Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Эта статья о графической технике. Для музыкального интервала см. Полутон . Чтобы узнать о музыкальной ноте, см. Половинную ноту .
Слева: полутоновые точки. Справа: пример того, как человеческий глаз мог бы видеть точки с достаточного расстояния.

Полутон - это метод репрографии , который имитирует непрерывные тоновые изображения с помощью точек, различающихся по размеру или интервалу, создавая, таким образом, эффект градиента. [1] «Полутона» также можно использовать для обозначения изображения, которое создается в результате этого процесса. [1]

Если изображение с непрерывным тоном содержит бесконечный диапазон цветов или оттенков серого , полутоновый процесс уменьшает визуальные репродукции до изображения, которое печатается только одним цветом чернил, в точках разного размера ( широтно-импульсная модуляция ) или с интервалом ( частотная модуляция ) или оба. Это воспроизведение основано на базовой оптической иллюзии : когда полутоновые точки маленькие, человеческий глаз интерпретирует узорчатые области, как если бы они были гладкими тонами. На микроскопическом уровне проявленная черно-белая фотопленка также состоит только из двух цветов, а не из бесконечного диапазона непрерывных тонов. Подробнее см. Зернистость пленки .

Так же, как цветная фотография развивалась с добавлением фильтров и слоев пленки, цветная печать стала возможной благодаря повторению полутонового процесса для каждого субтрактивного цвета - чаще всего с использованием так называемой « цветовой модели CMYK ». [2] Полупрозрачность чернил позволяет полутоновым точкам разного цвета создавать еще один оптический эффект - полноцветные изображения. [1]

История [ править ]

Обложка The Canadian Illustrated News с полутоновой фотографией принца Артура.
Первая напечатанная фотография с использованием полутонов в канадском периодическом издании, 30 октября 1869 г.
Многоцветная открытка (1899 г.), напечатанная из полутоновых пластин ручной работы.

Хотя раньше существовали процессы механической печати, которые могли имитировать тон и тонкие детали фотографии, в первую очередь тип Вудбери , дороговизна и практичность запрещали их использование в массовой коммерческой печати, в которой использовалась рельефная печать.

Раньше большинство газетных картинок представляли собой ксилографии или гравюры на дереве, сделанные из деревянных блоков ручной работы, которые, хотя их часто копировали с фотографий, больше напоминали нарисованные от руки эскизы. Коммерческим типографам нужен практический способ реалистичного воспроизведения фотографий на отпечатанной странице, но в большинстве обычных процессов механической печати можно печатать только области чернил или оставлять пустые области на бумаге, а не фотографический диапазон оттенков; только черные (или цветные) чернила, либо ничего. Полутоновый процесс преодолел эти ограничения и стал основным продуктом книжной, газетной и другой периодической индустрии. [3]

Уильяму Фоксу Талботу приписывают идею полутоновой печати. В патенте 1852 года он предложил использовать «фотографические экраны или вуали» в связи с процессом глубокой фотографии . [4] [5]

В последующие десятилетия было предложено несколько различных видов экранов. Одна из первых попыток была предпринята Уильямом Легго со своим легкоготипом во время работы в Canadian Illustrated News . Первой напечатанной полутоновой фотографией было изображение принца Артура, опубликованное 30 октября 1869 года. [6] The New York Daily Graphic позже опубликует «первую репродукцию фотографии с полным диапазоном тонов в газете» 4 марта 1880 года. (под названием «Сцена из Шэнтитауна») с грубым полутоновым экраном. [7]

Первый действительно успешный коммерческий метод был запатентован Фредериком Айвсом из Филадельфии в 1881 году. [5] [7] Хотя он нашел способ разбивать изображение на точки разного размера, он не использовал экран. В 1882 году немец Георг Майзенбах запатентовал в Англии полутоновый процесс. Его изобретение было основано на предыдущих идеях Берхтольда и Суона. Он использовал экраны с одной линией, которые поворачивались во время экспонирования для создания эффектов с поперечными линиями. Он был первым, кто добился коммерческого успеха с полутонами рельефа . [5]

