DIGITAL RASTRERING. DIGITALA BILDER (pixelbaserad) ppi (pixels per inch) Sasan Gooran (HT 2003)

Transkript

1 DIGITAL RASTRERING Sasan Gooran (HT 2003) Grafisk teknik 1 DIGITALA BILDER (pixelbaserad) Skanning Foto Digital bild ppi: Antalet sampel per tum Grafisk teknik 2 ppi (pixels per inch) ppi (Inläsningsupplösning): Antalet sampel per en tum Ju högre ppi desto bättre representation av den kontinuerliga bilden (fotot) Högre ppi kräver mer minne ppi bör därför inte vara onödigt hög Vilket ppi ska man välja då???? Grafisk teknik 3 1

2 ppi = Grafisk teknik 4 ppi = Grafisk teknik 5 ppi = Grafisk teknik 6 2

3 DIGITALA BILDER Pixelbaserade Om bilden är i färg består den av en kanal för varje delfärg som den byggs upp av. T. Ex. En RGB-bild för visning på skärmen har tre kanaler, medan en CMYK-bild avsedd att tryckas har fyra kanaler Grafisk teknik 7 DIGITALA BILDER Pixelbaserade Bitdjup: Antalet bitar som används i datorn för att representera tonstegen i datorn. Det vanligaste är 256 tonsteg Grafisk teknik 8 DIGITALA BILDER Pixelbaserade En gråskalebild innehåller pixlar som kan anta toner från 0 (vitt) till 100 (svart) procent. Tonskalan från vitt till svart delas alltså in i en skala om ett antal steg, oftast 256 stycken. Lämplig för svartvita fotografier Grafisk teknik 9 3

4 DIGITALA BILDER RGB Rött, Grönt och Blått, eller RGB, är de kulörer som används vid inläsning av en färgbild. Det är också dessa kulörer som datorns skärm återger Grafisk teknik 10 DIGITALA BILDER CMY(K) När man ska trycka färgbilder använder man vanligtvis kulörerna Cyan, Magenta, Gul och Svart. Detta kallas alltså fyrfärg Grafisk teknik 11 DIGITALA BILDER Indexerad färg Används när man vill använda mindre antal kulörer. Ex. GIF-bilder. En bild i indexerat läge rymmer upp till 256 kulörer, som är definierade i en palett där varje palettruta innehåller en kulör och ett nummer. Samma minnesstorlek som en gråskalebild samt en palett Grafisk teknik 12 4

5 DIGITALA BILDER Hur mycket minne? bit/pixel Streck 1 2 toner Gråskala toner Indexerad färg kulörer RGB 3*8=24 256^3=16.7 miljoner kul. CMYK 4*8=32 256^4=4.3 miljarder kul. (CMYK: eftersom bilden kommer från RGB-läge får vi fortfarande 16.7 miljoner kulörer) Grafisk teknik 13 DIGITAL RASTRERING Grundproblem Eftersom tryck generellt inte kan reproducera olika gråskalor av en färg, måste originalbilden transformeras till en binär bild. Detta kallas för rastrering Grafisk teknik 14 DIGITAL RASTRERING Grundproblem Con-tone Halftoned Prepress Halftoning Print Image Image Grafisk teknik 15 5

6 DIGITAL RASTRERING Grundproblem Hur ska bildytan delas upp i färgade och ofärgade delytor för att ge intryck av en kontinuerlig bild? Grafisk teknik 16 DIGITAL RASTRERING Grundproblem Rasterprinciper Sluten eller splittrad punkt Regelbunden återkommande struktur eller oregelbunden Grafisk teknik 17 KONVENTIONELLA RASTER Upprepad struktur (rastercell) Splittrad eller sluten punkt Grafisk teknik 18 6

7 DIGITAL RASTRERING Exempel Regelbunden rastrering med sluten punkt Grafisk teknik 19 DIGITAL RASTRERING Exempel Oregelbunden rastrering med splittrad punkt Grafisk teknik 20 RASTERCELL Pixel (/ett antal pixlar) Rastercell Andelen av ytan som täcks med svart bestäms av pixelns (/områdets) värde Grafisk teknik 21 7

