WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |
1

На правах рукописи

Трушин Николай Геннадьевич ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕДАЧИ ИЗОБРАЖЕНИЙ ПРИ СКАНИРОВАНИИ И ПОЛУЧЕНИИ КОПИЙ ФОТОСНИМКОВ Специальность 02.00.04 - физическая химия

АВТОРЕФЕРАТ

Диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Кемерово 2006 2

Работа выполнена на кафедре экспериментальной физики ГОУ ВПО "Кемеровский Государственный Университет"

Научный консультант: доктор технических наук, профессор Москинов Виталий Алексеевич Официальные доктор технических наук оппоненты: Баблюк Е.Б.

доктор химических наук Утехин А.Н.

Ведущая организация: военно-воздушная инженерная Академия им. проф. Н.Е. Жуковского

Защита диссертации состоится 22.12.2006г., в 10 часов на заседании диссертационного Совета Д 212.088.03 при ГОУ ВПО "Кемеровский Государственный Университет"

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО "Кемеровский Государственный Университет"

Автореферат разослан "_"2006 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета:

доктор химических наук, профессор_ Б.А. Сечкарев 3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Созданные на стыке физики, химии, технологии и техники фотографические способы регистрации изображений светочувствительными слоями с микрокристаллами галогенидов серебра нашли широкое применение практически во всех областях человеческой деятельности.

Изображения земной поверхности на черно-белых фотопленках, получаемые при аэрофотосъемке и фотосъемке из космоса необходимы и используются для решения важных прикладных задач в картографии, геодезии, сельском и лесном хозяйстве, геологии, природоохранной деятельности, военном деле, при исследовании природных ресурсов и т.д. Существенное достоинство использования фотопленок для аэрофотосъемок – возможность получать детальные снимки больших площадей земной поверхности. Оно способствовало успешному развитию как методов и техники аэрофотографии, так и созданию специального класса фотоматериалов – аэрофотопленок для получения изображений земной поверхности в самых разных условиях освещенностей. В процессе выполнения работ в этой области большое внимание уделялось установлению взаимосвязей между характеристиками фотоматериалов, условиями съемки и распознаванием на получаемых фотоснимках наблюдаемых объектов.

Дальнейшее развитие аэрофотографии связано с более широким использованием современных информационных технологий для обработки фотографических изображений, их передачи и хранения, что требует преобразования содержащейся в фотоснимках информации в цифровую форму и последующей печати цифровых изображений. Системы фотографической регистрации, канал передачи информации которых, включает фотосъемку на фотоматериал, преобразование получаемого аналогового фотографического изображения в цифровую форму при сканировании, компьютерную обработку и печать цифрового изображения, получили название гибридных. Гибридные фоторегистрирующие системы (ГФРС) уже успешно используются в любительской фотографии, полиграфии и для обработки результатов аэрофотосъемок. Известно, что передача информации по любому каналу сопровождается ее искажениями и потерями, которые при передаче изображений могут привести к существенному уменьшению их информативности. Сведения о полноте передачи информации ГФРС ограничены, что затрудняет установление путей их совершенствования для новых систем аэрокосмического мониторинга земной поверхности. В частности нет полной ясности в вопросе об изменениях характеристической кривой фотоматериала при ее сканировании и в результате компьютерной обработки и, следовательно, в определении значений светочувствительности для расчетов условий фотосъемки, тем более что для считывания фотоснимков используются фотоприемники, по характеристикам отличающиеся от характеристик органов зрения человека. Из-за ограниченности экспериментальных данных не имеют достаточных обоснований требования к разрешению сканера для передачи деталей, разрешаемых системой фотоаппарат – фотопленка. Кроме того, малые размеры элементов изображений на высокоразрешающих снимках и, как правило, малые их контрасты требуют установления условий печати их цифровых копий, тем более что печать изображений производится с растрированием.

Цели работы – исследование передачи оптических плотностей и деталей изображений при их сканировании и печати и установление путей совершенствования ГФРС для детального фотонаблюдения земной поверхности с борта летательных аппаратов.

Достижение целей работы потребовало:

1. Рассмотрения характеристик фотографического изображения, процессов и оборудования, применяемого при сканировании и печати цифровых копий, способов обработки цифровых изображений и установления причин потерь информации при ее передаче по каналу «фотоснимок – копия».

