DIGITAL RASTRERING Sasan Gooran sasgo@itn.liu.se www.itn.liu.se/~sasgo26/kth 2/10/15 DIGITALA BILDER (pixelbaserad) Skanning Foto Digital bild ppi: Antalet sampel per tum 2/10/15 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???? 2/10/15 3 1
ppi = 72 2/10/15 4 ppi = 36 2/10/15 5 ppi = 18 2/10/15 6 2
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. 2/10/15 7 DIGITALA BILDER Pixelbaserade Bitdjup: Antalet bitar som används i datorn för att representera tonstegen i datorn. Det vanligaste är 256 tonsteg, d.v.s. 8 bitar (eller 1 byte) per pixel. 2/10/15 8 DIGITALA BILDER Hur mycket minne? bit/pixel Streck 1 2 toner Gråskala 8 256 toner RGB 3*8=24 256^3=16.7 miljoner kulörer 2/10/15 9 3
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. 2/10/15 10 DIGITAL RASTRERING Grundproblem Con-tone Halftoned Prepress Halftoning Print Image Image 2/10/15 11 DIGITAL RASTRERING Grundproblem Rasterprinciper Sluten eller splittrad punkt Regelbunden återkommande struktur eller oregelbunden 2/10/15 12 4
DIGITAL RASTRERING Exempel Regelbunden återkommande och sluten punkt (AM) 13 DIGITAL RASTRERING Exempel Oregelbunden struktur och splittrad punkt (FM) 14 RASTERCELL Pixel (/ett antal pixlar) Rastercell Andelen av ytan som täcks med svart bestäms av pixelns (/områdets) värde. 2/10/15 15 5
RASTERCELL Rastercell Originalbild Rastrerad bild 2/10/15 16 RASTERTÄTHET I konventionell rastrering är det alltid samma avstånd mellan intilliggande rasterpunkternas centrum. 2/10/15 17 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) 2/10/15 18 6
TUMREGEL Sambandet mellan ppi och lpi ppi = lpi Originalet Önskat mått *2* s mått 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. 2/10/15 19 Exponeringspunkt RASTERCELL dpi: Antalet exponeringspunkter per tum Denna rastercell representerar högst 8 2 + 1= 65 gråtoner 2/10/15 20 HALFTONE CELL Micro dot Screen ruling: number of halftone cells per inch (lpi) Halftone cell In this case: 17 gray tones Resolution: number of micro dots per inch (dpi) 21 7
lpi & dpi 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 2/10/15 22 SAMBANDET MELLAN lpi & dpi 2 dpi + 1= antalet gråtoner lpi 2/10/15 23 SAMBANDET MELLAN lpi & dpi (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! 2/10/15 24 8
Hög lpi, få antal gråtoner 2/10/15 25 Lägre lpi, fler gråtoner 2/10/15 26 Låg lpi, fler gråtoner men stora rasterpunkter, dålig återgivning 2/10/15 27 9
TRÖSKELRASTRERING 1, b( m, n) = 0, if g( m, n) t( m, n) if g( m, n) < t( m, n) g och b är originalbilden respektive den binära bilden. t är tröskelmatrisen. 2/10/15 28 TRÖSKELRASTRERING 0.6 1 0.1 0.3 Originalbild 0.2 0 Tröskelmatris Rastrerad bild Denna tröskelmatris representerar 10 grånivåer. 2/10/15 29 TRÖSKELMATRIS Exempel: Linje 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 2/10/15 30 10
TRÖSKELMATRIS Exempel: Spiral 1 2 3 4 12 13 14 5 11 16 15 6 10 9 8 7 2/10/15 31 ORDERED DITHERING 1, b( m, n) = 0, if g( m, n) t( m, n) if g( m, n) < t( m, n) t är en deterministisk och periodisk matris 2/10/15 32 ORDERED DITHERING Clustered dot (Samlad punkt): Punkterna är samlade. Dispersed dot (Splittrad punkt) Punkterna är splittrade. 2/10/15 33 11