8 RASTERCELL Rastercell Originalbild Rastrerad bild Grafisk teknik 22 RASTERTÄTHET I konventionell rastrering är det alltid samma avstånd mellan intilliggande rasterpunkternas centrum Grafisk teknik 23 RASTERTÄTHET lpi (rastertäthet): Antalet rasterceller per tum Ju högre lpi desto bättre bildåtergivning (?!) Hög lpi kräver stabilare tryckpress o.s.v. Leder ett hög lpi alltid till bättre tryckkvalitet???!!! (Besvaras senare) Grafisk teknik 24 8

9 RASTERTÄTHET SE OH Grafisk teknik 25 RASTERTÄTHET För att omvandlingen från pixlar till rasterpunkter ska bli så bra som möjligt krävs det att det finns minst fyra gånger så många pixlar som rasterpunkter, dvs inläsningsupplösningen är två gånger så hög som rastertätheten Grafisk teknik 26 TUMREGEL Sambandet mellan SSL och OSL SSL = OSL 2ULJLQDOHW gqvndw PnWW *2* V PnWW Ex. Du har en småbildsdia (24 x 36 mm) och vill trycka bilden 120 mm bred med rastertätheten 133 linjer/tum. Alltså måste du läsa in bilden med en upplösning på minst 887 punkter/tum Grafisk teknik 27 9

10 Exponeringspunkt RASTERCELL dpi: Antalet exponeringspunkter per tum Denna rastercell representerar högst = 65 gråtoner Grafisk teknik 28 OSL & GSL lpi: Antalet rasterceller per tum. En rastercell består av exponeringspunkter dpi: Antalet exponeringspunkter per tum Kvoten mellan dpi och lpi (dpi/lpi) bestämmer hur stor rastercellen är Grafisk teknik 29 SAMBANDET MELLAN OSL & GSL 2 dpi + 1= antalet gråtoner lpi Grafisk teknik 30 10

11 SAMBANDET MELLAN OSL & GSL (Exempel) Anta att dpi är fixt till 600 lpi = 150 ger bara 17 gråtoner lpi = 100 ger bara 37 gråtoner lpi = 50 ger 145 gråtoner Ger högre lpi nödvändigtvis upphov till bättre tryck??? Nej! Grafisk teknik 31 Hög lpi, få antal gråtoner Grafisk teknik 32 Lägre lpi, fler gråtoner Grafisk teknik 33 11

12 Låg lpi, fler gråtoner men stora rasterpunkter, dålig återgivning Grafisk teknik 34 TRÖSKELRASTRERING 1, E( P, Q) = 0, if J( P, Q) W( P, Q) if J( P, Q) < W( P, Q) J och E är originalbilden respektive den binära bilden. Wär tröskelmatrisen Grafisk teknik 35 TRÖSKELRASTRERING 2ULJLQDOELOG 7U VNHOPDWULV 5DVWUHUDGELOG Denna tröskelmatris representerar 10 grånivåer Grafisk teknik 36 12

13 TRÖSKELMATRIS Exempel: Linje Grafisk teknik 37 TRÖSKELMATRIS Exempel: Spiral H Grafisk teknik 38 ORDERED DITHERING 1, E( P, Q) = 0, if J( P, Q) W( P, Q) if J( P, Q) < W( P, Q) W är en deterministisk och periodisk matris Grafisk teknik 39 13

14 ORDERED DITHERING Clustered dot (Samlad punkt): Punkterna är samlade. Dispersed dot (Splittrad punkt) Punkterna är splittrade Grafisk teknik 40 ORDERED DITHERING Sluten punkt Splittrad punkt 6H Grafisk teknik 41 TRÖSKELMATRIS Sluten & Splittrad, 45 graderraster Sluten Splittrad Grafisk teknik 42 14

15 TABELLRASTRERING En enkel form av rastrering är tabellrastrering Kallas också fontrastrering i viss litteratur Grafisk teknik 43 TABELLRASTRERING Medelvärde 2ULJLQDOELOG 5DVWUHUDGELOG Grafisk teknik 44 TABELLRASTRERING Samlad Sprängd 6H Grafisk teknik 45 15

16 AM & FM RASTER AM (AmplitudModulerad) rastrering Punkternas storlek varieras, deras frekvens hålls konstant FM (FrekvensModulerad) rastrering Punkternas storlek hålls konstant, deras frekvens varieras Grafisk teknik 46 AM & FM RASTER AM FM Grafisk teknik 47 AM & FM RASTER Grafisk teknik 48 16

