Система сенситометрии процессов поэлементной записи бинарных изображений Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

Система

сенситометрии

процессов

поэлементной

записи бинарных

изображений

В.Р. Севрюгин,

к.т.н., докторант кафедры технологии допечатных процессов

При полиграфическом репродуцировании в процессе автотипного растрирования происходит преобразование полутонового изображения в бинарное. Бинарное изображение регистрируется в настоящее время на вещественном носителе информации - фотоформе или печатной форме в основном методом поэлементной записи лазерным излучением. Для оценки действия лазерного излучения на фотопленку при изготовлении фотоформ обычно применяются сенситометрические характеристики фотографических процессов. Для формных пластин, используемых для изготовления офсетных печатных форм, характерно большое количество видов регистрирующих слоев, основанных на различных физико-химических превращениях под действием световой и тепловой энергии. В [2, 3] была обоснована и предложена сенситометрическая система формного процесса. Однако разработка теоретических основ воспроизведения бинарных изображений в процессах поэлементной записи потребовала создания общей системы сенситометрии, независящей от вещественного носителя и учитывающей особенности такого способа записи. При построении системы будем придерживаться положений, обоснование большинства которых приведено в [2]:

- сенситометрические характеристики относятся не только к регистрирующему слою, но и ко всему процессу поэлементной записи в целом;

- использование энергетических, а не световых величин;

- направленность сенситометрических характеристик на оценку качества воспроизведения бинарных изображений;

89

- возможность совместного использования сенситометрических и структурометрических характеристик;

- при разработке сенситометрической системы необходимо выбирать: меру действующего излучения, меру результата действия излучения на регистрирующий материал, способ отображения их зависимости и полезные параметры на этой зависимости.

Выбор меры действующего излучения

Экспозиция в фото- и формовыводных устройствах задается изменением одной или нескольких управляющих величин: непосредственно самой экспозицией (Дж-м-2 или в производных единицах), мощностью излучения лазера (Вт или %) или частотой вращения барабана (мин-1 или в производных единицах). Освещенность при формировании одного пикселя пропорциональна мощности излучения, а время экспонирования при строчной развертке обратно пропорционально частоте вращения барабана при его постоянном диаметре. Тогда экспозиция на протяженном участке регистрирующего материала, формируемая суммированием экспозиций отдельных пикселей, прямо пропорциональна мощности излучения и обратно пропорциональна частоте вращения барабана.

В целях единообразия будем рассматривать не абсолютные значения экспозиции, а относительные. Такой подход позволяет равноправно использовать в качестве аргументов отношения одну из управляющих экспозицией величин, в том числе мощность излучения лазера и частоту вращения барабана. Значение, по отношению к которому будем рассматривать управляющую величину, соответствует некоторой экспозиции Hmin, определение и обоснование выбора которой будет приведено ниже.

Необходимо отличать наложенную экспозицию, сообщенную поверхности регистрирующего слоя, и эффективную, непосредственно формирующую изображение в слое. Термин «экспозиция» будем относить к управляющим величинам и к поверхности регистрирующего слоя, а термин «плотность энергии» - к действию внутри слоя, опуская определения наложенная и эффективная.

При осуществлении записи пикселей во все возможные позиции формируется энергетическая плашка, на которой в общем случае образуются колебания уровня плотности энергии в направлении и с шагом кадровой развертки (рис. 1) [4]. Тогда рабочей экспозиции Нраб, заданной в выводном устройстве, соответствует средний уровень плотности энергии такой плашки. Система структурометрии процесса поэлементной записи имеет дело с нормированной плотностью энергии элементов изображения (нормирование по максимальному уровню энергетической плашки). Тогда в целочисленных координатах, связанных с позициями записи, образуется единичный максимум, а в коорди-

90

натах, смещенных на половину шага развертки, - минимум h|П (см.

рис. 1). Для перехода к нормированию по среднему уровню (рис. 1, а, штриховая линия) используется коэффициент перехода:

Кн =

2

МТ

(1)

Для совместного использования с структурометрическими характеристиками будем вычислять нормированные плотности энергии - энергетические уровни:

h

H

КнНраб

(2)

Рис. 1. Распределения нормированной плотности энергии энергетической плашки: a — направление кадровой развертки; б — направление строчной развертки

Таким образом, в качестве меры действующего излучения будем использовать отношение управляющей экспозицией величины (при условии их пропорциональности) к ее значению, соответствующему экспозиции Н .

