Московский государственный университет печати

Андреев Ю.С., Позняк Е.С.


         

Методическое руководство по изучению дисциплины "Моделирование и исследование процессов обработки изобразительной информации"

для студентов, обучающихся по специальности "Технология полиграфического производства"


Андреев Ю.С., Позняк Е.С.
Методическое руководство по изучению дисциплины "Моделирование и исследование процессов обработки изобразительной информации"
Начало
Об электронном издании
Оглавление

Рекомендуемый алгоритм изучения дисциплины

Рекомендуемый график изучения дисциплины

1.

Тема № 1. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ГРАДАЦИИ ИЗОБРАЖЕНИЯ

1.1.

Общее представление о методах описания и моделирования градации изображения

2.

Тема № 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ КВАНТОВАНИЯ СИГНАЛА ИЗОБРАЖЕНИЯ ПО УРОВНЮ

2.1.

Дискретизация полутонового изображения по уровню сигнала

3.

Тема № 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ РАЗМЫТИЯ ПРИ ОТОБРАЖЕНИИ ИЗОБРАЗИТЕЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ. ВЗАИМОСВЯЗЬ РАЗЛИЧНЫХ ФУНКЦИЙ, ОПИСЫВАЮЩИХ РАЗМЫТИЕ

3.1.

Общие представления о тонкой структуре изображения и о размытии систем передачи изобразительной информации

3.1.1.

Край полуплоскости - резкая прямолинейная граница между освещенной и неосвещенной частью пространства (например, край лезвия ножа и т.п.)

3.1.2.

Бесконечно узкая щель (светящаяся полоска) с бесконечно большой интенсивностью; математически описывается как одномерная дельта-функция (<?xml version="1.0"?>
-функция):

3.1.3.

Периодическая одномерная структура, например, периодическая косинусоидальная или П-образная решетка

4.

Тема № 4. МОДЕЛИРОВАНИЕ РАЗМЫТИЯ ПРИ ОТОБРАЖЕНИИ ИЗОБРАЗИТЕЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ С ПРИМЕНЕНИЕМ ПРОСТРАНСТВЕННО-СПЕКТРАЛЬНЫХ МЕТОДОВ

4.1.

Метод моделирования размытия посредством функция передачи модуляции (ФПМ), взаимосвязь ФПМ и ФРЛ, методы пересчета

4.2.

ФПМ, определенные по синусоидальному и прямоугольному сигналу, взаимосвязь между ними

5.

Тема № 5. ВОЗДЕЙСТВИЕ РАЗМЫТИЯ НА ОТОБРАЖЕНИЕ ОДНОМЕРНОЙ ШТРИХОВОЙ ДЕТАЛИ ИЗОБРАЖЕНИЯ

5.1.

Взаимосвязь ФПМ и КФ. Практическое использование

6.

Тема № 6. МОДЕЛИРОВАНИЕ ФЛУКТУАЦИИ ИЗОБРАЖЕНИЯ И КОРРЕКЦИЯ ШУМОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

6.1.

Общие представления о шумах изображения и их моделировании

6.2.

Аналоговые шумы, методы их анализа и моделирования

6.3.

Случайные импульсные шумы, методы их анализа и моделирования

7.

Тема № 7. ОСНОВНЫЕ МОДЕЛИ ФИЛЬТРАЦИИ В РЕПРОДУКЦИОННОЙ СИСТЕМЕ ОДНОВРЕМЕННОЙ ФОРМАТНОЙ ОБРАБОТКИ И РАСЧЕТ ВОЗДЕЙСТВИЯ ФИЛЬТРАЦИИ НА ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ

7.1.

Основы моделирования многозвенных систем обработки информации

7.2.

Моделирование частотной фильтрации и расчета многозвенной системы на примере репродукционной системы форматной обработки

7.2.1.

Расчет ФПМ объектива

7.2.2.

Расчет ФПМ фотографического слоя

7.2.3.

Расчет ФПМ контактно-копировального процесса

7.2.4.

Расчет ФПМ всей линейной системы передачи сигнала

7.2.5.

Пример практического расчета воспроизведения изображения в многозвенной системе одновременной форматной обработки (контактно-копировальная система с записью на слаборассеивающую фотографическую пленку) с учетом фильтрующих свойств системы

8.

Тема № 8. МОДЕЛЬ ФИЛЬТРАЦИИ В СИСТЕМЕ ПОЭЛЕМЕНТНОЙ ОБРАБОТКИ ИЗОБРАЖЕНИЙ И РАСЧЕТ ВОЗДЕЙСТВИЯ ФИЛЬТРАЦИИ НА ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ

8.1.

Модель фильтрации в СПОИ

8.2.

Расчет воздействия фильтрации на воспроизведение изображения

9.

