МІНІСІНІСТЕРСТВО  ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

УКРАЇНСЬКА  ІНЖЕНЕРНО-ПЕДАГОГІЧНА АКАДЕМІЯ 

КАФЕДРА ПОЛІГРАФІЧНОГО ВИРОБНИЦТВА 

ТА КОМПЮТЕРНОЇ  ГРАФІКИ 
 
 
 

Навчальна дисципліна

Комп’ютеризація додрукарської підготовки видань 
 
 
 
 
 
 
 

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

на  тему: 

Оцінка  якості зображень 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                    Виконала:

                                                    Лавренова А. А.

                                                    ст. гр. ЗТ-ПГ1-МАГ 

Науковий  керівник:

                                                    доц. Островський О.С. 
 
 

Харків

2011 р.

РЕФЕРАТ 

      Отчет Лавреновой Алисы Андреевны на тему «Оценка качества изображений»: 34 с., 5 рис., 7 источников литературы.

      Объект  исследования – растровые и векторные  изображения.

      Цель  работы – определить главные отличия между разными типами изображений, а также дать визуальную оценку качеству изображений.

      Метод исследования – структурированный анализ характеристик оценок качества печати.

      На  сегодняшний день актуальность вопроса оценки качества цифровых изображений очень высока, так как в отрасли нет однозначных стандартов. С появлением цифровых технологий многое изменилось и старые подходы требуют кардинального пересмотра. Для оценки цифровой печати в основном применяют структурированный подход, основанный на анализе отдельных элементов изображения

      Подобные исследования направлены на анализ качества расходных материалов и механизмов оборудования, и не позволяют анализировать качество конкретного отпечатка. Таким образом, актуальность темы оценки качества цифровых изображений дополняется новым комплексным подходом.

      Ключевые  слова: Растровая графика, Параметры, контрастностЬ, оценка качества, векторная графика, яркостЬ 
 
 
 
 
 
 
 

Оглавление 
 

Введение.....................................................................................................4

1 Понятие растровой и векторной графики…………...…….…..6

2 Параметры для оценки качества………………………….…....….9

2.1 Как работает методика

2.2 Кому важна оценка качества цифровой печати

3 Критерии и методы укрупнённой оценки качества изображений в растровых графических форматах…..….15

3.1 Оценка яркости изображения

3.2 Оценка контрастности изображения

3.3 Оценка тоновой насыщенности

3.4 Оценка резкости изображения

ВЫВОД………………………………………………………….………………....30

Список  используемой литературы…………………………….…..32 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      Введение 

      Цифровая  печать особенно популярна в оперативной  полиграфии благодаря скорости выполнения заказов, экономичности при малых тиражах и печати переменных данных. В числе достоинств — простота эксплуатации ЦПМ, копиров и лазерных принтеров. Поэтому их операторами (выполняющими и роль печатника) часто становятся специалисты по ИТ-технологиям или верстальщики, из-за отсутствия специального образования и опыта не всегда способные оценить качество своей продукции. Проблема оценки качества актуальна и при выборе ЦПМ — порой это определяет успех или неудачу в бизнесе.

      Количество  инсталляций цифрового печатного  оборудования растёт, улучшается и качество цифровой печати, что подтверждают многочисленные исследования и публикации в области квалиметрии (наука о качестве) цифрового и печатного изображений. Несмотря на актуальность вопроса, в отрасли нет однозначных стандартов оценки качества цифровой печати. Поэтому и в статьях о тестировании цифровой техники не предложено стандартизованных методик и унифицированных подходов. Вопрос открыт…

      В истории полиграфии не раз предпринимались  попытки разработать комплексную  методику оценки качества печати. О комплексной оценке говорится в справочнике «Оформление изданий» под ред. Ивановой и в научно-исследовательских работах преподавателей МГУП. Зарубежные методики по квалиметрии печатного изображения представлены QATAP (США), «Центраг» (ГДР) и др. Но с появлением цифровых технологий многое изменилось, старые подходы требуют кардинального пересмотра.