2. Проведения экспериментальных исследований по установлению влияния характеристик фотографического изображения, условий сканирования и печати на передачу оптических плотностей и деталей изображений их копиями.

3. Разработки на основании результатов экспериментальных исследований рекомендаций по условиям сканирования, способам обработки цифровых изображений и их печати, включающим определение требований к используемому оборудованию.

Научная новизна работы 1. Экспериментально установлено, что сканирование фотоснимков и компьютерная обработка получаемых цифровых изображений позволяет получить для гибридной фоторегистрирующей системы большую величину светочувствительности, чем достигаемая на фотоматериале, и приводит к лучшему распознаванию малоконтрастных деталей на участках фотопленки, получивших малые экспозиции.

2. Экспериментально показано, что соотношение между приборным разрешением сканера и разрешаемой на копии, полученной после компьютерной обработки и печати цифрового изображения, группой штрихов резольвометрической миры, сохраняется для существенно больших интервалов оптических плотностей и контрастов, а для передачи изображений с разрешением R линий/мм оптическое разрешение сканера должно быть не меньше 101,6хR ppi.

3. Для сохранения распознаваемости деталей цифрового изображения на копии ее печать должна производиться с увеличением, зависящим от размера элементов растра и для линейных растров равным или большим отношению линиатуры растра к разрешению цифрового изображения.

Практическая значимость работы 1. Показана возможность увеличения светочувствительности гибридной фоторегистрирующей системы по сравнению со светочувствительностью фотоматериала за счет увеличения контраста в области недодержек характеристической кривой путем компьютерной обработки цифрового изображения и предложен способ контроля этой операции.

2. Обоснована целесообразность разработки тонкослойных фотопленок с уменьшенным содержанием серебра для ГФРС.

3. Предложена методика определения светочувствительности ГФРС.

4. Определены требования к разрешению сканера для передачи изображений с заданной разрешающей способностью.

5. Определено увеличение необходимое для распознавания объектов заданного размера при печати цифровых изображений.

На защиту выносятся положения 1. Светочувствительность ГФРС может быть увеличена по сравнению с фотопленкой путем повышения контраста в результате компьютерной обработки цифрового изображения.

2. Характеристики ГФРС могут быть улучшены за счет использования для фотосъемки специальных тонкослойных фотопленок с уменьшенным содержанием серебра.

3. Методика определения светочувствительности ГФРС должна предусматривать оценку передачи оптических плотностей по всему каналу.

4. Для передачи деталей фотографического изображения, имеющего разрешающую способность Rф линий/мм, необходимо, чтобы разрешение сканера было не меньше 101,6хRф ppi.

5. Наименьшие детали отсканированного изображения различаются на твердой копии, если ее печать производится с увеличением, не меньшим чем 2L/R, где L — линиатура полиграфического растра, с которым будет производиться дальнейшая печать (lpi); R - разрешающая способность сканера (ppi).

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на девятой международной конференции, посвященной 30-летию Кемеровского государственного университета, 22-25 сентября 2004 г.

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в публикациях, список которых приведен в конце автореферата.

Объем и структура диссертации. Диссертация содержит 95 страниц машинописного текста, 29 рисунков, 29 таблиц и состоит из пяти глав, введения, заключения и списка цитируемой литературы, содержащего 84 наименования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБРТЫ Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, сформулированы цели, задачи, объект исследования, указаны положения, выносимые на защиту.

Определена научная новизна и практическая значимость полученных результатов.

В первой главе сделан обзор теоретических и экспериментальных работ, посвященных изучению состава и строения светочувствительных слоев, процессов протекающих при проявлении, структурометрических и сенситометрических характеристик фотографического изображения. Рассмотрены основные типы сканирующих устройств, приемными элементами которых являются прибор с зарядовой связью (ПЗС) и фотоэлектронный умножитель (ФЭУ), физические основы их работы и характеристики, влияющие на потерю информации в фоторегистрирующей системе. Обсуждены способы печати и основные параметры, влияющие на качество получаемого изображения.