Вскоре после этого Айвс, на этот раз в сотрудничестве с Луи и Максом Леви, еще больше усовершенствовал процесс, изобретя и коммерческое производство качественных сеток с поперечными линиями. [5]

Облегчение процесса полутона оказалось почти сразу , чтобы быть успешным. Использование полутоновых блоков в популярных журналах стало регулярным в начале 1890-х годов. [5]

Развитие методов полутоновой печати для литографии, по- видимому, шло в значительной степени независимым путем. В 1860-х годах A. Hoen & Co. сосредоточилась на методах, позволяющих художникам манипулировать тонами обработанных вручную печатных камней. [8] К 1880-м годам Хоэн работал над полутоновыми методами, которые можно было использовать вместе с камнями ручной работы или с фотолитографическими камнями. [9] [10]

Просмотр полутоновых фотографий [ править ]

До оцифровки изображений были разработаны специальные фотографические методы, позволяющие разбивать изображения в оттенках серого на отдельные точки. Самым ранним из них был «экран», когда экран из грубой ткани подвешивался перед экспонируемой пластиной камеры, разбивая падающий свет на узор из точек за счет комбинации эффектов прерывания и дифракции . Затем фотопластинка может быть проявлена ​​с использованием техники фототравления для создания печатной формы.

В других техниках использовался «экран», состоящий из горизонтальных полос ( линейка Ронки ), который затем объединялся со второй экспозицией с экраном из вертикально ориентированных полос. Еще один метод заключался в использовании специально разработанной пластины с предварительно вытравленными на поверхности горизонтальными линиями.

Традиционное полутоновое изображение [ править ]

Разрешение полутоновых экранов [ править ]

Типичное разрешение полутонов
Снимок экрана45–65 линий на дюйм
Лазерный принтер (300 точек на дюйм)65 lpi
Лазерный принтер (600 точек на дюйм)85–105 линий на дюйм
Офсетная печать (газетная бумага)85 lpi
Офсетная печать (мелованная бумага)85–185 линий на дюйм

Разрешение полутонового экрана измеряется в линиях на дюйм (lpi). Это количество линий точек на один дюйм, измеренное параллельно углу экрана. Разрешение экрана, известное как линейка экрана, записывается либо с помощью суффикса lpi, либо с помощью решетки; например, «150 линий на дюйм» или «150 #».

Чем выше разрешение в пикселях исходного файла, тем больше деталей можно воспроизвести. Однако такое увеличение также требует соответствующего увеличения линейности экрана, в противном случае вывод будет страдать от постеризации . Следовательно, разрешение файла согласуется с выходным разрешением.

Несколько экранов и цветное полутоновое изображение [ править ]

Три примера современных цветных полутонов с цветоделением CMYK. Слева направо: разделение голубого, пурпурного, желтого и черного цветов, комбинированный полутоновый узор и, наконец, то, как человеческий глаз будет наблюдать комбинированный полутоновый рисунок с достаточного расстояния.
Этот крупный план полутонового отпечатка показывает, что пурпурный поверх желтого выглядит как оранжево-красный, а голубой поверх желтого выглядит как зеленый.
Примеры типичных углов растра полутонового изображения CMYK

При объединении разных экранов может возникнуть ряд отвлекающих визуальных эффектов, включая чрезмерное выделение краев, а также муаровый узор . Эту проблему можно уменьшить, поворачивая экраны относительно друг друга. Этот угол экрана - еще одно обычное измерение, используемое в печати, и измеряется в градусах по часовой стрелке от линии, идущей влево (9 часов - ноль градусов).

