Способ растрового воспроизведения полутоновых оригиналов при электрическом репродуцировании Советский патент 1987 года по МПК H04N5/14 

Изобретение относится к полиграфии, в частности к технике электронного растрирования полутоновых оригиналов, обеснечива- ющей нолучение их копий в виде растровых фотоформ или печатных форм в полиграфических скеннерах,электронно-гравировальных машинах, фотофаксимильных аппаратах и других подобных устройствах.

Цель изобретения - повышение качества воспроизведения.

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 2 - формирование растровых структур; на фиг. 3 - растровые изображения участка оригинала, содержащего контур плавно изменяющегося по его протяженности контраста; на фиг. 4 - эпюры сигналов на выходах анализатора

Способ растрового воспроизведения полутоновых оригиналов при электрическом репродуцировании, основанный на построчном и поточечном формировании копии из растровых точек, относительную площадь которых изменяют в соответствии с коэффициентом отражения (пропускания) воспроизводимых участков оригинала, при этом количество растровых точек на единице площади копии дискретно изменяют по заданным пороговым значениям, (порогам) сигнала детальности, равного .например, модулю градиента коэффициента отражения, и поддерживают при этом соответствие относительной площади измененного количества растровых точек указанному коэффициенту отражения, при дискретном изменении количества растровых точек на единице площади копии относительные площади растровых точек по достижении сигналом детальности заданного порогового значения увеличивают (уменьшают) по мере дальнейшего роста (снижения) сигнала детальности, а относительные площади растровых точек, устанавливаемых на копии по пороговым значениям, меньшим заданного значения, уменьшают (увеличивают) до равенства относительных площадей вводимых (выводимых) растровых точек и растровых точек, установленных по пороговым значениям, меньшим заданного значения.

Устройство для реализации способа раст- 45 зоны, ограниченной отсчетами «43:50, окру50

жающими исследуемый элемент 42 (фиг. Зв) ниже минимального порога. Тогда указанный участок будет воспроизводится с тем же (максимальным) шагом дискретизации. Слева от линии К сигнал детальности превышает свой первый порог и шаг дискретизации увеличивается в области контура скачком в раз, что соответствует появлению в этой области дополнительных раст .j. ,, ..„, .,ровых элементов и формированию более плот13 с фотоматериалом, 2 -, где 55 ой структуры (фиг. 26). Одновременно, благодаря включению аттенюатора в изестном устройстве, площади всех точек в области контура скачком уменьшаются, в два раза

рового воспроизведения полутонового оригинала при электрическом репродуцировании (фиг. 1) содержит анализатор 1, усилитель 2 записи, блок 3 записи, формирователь 4 импульсных последовательностей, формирователь 5 импульсов синхронизации, формирователь 6 сигнала детальности, п-1 ограничителей 7, сумматор 8, 2п-1 ключей 9, R-1 усилителей 10, блок И электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), каретку 12, цилиндр

N-макс.п, счетных триггеров 14 и 15, двух- входовые элементы И 16, трехвходовые элементы И 17 и элементы ИЛИ 18.

0

Устройство работает следующим образом. Из входного видеосигнала формирователь 6 формирует одномерный сигнал детальности, т.е. сигнал, учитывающий скорость изменения коэффициента отражения в направлении строчной развертки. Более эффективным данное устройство оказывается при использовании двухмерного (пространственного) сигнала детальности, получаемого путем обработки нескольких отсчетов

видеосигнала в пределах некоторой зоны, окружающей воспроизводимый участок изображения. Источниками видеосигнала в этом случае могут служить либо многоэлементное считывающее устройство скеннера, использующее, например, матрицу фотодиодов,

5 либо запоминающее устройство, обеспечивающее параллельный вывод всех указанных отсчетов в формирователь 6, в том числе значения видеосигнала воспроизводимой в данный момент точки на усилитель 2 записи.