Тема № 9. ЧАСТОТНАЯ И ГРАДАЦИОННАЯ КОРРЕКЦИЯ СИГНАЛА ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ РЕЗКОСТИ ИЗОБРАЖЕНИЯ

9.1.

Потери резкости изображения, формируемого в системах с размытием

9.2.

Методы восстановления потери резкости (линейные и нелинейные)

9.2.1.

Линейные методы

9.2.2.

Нелинейные методы

9.2.2.1.

Метод нерезкого маскирования.

9.2.3.

Коррекция методом порогового ограничения

10.

Тема № 10. ИЗУЧЕНИЕ ДИСКРЕТНОГО В ПРОСТРАНСТВЕ ИЛИ ВРЕМЕНИ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ

10.1.

Методы дискретизации, используемые в репродукционных процессах

11.

Тема № 11. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЦВЕТОВЫХ КООРДИНАТ ИЗОБРАЖЕНИЯ

11.1.

Системы описания цвета, иcпользуемые в технологии полиграфии

12.

Формы итогового контроля

Указатели
21   указатель иллюстраций
Рис. 4.1. К расчету ФПМ по известной ФРЛ Рис. 4.2. ФПМ, расчитанная по ФРЛ Рис. 4.3. ФРЛ и обратный перерасчет ФРЛ по ФПМ Рис. 4.4

Наряду с КФ и ФРЛ для описания размытия в системе отображения изобразительной информации используется еще одна из важнейших характеристик линейных систем - функция передачи модуляции (ФПМ). Эта функция, также как и ранее рассмотренные функции, содержит ту же информацию о размытии, и все эти функции могут быть найдены одна из другой с помощью соответствующих математических преобразований.

Необходимость перехода от одной функции к другой обусловлена тем, что при принципиально одинаковом информационном содержании различных функций они обладают различными практическими свойствами. Например, важными свойствами ФПМ являются, во-первых, относительное удобство ее оценки, во-вторых, с применением ФПМ можно легко рассчитать передаточную характеристику системы по известным ФПМ отдельных звеньев.

ФПМ может быть определена либо с использованием соответствующих экспериментальных методов, либо пересчетом по известной функции ФРЛ, либо непосредственно расчетным путем на основе теоретических посылок.

ФПМ определяет величину коэффициента передачи контраста в изображении одномерной решетки с синусоидальным распределением интенсивности в зависимости от пространственной частоты решетки. Численно коэффициент передачи контраста <?xml version="1.0"?>
синусоидального сигнала для пространственной частоты v равен отношению коэффициента модуляции в изображении <?xml version="1.0"?>
к коэффициенту модуляции в объекте <?xml version="1.0"?>
:

<?xml version="1.0"?>

Коэффициенты модуляции, в свою очередь, равны:

<?xml version="1.0"?>

где <?xml version="1.0"?>
- где - максимальные и минимальные значения интенсивности синусоидальной решетки частоты n в объекте и в изображении.

Таким образом, используют тест-объект, содержащий набор одномерных решеток различной пространственной частоты n, при этом решетки имеют синусоидальный или прямоугольный профиль распределения интенсивности. С помощью такого тест-объекта находят значения Tv для различных частот или, другими словами, кривую ФПМ (Tv= f(v)).

Если коэффициент модуляции тест-объекта для решеток всех частот является постоянным (Mv = const), и средняя интенсивность в изображении также является постоянной, что всегда можно обеспечить в физическом эксперименте для обычно применяемых тест-объектов, то для расчета ФПМ достаточно найти отношение амплитуды интенсивности в изображении <?xml version="1.0"?>
, полученной на данной пространственной частоте, к амплитуде интенсивности в объекте <?xml version="1.0"?>
на частоте, близкой к нулевой <?xml version="1.0"?>
, т.е. на частоте, при которой <?xml version="1.0"?>

<?xml version="1.0"?>

Для расчета ФПМ по функции размытия линии произвольной формы можно применить методы приближенного гармонического анализа. Известно, что ФПМ и ФРЛ математически связаны парой преобразований Фурье. Для некоторой пространственной частоты приближенное косинус-преобразование Фурье (ФРЛ - функция четная) имеет вид (с учетом нормировки)

<?xml version="1.0"?>

Коэффициент передачи контраста на данной частоте можно найти, производя графическое приближенное интегрирование числителя и знаменателя. Для нахождения числителя ось ординат помещаем в максимум функции размытия. Максимум косинусоиды за данной частоты v также располагаем на оси ординат. Ось абсцисс разделяют на n равных частей. В точках деления считывают значения ординат ФРЛ и косинусоиды, и, далее, вычисляют произведения этих величин. Процедура иллюстрируется рис. 4.1 Рис. 4.1. К расчету ФПМ по известной ФРЛ.