Выбор меры результата действия излучения

Результатом действия излучения на фотопленку c ее последующей обработкой является оптическая плотность почернения, которая зависит от сообщенной фотопленке экспозиции. Оптическая плотность почернения определяет основные рабочие свойства элементов фотоформы: для прозрачных — пропускать излучение в формном процессе по технологии контактного копирования, а для непрозрачных — не пропускать.

Результатом действия излучения на формный материал офсетной плоской печати при всем его многообразии является относитель-

91

ная толщина печатающего слоя, оставшаяся на экспонированных участках после обработки, и которую можно определить на основе относительной оптической плотности [1]:

d=

D~Dq

Dmax _ D0

(3)

где D - оптическая плотность в отраженном свете экспонированного поля при экспозиции H; Dq - оптическая плотность в отраженном свете подложки; Dmax - оптическая плотность в отраженном свете плашки с полной толщиной печатающего слоя.

Относительная толщина печатающего слоя определяет основные рабочие свойства элементов печатной формы: для пробельных элементов при нулевой толщине печатающего слоя - не переносить краску в печатном процессе, а для печатающих элементов при полной толщине слоя - переносить.

Для фотоформ относительная оптическая плотность d может быть также рассчитана по (3), где D - оптическая плотность в проходящем свете экспонированного поля при экспозиции H; Dq - оптическая плотность в проходящем свете прозрачного участка; Dmax -максимальная оптическая плотность в проходящем свете непрозрачного участка.

Оптическая плотность почернения и относительная толщина печатающего слоя являются градационным параметром изображения на фотоформе и печатной форме, при этом в существенной мере определяют основные рабочие свойства такого изображения. Будем рассматривать такой градационный параметр, как относительную величину d рассчитанную по (3).

Таким образом, за меру результата действия излучения на регистрирующий слой примем относительный градационный параметр d связанный с основными рабочими свойствами элементов изображения и равный для фотоформ и офсетных печатных форм относительной оптической плотности.

Выбор способа отображения зависимости

Наиболее полной и наглядной сенситометрической характеристикой регистрирующего слоя фотографического материала является характеристическая кривая, по которой можно найти большинство других характеристик. Для ее аналога, для формного процесса, введен термин сенситометрической кривой [3]. Аналогично для оценки сенситометрических свойств процесса поэлементной записи будем использовать сенситометрическую кривую процесса поэлементной записи -графическое представление зависимости относительного градационного параметра dот логарифма по основанию 2 отношения управляющей экспозицией величины к некоторому ее значению, соответствующему экспозиции Hmin. Условия обработки принимаются постоянными.

92

Для возможности сравнения различных процессов или вариантов одного процесса целесообразно использовать общее оформление графиков сенситометрической кривой (рис. 2). Ось ординат проходит через экспозицию Hmin, обозначается d и размечается в

относительных единицах от 0 до 1. Ось абсцисс обозначается log2

H

H ■

и для логарифмической шкалы разметки -1,5; -1; -0,5; 0; 0,5; 1; 1,5 приводятся значения соответствующих экспозиций 0,35H ; 0,50H ; 0,71 H ■ ; H ■ ; 1,41H ■ ; 2,00H ■ ; 2,83H ■ . Для любой экспозиции можно

min min min min min

записать H= aH ■ . Если для H ■ известны значения управляющих вели-

min min

чин, то соответствующие значения для H можно найти по коэффициенту

пропорциональности a.

а

б

Рис. 2. Сенситометрические кривые процесса поэлементной записи: а — на фотопленку; б — на позитивную термочувствительную пластину

Для оценки ширины участка сенситометрической кривой будем использовать отношение экспозиций (плотностей энергии) Е, = —.

