網(wǎng)點技術(shù)是再現(xiàn)連續(xù)調(diào)圖象的基本方式。目前普遍采用的平版印刷和凸版印刷中,從原理上講,著墨點—網(wǎng)點上的油墨膜厚是一定的,依靠改變分色版上網(wǎng)點大?。娣e率)來表現(xiàn)圖象的階調(diào)與色彩,即所謂半色調(diào)技術(shù)。傳統(tǒng)的加網(wǎng)技術(shù)的特點是,網(wǎng)點間隔固定(決定于加網(wǎng)線數(shù)),著墨點集中位于網(wǎng)格中心,其面積大?。ㄏ喈?dāng)于電子系統(tǒng)中載波信號的強度或幅度)是階調(diào)信息的函數(shù),故稱為調(diào)幅加網(wǎng)(ams—amplitudemodulationscreening)。一百多年來,調(diào)幅加網(wǎng)經(jīng)歷了玻璃網(wǎng)屏、接觸網(wǎng)屏、網(wǎng)點發(fā)生器加網(wǎng)等發(fā)展歷程,先后形成了有理網(wǎng)格、無理網(wǎng)格和復(fù)合網(wǎng)格等加網(wǎng)技術(shù),至90年代調(diào)幅式加網(wǎng)技術(shù)已基本成熟。由于網(wǎng)點規(guī)律性分布,決定了調(diào)幅加網(wǎng)在多色套印時,易產(chǎn)生干涉條紋,必須嚴格控制分色版的網(wǎng)屏角度,中間調(diào)處由于網(wǎng)點搭角而產(chǎn)生階調(diào)跳躍,網(wǎng)線數(shù)低時會丟失圖象細節(jié),這些缺點制約著彩色復(fù)制技術(shù)的發(fā)展。
調(diào)頻加網(wǎng)是80年代初開始研究、90年代推入市場的一項全新技術(shù),其特征是在相當(dāng)于調(diào)幅網(wǎng)點的單位區(qū)域(網(wǎng)格)內(nèi),著墨點微粒(目前名稱尚不統(tǒng)一,本文中稱為點元素)大小一樣,位置隨機分散分布,其分布的疏密程度,即空間分布頻率是圖象階調(diào)信息的函數(shù),因此稱為調(diào)頻加網(wǎng)(fms—frequencymodulationscreening)。在調(diào)頻加網(wǎng)的圖象中,單位網(wǎng)格中只有一定數(shù)目的隨機分布的點元素,整體上看不到傳統(tǒng)的“網(wǎng)點”,點元素分布是無規(guī)律的,因此不存在網(wǎng)屏的角度問題,從根本上消除了干涉條紋,也無中間調(diào)層次跳躍現(xiàn)象,層次再現(xiàn)均勻美觀。由于點元素很小,大大提高了圖象的解象力和清晰度,用低分辨率即可得到高分辨率調(diào)幅網(wǎng)的細微層次,高調(diào)處點元素重疊少,可使印品彩度增加。由于沒有網(wǎng)角的概念,反而對印刷設(shè)備的套印精度要求不高,這就為普通印刷廠用中檔激光照排機和印刷機印制高質(zhì)量的彩色印品提供了可能。調(diào)頻加網(wǎng)技術(shù)由于其突出的優(yōu)點,一出現(xiàn)即受到人們的重視。幾年來發(fā)展迅速,agfa、linotype-hell、ugra/kohan、日本網(wǎng)屏等公司相繼推出自己的調(diào)頻加網(wǎng)技術(shù),在膠印、柔性版印刷、新聞印刷等領(lǐng)域有著極佳的發(fā)展前景。但由于調(diào)頻加網(wǎng)著墨點很小,因而對紙張、油墨及設(shè)備的適性要求高,在推廣應(yīng)用上存在難題。研究開發(fā)適于一般印刷條件的調(diào)頻加網(wǎng)理論和技術(shù),并在生產(chǎn)中推廣應(yīng)用,是我國印刷界的緊迫任務(wù)。
1.點元素隨機分布原理
圖1是灰度值為24時調(diào)幅網(wǎng)點與調(diào)頻網(wǎng)點結(jié)構(gòu)對比示意圖(點陣數(shù)取8×8,灰度級數(shù)為64+1)。采用激光電子加網(wǎng)系統(tǒng)實現(xiàn)調(diào)幅加網(wǎng)時,將輸入圖象象素的灰度值與網(wǎng)點模型存儲器(spm)中的加網(wǎng)閾值相比較,如前者大于等于后者,則激光束曝光,產(chǎn)生著墨點,否則不曝光。加網(wǎng)閾值在單元網(wǎng)格內(nèi)規(guī)則排列,自網(wǎng)格中心到網(wǎng)格邊緣,加網(wǎng)閾值由小到大逐漸增大,從而保證隨著象素灰度值的由小到大,形成的網(wǎng)點由網(wǎng)格中心向四周擴張,直到布滿整個網(wǎng)格。由此可知,要使著墨點在網(wǎng)格內(nèi)無規(guī)則地分散分布,其關(guān)鍵是打破網(wǎng)點模型存儲器中的閾值分布規(guī)律,使由輸入圖象象素灰度值決定的若干個著墨點在單位網(wǎng)格中隨機且均勻地散開,即建立在單位網(wǎng)格范圍內(nèi)分配點元素的隨機數(shù)序列。圖1右側(cè)示出按某種算法實現(xiàn)的調(diào)頻加網(wǎng)點元素的分布順序。不過為了避免同一灰度值網(wǎng)點分布狀況雷同,在調(diào)頻加網(wǎng)中一般不做成固定的網(wǎng)點模型存儲器,即使象素灰度值相同,點元素個數(shù)相同,但分布的順序可以不同,從而實現(xiàn)隨機加網(wǎng)。