17 AM & FM RASTER 6H Grafisk teknik 49 FELSPRIDNINGS RASTER Bilden genomlöps sekventiellt I varje punkt görs ett beslut om färg eller icke-färg ( 1 eller 0 ). Beräkna den differens som beslutet leder till Tag med differensen vid beräkningen av nästa punkt Grafisk teknik 50 FELSPRIDNINGS RASTER 7KUHVKROG 2ULJLQDOELOG )HO)LOWHU (*1/16) 5DVUHUDGELOG Grafisk teknik 51 17

18 FELSPRIDNINGS RASTER Floyd & Steinberg 6H Grafisk teknik 52 FELSPRIDNINGS RASTER Fördelar jämfört med konventionella metoder: Bättre detaljåtergivning Bättre spridning av punkter Grafisk teknik 53 FELSPRIDNINGS RASTER Nackdelar: Korrelerade artefakter, bäst syns i medeltonsområden. directional hysteresis, bäst syns i de mycket ljusa och mörka områdena Grafisk teknik 54 18

19 ITERATIVA METODER Succesiv approximation Lösningen modifieras efterhand så att ett (sub)optimum erhålles Grafisk teknik 55 ITERATIVA METODER Exempel: Direct Binary Search Börja med en initial binärbild. Bilda ett felmått baserat på skillnaden mellan g och b i ett lågpassområde. Sök igenom den binära bilden. Byt pixelvärdet från 1 till 0 (eller vice versa). Beräkna felet. Om mindre behåll det nya pixelvärdet. Om större byt tillbaks pixelvärdet. Upprepa! Grafisk teknik 56 BLANDRASTER Digitala rastreringsmetoder Konventionella raster, slutna punkter FM-raster Blandraster Grafisk teknik 57 19

20 BLANDRASTER Exempel 1 AM + FM jämna ytor i AM-raster detaljer i FM-raster Grafisk teknik 58 BLANDRASTER Exempel Grafisk teknik 59 BLANDRASTER Exempel 2 Vissa tryckmetoder kan inte producera tillräckligt små punkter. T. Ex. Flexo-tryck. 5.2% Grafisk teknik 60 20

21 BLANDRASTER Exempel 2 Använd en FM metod i högdager och skuggor av bilden, med minsta producerbara punkter. Använd en AM metod för resten av bilden Grafisk teknik 61 BLANDRASTER Exempel 2 AM Hybrid Grafisk teknik Grafisk teknik 63 21

22 Grafisk teknik Grafisk teknik Grafisk teknik 66 22

23 FÄRG Det mänskliga ögat kan uppfatta ljus, elektromagnetiska strålningar, med vågländer mellan 380 till 780 nm. Ett exempel: Spectral Power Distribution (SPD). Se nästa bild Grafisk teknik 67 SPD Exempel En blåaktig färg Grafisk teknik 68 MÄTNING AV FÄRG E(λ) kan komma från en ljuskälla, eller kan vara ljus reflekterat från ett objekt. (( λ ) = 5( λ), ( λ) I(λ) är ljuskällans fotondistribution och R(λ) är objektets reflektansfunktion Grafisk teknik 69 23

24 r(λ), g(λ) OCHb(λ) tapparnas känslighetsfunktioner är inte exakt kända. 1931, föreslog CIE att L, M och S tappar bör ersättas av andra väldefinierade funktioner, r(λ), g(λ) och b(λ). De bestämdes m.h.a experiment. Se nästa bild Grafisk teknik 70 r(λ), g(λ) OCHb(λ) Grafisk teknik 71 r(λ), g(λ) OCHb(λ) Våglängder för röd, grön och blå som användes i experimentet är, 700 nm, nm resp nm. Alla referensvåglängder var inte möjligt att skapas med dessa basfärger Grafisk teknik 72 24

25 r(λ), g(λ) OCHb(λ) Grafisk teknik 73 r(λ), g(λ) OCHb(λ) Ett linjärt basbyte utförs för att undvika negativa värden i färgmatchningsfunktioner Grafisk teknik 74 x(λ), y(λ) OCHz(λ) Grafisk teknik 75 25

26 TRISTIMULUS VÄRDEN Från dessa färgmatchningsfunktioner kan tristimulus värden beräknas enligt: R är reflektans I är infallande ljus k är normaliseringsfaktor så att en total vit yta ska ge Y= Grafisk teknik 76 CHROMATICITY VALUES Detta gör det möjligt att plotta färger i en tvådimensionell rymd Grafisk teknik 77 CHROMATICITY VALUES Grafisk teknik 78 26