Полутоновое изображение также обычно используется для печати цветных изображений. Общая идея та же, изменяя плотность четырех вторичных цветов печати, голубого, пурпурного, желтого и черного (аббревиатура CMYK ), можно воспроизвести любой конкретный оттенок. [11]

В этом случае может возникнуть дополнительная проблема. В простом случае можно создать полутон, используя те же методы, которые используются для печати оттенков серого, но в этом случае разные цвета печати должны оставаться физически близко друг к другу, чтобы заставить глаз думать, что они представляют собой один цвет. Для этого в отрасли стандартизован набор известных углов, в результате чего точки образуют маленькие круги или розетки.

Точки нелегко увидеть невооруженным глазом, но их можно различить через микроскоп или увеличительное стекло.

Точечные формы [ править ]

Хотя круглые точки используются чаще всего, доступно много типов точек, каждый из которых имеет свои особенности. Их можно использовать одновременно, чтобы избежать эффекта муара. Как правило, предпочтительная форма точки также зависит от метода печати или печатной формы.

  • Круглые точки: наиболее распространены, подходят для светлых изображений, особенно для оттенков кожи. Они встречаются при тональном значении 70%.
  • Эллиптические точки: подходят для изображений с большим количеством объектов. Эллиптические точки встречаются при тональных значениях 40% (заостренные концы) и 60% (длинная сторона), поэтому существует риск появления узора.
  • Квадратные точки: лучше всего подходят для детализированных изображений, не рекомендуется для оттенков кожи. Углы сходятся при тональном значении 50%. Переход между квадратными точками иногда может быть виден человеческому глазу. [12]

Цифровое полутоновое изображение [ править ]

Цифровое полутоновое изображение пришло на смену фотографическому полутоновому изображению с 1970-х годов, когда были разработаны «электронные генераторы точек» для записывающих устройств, связанных со сканерами цветных барабанов, производимых такими компаниями, как Crosfield Electronics, Hell и Linotype-Paul.

В 1980-х годах полутоновое изображение стало доступным в новом поколении фотонаборных устройств для плёнки и записывающих устройств на бумаге, которые были разработаны на основе более ранних «лазерных наборных машин». В отличие от обычных сканеров или чистых наборных машин, имиджсеттеры могут создавать все элементы на странице, включая шрифт, фотографии и другие графические объекты. Ранними примерами были широко используемые Linotype Linotronic 300 и 100, представленные в 1984 году, которые также были первыми, предлагающими PostScript RIP в 1985 году [13].

Ранние лазерные принтеры, начиная с конца 1970-х годов, также могли генерировать полутона, но их исходное разрешение 300 dpi ограничивало разрешение экрана примерно 65 lpi. Это было улучшено с появлением более высоких разрешений 600 dpi и выше и методов сглаживания .

Все полутоновые изображения используют дихотомию высоких / низких частот. При фотографическом полутоновом изображении низкочастотный атрибут - это локальная область выходного изображения, обозначенная как полутоновая ячейка. Каждая ячейка одинакового размера относится к соответствующей области (размеру и местоположению) входного изображения с непрерывным тоном. В каждой ячейке высокочастотный атрибут представляет собой центрированную полутоновую точку переменного размера, состоящую из чернил или тонера. Отношение закрашенной области к незакрашенной области выходной ячейки соответствует яркости или уровню серого входной ячейки. С подходящего расстояния человеческий глаз усредняет как высокочастотный кажущийся уровень серого, аппроксимированный соотношением внутри ячейки, так и видимые низкочастотные изменения уровня серого между соседними равноотстоящими ячейками и центрированными точками.

