного контура (а) пятном диаметра d |
Аналогичное среднее значение дает и матричный считыватель, когда его элемент оказывается посередине такой границы.
Те же искажения в сигнале одиночного штриха и системы тонких штрихов различной частоты и контраста поясняет рис. 7.4. На одиночном штрихе и пробеле, ширина которых хотя бы незначительно превышает апертуру, напряжение фототока на выходе ФЭП еще достигает своих экстремальных значений - уровней «белого» и «черного». Для тонкого одиночного штриха ухудшение резкости его краев, обусловленное медленным нарастанием сигнала на фронте видеоимпульса, сопровождается к тому же и потерей контраста. Как видно по рис. 7.4, амплитуда импульса не достигает уровня «черного», если считывающее пятно (зона отсчета, выборки) не полностью перекрывается таким штрихом. По той же причине уменьшается глубина модуляции сигнала коэффициентом отражения и для системы тонких штрихов, что ведет к снижению их контраста и различимости на копии.
|
Рис. 7.4 Перемещение считывающей апертуры по штрихам различного контраста и | |||||||||||
|
| |||||||||||
|
|
| ||||||||||
|
|
| ||||||||||
|
|
|
| |||||||||
Апертурная коррекция
Коррекцию апертурных искажений иллюстрируют на рис. 7.5 (а) эпюры сигналов одиночного штриха, превышающего по ширине считывающее пятно. Полученный на выходе ФЭП видеоимпульс (1) после дифференцирования становится сигналом (2) пропорциональным скорости изменения напряжения фототока преобразователя при переходе пятном границ штриха. Его модуль (5) используют в качестве корректирующего сигнала. Сложив его с исходным видеоимпульсом (1), получают сигнал (6) с повышенной крутизной фронтов, что позволяет улучшить резкость краев штриха на копии. Так работает простейший апертурный корректор, представленный на рис. 7.5 (б). Как видно из графика (6), увеличению крутизны фронтов видеоимпульса сопутствует существенное искажение его длительности.
|
| Рис. 7.5 а) - искажения сигнала на границах одиночного штриха (1), получение корректирующего сигнала (2 – 5), исправленный сигнал (6); б) - апертурный корректор |
Нерезкое маскирование
Применительно к электронному репродуцированию термин маскирование имеет несколько условный характер, т.к. заимствован из фотографии. Там он означал съемку основного изображение через вспомогательное – маску с целью тоновой, цветовой, резкостной коррекции, удаления фона и т.п.
На рис. 7.7 изображен штрих оригинала с пересекающими его в процессе развертки концентрическими считывающими апертурами основного оптического канала и канала нерезкого маскирования. Ниже представлены сигналы на выходах ФЭП этих каналов и эпюры, поясняющие их преобразования в схеме электронного нерезкого маскирования. Слева даны пояснения аналогичным этапам фотографического способа этой коррекции, а внизу на рис. 7.7 (б) приведена сама эта схема, где номера связей входов и выходов ее отдельных элементов соответствуют номерам эпюр сигналов на рис. 7.7 (а).
|
| Рис. 7.7 Процесс (а) и устройство (б) электронного нерезкого маскирования |
Сигнал, получаемый в результате электронного нерезкого маскирования, следующим образом связано с исходными сигналами uосн основного и uнм вспомогательного оптических каналов:
| 7.2 |
Коэффициент k в этом выражении определяет степень усиления сигнала коррекции (uосн - uнм) и служит параметром оперативной регулировки. От него зависит амплитуда выбросов на фронтах видеоимпульса или яркость оконтуривающих полос. В более сложных схемах он может быть поставлен в зависимость от контраста контура и других локальных параметров изображения. Ширина же оконтуривающей зоны, как видно из рис. 7.7 (а), зависит от того, насколько вспомогательное считывающее пятно превышает апертуру основного канала.
В отличие от апертурной коррекции, в самом своем названии предполагающей исправление искажений, внесенных предыдущей стадией, нерезкое маскирование привносит изображению и новую, целиком отсутствующую на оригинале информацию. Со светлой и темной сторон границы, разделяющей на изображении черное и белое поле, образуются создающие «оконтуривающий» эффект каемки, значение тона которых соответствует уровням «белее белого» и «чернее черного».