      Для оценки цифровой печати в основном применяют структурированный подход, основанный на анализе отдельных  элементов изображения (точки, линии и плашки или заливной области). Как правило, подобные исследования направлены на анализ качества расходных материалов (тонера, фоторецептора и др.) и механизмов оборудования и не позволяют анализировать качество конкретного отпечатка. А ведь оно особенно важно для конечного пользователя, не вникающего в тонкости технологии, или для сотрудников печатного салона, которые также ориентированы на результат печати. Такой подход актуален в эру ноу-хау и коммерческих тайн, когда производитель не раскрывает особенности процесса печати и поэтому допускает минимум вмешательства в работу техники (начальный уровень обслуживания техники: добавить бумагу, заменить картридж и др.).

      Таким образом, актуальность темы оценки качества цифровой печати дополняется новым  комплексным подходом.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1 Понятие растровой и векторной графики 

      Чтобы изображение можно было хранить, просматривать и обрабатывать на компьютере, оно должно быть представлено в так называемом цифровом виде. Такое представление или, другими словами, описание изображения можно выполнить различными способами. Самый простой (по крайней мере, для понимания) способ состоит в том, чтобы каждый элемент изображения (точку или, как принято говорить, пиксел) описать отдельно. Описание точки это описание ее цвета. Все изображения, представленные таким способом, называют растровыми. Фотографии, произведения живописи, картинки с плавными переходами цветов обычно представляются в компьютере как растровые изображения. Для редактирования растровых изображений существуют специальные программные средства — графические растровые редакторы. Многие из них предназначены только для просмотра изображений и, возможно, некоторой коррекцией (яркости, контрастности, цветового баланса). Другие же являются мощными средствами не только для коррекции, но и для комбинирования фрагментов различных изображений (создания коллажей), а также для собственно рисования. Лидером среди редакторов растровых изображений является Adobe Photoshop. Однако следует заметить, что рисование «от нуля» в редакторах растровой графики, хотя это и возможно, является довольно сложным делом. Для этой цели лучше подходят редакторы так называемой векторной графики.

      Векторные изображения описываются математическими  формулами. В них элементами являются не пикселы, а объекты (линии, фигуры и т. п.). Например, чтобы описать такой объект, как отрезок прямой линии, требуется указать координаты его начала и конца, толщину и цвет линии. При растровом описании линии нам пришлось бы описывать каждую ее точку, причем чем толще линия, тем больше точек она содержит и тем объемнее ее общее описание. Рисовать картинки от руки в редакторах векторной графики существенно удобнее, чем в растровых. В частности, схемы и чертежи, а также рисунки типа плакатов (т. е. без плавных переходов цветов), несомненно, надо делать с помощью векторных редакторов. Однако они являются не очень хорошими помощниками при создании изображений с качеством фотографий или произведений живописи. Лидер среди векторных редакторов — CorelDRAW, хотя есть множество других векторных графических программ, например, Macromedia FreeHand и Macromedia Flash. Простейший векторный графический редактор входит в состав текстового процессора Word.

      Растровые изображения плохо переносят  масштабирование. Увеличение размеров картинки обычно приводит к ухудшению ее качества (проявляется зернистость). Если же требуется сохранить качество при увеличении размеров изображения, за что платят увеличением объема занимаемого места на диске. Качество векторного изображения практически не зависит от масштаба его представления и, следовательно, изменение масштаба не сказывается на объеме занимаемого места на диске. Это — одно из главных достоинств векторной графики.

      Тенденция развития графических программ состоит  в завоевании тех областей, для работы с которыми они изначально не предназначались. Таким образом, растровые и векторные редакторы стремятся сблизиться друг с другом по широте охвата и мощности своих средств. Photoshop сейчас не является чисто растровым редактором, a CorelDRAW имеет довольно развитые средства работы с растровой графикой. В настоящее время документ, создаваемый в мощном графическом редакторе, обычно является комбинированным, состоящим из множества объектов, различающихся способами описания (например, растровые и векторные изображения, текстовые поля). Документ может содержать информацию о слоях, прозрачности областей изображения и другую информацию. Таким образом, графический документ может иметь сложную объектную структуру.

      Большинство начинающих заниматься компьютерной графикой обычно плохо разбирается, в каких случаях следует использовать тот или иной редактор. Часто бывает и так, что они пытаются в векторных редакторах применить технологии, естественные для растровых редакторов, и наоборот. Опытный специалист по компьютерной графике легко выберет наиболее подходящий редактор в зависимости от стоящей перед ним задачи. У него всегда под рукой и растровый, и векторный редактор.