С выхода формирователя 6 сигнал детальности (фиг. 4а) поступает на ограничитель 7, уровни ограничения, пороги которых распределены, например, линейно в пределах, динамического диапазона сигнала

5 детальности. На выходе каждого из огра- .ничителей 7 появляется сигнал (сигнал повышения порога) в аналоговой форме, как только его величина превысит соответствующий уровень ограничения (фиг. 4 б-д). Рассмотрим работу устройства на примере воспроизведения контура с плавно меняющимся по его протяженности контрастом (фиг. За). На фиг. 36 отображен участок указанного оригинала при воспроизведении с постоянным шагом дискретизации. Предположим, что указанный шаг соответствует параметрам импульсной последовательности, поступающей от формирователя 4 с выхода верхнего элемента И 17 (фиг. 2а). Четкость воспроизведения в этом случае соответствует указан0 ному шагу. При этом граница двух полей аппроксимируется на копии ломаной линией (фиг. 36). Предположим, что справа от линии К (фиг. Зг) значения сигнала детальности, вычисляемого на основе сигналов, получаемых от оригинала в пределах

0

5

для компенсации двукратного увеличения их количества. Аналогично по достижении сигналом детальности второго порога (линия К+1) шаг дискретизации снова увеличивается в 2 раз, что соответствует введению дополнительных точек с формированием в области контура новой структуры (фиг. 2в). Ступенчатое изменение режима дискретизации (шага установки и размеров точек) на границах К и К+1, соответствующих пороговым значениям сигнала детальности, вызывает скачки оптической плотности вдоль отображаемого, плавно изменяющего свой контраст контура. Это ведет к некоторому ухудшению качества воспроизведения, снижающему положительный эффект, обусловленный существенным увеличением четкости в известном способе. Поэтому в изобретении значения сигнала детальности, лежащие между уровнями ограничения Первого и второго ограничителей, с выхода первого ограничителя 7 поступают на управляющий вход первого из усилителей 10, регулируя коэффициент усиления входного видеосигнала. С прямого выхода этого усилителя через ключ 9, тактируемый импульсной последовательностью, соответствующей растровой структуры (фиг. 2д), видеосигнал в виде амплитудно-модулированных импульсов поступает на сумматор 8 и далее на блок 3 записи. Через (верхний) ключ 9 на сумматор поступают также амплитудно- модулированные импульсы,тактируемые импульсной последовательностью, соответствующей исходной растровой структуре (фиг. 2а) Для обеспечения соответствия относительной площади увеличивающегося числа растровых точек коэффициенту отражения воспроизводимого участка контура амплитуда импульсов, поступающих на запись через (верхний) ключ 9, уменьщается благодаря алгебраическому сложению их в сумматоре 8 с инвертированным видеосигналом.

й 25

Усилитель 2 записи содержит 2п-1 ключей, сумматор 8, п-1 (управляемых) усилителей 10.

Совокупность управляющих входов ключей 9 образует собой тактовый вход усилителя 2, подключенный к соответствующим выходам формирователя 4 импульсных последовательностей.

Блок 3 записи содержит в качестве модулятора записи блок 11 ЭЛТ к среднему 10 электроду диафрагмирующей линзы которой подключен выход усилителя 2 записи. Блок 1 1 ЭЛТ с объективом закреплены на каретке 12, имеющей возможность перемещения вдоль оси цилиндра 13 с закрепленным на нем фотоматериалом. Формирователь 5 импульсов синхронизации выполнен в виде фотоприемников, прозрачного диска, закрепленного на оси цилиндра 13, и осве- uiaeMoro источника света. Верхний фотоприемник установлен напротив миры диска с числом штрихов, соответствующим максимальной линиатуре растровой копии. Нижний фотоприемник установлен на радиусе окружности диска, имеющей один штрих. Выходы фотоприемников образуют выход генератора импульсов.

Импульсы растровой частоты с выхода верхнего фотоприемника формирователя 5 поступают на делитель частоты, собранный на триггерах 14 формирователя 4. Таким же образом происходит деление строчной часто- 30 ты, поступающей от нижнего фотоприемника на вход делителя частоты, собранного на триггерах 15. На каждой ступени деления импульсы растровой и строчной частоты поступают на входы элементов и 17. В результате на объединенных выходах элементов И 17 формируются импульсные последовательности, соответствующие дополнительным растровым точкам, устанавливаемым на фотоматериале при увеличении частоты пространственной дискретизации изоб ражения. Причем временные параметры

20

35

Указанный видеосигнал поступает на сумма- 40 указанных импульсных последовательностей

тор о от инверсного выхода первого из управляемых усилителей. 10 через соответствующий ключ 9, тактируемый той же частотой, что и (верхний) ключ 9. Пределы изменения коэффициента усиления указанного (управляемого) усилителя 0 устанав- ливают таким образом, чтобы при максимальном значении видеосигнала Umax и минимальном значении управляющего сигнала Uynp с выхода первого ограничителя 7 на выходе этого усилителя 10 обеспечивалась амплиту- ,.. да сигнала, соответс гвующая минимальной технологически воспроизводимой на копии точке, а при максимальном значении управляющего сигнала - амплитуда видеосигнала, уменьшенная в два раза. В общем случае пределы изменения коэффициента усиления 55 i-ro (управляемого) усилителя 10 устанавливают из условия

U|nbix Umax Uynp/Z .