Hj

Такое отношение может быть рассчитано через коэффициенты пропорциональности а (рис. 2):

Amin

H ■

-=a

/min = Hmin

Lj H,

1 ,/ Hi

= — и L = —=-

H:

H H H

' ' i ''min ' 'm

Hj = ^.(4)

j j ' 'j ' 'min ' 'min wj

Методика построения сенситометрической кривой для формного процесса по технологии CtP приведена в [3]. Аналогичная методика с использованием цифровой шкалы для негативного процесса может быть использована и для процесса изготовления фотоформ. При этом

93

измеряется оптическая плотность в проходящем свете в зоне спектра чувствительности копировального слоя формной пластины. Значения относительного градационного параметра в обоих случаях рассчитываются по формуле (3).

Параметры сенситометрической кривой

Реальные сенситометрические кривые, как показано на рис. 2, не являются пороговыми, т. е. не обладают свойством бинаризации. Рабочие свойства бинарных элементов изображения обеспечиваются значениями градационного параметра меньше некоторого нижнего уровня или больше некоторого верхнего уровня. С другой стороны, распределение плотности энергии, формирующее элемент изображения в регистрирующем слое, имеет амплитуду, зависящую от его размера, и профиль, отличный от П-образного. Для элементов, формируемых подобными распределениями в регистрирующих слоях с подобными сенситометрическими характеристиками, характерно два вида отклонения от бинарности:

- градационный параметр в центре малых элементов изображения не обеспечивает основные рабочие свойства элементов изображения, т. е. они не воспроизводятся;

- на краях элементов изображения градационный параметр образует переходную зону, формирующую размытость или резкость края, а также затрудняющую определение контура воспроизведенного элемента изображения.

Для возможности оценки качества воспроизведения бинарных элементов изображения выберем на сенситометрической кривой параметры, связанные с воспроизведением, переходной зоной и контуром бинарных элементов изображения.

Параметры воспроизведения элементов изображения

Бинарность изображения на вещественном носителе предполагает:

- наличие двух видов элементов изображений: активного, формируемого в результате целенаправленного действия излучения на регистрирующий слой, и пассивного, формируемого в отсутствие такого действия;

- наличие двух уровней градационного параметра - верхнего и нижнего градационных уровней воспроизведения d% и dH, с которого или до которого обеспечиваются основные рабочие свойства элементов, т. е. происходит их воспроизведение.

Если активным элементам соответствует верхний градационный уровень dR, то процесс - негативный (рис. 2, а), если нижний dH, то - позитивный (рис. 2, б).

94

Для центра элементов изображения на фотоформе в [5] определены граничные значения оптической плотности в проходящем свете: для непрозрачных - на 2,5 единицы, а для прозрачных - на 0,1 единицы выше оптической плотности прозрачной пленки (основа плюс вуаль). Соответствующие градационные уровни воспроизведения dH и dR рассчитаны по (3) для ряда максимальных оптических плотностей (табл. 1, а).

Для элементов изображения на офсетной печатной форме в [3] приняты значения относительной толщины печатающего слоя (градационного параметра): для печатающих элементов - единичное (полная толщина печатающего слоя), а для пробельных элементов - нулевое (отсутствие печатающего слоя на подложке) (табл. 1, б). Для позитивного формного процесса активным элементам соответствуют пробельные элементы, а пассивным - печатающие, и, наоборот, для негативного процесса: активным - печатающие и пассивным - пробельные.

Градационным уровням воспроизведения dH и dR на сенситометрической кривой в зависимости от полярности процесса (рис. 2) соответствуют: пороговаяэкспозицияНпр до значения которого формируется пассивный элемент изображения, и минимальная Н , со значения которого формируется активный элемент изображения. Для печатных форм плоской офсетной печати Нпор соответствует экспозиции, при которой происходит изменение печатающего слоя, а Hmin - наименьшей экспозиции, при которой обеспечивается чистота пробельных элементов для позитивных пластин и максимальная толщина печатающего слоя после обработки для негативных пластин на протяженных экспонированных участках [2].

С минимальной экспозиции Н обеспечиваются основные рабочие свойства и пассивных, и активных протяженных элементов, т. е. она является минимальнодостаточной. Поэтому все остальные экспозиции (плотности энергии) на сенситометрической кривой рассматриваются и записываются по отношению к этой экспозиции.