Фотопленка в процессе преобразования изображения в цифровую форму служит прозрачным оригиналом. Черно-белое фотографическое изображение состоит из отложений серебра или красителя, воспроизводящих картину распределения экспонирующего сигнала. Фотографические и структурометрические свойства светочувствительных материалов в основном определяются размерами и формой микрокристаллов галогенидов серебра, их концентрацией в светочувствительном слое, толщиной слоя и условиями проявления. Рассеяние света в слое обусловлено его дифракцией и отражением на эмульсионных микрокристаллах. Преобладание того или иного процесса, зависит от размеров микрокристаллов. Количество рассеянного света в единице объема изменяется с глубиной слоя. Следствием рассеяния в слое является ухудшение распознавания деталей изображения с уменьшением их контраста, которое ведет к потерям в разрешающей способности.

Процесс сканирования изображения заключается в поэлементном считывании двумерного изображения сфокусированным световым лучом. Прошедший через изображение световой поток приобретает амплитудную модуляцию и в фотоприемнике преобразовывается в электрический сигнал, который кодируется в аналого-цифровом преобразователе. Изображение, таким образом, передается последовательностью сигналов, величина каждого из которых представляется в двоичном коде. Основным элементом сканера является фотоприемник. В современных сканерах применяются в основном фотоприемники двух типов:

фотоэлектронные умножители (ФЭУ) и приборы с зарядовой связью (ПЗС, рис.1).

Рис.1. Схема ПЗС. а – МОП (металл-оксид-полупроводник) конденсатор; б – схема переноса заряда; в – линейная однострочная структура преобразователя.

В ПЗС процессы накопления зарядов и их считывание разделены во времени.

Развертка изображения производится в промежуток времени, соответствующий обратному ходу. При этом одновременное перемещение зарядов вдоль линейки происходит от первой ячейки слева направо, а сигнал изображения на выходе получается в обратном порядке, начиная с последней ячейки строки. Таким образом, осуществляется самосканирование — передача информации за счет зарядовой связи путем изменения «глубины» потенциальных ям под электродами МОП-конденсаторов.

Твердые копии аэрофотоснимков могут быть получены на бумажной и пленочной прозрачной подложке нанесением красящих веществ. Последние подразделяются на пигменты (органические и неорганические цветные, белые или черные субстанции, которые не растворимы в системах носителей) и красители (растворимые органические вещества). Пигменты в виде твердых частиц или агломератов молекул распределены в жидком носителе - связующем во взвешенном состоянии. При получении копии цифровое изображение растрируется.

Растрирование может быть амплитудно-модулированным и частотномодулированным. Каждая растровая точка составляется из отдельных пикселей, а количество уровней градации оптических плотностей определяется размером растровой ячейки, внутри которой воспроизводятся уровни градации оригинала.

Основные характеристики растровой печати - линиатура растра L (в линиях на сантиметр или линиях на дюйм) и разрешение А (в dpi, т.е. точках на дюйм), с которым можно позиционировать отдельные элементы.

Как видно из рис. 2., количество элементов N в каждой растровой ячейке, определяющие число уровней серого, определяется линиатурой растра L и адресностью A. При этом N=(A/L)2 (например, N=64 для L=150 dpi и А=1200 dpi).

Рис. 2. Связь между линиатурой, адресностью и числом градаций при цифровом растрировании и построении изображения (65 уровней градации соответствуют 64 градациям серого).

Анализ канала передачи информации "фотопленка - сканер - печатающее устройство" позволил выявить источники её потерь, из которых основными будут рассеяние в эмульсионном слое, несущем изображение, аберрации в оптической системе, физические ограничения регистрации сигналов в ПЗС, искажения сигнала в АЦП при его дискретизации и квантовании, особенности растрирования изображения в печатающем устройстве. Сложность рассматриваемого канала передачи информации не позволяет расчетным путем определить величину потерь информации при передаче по нему изображений - следствием этого является необходимость исследований передачи изображений, как при проведении отдельных операций, так и ГФРС в целом для оптимизации передачи мелкомасштабных аэрофотоснимков больших форматов в ГФРС.

Во второй главе описаны используемые в работе оборудование и материалы.

Основные характеристики применявшихся сканеров приведены в табл.1. Печать цифровых изображений производилась на принтерах, отличающихся способом печати: термическая и пьезоэлектрическая струйная печать, лазерная монохроматическая печать и фотопечать.

Таблица 1.

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»