      Итак, мы полагаем, что основные различия между растровой и векторной  графикой ясны. Вместе с тем заметим, что обычно векторные редакторы могут импортировать растровые изображения в векторную графическую композицию и, наоборот, экспортируют векторные изображения в растровые. Например, Flash позволяет это делать. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2 Параметры для оценки качества 

      Комплексная методика подразумевает несколько  стадий, в результате которых вырабатывается единая концепция с расчётом комплексного показателя. Он и описывает уровень  качества исследуемого отпечатка, следовательно  — печати тестируемого оборудования. Не вдаваясь в подробности основ теоретической квалиметрии, приведём основные шаги и правила, которым нужно следовать, чтобы построить логическую схему оценки качества печати.

      Сначала надо выбрать и обосновать перечень параметров, по которым производится оценка. Для цифровой печати после анализа зарубежной и отечественной литературы, а также на основании собственного опыта я предложила 11 показателей, участвующих в комплексной оценке. Каждому назначены единица измерения, эталонное значение и критерий оценки. Проще говоря, нужно чётко представлять, что оценивать, как измерять и с каким эталоном сравнивать.

      Очевидно, что измерения параметров проводятся по тест-объектам на тестовой полосе. Удобно, когда кроме них на тестовой полосе есть субъективные элементы — растровые и векторные изображения, качество воспроизведения которых можно оценить на глаз. 

      Рисунок 2.1 – Тестовый файл для комплексной оценки качества цифровой печати 

      В курсовой работе внимание акцентировано на принципе комплексной оценки с использованием весовых коэффициентов. То есть мы рассмотрим упрощённый метод комплексной оценки качества отпечатка, полученного на цифровом печатном оборудовании.

      Каждый  показатель оценивается баллами  от 1 до 5: для сложных показателей  используется вся шкала, а для простых — 0 и 1 или 1–3. Такая оценка параметров сводится исключительно к визуальному (субъективному) анализу и рассматривается здесь, чтобы сформировать начальные знания о комплексной оценке.

      1) Оптическая плотность фона. В идеальном случае фона на отпечатке быть не должно. Поэтому эталонное значение — 1, а когда фон заметен на глаз — 0.

      2) Равномерность печати. Оценка равномерности запечатки плашки особенно важна при печати изображений с большими сплошными участками. Конечно, современная цифровая печать уже не содержит явного дефекта неравномерности печати, как на заре электрографии, но параметр следует контролировать, что подтверждают многие исследователи качества печати.

      При идеальной равномерности, оцениваемой  по чёрной плашке, размещённой по вертикали и по горизонтали тестовой полосы, значение показателя приравнивается к 3 баллам. В противном случае — 1 или 2.

      3) Градационная передача. Один из важнейших показателей качества оценивается по количеству передаваемых полутонов. В исследовании предлагается использовать шкалу с разными относительными размерами растровой точки 0–100%. Поскольку анализ передачи полутонов — задача не из лёгких, оцениваем от 1 до 5 баллов.

      4) Оптическая плотность изображения. Для электрофотографии она достигает 1,4–2,0 D (для плоской офсетной печати 1,6–1,9 D), как правило, удовлетворяя большинство заказчиков. Случается, клиент хочет подчеркнуть черноту печати и требует контрастного изображения. Поэтому оцениваем плотность изображения по чёрной плашке, расположенной в разных частях тестовой полосы (1–3 балла).

      5) Разрешение печати. Способность системы воспроизводить мелкие детали: отдельно стоящие штрихи и точно передавать изображения штрихов различной величины. Для электрографии — до 40 мкм, при сбоях в системе записи снижается до 140 мкм. Тест-объект разрешения печати уже знаком читателям Publish: он состоит из концентрических окружностей с разной шириной штрихов. Если на тестовом отпечатке воспроизведены штрихи размером 40 мкм, то показателю присваивается максимальное значение — 3 балла; от 50 до 70 мкм — 2, в остальных случаях — 1.

      6) Разрешающая способность. Определяют по тест-объекту Бурмистрова, состоящему из 100 штриховых элементов, разделённых на 25 групп. В каждой 4 штриховых элемента в форме квадрата со стороной 2 мм. Штриховые элементы в каждой группе располагаются под разными углами: 0°, 90° и 45° в одну сторону, 45° в другую. Поскольку их размеры одинаковы, количество штрихов в них разное и изменяется от 4 до 17 с соблюдением правила одинаковости ширины штрихов и пробелов. На оттиске с помощью лупы устанавливают ту группу штриховых элементов, в которой ещё обнаруживается чёткая пропечатка всех штрихов. Затем считают количество штрихов в одном из 4-х элементов и вычисляют разрешающую способность делением полученного количества на 2 (размер стороны квадрата).