При формировании на энергетической плашке колебаний уровня энергии в максимуме и минимуме действуют локальные плот-

ностиэнергии, для которых при Нраб можно записать: КНраб и Кн//лпНраб

(рис. 1). Основное рабочее свойство пассивных элементов начинает нарушаться при экспозиции в системе Нпор, когда в максимумах действует

плотность энергии Нор :

Нл°к — KH (Ц ^

Нпор /ЧнНГЮр. (5)

Основное рабочее свойство активных элементов окончательно будет достигнуто при экспозиции Hmin, когда в минимумах действует

95

плотность энергии —к ■

нлок =« inHmin. (6)

Значения экспозиций Н и Н i определяются эксперимен-

^ пор min г i“i г

тально [3], а значения —р и —о рассчитываются по (5) и (6). Для энергетических уровней воспроизведения пассивного и активного элемента по (2), (5) и (6):

h =

"пор КнН

—лок н

"пор _ "пор

и hmin =

—лок

Hmin

КнНраб

hmin н . 'тш Hmin

Нр: .

(7)

раб раб КнНраб Нраб

Экспозиция Hmin является минимально достаточной, поэтому особую важность представляет отношение рабочей экспозиции к ми-

_ Нраб

нимальной ——

Hmin

Чем меньше такое отношение, тем критичней процесс

изготовления печатных форм, уже диапазоны обработки по температуре, времени и т. д., а также вариации свойств регистрирующего материала, при которых будут сохраняться основные рабочие свойства активных элементов изображения. В [5] дано определение термина «широта экспозиции» (exposure latitude) как отношения максимальной и минимальной экспозиций, дающих допустимый результат. Тогда отношение рабочей экспозиции к минимальной будем называть широтойэкспози-ции по технологическим условиям (английский термин underexposure

latitude)■ i-ту = —^ = араб.

Hmin

Отклонения от бинарности для элементов изображений связано с участком сенситометрической кривой между пороговой и минимальной экспозициями, который будем оценивать отношением

/min = Hmin = 1

/ор н а (рис. 2).

' пор °пор

Таблица 1

Градационные уровни а — для фотоформ

D max d d d2 d

3,5 0,03 0,07 0,64 0,72

4 0,03 0,06 0,56 0,63

4,5 0,02 0,05 0,50 0,56

5 0,02 0,05 0,45 0,50

5,2 0,02 0,04 0,43 0,48

96

б — для печатных форм офсетной плоской печати

d н d(d2) d,(d) d в

0,0 0,1 0,9 1,0

Параметры переходной зоны элементов изображения

Для каждого вещественного носителя информации должны быть установлены градационные уровни d и d2, между которыми образуется переходная зона. На фотоформах переходной зоне соответствует зона размытости края [1]. Для фотоформ, предназначенных для изготовления офсетных печатных форм, зоне соответствуют уровни оптической плотности 0,25 и 2,25 (10% и 90% минимальной оптической плотности ядра, равной 2,5 единицы [5]). Соответствующие градационные уровни переходной зоны и приведены в табл. 1, а. На офсетных печатных формах в переходной зоне уменьшается толщина печатающего слоя и происходит его разрыв на отдельные фрагменты. В [5] переходная зона (platemaking gradation) определяется между уровнями 0,1 и 0,9 относительной оптической плотности печатающего слоя в отраженном свете, что соответствует градационным уровням d1 = 0,1 и d2 = 0,9 или, наоборот, в зависимости от полярности процесса (табл. 1, б).

Градационным уровням переходной зоны d и d2 на сенситометрической кривой соответствуют плотности энергиипереходной зоны H и Н2 (рис. 2), для которых по (2) можно вычислить энергетические уровни переходной зонь/h1 и h2:

h =-

H

и h2 =

н нраб

КнНраб

(8)

Ширина участка переходной зоны на сенситометрической

кривой может быть оценена отношением

L = H2

1 H

a (рис. 2).

a

Параметры контура элемента изображения

При измерениях на вещественных носителях принято допущение постоянства градационного параметра (оптической плотности или толщины слоя) внутри контура элемента изображения, что равнозначно использованию сенситометрической кривой со скачкообразным переходом градационного параметра при плотности энергии формирования контура HL (рис. 2, штриховаялиния). Положение HL относительно минимальной и пороговой экспозиций на сенситометрической

кривой, задаваемое отношениями /]lin

Hm

a

H

^пор

a

a

по

97

сути связывает сенситометрические и структурометрические характеристики.