Цифровое полутоновое изображение использует растровое изображение или растровое изображение, в котором каждый монохромный элемент изображения или пиксельможет быть включен или выключен, чернила или нет чернил. Следовательно, чтобы имитировать ячейку фотографических полутонов, ячейка цифровых полутонов должна содержать группы монохромных пикселей в пределах области ячейки одинакового размера. Фиксированное расположение и размер этих монохромных пикселей ставят под угрозу дихотомию высоких / низких частот метода фотографических полутонов. Сгруппированные многопиксельные точки не могут «расти» постепенно, а скачками на один целый пиксель. Кроме того, этот пиксель расположен немного не по центру. Чтобы свести к минимуму этот компромисс, цифровые полутоновые монохромные пиксели должны быть довольно маленькими, насчитывая от 600 до 2540 или более пикселей на дюйм. Тем не менее, цифровая обработка изображений также позволяет использовать более сложные алгоритмы дизеринга.чтобы решить, какие пиксели сделать черными или белыми, некоторые из которых дают лучшие результаты, чем цифровое полутоновое изображение. Цифровое полутоновое изображение, основанное на некоторых современных инструментах обработки изображений, таких как нелинейная диффузия и стохастическое переворачивание, также было недавно предложено. [14]

Модуляция [ править ]

Самый распространенный метод создания экранов, амплитудная модуляция , создает регулярную сетку точек разного размера. Другой метод создания экранов, частотная модуляция , используется в процессе, также известном как стохастический скрининг . Оба метода модуляции названы по аналогии с употреблением терминов в телекоммуникациях. [15]

Обратное полутоновое изображение [ править ]

Изображение с искажениями
Изображение без экрана

Обратное полутоновое изображение или деэкранирование - это процесс восстановления высококачественных изображений с непрерывным тоном из полутоновой версии. Обратное полутоновое изображение - некорректно поставленная проблема, потому что разные исходные изображения могут давать одно и то же полутоновое изображение. Следовательно, одно полутоновое изображение имеет несколько правдоподобных реконструкций. Кроме того, такая информация, как тона и детали, отбрасывается во время полутонового изображения и, таким образом, безвозвратно теряется. Из-за разнообразия различных полутоновых изображений не всегда очевидно, какой алгоритм использовать для получения наилучшего качества.

Есть много ситуаций, когда требуется реконструкция. Для художников редактировать полутоновые изображения - непростая задача. Даже простые модификации, такие как изменение яркости, обычно работают за счет изменения цветовых тонов. В полутоновых изображениях это дополнительно требует сохранения регулярного рисунка. То же самое относится и к более сложным инструментам, таким как ретушь. Многие другие методы обработки изображений предназначены для работы с изображениями с непрерывным тоном. Например, для этих изображений более эффективны алгоритмы сжатия изображений. [16] Другой причиной является визуальный аспект, поскольку полутоновое изображение ухудшает качество изображения. Внезапные изменения тона исходного изображения удаляются из-за ограниченных вариаций тона в полутоновых изображениях. Он также может вносить искажения и визуальные эффекты, такие как муаровые узоры.. Полутоновый узор становится более заметным благодаря свойствам бумаги, особенно при печати на газете. Сканированием и перепечаткой этих изображений подчеркивается муар. Таким образом, их реконструкция перед повторной печатью важна для обеспечения приемлемого качества.

Пространственная и частотная фильтрация [ править ]

Основные этапы процедуры - удаление полутоновых узоров и восстановление изменений тонов. В конце концов, может потребоваться восстановить детали, чтобы улучшить качество изображения. Существует множество алгоритмов полутонового изображения, которые в основном можно разделить на категории: упорядоченное дизеринг , диффузия ошибок и методы на основе оптимизации. Важно выбрать правильную стратегию деэкранирования, поскольку они генерируют разные шаблоны, а большинство алгоритмов обратного полутонового изображения предназначены для определенного типа рисунка. Время - еще один критерий выбора, потому что многие алгоритмы итеративны и поэтому довольно медленны.

Самый простой способ удалить полутоновые узоры - это применение фильтра нижних частот в пространственной или частотной области. Простой пример - фильтр Гаусса . Он отбрасывает высокочастотную информацию, которая размывает изображение и одновременно уменьшает полутоновый узор. Это похоже на эффект размытия наших глаз при просмотре полутонового изображения. В любом случае важно выбрать правильную пропускную способность . Слишком ограниченная полоса пропускания размывает края, в то время как высокая пропускная способность создает зашумленное изображение, поскольку не удаляет узор полностью. Из-за этого компромисса он не может восстановить разумную информацию о границах.