產(chǎn)生真正的隨機數(shù)一般需要采用物理方法,如利用放射性物質(zhì)的放射性,或用電子計算機的固有噪聲。但這樣的隨機數(shù)序列無法重復(fù)實現(xiàn),無法進行程序復(fù)算,驗證困難。而且要增添隨機數(shù)發(fā)生器和電路聯(lián)系等附加設(shè)備,費用昂貴。因此,實用上都采用數(shù)學(xué)遞推公式產(chǎn)生,如對于給定的初始值ξ1,確定ξn+1(n=1,2,…)。這種方法屬于半經(jīng)驗性質(zhì),只能近似地具備隨機數(shù)性質(zhì),故稱為偽隨機數(shù)。采用偽隨機數(shù)存在兩大問題:一是遞推公式和初始值確定后,整個隨機數(shù)序列也被唯一地確定下來,即不能滿足隨機數(shù)相互獨立的要求;二是由此產(chǎn)生的隨機數(shù)存在周期性循環(huán)現(xiàn)象。因此,采用偽隨機方法實現(xiàn)隨機加網(wǎng)時,必須適當(dāng)選擇產(chǎn)生偽隨機數(shù)的遞推公式,努力提高偽隨機數(shù)的獨立性,且在網(wǎng)格范圍內(nèi)均勻分布,同時必須保證偽隨機數(shù)的周期大于網(wǎng)格內(nèi)點元素的總個數(shù)。
2.乘同余偽隨機加網(wǎng)方法
由于本研究的首要目標是探討在dtp系統(tǒng)中實現(xiàn)調(diào)頻加網(wǎng)的基本技術(shù),對于遞推公式細致的比較研究留待以后進行。故在產(chǎn)生偽隨機數(shù)的數(shù)學(xué)方法中,筆者首選統(tǒng)計性質(zhì)較好、產(chǎn)生隨機數(shù)方便快捷、使用較廣的乘同余法。其遞推公式為xi+1=axi(modm)(2)即下一個隨機數(shù)是上一個隨機數(shù)乘以a對m取余而得到的,因此稱為乘同余法。在乘同余法中,如何選用x0、a、m這三個參數(shù),是決定能否快速產(chǎn)生符合要求的隨機數(shù)序列的關(guān)鍵。據(jù)文獻介紹,通常為m=2l a=8q±3x0=2t+1(3)其中l(wèi)、q、t均取正整數(shù),且要求m與x0互素,x0與a互素。式(3)中的m實際上是能產(chǎn)生的隨機數(shù)的周期,要求的隨機數(shù)周期要比能產(chǎn)生的隨機數(shù)周期要小,一般取要求的隨機數(shù)周期為m/4,而系數(shù)a一般取與a 2l/2最接近的值,同時又滿足公式a=8q±3。對于隨機加網(wǎng)來說,通常網(wǎng)點點陣結(jié)構(gòu)取16×16,要求隨機數(shù)在1~256之間,因此我們?nèi)=256×4=1024,即l=10。而2l/2=210/2=32,取a=35,29,43,37,27,21(即q分別為4,5,3),取x0=1,經(jīng)驗算其結(jié)果如表1所示。如將大于256的隨機數(shù)再用256取余,則每個隨機數(shù)出現(xiàn)4次重碼。x0取其它奇數(shù)結(jié)果相同,取偶數(shù)時則周期t變小。由此可見參數(shù)不能這樣選取。文獻[4]指出,取m=2l,其中l(wèi)是數(shù)字計算機上一個數(shù)字尾部的字長,這時產(chǎn)生隨機數(shù)的最大可能周期為t=2l-2。理論分析和統(tǒng)計檢驗表明,a取值過小或它的二進制形式中0、1呈規(guī)則性排列時,都不能產(chǎn)生統(tǒng)計性質(zhì)理想的隨機數(shù)序列。特別對乘同余法可?。篴=52s+1(4)
由表2可知,盡管最大周期數(shù)如文獻所述t=2l-2,但是1~256之間的隨機數(shù)個數(shù)均為64,余者不能直接使用,即使再次用256取余,也是出現(xiàn)多次重碼,因此參數(shù)也不能采用這種選法。