В [4] было показано наличие в процессах поэлементной записи балансных экспозиций для направлений кадровой и строчной раз-

верток H и Нс, при которых края энергетической плашки проходят по точному геометрическому контуру (x, у = -0,5). При этих экспозициях формирование изображений происходит по энергетическим уровням

h = 0,5/С или / = 05

Кн

(рис. 1), которые будем называть балансными

уровнями направлений кадровой и строчной развертки. Балансные экспозиции связаны между собой и с плотностью энергии формирования

контура Н [4] по формуле:

0,5Но = 0,5/CKhH -Н±. (9)

Балансной экспозицией Н0 будем называть среднюю геометрическую балансных экспозиций направлений кадровой и строчной развертки:

Но -НН=/KHo. (10)

Ей соответствует балансныйуровень h0 (рис. 1), для которого по (2), (9), (10):

п - Н п0 -

0,5//л'ХНк ~. /

- 0,5

КнН0 Кн/КнН ' У кн

(11)

При балансной экспозиции искажения элементов изображения минимальны, поэтому важной характеристикой является отноше-

ние балансной экспозиции к минимальной -

_Н

Н ■

-a0. Тогда иска-

жения элементов изображения при рабочей экспозиции зависят от ее

отношения к балансной /0аб

Нраб араб

Н0 а0

Таким образом, к параметрам сенситометрической кривой, позволяющим оценивать воспроизведение, переходную зону и контур элементов изображения будем относить: градационные уровни; экспозиции (плотности энергии); энергетические уровни и отношения экспозиций (плотностей энергии) (табл. 2).

98

Таблица 2

Параметры сенситометрической кривой

Градаци- онные уровни Экспозиции (плотности энергии) Энергетические уровни Отношения экспозиций (пл. энергии)

Воспроизведения d, d Н , H , пор min' нлок нлок нпор, Hmin h , h пор min р ср

Переходной зоны dv d2 Н H hv h2

Контура - ЛЛЛ L0 /раб /min /L ^min, ч) , lL , чюр

Заключение

1. Рассмотрен вопрос построения сенситометрической системы процесса поэлементной записи бинарных изображений. В качестве меры действующего излучения принято отношение управляющей экспозицией величины (при условии их пропорциональности), к ее значению, соответствующему минимальной экспозиции Hmin. В качестве меры результата действия излучения принят относительный градационный параметр, связанный с основными рабочими свойствами элементов изображения и равный для фотоформ и офсетных печатных форм относительной оптической плотности.

2. Дано определение сенситометрической кривой процесса поэлементной записи, предложена единая форма оформления ее графиков.

3. Определены параметры сенситометрической кривой, связанные с воспроизведением, переходной зоной и контуром элементов изображения: градационные уровни; экспозиции (плотности энергии); энергетические уровни и отношения экспозиций (плотностей энергии).

Предложенная система сенситометрии может быть использована для расчета и оценки качества воспроизведения бинарных элементов изображения в процессах поэлементной записи.

Библиографический список

1. ГОСТ Р 54766-2011 (ИСО 12647-2:2004) Технология полиграфии. Контроль процесса изготовления цифровых файлов, растровых цветоделений, пробных и тиражных оттисков. Ч. 2. Процессы офсетной печати.

2. Севрюгин В.Р. Сенситометрическая система формного процесса. Часть I. Анализ и общие положения / В.Р. Севрюгин, Ю.С. Андреев // Известия высших учебных заведений. Проблемы полиграфии и издательского дела. - 2011. - № 4. - С. 53-59.

99

3. СеврюгинВ.Р. Сенситометрическая система формного процесса. Часть II. Структура системы для технологии поэлементной записи. Формный процесс плоской офсетной печати / В.Р. Севрюгин // Известия высших учебных заведений. Проблемы полиграфии и издательского дела. - 2011. - № 5. - С. 44-55.

4. Севрюгин В.Р. Краевые функции процессов поэлементной записи / В.Р. Севрюгин // Известия высших учебных заведений. Проблемы полиграфии и издательского дела. - 2012. - № 5. - С. 44-58.

5. ISO 12218:1997 Graphic technology - Process control - Offset platemaking.

100