ORDERED DITHERING 7 8 9 10 6 1 2 11 5 4 3 12 16 15 14 13 Sluten punkt 1 9 3 11 13 5 15 7 4 12 2 10 16 8 14 6 Splittrad punkt 2/10/15 34 TRÖSKELMATRIS Sluten & Splittrad, 45 graderraster 14 12 13 16 19 21 20 17 5 4 3 10 28 29 30 23 6 1 2 11 27 32 31 22 9 7 8 15 24 26 25 18 19 21 20 17 14 12 13 16 28 29 30 23 5 4 3 10 27 32 31 22 6 1 2 11 24 26 25 18 9 7 8 15 Sluten 1 30 8 28 2 29 7 27 17 9 24 16 18 10 23 15 5 25 3 32 6 26 4 31 21 13 19 11 22 14 20 12 2 29 7 27 1 30 8 28 18 10 23 15 17 9 24 16 6 26 4 31 5 25 3 32 22 14 20 12 21 13 19 11 Splittrad 2/10/15 35 TABELLRASTRERING Originalbild Rastrerad bild 36 12
TABELLRASTRERING Samlad Splittrad 37 AM & FM RASTER AM (AmplitudModulerad) Punkternas storlek varieras, deras frekvens hålls konstant FM (FrekvensModulerad) 1:a generation Punkternas storlek hålls konstant, deras frekvens varieras FM (FrekvensModulerad) 2:a generation Punkternas storlek och frekvens varieras 2/10/15 38 AM & FM (1:a & 2:a Generation) Raster AM FM, 1:a FM, 2:a 39 13
AM & FM Raster AM FM 40 FM raster, 1:a och 2:a generation 1:a 2:a 41 FELSPRIDNINGS RASTER 0.3 0.7 Threshold 0.5 Originalbild Fel-Filter 7 3 5 1 (*1/16) Rasrerad bild 2/10/15 42 14
FELSPRIDNINGS RASTER Floyd & Steinberg 2/10/15 43 Error Diffusion Tröskelvärdet är 0.5 Suffers from artifacts, See specially the highlights and shadows and also the mid-tone regions Error Diffusion Tröskelvärdet är ett slumptal mellan 0.25 och 0.75 Bättre? 15
FELSPRIDNINGS RASTER Fördelar jämfört med konventionella metoder: Bättre detaljåtergivning Bättre spridning av punkter 2/10/15 46 FELSPRIDNINGS RASTER Nackdelar: Korrelerade artefakter, bäst syns i medeltonsområden. directional hysteresis, bäst syns i de mycket ljusa och mörka områdena. 2/10/15 47 BLANDRASTER Digitala rastreringsmetoder Konventionella raster, slutna punkter FM-raster Blandraster 2/10/15 48 16
BLANDRASTER Exempel 1 AM + FM jämna ytor i AM-raster detaljer i FM-raster 2/10/15 49 BLANDRASTER Exempel 1 2/10/15 50 Hybrid Halftoning Exempel 2 FM_1 FM_2 AM 51 17
52 53 54 18
55 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. 2/10/15 56 SPD Exempel En blåaktig färg 2/10/15 57 19
FÄRG Newton: Indeed rays, properly expressed, are not colored. Han hade rätt. SPD existerar i den fysiska världen, men färg existerar bara i ögat och hjärnan. 2/10/15 58 MÄTNING AV FÄRG Det mänskliga ögat har tre färgkänsliga receptorer (tappar), som bör tas hänsyn till. L, M och S receptorer, som står för Long, Medium and Short våglängder. 2/10/15 59 MÄTNING AV FÄRG L tot M tot S tot = E( λ) L( λ) dλ λ = E( λ) M ( λ) dλ λ = E( λ) S( λ) dλ λ E(λ) är det inkommande ljusets spektralfördelning och L, M och S är ögats känslighetsfunktioner. Dessa värden kallas för tristimulus värden. 2/10/15 60 20
MÄTNING AV FÄRG E(λ) kan komma från en ljuskälla, eller kan vara ljus reflekterat från ett objekt. E ( λ) = R( λ) I( λ) I(λ) är ljuskällans fotondistribution och R(λ) är objektets reflektansfunktion. 2/10/15 61 r(λ), g(λ) OCH b(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. 2/10/15 62 r(λ), g(λ) OCH b(λ) 2/10/15 63 21
r(λ), g(λ) OCH b(λ) 2/10/15 64 r(λ), g(λ) OCH b(λ) Ett linjärt basbyte utförs för att undvika negativa värden i färgmatchningsfunktioner. 2/10/15 65 x(λ), y(λ) OCH z(λ) 2/10/15 66 22
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=100 2/10/15 67 CHROMATICITY VALUES Detta gör det möjligt att plotta färger i en tvådimensionell rymd. 2/10/15 68 CHROMATICITY VALUES 2/10/15 69 23