經(jīng)過反復(fù)實驗,筆者發(fā)現(xiàn)當(dāng)m取2l左右的素數(shù),例如m=1021、1019、1033時,a取適當(dāng)?shù)恼麛?shù)(偶數(shù)、奇數(shù)均可),所產(chǎn)生的隨機數(shù)最大周期為t=m-1,小于256的隨機正整數(shù)正好為256個(關(guān)于任意素數(shù)m,使其產(chǎn)生的偽隨機數(shù)最大周期等于m-1的充要條件的數(shù)學(xué)原理證明,另文討論)。[next]
3.隨機加網(wǎng)實驗和結(jié)果
采用乘同余偽隨機加網(wǎng)的實驗工藝流程如圖2所示。光柵圖象處理器(簡稱rip)是彩色桌面出版系統(tǒng)的核心,其主要作用是解釋由頁面描述語言描述的頁面文件中的圖象、圖形和文字信息,轉(zhuǎn)換成點陣信息,并控制打印機或照排機將點陣信息記錄在紙上或膠片上。rip分為硬件rip和軟件rip,一般都為調(diào)幅加網(wǎng)。原稿圖象由掃描儀掃描采集,先經(jīng)圖像處理軟件(photoshop)進行顏色校正、層次調(diào)整、分色等處理,接著采用乘同余偽隨機方法進行調(diào)頻加網(wǎng)。加網(wǎng)后的圖象由組版軟件(pagemaker)拼組成所需版面,再經(jīng)適當(dāng)處理后送入rip,控制照排機輸出,即可實現(xiàn)借用現(xiàn)有的rip完成調(diào)頻加網(wǎng)的目的。研究結(jié)果證實,這樣做是可行的,這就為利用現(xiàn)成的dtp系統(tǒng)的硬件和軟件,進行調(diào)頻加網(wǎng)開辟了道路。研究中采用novarip(一種軟件rip),其好處是可以預(yù)示加網(wǎng)結(jié)果,發(fā)現(xiàn)問題可以反復(fù)修改。
(圖2 乘同余偽隨機加網(wǎng)實驗工藝流程圖)
為簡便起見,首先試對灰度圖進行隨機加網(wǎng)。圖3是在輸出分辨率為600dpi的激光印字機上輸出的樣圖。在彩色印刷中,大塊同一色調(diào)、同一層次的專色區(qū)域很難復(fù)制。我們在空軍西安印刷廠對此作了嘗試,并取得了滿意的實驗結(jié)果。
(圖3 灰度圖象隨機加網(wǎng)輸出結(jié)果)
隨機加網(wǎng)時,灰度值較高時會出現(xiàn)紋理。我們以為產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因是,當(dāng)圖象中存在大片同一灰度值的象素時,由于采用同一偽隨機數(shù)序列分布,致使相互間分布規(guī)律相同,從而形成紋理,如圖4a所示。對此只要采取措施,使同一灰度值的象素加網(wǎng)時在同一隨機數(shù)序列中采用不同的序列起點,或采用不同的隨機數(shù)序列,即可使其相互間分布規(guī)律不同,從而避免紋理現(xiàn)象的產(chǎn)生,如圖4b所示。
4.結(jié) 語
采用偽隨機函數(shù)對圖象進行隨機加網(wǎng),借用調(diào)幅加網(wǎng)rip解釋轉(zhuǎn)換圖形文字信息,控制和驅(qū)動激光照排機,實現(xiàn)了在普通dtp系統(tǒng)中對圖象的調(diào)頻加網(wǎng)輸出,打出cmy套色的專色樣張,為利用現(xiàn)成的dtp系統(tǒng)的硬件和軟件進行調(diào)頻加網(wǎng)開辟了道路。
實驗證明,采用乘同余法產(chǎn)生偽隨機數(shù)序列方便快捷,用于調(diào)頻加網(wǎng)取得了成功。對于隨機加網(wǎng)而言,必須選取適當(dāng)?shù)膮?shù)x0、a、m,才能保證在最短的周期內(nèi)產(chǎn)生數(shù)值小于等于網(wǎng)點點陣數(shù)、個數(shù)等于網(wǎng)點點陣數(shù)的隨機數(shù)序列,從而加速加網(wǎng)過程。
當(dāng)圖象中存在象素灰度值相同的大片區(qū)域時,加網(wǎng)時只要使同一灰度值的象素在同一隨機數(shù)序列中采用不同的序列起點,或采用不同的隨機數(shù)序列,即可使其相互間分布規(guī)律不同,從而避免紋理現(xiàn)象的產(chǎn)生。今后的研究課題是,采用不同的偽隨機函數(shù)進行調(diào)頻加網(wǎng),比較其優(yōu)劣,探討并建立隨機加網(wǎng)點元素分布的均勻性和獨立性的評價系統(tǒng);由組版前加網(wǎng)改為組版后加網(wǎng),研究調(diào)頻加網(wǎng)的制版、曬版及印刷適性,特別是網(wǎng)點擴大規(guī)律及其補償方法,探求調(diào)頻加網(wǎng)軟件的商品化、實用化途徑。
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