Дальнейшее улучшение может быть достигнуто за счет улучшения края. Разложение полутонового изображения на его вейвлет-представление позволяет выбирать информацию из разных частотных диапазонов. [17] Ребра обычно состоят из высокочастотной энергии. Используя извлеченную информацию о высоких частотах, можно по-разному обрабатывать области вокруг краев, чтобы выделить их, сохраняя при этом информацию о низких частотах среди гладких областей.

Фильтрация на основе оптимизации [ править ]

Еще одна возможность инверсного полутонового изображения - использование алгоритмов машинного обучения на основе искусственных нейронных сетей . [18] Эти подходы, основанные на обучении, позволяют найти технику дескрининга, максимально приближенную к идеальной. Идея состоит в том, чтобы использовать разные стратегии в зависимости от фактического полутонового изображения. Даже для разного контента в одном изображении стратегия должна быть разной. Сверточные нейронные сети хорошо подходят для таких задач, как обнаружение объектов, что позволяет дескринировать по категориям. Кроме того, они могут обнаруживать края для улучшения деталей вокруг краевых областей. Результаты могут быть дополнительно улучшены за счет генеративных состязательных сетей .[19] Этот тип сети может искусственно создавать контент и восстанавливать потерянные детали. Однако эти методы ограничены качеством и полнотой используемых обучающих данных. Невидимые образцы полутонового изображения, которые не были представлены в обучающих данных, удалить довольно сложно. Кроме того, процесс обучения может занять некоторое время. Напротив, вычисление инверсного полутонового изображения происходит быстрее по сравнению с другими итерационными методами, поскольку для этого требуется только один вычислительный шаг.

Таблица поиска [ править ]

В отличие от других подходов, метод справочной таблицы не включает никакой фильтрации. [20]Он работает путем вычисления распределения окрестностей для каждого пикселя полутонового изображения. Таблица поиска предоставляет значение непрерывного тона для данного пикселя и его распределения. Соответствующая справочная таблица получается перед использованием гистограмм полутоновых изображений и их соответствующих оригиналов. Гистограммы показывают распределение до и после полутонового изображения и позволяют приблизительно определить значение непрерывного тона для определенного распределения в полутоновом изображении. Для этого подхода стратегия полутонового изображения должна быть известна заранее для выбора подходящей таблицы поиска. Кроме того, таблицу необходимо пересчитывать для каждого нового образца полутонового изображения. Генерация деэкранированного изображения происходит быстрее по сравнению с итеративными методами, поскольку требует поиска на пиксель.

См. Также [ править ]

  • Бен-Дэй точки
  • Точечное усиление
  • Дуотон
  • Распространение ошибок
  • Mezzotint
  • Датчик двоичного изображения с передискретизацией
  • Широтно-импульсная модуляция
  • Обработчик растровых изображений (RIP)
  • Скринтон

Значительные академические исследовательские группы [ править ]

  • Лаборатория электронных систем визуализации в Университете Пердью
  • Лаборатория встроенной обработки сигналов в UT Austin