Затем выполняют алгебраическое суммирование найденных произведений и получают значение числителя уравнения (4.5). Суммируя ординаты в точках деления под кривой g(х), находим площадь под кривой ФРЛ или знаменатель уравнения (4.5). В заключение находим <?xml version="1.0"?>
(для частоты <?xml version="1.0"?>
). Повторяй расчеты для косинусоид других частот, получают ряд точек - значений ФПМ на различных пространственны: частотах, и строят кривую ФПМ в координатах <?xml version="1.0"?>
= f (v).

В более общем случае несимметричной ФРЛ аналогичные рас четы проводят также и для синусоид различных частот и получаю синус-преобразование Фурье.

Пример расчета ФПМ для нескольких частот по заданной ФРЛ приведен в табл. 4.1.

Таблица 4.1. Расчет ФПМ по заданной ФРЛ
  v1 v2=2v1 v3=3v1 v4=4v1 v5=5v1
х, мкм n g(x) CosX* g(X)·cosX Cos2X g(X)·cos2X Cos3X g(X)·cos3X Cos4X g(X)·cos4X Cos5X g(X)·cos5X
-6,0 0 0,025 -1,00 -0,025 1,00 0,025 -1,00 -0,025 1,00 0,025 -1,00 -0,025
-5,5 1 0,060 -0,97 -0,060 0,87 0,050 -0,71 -0,043 0,50 0,030 -0,26 -0,016
-5,0 2 0,070 -0,87 -0,060 0,50 0,035 0,00 0,000 -0,50 -0,035 0,87 0,061
-4,5 3 0,085 -0,71 -0,060 0,00 0,000 0,71 0,060 -1,00 -0,085 0,71 0,060
-4,0 4 0,100 -0,50 -0,050 -0,50 -0,050 1,00 0,100 0,50 -0,058 -0,97 -0,112
-3,5 5 0,116 -0,26 0,040 -0,87 -0,150 -0,71 -0,122 0,50 -0,110 0,50 0,110
-3,0 6 0,140 0,00 0,000 -1,00 -0,140 0,00 0,000 1,00 0,140 0,00 0,000
-2,5 7 0,172 0,26 0,040 -0,87 -0,150 -0,71 -0,120 -0,50 -0,086 -0,97 -0,167
-2,0 8 0,220 0,50 0,110 -0,50 -0,110 -1,00 -0,220 -0,50 -0,110 0,50 0,110
-1,5 9 0,290 0,71 0,210 0,00 0,000 -0,71 -0,206 -1,00 -0,290 -0,71 0,206
-1,0 10 0,400 0,87 0,350 0,50 0,200 0,00 0,000 -0,50 -0,200 -0,87 -0,346
-0,5 11 0,800 0,97 0,780 0,87 0,696 0,71 0,568 0,50 0,400 0,26 0,208
0,0 12 1,000 1,00 1,000 1,00 1,000 1,00 1,000 1,00 1,000 1,00 1,000
0,5 13 0,800 0,97 0,780 0,87 0,696 0,71 0,568 0,50 0,400 0,26 0,203
1,0 14 0,400 0,87 0,350 0,50 0,200 0,00 0,000 -0,50 -0,200 -0,87 -0,348
1,5 15 0,290 0,71 0,210 0,00 0,000 -0,71 -0,206 -1,00 -0,290 -0,71 -0,206
2,0 16 0,220 0,50 0,110 -0,50 -0,110 -1,00 -0,220 -0,50 -0,110 0,50 0,110
2,5 17 0,172 0,26 0,040 -0,87 -0,150 -0,71 -0,122 0,50 0,086 0,97 0,167
3,0 18 0,140 0,00 0,000 -1,00 -0,140 0,00 0,000 1,00 0,140 0,00 0,000
3,5 19 0,116 -0,26 -0,040 -0,87 -0,101 0,71 0,082 0,50 0,058 -0,97 -0,122
4,0 20 0,100 -0,50 -0,050 -0,50 -0,050 1,00 0,100 -0,50 -0,050 -0,50 -0,060
4,5 21 0,085 -0,71 -0,060 0,00 0,000 0,71 0,060 -1,00 -0,085 0,71 0,060
5,0 22 0,070 -0,87 -0,060 0,50 0,035 0,00 0,000 -0,50 -0,035 0,87 0,061
5,5 23 0,060 -0,97 -0,060 0,87 0,050 -0,71 -0,043 0,50 0,030 -0,26 -0,016
6,0 24 0,025 -1,00 -0,025 1,00 0,025 -1,00 -0,025 1,00 0,025 -1,00 -0,025
Суммы 5,956   3,290   1,910   1,288   0,936   0,596
  1,00   0,58   0,34   0,23   0,17   0,11

© Центр дистанционного образования МГУП