соответствуют пространственным координатам структур (фиг. 2д,ж) линии, направления расположения растровых точек с минимальным щагом которых совпадают с направлением строчной и кадровой разверток блока 3 записи. Временные параметры этих импульсных последовательностей соответствуют структурам, ориентированным под углом 45° к направлению развертки (фиг. 2 е). Исходная растровая частота, соответствующая самой низкой частоте пространственной дискретизации (фиг. 2а), обеспечивается импульсной последовательностью на выходе верхнего элемента И 17. Импульсные последовательности с выхода элементов ИЛИ 18 соответствуют пространственным структурам (фиг. 2б,в,г), образуемым путем совмещения структур а и с, б и е, в и ж, , и т. д., как указано стрелками на фиг. 2. С этой целью соответствующие

25

Усилитель 2 записи содержит 2п-1 ключей, сумматор 8, п-1 (управляемых) усилителей 10.

Совокупность управляющих входов ключей 9 образует собой тактовый вход усилителя 2, подключенный к соответствующим выходам формирователя 4 импульсных последовательностей.

Блок 3 записи содержит в качестве модулятора записи блок 11 ЭЛТ к среднему 10 электроду диафрагмирующей линзы которой подключен выход усилителя 2 записи. Блок 1 1 ЭЛТ с объективом закреплены на каретке 12, имеющей возможность перемещения вдоль оси цилиндра 13 с закрепленным на нем фотоматериалом. Формирователь 5 импульсов синхронизации выполнен в виде фотоприемников, прозрачного диска, закрепленного на оси цилиндра 13, и осве- uiaeMoro источника света. Верхний фотоприемник установлен напротив миры диска с числом штрихов, соответствующим максимальной линиатуре растровой копии. Нижний фотоприемник установлен на радиусе окружности диска, имеющей один штрих. Выходы фотоприемников образуют выход генератора импульсов.

Импульсы растровой частоты с выхода верхнего фотоприемника формирователя 5 поступают на делитель частоты, собранный на триггерах 14 формирователя 4. Таким же образом происходит деление строчной часто- 30 ты, поступающей от нижнего фотоприемника на вход делителя частоты, собранного на триггерах 15. На каждой ступени деления импульсы растровой и строчной частоты поступают на входы элементов и 17. В результате на объединенных выходах элементов И 17 формируются импульсные последовательности, соответствующие дополнительным растровым точкам, устанавливаемым на фотоматериале при увеличении частоты пространственной дискретизации изображения. Причем временные параметры

20

35

40 указанных импульсных последовательностей

соответствуют пространственным координатам структур (фиг. 2д,ж) линии, направления расположения растровых точек с минимальным щагом которых совпадают с направлением строчной и кадровой разверток блока 3 записи. Временные параметры этих импульсных последовательностей соответствуют структурам, ориентированным под углом 45° к направлению развертки (фиг. 2 е). Исходная растровая частота, соответствующая самой низкой частоте пространственной дискретизации (фиг. 2а), обеспечивается импульсной последовательностью на выходе верхнего элемента И 17. Импульсные последовательности с выхода элементов ИЛИ 18 соответствуют пространственным структурам (фиг. 2б,в,г), образуемым путем совмещения структур а и с, б и е, в и ж, , и т. д., как указано стрелками на фиг. 2. С этой целью соответствующие

импульсные последовательности rioriapiu) обч, единяют через элементы ИЛИ 18.