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c Кэмпбелл, Аластер. Лексикон дизайнера. © 2000 Chronicle, Сан-Франциско.
  2. ^ МакКью, Клаудия. Печатная продукция в реальном мире. © 2007, Пичпит Беркли.
  3. ^ Hannavy, Джон (2008), Энциклопедия девятнадцатого века фотографии , Taylor & Francis Group, ISBN 978-0-203-94178-2
  4. ^ Справочник патентных изобретений | 1853 . 1853 г.
  5. ^ a b c d e Твайман, Майкл. Печать 1770–1970: иллюстрированная история ее развития и использования в Англии. Эйр и Споттисвуд, Лондон 1970.
  6. ^ "Первые полутона" . Библиотека и архивы Канады. Архивировано из оригинала на 2009-08-17 . Проверено 17 сентября 2007 года .
  7. ^ a b Меггс, Филип Б. История графического дизайна. John Wiley & Sons, Inc. 1998. стр. 141. ISBN 0-471-29198-6 . 
  8. ↑ Август Хоэн, Состав для травления камня , Патент США 27,981, 24 апреля 1860 г.
  9. ^ Август Хоэн, литографический процесс , патент США 227730, 15 мая 1883 г.
  10. ^ Августа Hoen, Литографический процесс , патент США 227782, 18 мая 1880.
  11. ^ Полутоновые линейные растры в печати «Использование полутоновых линейных растров для печати цифровых изображений на печатной машине». (последняя проверка 20 апреля 2009 г.)
  12. ^ Кей Йоханссон, Питер Лундберг и Роберт Риберг, Руководство по производству графической печати . 2-е изд. Хобокен: Wiley & Sons, стр. 286f. (2007).
  13. ^ История линотипа - 1973–1989
  14. ^ Шен, Джеки (Цзяньхун) (2009). «Полутоновое изображение наименьших квадратов с помощью системы человеческого зрения и Марковского градиентного спуска (LS-MGD): алгоритм и анализ». SIAM Ред . 3. 51 (3): 567–589. Bibcode : 2009SIAMR..51..567S . DOI : 10.1137 / 060653317 .
  15. ^ Gaurav Sharma (2003). Справочник по цифровым цветным изображениям . CRC Press. п. 389. ISBN. 978-0-8493-0900-7.
  16. ^ Мин Юань Тин; Рискин, Е.А. (1994). «Сжатие изображений с диффузной ошибкой с использованием декодера бинарной шкалы в градацию серого и прогнозируемого отсеченного векторного квантования с древовидной структурой». IEEE Transactions по обработке изображений . 3 (6): 854–858. Bibcode : 1994ITIP .... 3..854T . DOI : 10.1109 / 83.336256 . ISSN 1057-7149 . PMID 18296253 .  
  17. ^ Цзысян Сюн; Orchard, MT; Рамчандран, К. (1996). «Обратное полутоновое изображение с помощью вейвлетов». Труды 3-й Международной конференции IEEE по обработке изображений . IEEE. 1 : 569–572. DOI : 10,1109 / icip.1996.559560 . ISBN 0780332598. S2CID  35950695 .
  18. ^ Ли, Ицзюнь; Хуанг, Цзя-Бинь; Ахуджа, Нарендра; Ян, Мин-Сюань (2016), «Deep Joint Image Filtering», Computer Vision - ECCV 2016 , Springer International Publishing, стр. 154–169, DOI : 10.1007 / 978-3-319-46493-0_10 , ISBN 9783319464923
  19. ^ Ким, Тэ-Хун; Пак, Санг Иль (30.07.2018). «Глубокое контекстно-зависимое деэкранирование и повторное экранирование полутоновых изображений». Транзакции ACM на графике . 37 (4): 1–12. DOI : 10.1145 / 3197517.3201377 . ISSN 0730-0301 . S2CID 51881126 .  
  20. ^ Мурат., Mese (2001-10-01). Метод справочной таблицы (LUT) для инверсного полутонового изображения . Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике, Inc-IEEE. OCLC 926171988 . 

Внешние ссылки [ править ]

  • Веб-сайт доктора Даниэля Лау о полутоновом изображении
  • "Растербатор": программа, позволяющая создавать большие плакаты полутонового типа.
  • Набор инструментов для создания полутонового изображения для MATLAB, автор - В. Монга, Н. Дамера-Венката и Б.Л. Эванс.
  • Полутоновые экраны в Wolfram Demonstrations Project
  • Создание полутонового затенения в Adobe Photoshop
  • Простой способ создания собственных полутонов в Adobe Photoshop
  • Наглядное руководство по традиционным полутонам и их созданию
  • Черно-белая полутоновая текстура
  • Уроки Photoshop о том, как создавать и использовать полутоновые узоры
  • Плагин Javascript для генерации полутоновых изображений