27 FÄRGOMFÅNG Grafisk teknik 79 FÄRGBLANDNING Grafisk teknik 80 FÄRGBLANDNING Grafisk teknik 81 27

28 FÄRGBLANDNING Tre primärfärger CYAN (C) MAGENTA (M) GUL (Y) Grafisk teknik 82 FÄRGBLANDNING Tre sekundärfärger RÖD (R, MY) GRÖN (G, CY) BLÅ (B, CM) Grafisk teknik 83 FÄRGBLANDNING En tertiärfärg SVART (K, CMY) Grafisk teknik 84 28

29 3-FÄRGSTRYCK Grafisk teknik 85 3-FÄRGSTRYCK Grafisk teknik 86 3-FÄRGSTRYCK Grafisk teknik 87 29

30 AM-RASTER samma vinkel för C, M, Y & K Grafisk teknik 88 AM-RASTER samma vinkel för C, M, Y & K, Missregistrering Korrekt registrering Position fel Grafisk teknik 89 AM-RASTER samma vinkel för C, M, Y & K, Missregistrering Korrekt registrering Vinkel fel Grafisk teknik 90 30

31 AM-RASTER olika vinklar för C, M,Y & K15, 75, 0 och 45 grader Grafisk teknik 91 RASTERROSETTER Centrumpunkt Grafisk teknik 92 RASTERROSETTER Öppet centrum Grafisk teknik 93 31

32 AM-RASTER Samma vinkel: Dålig registrering kan orsaka mycket oacceptabel Moiré pattern Om tryckprocessen är stabil och är noggrant kontrollerbar är det fullt möjligt att använda samma vinkel för alla 4 färgkanaler Kan expandera färgomfånget (Color Gamut) Eliminerar Rosett Pattern Grafisk teknik 94 AM-RASTER Olika vinklar: Vinklar 15, 75, 0 och 45 grader för C, M, Y och K ger ett mönster som är mycket mindre känsligt för missregistrering Problem med Rosette patterns Grafisk teknik 95 FM (STOKASTISKT) RASTER Moiré pattern och Rosette pattern försvinner Grafisk teknik 96 32

33 NUEGEBAUERS EKVATIONER ; ; < = D < L L L = = L L D L L =1 X, Y, Z are the tristimulus values for the average color of a surface a i is the fractional area covered by color X i, Y i, Z i Grafisk teknik 97 DEMICHEL EKVATIONERNA Grafisk teknik 98 DEMICHEL EKVATIONERNA $ Z (D F )(D P )(D \ ) $ F D F (D P )(D \ ) $ P D P (D F )(D \ ) $ \ D \ (D F )(D P ) $ U D P D \ (D F ) $ J D F D \ (D P ) $ E D F D P (D \ ) $ N D F D P D \ Grafisk teknik 99 33

34 PUNKTFÖRSTORING Mekanisk Punkten blir mekaniskt större p.g.a distorsioner producerade av skrivaren Optisk Punkten ser större ut p.g.a ljustes spridning i papper/substrat Grafisk teknik 100 OPTISK PUNKTFÖRSTORING Grafisk teknik 101 MURRAY-DAVIES R = ar S + (1-a) R 0 R: pappersytas reflektion R S : reflektion från den tryckta punkten R 0 : reflektion från den icke-tryckta delen av papper a: andelen av papper som är tryckt Grafisk teknik

35 YULE-NIELSEN R = (ar S 1/2 + (1-a) R 0 1/2 ) 2 Perfekt spridning i substrat Grafisk teknik 103 YULE-NIELSEN Den kända Yule-Nielsen formeln som används i praktik för att kompensera för optisk punktförstoring R = (ar S 1/n + (1-a) R 0 1/n ) n 1 Q 2 I praktiken har vi inte perfekt spridning i papper Grafisk teknik 104 LJUSSPRIDNING R(x,y,λ) = (I(λ) T i (x,y,λ)*p(x,y,λ) )T i (x,y,λ) R (x,y,λ): reflektion I (λ): infallande ljus P(x,yλ): punktspridning *: faltning T i (x,y,λ): färgtransmission Grafisk teknik

36 LJUSSPRIDNING Grafisk teknik 106 LJUSSPRIDNING Grafisk teknik