Предположим, что оптическая плотность контура в зоне К-(К+1) 11.:авно меняется между значениями, соответствующими относительным размерам растровых точек 60- 75%. Растровая точка минимального разряда соответствует белому полю оригинала и принята равной 5%. Слева от линии К (фиг. 3), но li непосредственной близости от пес па -меры дополнительно вводимых )()Hi.x точек не превышают 5%, а размеры pacTpoLJhix точек исходной структуры ,11 аются и равны 55%. В конце указан- noii области, справа от линии К+1, дополни- TC,ii:-iio введенные растровые точки и растро- л.-1С- точки исходной структуры устанавли- наэттся из одинаковых условий и при тех же .л;аче1И1Ях и Uyr.p будут равны, а относи- гельная плонладь каждой из них составит, например, 37,5%. Благодаря плавному изменению удельного веса дополнительно вво- ,1Х растровых точек ступенчатое изменение niai a дискретизации оказывается пела мет . а искажения, присуш,ие извест- способу, отсутствуют.

Когда З11,:чения сигнала детальности ле- ж;1г в пре.1,елах уровней ограничения второго и трс гьего ограничителей 7, управляющий сигнал поступает с выхода второго oj-- рапичителя 7 на управляющий вход второго усилителя К), а сигнал на выходе первого ограничителя 7 остается постоянным и равным уровню ограничения второго ограничителя 7. Сигнал с прямого выхода указа ниого усилителя 10 через ключ 9, тактируемый импульсной последовательностью (фиг. 2 е), и сумматор 8 поступает на блок 3 записи для формирования новых донолни- тельных растровых точек. Одновременно на величину этих растровых точек должны уменьшаться размеры растровых точек, устанавливаемых на конии по тактам, соот- ветствуюнщм структурам, ноказанным на фиг. 2 а,д. Для этого сигнал инверсного выхода второго из усилителей 10 тактируется на ключе 9 импульсной последовательностью (фиг. 26).

Ввиду нлавности изменения онтической нлотности контура но его протяженности можно считать, что значение видеосигнала вблизи линии К+1 слева и справа от нее приближенно равны и соответствуют относительной площади растровых точек, равной 75%. При появлении управляющего сигнала на выходе третьего ограничителя 7 сум-марная относительная площадь растровых точек остается равной этой величине Алгебраическая сумма сигналов на выходах первых двух ключей 9 соответствует 37,5% сигнал на выходе третьего ключа 9 также соответствует 37,5%. Сигнал на входе пя- того ключа 9 для указанной зоны соответствует 5%, однако суммарная относительная площадь растровых точек, устанавли-

5

5

0

0

5 Х4-Хз

0

5

0

ваемых данным уровнем сигнала но структуре (фиг. 2 е), равна 10%, а но структуре сриг. 2е содержит вдвое большее число растровых точек, чем структура типа 2а или 2д . Вычисление этой величины из относительной площади растровых точек, установленных но структурам фиг. 2 а,б, осунгест- вляется благодаря инвертированному сигналу, поступающему на сумматор 8 через четвертый ключ 9, тактируемый импульсной последовател ьностью, соответствуюнхей структурам фиг. 2 а,д. В результате вычитания величина растровых точек, устанавливаемых в зоне действия данного значения сигнала детальности по структурам фиг. 2 а,д, уменьщится с 37,5 до 32,5%, а суммарная относительная нлощадь остается равной 75%.

Изменение доли относительной площади дополнительно вводимых растровых точек имеет место лищь при гюстепенном пространственном изменении сигнала детальности, соответствующем «вырождающимся контурам или контурам с плавно меняюнлимся по их протяженности контрастом. Для штриховых элементов оригинала (тонких линий, мелких деталей или перепадов плотности с 100%-ным контрастом) таг дискретизации и размеры растров.ых точек будут изменяться скачкообразно, обеспечивая соответствующее увеличение четкости копии. В то же время при воспроизведении участков ориги; ала, для которых амплитуда сигнала детальности колсб.лется в незначительных пределах относительно саного из установлен1и5 х по)ог(.1В, стр /ктурн .к изменения (н1умы) незначительны, тпк как они могут вызываться лии1ь растровыми точками минимального размера с относи1ельной п:;о- щадью, не превышающей .

Если значение сигнала дета чы-юсти U.-. (фиг. 4 а , участок .Хо- Xi) превыщает порог (п-1)-го ограничителя 7, то на выходах всех ограничителей 7, кроме последнего, сигналы имеют постоянное и, например, одинаковое значением, равное ровню ограничения ограничителей 7 (Uorp на фи1. 4 д,г,в). Растровые точки, экспонируемые по структурам фиг. 2 а, д, е, ж, имеют одинаковый размер, определяемый величиной видеосигнала. Управляющий сигнал па выходе (п-)-го ограничителя 7 принимает при этом значения в пределах от «О ло , (фиг. 46). Поэтому растровые точки, устанавливаемые по структуре фиг. 2г, меняют свою площадь не только по величине видеосигнала, но и в соответствии с управляющим сигналом этой щины. Частота пространственной дискретизации изображения или число растровых точек на единице площади, а соответственно и разрешающая способность при этом максимальны.