FÄRGOMFÅNG 2/10/15 70 FÄRGOMFÅNG 2/10/15 71 CIELAB CIELAB är härlett från XYZ koordinater. Systemet är likformigt (uniform), d.v.s färger med samma avstånd var som helst på koordinatsystemet uppfattas som lika olika av det mänskliga ögat. Maskinoberoende. 2/10/15 72 24
CIELAB X n, Y n och Z n är XYZ-värdena för den valda referens-vitpunkten. För färgskärmar kan man använda D65:s vitpunkt. 2/10/15 73 CIELAB 2/10/15 74 FÄRGBLANDNING 2/10/15 75 25
Kulörsystem 2/10/15 76 Kulörsystem-RGB LCD i närbild 2/10/15 77 FÄRGBLANDNING 2/10/15 78 26
Ytkulörer 2/10/15 79 Ytkulörer 2/10/15 80 Kulörsystem-CMYK 2/10/15 81 27
Kulörsystem-CMYK Tryck i närbild 2/10/15 82 FÄRGBLANDNING Tre primärfärger CYAN (C) MAGENTA (M) GUL (Y) 2/10/15 83 FÄRGBLANDNING Tre sekundärfärger RÖD (R, MY) GRÖN (G, CY) BLÅ (B, CM) En tertiärfärg SVART (K, CMY) 2/10/15 84 28
3-FÄRGSTRYCK 2/10/15 85 3-FÄRGSTRYCK 2/10/15 86 3-FÄRGSTRYCK 2/10/15 87 29
Svart, CMY eller K? K CMY 2/10/15 88 Svart, CMY eller K? K CMY 2/10/15 89 AM-RASTER samma vinkel för C, M, Y & K 2/10/15 90 30
Konventionellt färgrastrering samma rastervinkel Positionsfel kan orsaka färgskift 2/10/15 91 Konventionellt färgrastrering samma rastervinkel Fel i rastervinkel kan orsaka Moiré 2/10/15 92 AM-RASTER olika vinklar för C, M,Y & K15, 75, 0 och 45 grader 2/10/15 93 31
RASTERROSETTER Centrumpunkt 2/10/15 94 RASTERROSETTER Öppet centrum 2/10/15 95 Conventional Color Halftoning Different raster angle, 0, 15, 75 and 45 degrees AM different angles Rosette patterns FM 96 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 2/10/15 97 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 2/10/15 98 NUEGEBAUERS EKVATIONER X X Y = a Y i i i Z Z i i a i i =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 2/10/15 99 33
DEMICHEL EKVATIONERNA 2/10/15 100 DEMICHEL EKVATIONERNA A w =(1-a c )(1-a m )(1-a y ) A c =a c (1-a m )(1-a y ) A m =a m (1-a c )(1-a y ) A y =a y (1-a c )(1-a m ) A r =a m a y (1-a c ) A g =a c a y (1-a m ) A b =a c a m (1-a y ) A k =a c a m a y 2/10/15 101 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 2/10/15 102 34
OPTISK PUNKTFÖRSTORING 2/10/15 103 Dot Gain Curve The dot gain curve is usually found by experiment. Print a number of tints with different commanded coverage and measure the density in print. 104 Dot Gain Curve Commanded (reference) Print Measurement & calculation Dot Gain 0% 0% 0% 2% 8% 8-2=6% 50% 80% 80-50=30% 100% 100% 100-100=0% 105 35
Dot Gain Curve By using these measured data a dot gain curve can be obtained Dot gain 30% 6% 2% 50% Commanded coverage 106 Dot Gain Curve Another useful curve: Print coverage or the measured data 100% 80% Ideal (no dot gain) Measurement 8 % 2 % 50% 100% Commanded coverage 107 Compensation for Dot Gain The curve shown in the previous page can be used for dot gain compensation Ex. If we want 30% coverage in print due to dot gain we cannot print 30%. What should the commanded coverage be? By using this curve you can find the commanded coverage, see the figure in next slide. 108 36
Compensation for Dot Gain Print coverage or the measured data 100% We want 30% in print Follow the arrow 30% Read the commanded coverage For example 12% 100% Commanded coverage 109 37