      За  эталонное значение принимается 4 мм-1 — 3 балла, 4–5 мм-1 — 2, в остальных  случаях — 1.

      7) Цветовой охват печати. Позволяет узнать максимальное количество цветов, которые способна воспроизвести система (цветовой охват печати). Оценивается визуально от 1 до 3 баллов.

      8) Воспроизведение памятных цветов. Свойство системы воспроизводить цвета (выбраны цвет неба, зелени, телесный, оранжевый, лимонный и фиолетовый), степень соответствия которых представлению наблюдателя оценивается от 1 до 5 баллов.

      9) Фактура поверхности отпечатка. Если на текстовых элементах отпечатка, полученного с помощью электрофотографической технологии, прощупывается рельеф изображения, оценка 0, если нет — 1.

      10) Глянец отпечатка. Уровень блеска поверхности отпечатка, как правило, связан с использованием фьюзерного масла в системе закрепления печатающего устройства. Определяется визуально по уровню глянца (есть — 0, нет — 1).

      11) Адгезия тонера к бумаге. Степень закрепления тонера на поверхности определяется по уровню оптической плотности плашки, которая была подвержена многократному истиранию. Если после истирания плашки кусочком бумаги плотность значительно изменяется — 0 баллов, при хорошей устойчивости — 1.  
 
 
 

2.1 Как работает методика 

      Приблизиться  к эталонным значениям абсолютных показателей возможно при детальной  проработке процесса воспроизведения  всех элементов тестовой полосы и  наличии соответствующего оборудования. За отпечаток, значения абсолютных показателей которого близки к эталонным, в данном случае можно принять цифровую цветопробу, полученную с помощью цветного лазерного принтера, откалиброванного под эти задачи.

      Для исследуемой цветопробы значения разрешающей  способности за счёт использования  светодиодной технологии записи (позволяющей получать точки меньшего размера, следовательно, чётче воспроизводить мелкие детали), а также площади цветового охвата максимально приближены к эталонным. Существуют неточности в воспроизведении памятных цветов и в градационной передаче.

      Особенность процесса цифровой печати в том, что  выпускаемое оборудование уже настроено  на оптимальный режим печати. Отклонение от рекомендаций производителя по эксплуатации машины приведёт к ухудшению качества печати или даже к остановке машины. Это касается не только климатических условий на производстве, но и вида расходных материалов, а также важнейшей составляющей качества цифровой печати — калибровки. Её проводит сервисный инженер, владеющий тонкостями технологической настройки машины. Задача печатника в этом случае — соблюдение эксплуатационных условий и влияние на качество печати изменением настроек ПО машины.

      Оговорим  главное условие, при котором  результаты можно считать достоверными. Речь идёт об оттисках, которые прошли выходной контроль качества и готовы для передачи заказчику. Для использования методики в производственных условиях необходимо каждому показателю назначить браковочные значения, при которых оттиск будет считаться непригодным — его комплексный показатель будет равняться нулю.

2.2 Кому важна оценка качества цифровой печати 

      Вся ценность предложенной методики заключается  в её гибкости. Во-первых, исследователь  качества печати может самостоятельно определять параметры и критерии оценки, рассчитав при этом весовые  коэффициенты. Во-вторых, при анализе  качества печати можно акцентировать внимание на отдельных показателях, используя методику в производственных целях. И самое главное — при равных условиях по рассчитанным комплексным показателям можно сравнивать качество печати цифровых печатающих устройств.

      Комплексная методика создана в помощь всем участникам процесса цифровой печати: от операторов машин и инженеров до заказчиков услуг и даже будущих владельцев машин, стоящих перед нелёгким выбором нужного оборудования.

      Перспектива комплексной методики не вызывает сомнений: её можно применять как при контроле качества расходных материалов, так и для выявления преимуществ и недостатков любой технологии цифровой печати. Кроме исследования качества тестового отпечатка, при желании методику можно дополнить другими факторами оценки: эксплуатационными, экономическими и др. 
 