При скачкообразном изменении сигнала детальности (фиг. 4а участки ,

частота установки растровых точек

и участие дополнительных растровых точек в формировании интегральной оптической плотности на соответствующем участке копии увеличиваются также скачкообразно. На участке Х2-Хз растровые точки экспонируются по всем временным тактам, поступающим на усилитель 2 от формирователя 4 и воспроизведение изображения аналогично описанному в известном устройстве. На участке Х4-Xs экспонирование

Формула изобретения

Способ растрового воспроизведения полутоновых оригиналов при электрическом репродуцировании, основанный на построчном и поточечном формировании копии из растровых точек, относительную площадь которых изменяют в соответствии с коэффициентом отражения воспроизводимых участков оригинала, при этом количество растро- имеет мелете по структурам фиг. 2а,д,е, что ю вых точек на единице площади копии дис- обусловлено наличием управляющих сиг-кретно изменяют по заданным пороговым

налов лищь на выходах первых трех огра-значениям сигнала детальности и поддерничителей 7. Так как на этом участке зна-живают при этом соответствие относительчение управляющего сигнала на выходеной площади измененного количества расттретьего ограничителя 7 не достигаетровых точек указанному коэффициенту отуровня насыщения Unac, то растровые точки, 5 ражения, отличающийся тем, что, с целью устанавливаемые по структуре фиг. 2 с,повышения качества воспроизведения, при

меняют свою площадь как по управляющему сигналу, так и по видеосигналу.

Значения модуля пространственного градиента коэффициента отражения могут быть вычислены с использованием отсчетов видеосигнала получаемых от оригинала в пре делах зоны с элементами «43+54 (фиг. 4в). окружающими исследуемый элемент. Тогда

20

дискретном изменении количества растровых точек на единице, площади копии относительные площади растровых точек по достижении сигналом детальности заданного порогового значения увеличивают (уменьшают) по мере дальнейщего роста (снижения) сигнала дальности, а относительные площади растровых точек, устанавливаемых на копии по пороговым знадетальность воспроизводимого участка и соответствующии ей управляющий сигнал 25 чениям, меньшим заданного значения, уменьопределяются для данного способа, например, суммой модулей разностей соседних отсчетов в пределах указанной зоны, а весовые коэффициенты отсчетов или их разностей в этой сумме - удаленностью отсчетов от центра зоны, т.е. от счета «42.

шают (увеличивают) до равенства относительных площадей вводимых (выводимых) растровых точек и растровых точек, установленных по пороговых значениям, меньшим заданного значения.

Формула изобретения

дискретном изменении количества растровых точек на единице, площади копии относительные площади растровых точек по достижении сигналом детальности заданного порогового значения увеличивают (уменьшают) по мере дальнейщего роста (снижения) сигнала дальности, а относительные площади растровых точек, устанавливаемых на копии по пороговым знашают (увеличивают) до равенства относительных площадей вводимых (выводимых) растровых точек и растровых точек, установленных по пороговых значениям, меньшим заданного значения.

Видеосигнал

фиг.1

ЛЖ---IП

I I I

п я я Л

I г I II

я-яя2Г

, j

Я-Л-I-лг-г-ж-г ш I ж I ж I ж

я ЛГ JT Ш ж Ш IT

М I и I ш I ш

1 I

Г-fir-ff-IIF-ir-ж-IT

. I

Ш I Ш I Ш I Ш I я я ВТ я JE Я| Я Ж Л Ш IT ПГ ff I ж JT ff ff ff if I я I ВТ I ЛГ I ПГ

ff Я;

I-Ж-S-ff-я--ЛГ-ff

771TT 77

jjДJX

я я 2Г

i

яПи

Ш.ж-j

Ш Ш ж т Ш

Ш Ш ж

W-шж

SITJTffff 21

SISПIfSE

JSШS.ПS S

ШSSППН

I Ш JE Я| ПГ ff ff if I I П

ff Я;

Х.П