Регулируемыми параметрами такой коррекции являются яркость и ширина оконтуривающих полос, а также зависимость действия от перепада яркости на контуре. Например, степень коррекции может быть сведена к минимуму для незначительных перепадов яркости, обусловленных шумами подложки, во избежание их нежелательного усиления на копии. В подобном случае оператор высокочастотной коррекции автоматически заменяется расфокусировкой деталей малого контраста, квалифицированных как шум подложки оригинала при визуальной оценке перед сканированием. И, напротив, степень маскирования может быть максимальной для слабых контуров и совсем незначительной для контуров полного контраста. В ряде случаев коррекция может давать лишь одну из оконтуривающих полос (только со стороны светлого или темного), например, для облегчения такой технологической операции, как устранение («отмазка») фона от силуэта посредством ручной или электронной ретуши.
Цифровая» частотная коррекция
В программных приложениях компьютерных репродукционных систем высокочастотные коррекции - это операции с числами, представляющими значения тона изображения. Исходный массив таких многоуровневых отсчетов создают большей частью без использования вспомогательного оптического канала. Поэтому значения, соответствующие, например, сигналу uнм нерезкого изображения, получают усреднением значений корректируемого и соседних отсчетов. Вместе зоны этих отсчетов образуют некоторую окрестность или «окно» (см. рис. 7.8), которым обходят весь массив. Для этого в электронной схеме или программе организуют буфер «окна», обеспечивающий оперативный доступ к его значениям. В основу программы такой дискретной коррекции может быть положено, например, следующее, полностью аналогичное рассмотренному выше (7.1) выражение
| 7 . 3 |
Наряду с упомянутыми выше регулировками параметров коррекции подобный частотный фильтр может использовать и коэффициенты, учитывающие удельный вес значений окрестных отсчетов, например, с учетом их связи (близости) с корректируемым отсчетом.
|
| Рис. 7.8 «Окно» - малая окрестность отсчетов для цифровой частотной коррекции значения элемента изображения с координатами х, у |
Если изображение представлено числовым массивом, отдельные параметры и даже тип частотной коррекции возможно изменять избирательно, т. е. по выделенным в поле изображения участкам. Так, например, на телесных участках используют сглаживание или низкочастотную фильтрацию, облагораживающие кожный покров, тогда как фактуру прически и одежды, выделенную электронной маской, усиливают высокочастотной коррекцией.
Пример результата цифрового нерезкого маскирования наглядно иллюстрирует увеличенный штриховой фрагмент растрированного печатного изображения полутонового оригинала на рис. 7.9 (в). В отличие от варианта, иллюстрируемого на рис. 7, 9 (б), исходный числовой массив был подвергнут процедуре нерезкого маскирования с использованием дифференциального оператора 7.3. Уровни «белого» и «черного» оригинала изначально установлены для всех моделей рис. 7.9 (б – е) на границах обсуждавшегося в третьем разделе эффективного интервала площадей растровых точек, т.е. равными соответственно 4% и 96%. Однако в результате нерезкого маскирования на рис. 7.9 (в) просматривается «оконтуривающее» действие этого оператора. Со светлой и темной стороны к границам знаков здесь прилегают участки со значением тона 0% и 100%.
|
| Рис. 7.9 Штриховые элементы (а) полутонового оригинала и их растровые копии с использованием: — одного (б,в,д) и четырех (г,е) отсчетов в периоде растровой функции; — нерезкого маскирования числового массива (в); — смещения растровых точек (д) и их фрагментов (е) на контурах. |
Следует отметить также, что сохранению или увеличению резкости сопутствует очень важный побочный эффект повышения кажущегося общего яркостного контраста копии. Объяснить это можно тем, что благодаря действию рассмотренных выше дифференциальных операторов уменьшается общее количество элементов изображения, имеющих некоторые промежуточные значения яркости. На цветном оттиске этим же создается впечатление большей насыщенности. Все это вместе увеличивает визуально воспринимаемый цветовой охват иллюстраций, полученных с использованием тех же печатных материалов и оборудования.
Дата добавления: 2021-12-10; просмотров: 60; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!