 
 
 
 
 
 
 

3 Критерии и методы оценки качества изображений в растровых графических форматах 

      Алгоритмы улучшения качества изображений, хранящихся в растровых графических форматах, получают всё большее распространение. На сегодняшний день их существует огромное количество и беспрерывно появляются новые. Это связано с появлением новых способов и технических средств получения, передачи и воспроизводства растровых изображений. Алгоритмы обработки изображений, в основном, ориентированы на ликвидацию недоработок в технических средствах и технологиях, работающих с изображениями. Эти недоработки можно идентифицировать не только визуально, но и пользуясь описанием технических характеристик техники и технологий.

      Перед тем, как улучшать изображение, необходимо дать оценку его качеству. Человек, бросив один взгляд на изображение, может сказать яркое оно или тёмное, контрастное или нет, чёткое или размытое и т.д. Алгоритмы же работают детально, анализируя изображение попиксельно или небольшими группами пикселей. Поэтому, на основании работы алгоритма, тяжело дать общую оценку качеству изображения.

      К показателям, по которым можно оценить  изображение как единое целое, относятся  следующие:

- яркость;

- контрастность;

- преобладающий тон;

- резкость.

      Прежде  чем приступить к выработке критериев  и методов оценки качества, необходимо выбрать цветовую модель. Наиболее удобной представляется модель RGB по нескольким причинам:

- эта модель достаточна проста как для понимания, так и для математического описания;

- она применяется во многих технических устройствах и, при необходимости, преобразуется в другие цветовые модели;

- она близка к представлениям о природе чувствительности к цвету человеческого глаза.

      Требования  к критериям оценки качества изображений  следующие:

- показатели качества для сравнения с критериями должны вычисляться;

- значения критериев должны иметь относительный характер (не зависеть от диапазона яркости RGB);

- критерии должны быть понятны и наглядны для человека.

      Достаточно  наглядно оценка качества изображения  может быть представлена с помощью RGB-гистограмм.

а    б    в

г     д

      Типы  гистограмм Рисунок 6.1 (а – гистограмма тёмного неконтрастного изображения; б – гистограмма светлого изображения; в – гистограмма сбалансированного полутонового изображения; г – гистограмма высококонтрастного изображения; д – гистограмма постеризованного изображения) 

      Недостатком этого способа является отсутствие численного выражения для показателей качества.

      Цветовую  модель RGB удобно представить в виде куба в прямоугольной системе  координат, где в начале координат  расположена точка чёрного цвета (яркость R = G = B = 0), а вдоль осей возрастают значения яркости R, G и B. На главной диагонали куба, выходящей из начала координат, расположены ахроматические цвета.  

      Рисунок 6.2 – Цветовая модель RGB 

      В вершинах куба расположены основные цвета (красный, зелёный, синий), дополнительные к ним (жёлтый, циан и пурпурный), а также чёрный и белый. На гранях куба находятся так называемые «чистые» тона.  

      Рисунок 6.3 – RGB — куб и его невидимые грани 

      Отсутствие  у цвета третей составляющей —  признак «чистого» тона. Появление  и увеличение доли третьей составляющей в цвете приводит к снижению насыщенности тона, т.е. к приближению данного цвета к ахроматическим цветам.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      3.1 Оценка яркости изображения 

      Яркость изображения можно выразить как  среднюю яркость всех пикселей (математическое ожидание в терминах теории вероятностей).

      Яркость пикселя вычисляется по формуле:  

      Яркость всего изображения Y, содержащего N пикселей будет равна:  

      Данное  выражение характеризует физическую яркость изображения. Поскольку  чувствительность человеческого газа к разным частям спектра неодинакова (максимальная в жёлто-зелёной, меньше в красной, ещё меньше в синей), яркость цветного пикселя будет восприниматься субъективно в зависимости от его тональных характеристик.  

      Рисунок 7.1 – Чувствительность человеческого глаза к различным частям спектра

      В соответствии с рекомендациями стандарта  Федеральной комиссии связи (FCC), яркость  изображения (видимая) вычисляется  по формуле:  

      Оценка  как физической (Y), так и видимой (Y ) яркости изображения представлена в абсолютных величинах. Перейти к относительным величинам можно разделив значение яркости на максимально возможное значение яркости: