Інформаційна технологія тонопередачі коротких фарбодрукарських систем

Размещено на http://www.allbest.ru

УКРАЇНСЬКА АКАДЕМІЯ ДРУКАРСТВА

Лозовий Павло Ігорович

УДК 681.3.655

ІНФОРМАЦІЙНА ТЕХНОЛОГІЯ ТОНОПЕРЕДАЧІ

КОРОТКИХ ФАРБОДРУКАРСЬКИХ СИСТЕМ

Спеціальність 05.13.06 - інформаційні технології

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Львів - 2011

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі автоматизації та комп'ютерних технологій Української академії друкарства Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор

Луцків Микола Михайлович,

Українська академія друкарства, професор кафедри автоматизації та комп'ютерних технологій

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор,

Сеньківський Всеволод Миколайович

Української академії друкарства завідувач кафедри мультимедійних інформаційних технологій Української академії друкарства

кандидат технічних наук, професор

Ткаченко Володимир Пилипович,

Харківський національний університет радіоелектроніки завідувач кафедри інженерної та комп'ютерної графіки

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Української академії друкарства за адресою: 79008, м. Львів, вул. Підвальна, 17.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради

Д 35.101.01 В.Ц. Жидецький

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Друкарство як галузь продукування інформації у вигляді газет, журналів, книг, реклами і т.п. широко застосовує новітні інформаційні технології. Якість відтворення зображення засобами поліграфії значно залежить від досконалості цифрової обробки зображень до друкування. Для вдосконалення офсетного друку західні фірми опрацьовували і запатентували ряд нових фарбових апаратів з растровим циліндром (анілоксом), які значно простіші за традиційні, мають тільки декілька фарбових валиків, тому їх назвали короткими фарбовими апаратами. Їх перші взірці були встановленні на газетних рулонних друкарських машинах та показали непогані результати. Короткі фарбодрукарські системи (ФДС) не мають механізмів зонального регулювання подачі фарби, тому не в повній мірі забезпечують рівномірність товщини фарби на растровому відбитку. Тому існуючі методи і алгоритми додрукарської цифрової обробки і синтезу тонопередачі, основані на умові сталої товщини фарби на відбитку, мають обмеження і не забезпечують якість відтворення зображення засобами поліграфії для коротких ФДС, що унеможливлює їх застосування для друкування якісної книжкової і журнальної продукції. Короткі ФДС мало вивчені, що обумовлено коротким часом їх існування і складністю процесів. Відсутність розвинутих математичних моделей унеможливлює створення ефективних методів аналізу і синтезу тонопередачі на додрукарській стадії і засобів їх реалізації.

Розробка нової вітчизняної інформаційної технології аналізу і синтезу тонопередачі для коротких ФДС з урахуванням їх властивостей, яка забезпечить при друці якісне відтворення тональності растрового зображення, є актуальним науково - прикладним завданням, вирішення якого вимагає розроблення нових моделей фарбодрукарських систем, методу синтезу тонопередачі і симуляторів для його реалізації.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Наукова спрямованість дисертаційної роботи відповідає Концепції національної інформаційної політики України, Закону України “Про пріоритетні напрямки інноваційної діяльності України”№ 433-IV від 16 січня 2003р., та основним напрямам науково-технічного розвитку книговидання і преси до 2010р., затвердженим наказом Держкомтелерадіо №180 від 21 жовтня 2003р.

Робота виконувалась як складова частина досліджень, що проводилися в Українській академії друкарства, була пов'язана з напрямом наукових досліджень «Моделювання і аналіз технологічних процесів та відтворення зображень у фарбодрукарських системах», що виконувалися на кафедрі автоматизації та комп'ютерних технологій Української академії друкарства, де автором розроблено моделі коротких фарбодрукарських систем та інформаційні технології синтезу тонопередачі.

Мета та задачі дослідження. Метою роботи є розроблення інформаційної технології аналізу і синтезу тонопередачі коротких фарбодрукарських систем для забезпечення підвищення їх ефективності. Для досягнення поставленої мети в роботі розв'язано такі задачі:

– проведено аналіз стану технології перетворення зображень на стадії додрукарської підготовки і синтезу тонопередачі та математичних моделей коротких фарбодрукарських систем;

– побудовано математичні моделі типових коротких фарбодрукарських систем для усталених режимів роботи, досліджено вплив параметрів на статичні властивості при відтворенні растрових зображень;

– розроблено інформаційну технологію синтезу тонопередачі для коротких фарбодрукарських систем на основі її математичної моделі;

– побудовано математичні моделі, які описують перехідні процеси в коротких фарбодрукарських системах, що значно відрізняються від традиційних об'єктів і систем управління;

– розроблено симулятори для обчислення і візуалізації результатів моделювання, побудови статичних і динамічних характеристик та реалізації інформаційної технології синтезу тонопередачі зображень.

Об'єкт дослідження - процеси обробки і тонопередачі короткими фарбодрукарськими системами.

Предмет дослідження - математичні моделі та синтез тонопередачі для коротких фарбодрукарських систем.

Методи дослідження, які використовуються у роботі, базуються на положеннях математичного моделювання, теорії графів, теорії автоматичного керування, теорії дискретних систем, на методах обробки сигналів і зображень, а також застосування спеціальних пакетів для обчислення і моделювання.

Наукова новизна одержаних результатів. У роботі на основі виконаних досліджень розв'язано нову науково-прикладну задачу створення математичних моделей і синтезу тонопередачі растрового зображення для коротких фарбодрукарських систем. При цьому отримані такі наукові результати.

1. Розвинуто статичні моделі типових коротких фарбодрукарських систем шляхом врахування відбору фарби на вході системи і введення змінного в часі коефіцієнта заповнення растрових друкувальних елементів форми, які, на відміну від існуючих, більш повні і дають змогу будувати статичні характеристики для заданих параметрів системи.

2. Вперше аналітичним шляхом визначено статичну точність товщини покриття фарбою растрового зображення коротких фарбодрукарських систем, що дозволяє кількісно оцінити рівномірність покриття для заданого інтервалу тоновідтворення і параметрів системи.

3. Вперше аналітично виражено характеристику тонопередачі кількістю фарби на растрових точках і опрацьовано математичну модель короткої фарбодрукарської системи для її визначення, яка більш повно описує тонопередачу і розширює функціональні можливості.

4. Вперше розроблено новий метод синтезу тонопередачі, який відрізняється від існуючих тим, що базується на моделі короткої фарбодрукарської системи, враховує передачу різноманітних відтінків тону відповідною кількістю фарби на растрових елементах зображення, що здійснюється функціональною зміною двох параметрів - відносної площі растрових точок і товщини фарби, яку визначають за допомогою моделі, що спрощує синтез і підвищує якість тоновідтворення.

5. Розвинуто математичні моделі динаміки, що описують перехідні процеси в коротких фарбодрукарських системах, які значно відрізняються від традиційних об'єктів і систем управління. Встановлено, що короткі фарбодрукарські системи є своєрідними рекурсивними фільтрами, які відрізняються від традиційних тим, що мають неперіодичну коливну, нескінченну імпульсну характеристику, що обумовлює створення завад при відтворенні фарбових зображень.

Практичне значення одержаних результатів. Розроблено метод, математичні моделі, їх структурні схеми та відповідні симулятори коротких фарбодрукарських систем, що забезпечують :

– розрахунок і побудову сімейства статичних характеристик для різних параметрів системи;

– визначення статичної точності коротких фарбодрукарських систем для заданого інтервалу тоновідтворення растрового зображення;

– аналіз динамічних властивостей коротких фарбодрукарських систем на стадії їх проектування;

– синтез тонопередачі для коротких фарбодрукарських систем, побудову синтезованої градаційної характеристики тонопередачі, характеристики коригувальної ланки і приготування цифрових даних для введення у насвітлювач формних пластин;

– підвищення ефективності обробки зображень на стадії додрукарських процесів, виготовлення якісних друкарських форм та підвищення якості відбитків.

Запропоновані теоретичні засади побудови математичних моделей коротких фарбодрукарських систем доцільно використовувати підчас викладання професійноорієнтованих дисциплін у вищих навчальних закладах відповідного профілю. Створені моделі, структурні схеми, графи і симулятори придатні для використання в науково-дослідних інститутах та проектних організаціях, видавництвах і друкарнях для синтезу тонопередачі коротких фарбодрукарських систем, проектування та експлуатації друкарських машин. Здійснено впровадження результатів роботи для синтезу тонопередачі зображення у ТзОВ РВФ Поліграфсервіс, м.Львів і використано для налагодження фарбоживильних пристроїв, а також застосовано у навчальному процесі Української академії друкарства.

Обгрунтованість і вірогідність роботи. Розроблена інформаційна технологія тоновідтворення растрового зображення, моделі коротких фарбодрукарських систем. Розв'язок задачі синтезу тонопередачі використовує фундаментальні закони механіки, теорію автоматичного керування та математичного моделювання і обробки сигналів та зображень. При опрацюванні математичних моделей і синтезу тонопередачі сформовані чіткі припущення та обґрунтування.

Вірогідність основних наукових положень та отриманих результатів забезпечується коректністю формулювання розглянутих задач, чіткістю прийнятих припущень, строгістю адекватного математичного апарату, апробованими методами аналізу та синтезу теорії автоматичного управління. Для верифікації результатів, отриманих за допомогою розробленого методу синтезу та моделей коротких фарбодрукарських систем, використані результати цифрового моделювання та експериментальних досліджень.

Особистий вклад здобувача. Всі ідеї положення і наукові результати, що становлять зміст дисертаційної роботи, запропоновані та опрацьовані автором дисертаційної роботи самостійно. За результатами наукових досліджень по темі дисертаційної роботи опубліковано (10) одноосібних праць. У публікаціях, написаних у співавторстві, здобувачеві належать 2-розробка математичної моделі, 7-структурна схема моделі.

Апробація результатів роботи. Основні результати наукових досліджень доповідалися та обговорювалися на VI міжнародній конференції студентів і аспірантів «Друкарство молоде» (Київ, КПІ, 2006). На конференції «Комп'ютерні технології друкарства» “Друкотехн - 2006, «Друкотехн - 2008» (м.Львів), на науково - технічних конференціях професорсько-викладацького складу, наукових працівників та аспірантів Української академії друкарства у 2007 - 2010р.р. На науково - технічній конференції «Обчислювальні методи і системи перетворення інформації». Львів Фізикомеханічний інститут НАН України. 2010.

Публікації. За темою роботи опубліковано 12 наукових праць, у тому числі 8 статей у фахових виданнях та в тезах доповіді. Кількість одноосібних праць становить 10.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використовуваних джерел із 112 найменувань та 13 додатків. Загальний обсяг роботи 167 сторінок. Основний текст дисертації викладено на 139 сторінках. Дисертація містить 63 рисунків, 9 таблиць.

тонопередача зображення фарбодрукарський інформаційний технологія

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Вступ містить обґрунтування актуальності теми, формулювання мети і задачі дослідження, опис основних наукових результатів, їх новизну та практичну цінність. Наведено дані про публікації, апробацію і структуру та обсяг роботи.

У першому розділі здійснено аналітичний огляд доступних джерел з інформаційних технологій в поліграфії, тоновідтворення зображення на додрукарській стадії, моделювання фарбодрукарських систем і синтезу тонопередачі. Сформульовані недоліки традиційних фарбових апаратів офсетних машин та переваги нових, простих і перспективних коротких фарбових апаратів. Встановлено, що існуючі моделі фарбових систем описують і характеризують їх з позицій об'єкта управління, а не як систему відтворення зображення та синтезу тонопередачі.

Існуючі методи і засоби синтезу відтворення зображення, призначені для традиційних офсетних фарбодрукарських машин, не використовують моделі ФДС і базуються на експериментальних даних, справедливі за умов сталого покриття растрового відбитка фарбою, не є ефективними для коротких фарбодрукарських систем, які не мають механізмів регулювання зональної подачі фарби, тому не забезпечують рівномірності покриття фарбою растрового зображення на усьому інтервалі тону. Викладене зумовило мету та завдання дисертаційної роботи.

У другому розділі обґрунтовано і розвинено математичні моделі типових коротких ФДС для усталених режимів шляхом врахування коефіцієнта відбору фарби на вході системи і введення змінного коефіцієнта заповнення растрового зображення на друкарській формі, на основі яких визначено статичну похибку і побудовано навантажувальні характеристики, які більш повно описують їх властивості.

При побудові статичних моделей прийнято такі основні припущення: на вхід системи подається суцільний рівномірний потік фарби, який модулюється формою, створюючи фарбове зображення, яке переноситься на офсетний циліндр і з нього передається на задруковуваний матеріал; частка потоку фарби, яка не сприйнялась формою і не передалася на матеріал, створює зворотні потоки і циркуляцію фарби; розглядається усталені режими роботи, друкувальні елементи рівномірно розміщені по всій поверхні форми, швидкість друкування, тиск у точках контакту фарбових валиків, формного і офсетного циліндрів і коефіцієнти поділу фарби є сталі, стабільні умови друкарського процесу.

На основі відомих підходів, прийнятих припущень складено систему рівнянь балансу потоків для усіх точок контакту фарбових валиків, формного і офсетного циліндра та стрічки, яку в загальному вигляді можна подати таким чином:

(1)

де , - товщина шару фарби у точках контакту фарбових валиків, формного і офсетного циліндрів, , - товщина фарби на вході і виході (на зображенні) фарбодрукарської системи, - коефіцієнт передачі фарби при виході із точок контакту, коефіцієнт передачі фарби на вході і виході системи (передачі на задруковуваний матеріал), коефіцієнт заповнення форми, який характеризує ступінь її покриття.

Для виявлення впливу структури на статичні властивості ФДС для моделювання та аналізу вибрано такі типові структури: послідовна, послідовно-паралельна, фарбодрукарська система фірми КВА та фірми Wifag. Для спрощення аналізу і комп'ютерного симулювання на основі відповідних схем і систем рівнянь побудовано графи типових ФДС, які представлено на рис. 1.

Рис.1. Графи типових коротких фарбодрукарських систем:

а) послідовної структури; б) послідовно-паралельної структури; в) фірми КВА; г) фірми Wifag

Граф відповідає системі рівнянь, наочно описує структуру ФДС і показує напрямки прямих і зворотних потоків фарби. Вершини графа, позначені та , - відповідають товщинам фарби в точках контакту, , товщина фарби на вході системи і на зображенні. Дуги підпорядковані потоком фарби між точками контактів і відповідають коефіцієнтам передачі. Оператори та , що описують динаміку ФДС будуть подані нижче.

На основі графа визначено аналітичні залежності товщини фарби на зображенні від заданого значення на вході системи. Для прикладу подамо цю залежність для ФДС послідовної структури, яка має шість фарбових валиків

(2)

Визначник графа ФДС визначається безпосередньо за графом

(3)

Для порівняння приведемо залежність товщини фарби на зображенні для ФДС фірми КВА

. (4)

Визначник графа

(5)

Отже, структура ФДС впливає на аналітичні вирази, а тому - на товщину фарби на зображенні. Основним джерелом збурень у ФДС є друкарська форма, яка має нерівномірне покриття поверхні друкувальними елементами, що обумовлює нерівномірність товщини фарби на відбитку. Якщо припустити, що у виразах (2) і (4) товщина фарби на вході системи є стала, а коефіцієнт заповнення є незалежною зміною і лінійно змінюється в межах , то ці вирази будуть виразами навантажувальних характеристик ФДС, які зручно розраховувати і будувати шляхом комп'ютерного симулювання. За системою рівнянь (1) та графами в популярному пакеті MATLAB:Simulink побудовано симулятори навантажувальних характеристик типових коротких ФДС.

При комп'ютерному симулюванні задавали номінальні параметри моделі ФДС Результати комп'ютерного симулювання у вигляді сімейства статичних навантажувальних характеристик для різних коефіцієнтів відбору фарби на вході, що може бути викликано забрудненням растрових комірок, для ФДС послідовної структури і фірми КВА представлено на рис. 2.

Рис.2. Сімейство статичних навантажувальних характеристик:

а) послідовної структури; б) фірми КВА

Отже, товщина фарби на відбитку не є сталою і залежить від схеми ФДС та інтервалу тонопередачі. Для оцінки здатності коротких ФДС до саморегулювання запропоновано коефіцієнт саморегулювання, який визначається із навантажувальної характеристики. Визначено коефіцієнти саморегулювання типових коротких ФДС для різних інтервалів тоновідтворення, які можуть знаходитися в межах Встановлено, що найкраще саморегулювання має ФДС фірми Wifag, що є її перевагою.

На основі побудованих статичних моделей визначено точність типових коротких ФДС при відтворенні растрового зображення, яка визначається похибкою відхилення товщини фарби на зображенні від заданого значення. Наприклад, відносно статична похибка ФДС фірми КВА визначається виразом

. (6)

Для порівняння статична похибка ФДС фірми Wifag

. (7)

Опрацьовано симулятори статичних похибок типових коротких ФДС. Результати симулювання у вигляді сімейства статичних похибок ФДС фірми КВА і Wifag для різних коефіцієнтів відбору фарби на вході системи представлено на рис. 3.

Рис.3. Сімейство статичних похибок коротких ФДС:

а) фірми КВА б) фірми Wifag

Як це видно із рисунка при номінальних параметрах статична похибка ФДС фірми КВА на яскравих ділянках зображення складає +15.2%, натомість фірми Wifag +4.8%. На середніх тонах статична похибка близька до нуля. У тінях статична похибка ФДС фірми КВА складає -16%, а фірми Wifag -4.6%

За результатами комп'ютерного симулювання встановлено, що серед розглянутих типових систем тільки ФДС фірми Wifag забезпечує потрібну рівномірність покриття фарбою відбитка книжково-журнальної продукції на цілому інтервалі тоновідтворення. Інші ФДС - не в повній мірі і не на усіх інтервалах.

У третьому розділі вперше запропоновано новий метод синтезу тонопередачі зображення для коротких ФДС, який базується на моделі системи, оснований на передачі різноманітних відтінків тональності різною кількістю фарби на растрових елементах зображення, що здійснюється функціональною зміною двох параметрів: відносної площі растрової точки і товщиною фарби, яка визначається за допомогою моделі фарбодрукарської системи.

Запропоновано аналітичним шляхом оцінювати тонопередачу коротких ФДС кількістю фарби на растрових точках контрольної шкали і визначається виразом

(8)

де - відносна площа поверхні растрових точок контрольної лінійної тонової шкали, товщина фарби на растрових точках.

Якщо товщину фарби подати як функцію основних параметрів ФДС, то із формули (8) в загальному вигляді можна записати вираз характеристики тонопередачі

 (9)

Одержано вирази характеристик тонопередачі ФДС фірми Wifag

, (10)

та ФДС фірми КВА

(11)

Розроблено програмні засоби для розрахунку і побудови характеристик тонопередачі. На рис. 4 представлені характеристики тонопередачі фарбодрукарських систем КВА і Wifag для номінальних параметрів і оптимального налагодження моделі.

Рис.4. Характеристика тонопередачі:

а) фарбодрукарської системи КВА; б) фарбо-друкарської системи Wifag

Отже, при оптимальному налагодженні короткі ФДС притемнюють зображення на усьому інтервалі тонопередачі. Найбільше відхилення на середніх тонах.

При синтезі тонопередачі приймаємо, що відомим методом здійснено синтез ФДС за умови заданої сталої товщини фарби на відбитку. Тоді легко визначити кількість фарби на синтезованих растрових точках

(12)

де відносна площа растрових точок, синтезованого зображення.

Припускаємо, що здійснено синтез тонопередачі на основі моделі короткої ФДС і визначено кількість фарби на растрових точках

(13)

де відносна площа растрових точок, синтезованих на основі моделі, товщина фарби на растрових точках моделі.

Для якісного синтезу тонопередачі необхідно, щоб . Звідки одержимо закон (вираз) для визначення синтезованих відносних площ растрових точок

. (14)

Визначено вираз для синтезу тонопередачі короткої ФДС фірми Wifag:

, (15)

та ФДС фірми КВА

 (16)

На основі запропонованого методу розроблено симулятори синтезу тонопередачі для коротких ФДС фірми Wifag і КВА. На рис.5 представлена структурна схема симулятора синтезу тонопередачі фірми КВА.

Рис. 5. Структурна схема моделі симулятора синтезу тонопередачі ФДС фірми КВА у Simulink

У верхній частині схеми розміщена модель системи. Обчислення синтезованих площ та характеристики коригуючої ланки визначається в блоці Subsystem, в якому обчислення здійснюється на операційних блоках Simulink. Візуалізація результатів здійснюється блоками Skope.

Приклад результатів синтезу тонопередачі ФДС фірми КВА для номінальних параметрів при оптимальному налагодженні моделі представлені на рис. 6.



Рис. 6. Градаційні характеристики синтезованої ФДС фірми КВА:

а) градаційні характеристики вихідної системи 1, та синтезованої 2; б) градаційна характеристика коригуючої ланки

В залежності від конкретної процедури синтезу тонопередачі результати синтезу можуть масштабуватися і подаватися в шкалі 1, 100% та 255 і додатково коригуватися із врахуванням конкретного технологічного процесу виготовлення друкарської форми і друкарського процесу.

У четвертому розділі обґрунтовано і розвинено нові підходи до моделювання динаміки коротких ФДС різної структури на основі дискретного перетворення Лапласа у вигляді z-перетворення. При цьому використано попередні припущення і прийнято дискретний відносний час переміщення потоків фарби між точками контактів фарбових валиків і циліндрів. Переміщення потоків фарби у фарбодрукарській системі є неперервно - дискретним процесом. У точці контакту фарбових валиків накладаються рівномірні і неперервні шари фарби а при виході із точки контакту відбувається швидкий (миттєвий) поділ фарби на два потоки різної товщини.

За відносну одиницю часу зручно прийняти час проходження потоку фарби, наприклад, 1 чи 10 мм, чи іншу одиницю, наприклад, умовну одиницю довжини, залежно від задачі і необхідної точності моделювання. На основі операторного методу відповідно до схеми ФДС складаємо систему рівнянь системи в z-перетвореннях, які описують передачу фарбових потоків. Наприклад, для фарбодрукарської системи з двома накочувальними валиками у загальному вигляді систему рівнянь подано виразами:

, (17)

де - z-перетворення товщини потоків фарби у точках контактів валиків і циліндрів, оператори передачі прямих і зворотних потоків фарби на валика, оператори передачі фарбових потоків на друкарській формі, оператор передачі фарби на задрукований матеріал, індекс відноситься до накочувальних валиків.

Оператори передачі прямих і зворотних потоків фарби визначаються виразами:

… (18)

,

де відносний час проходження фарбового потоку між точками контактів фарбових валиків і циліндрів, який відповідає довжинам дуг.

Складено системи рівнянь динаміки типових структур коротких ФДС і їх графи. Для прикладу, на рис. 7 зображено граф фарбодрукарської системи фірми КВА.



Рис. 7. Граф фарбодрукарської системи фірми КВА

Дуги підпорядковані операторам передачі прямих і зворотних потоків та . Граф є наочний, відображає прямі і зворотні потоки фарби, їх циркуляцію по замкнутих контурах та зручний для аналізу і комп'ютерного симулювання. Зауважимо, що графи, які описують динаміку ФДС, є аналогічні графам, які описують статику (див. рис. 1), але дугам, замість статичних коефіцієнтів передачі, присвоюють оператори передачі прямих і зворотних потоків фарби.

Безпосередньо за графом рис. 7 на основі формули Мезона визначено залежність зображень товщини фарби на виході системи від товщини на вході:

.(19)

Визначник графа

(20)

Визначено передавальні функції типових ФДС і встановлено залежності зображень товщини фарби на виході системи від товщини на вході. Наприклад, ця залежність для ФДС фірми Wifag

(21)

Визначник графа, який має три контури

(22)

Отже, навіть найпростіша за структурою ФДС фірми Wifag має складну передавальну функцію. Тому для аналізу динаміки ФДС використаємо комп'ютерне симулювання у популярному пакеті MATLAB:Simulink. На основі системи рівнянь і графів побудовано структурні схеми типових ФДС у Simulink. Для прикладу, на рис. 8 представлено структурну схему моделі ФДС фірми КВА у Simulink.

Рис. 8. Структурна схема моделі фарбодрукарської системи КВА у Simulink

Схема складається із операційних блоків Sum і Discret Transfer Fcn та зв'язків між ними. Інші блоки служать для затримки потоків фарби на час проходження між точками контактів валиків, і циліндрів, який відповідає довжині дуг між ними. Блок Step задає сигнал на вході системи, блок Skope служить для візуалізації результатів симулювання.

На основі графа і структурної схеми розроблено симулятори для побудови перехідних характеристик типових ФДС. Симулятор паралельно розраховує чотири перехідні характеристики ФДС для різних параметрів, що є зручно для аналізу і порівняння динамічних властивостей. Метою комп'ютерного симулювання була побудова перехідних характеристик ФДС, їх аналіз і оцінювання динамічних властивостей. При симулюванні задавали номінальні параметри ФДС і числові дані довжин кіл, прямих і зворотних потоків фарби на валиках, формному і офсетному циліндрах. Для прикладу приведемо довжини кіл валиків формного і офсетного циліндрів ФДС послідовно-паралельної структури 13, 19, 13, 18, 53 у.о. довжини прямих потоків ФДС 6,5+7, 3,10,15+8,15 у.о. На рис. 9 представлені перехідні характеристики ФДС послідовної структури і фірми Wifag для коефіцієнтів заповнення форми Кз=0,1; 0.2; 0.4; 0.8 подані у відносних одиницях.

Рис. 9. Перехідні характеристики системи: а) фарбодрукарської системи послідовно-паралельної структури; б) фарбодрукарської системи фірми Wifag

Перехідні характеристики мають запізнення, обумовлене часом переміщення, (транспортування) потоку фарби з входу на вихід системи і початковий стрибок. Час перехідного процесу мало залежить від коефіцієнта заповнення і знаходиться в межах 500 і 160 у.о. Натомість кінцеве значення залежить від коефіцієнта заповнення і знаходиться в межах 1.00-0.90. Чим більший коефіцієнт заповнення, тим менше усталене значення товщини фарби на виході. Отже, динамічні властивості коротких ФДС значно відрізняються від традиційних об'єктів і систем регулювання. Встановлено, що короткі ФДС швидше реагують на тіні, ніж на яскраві ділянки зображення.

Проаналізовано імпульсні перехідні характеристики типових коротких фарбодрукарських систем. За результатами симулювання встановлено, що вони є своєрідними рекурсивними фільтрами. Імпульсна характеристика містить імпульси фарби різної амплітуди із різними відстаннями між ними, які послідовно зменшуєюься і затухають. Фізично це пояснюється тим, що у фарбовій системі відбувається циркуляція фарбових імпульсів по поверхнях валиків, які створюють замкнуті контури.

На основі побудованих динамічних моделей проаналізовано передачу імпульсного фарбового зображення з друкарської форми на задруковуваний матеріал. Якщо імпульсне фарбове зображення створюється на формному циліндрі, то його передачі на задруковуваний матеріал визначено за допомогою дискретної передавальної функції, яка в z-перетвореннях матиме вигляд

(23)

де дискретна передавальна функція фарбової системи відносно друкарської форми, z-перетворення типового фарбового зображення, поданого на форму.

Для прикладу передача типового зображення з форми на задруковуваний матеріал фірми КВА

 (24)

Передача типового зображення для фарбової системи фірми Wifag

(25)

Рис.10. Відтворення імпульсних зображень різної ширини фарбодрукарськими системами:

а) фірми КВА; б) фірми Wifag

Результати комп'ютерного симулювання передачі імпульсного фарбового зображення шириною 4, 8 та 16 у.о. представлене на рис.10.

Як це видно із рисунка, імпульсні зображення шириною 4 у.о. фарбова система фірми КВА відтворює без спотворень, але при цьому створюються завади, які послідовно затухають. При відтворенні імпульсного фарбового зображення шириною 8 у.о. і більше, є дві градації зображення (0.8 та 1 в.о.), і створюється послідовність затухаючих імпульсних завад, максимальна амплітуда якої становить 0.25 в.о. Отже, при збільшенні ширини відтворювального імпульсного фарбового зображення при його передачі збільшується спотворення і завади, які можуть погіршити якість зображення на наступних ділянках відбитка. Натомість фарбодрукарська система фірми Wifag відтворює імпульсне зображення без спотворень амплітуди незалежно від ширини імпульса. Але при цьому створюються затухаючі циклічні завади із періодом рівним одному оберту формного циліндра. Амплітуда завад не залежить від ширини імпульса. В цілому фарбодрукарська система фірми Wifag краще відтворює дрібні і крупні імпульсні зображення порівняно із іншими типовими фарбовими друкарськими системами.

В кінці розділу подано результати експериментальних досліджень, здійснено їх аналіз і порівняння, які підтвердили основні теоретичні положення роботи.

У додатках подано розроблені симулятори типових коротких фарбодрукарських систем у програмному пакеті MATLAB:Simulink, які дозволяють розв'язувати практично важливі задачі аналізу впливу основних факторів, моделювати статичні і динамічні перехідні процеси відтворення растрових зображень, здійснювати синтез тонопередачі для типових коротких фарбодрукарських систем та оцінювати їх якість.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ТА ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі розв'язано актуальну науково-практичну задачу створення методів аналізу і синтезу тонопередачі растрового зображення для типових коротких фарбодрукарських систем, спрямовану на підвищення ефективності обробки і відтворення інформації засобами поліграфії. При цьому отримано такі наукові і практичні результати.

1. Недоліки традиційних фарбових апаратів друкарських машин обумовили розробку більш простих коротких фарбових апаратів, перші взірці яких встановлено на офсетних газетних агрегатах. Вони не мають механізмів регулювання зональної подачі фарби, тому не в повній мірі забезпечують рівномірність товщини фарби на всій поверхні відбитка, що обмежує їх застосування для книжкової та журнальної продукції. Аналіз показав, що статичні і динамічні властивості коротких ФДС значно відрізняється від традиційних, що унеможливлює ефективне застосування існуючих моделей, методів аналізу і алгоритмів синтезу тонопередачі зображення для коротких ФДС. Тому важливою задачею є розроблення нових моделей, потрібних для аналізу і синтезу тонопередачі для коротких ФДС.

2. Розроблено статичні моделі типових коротких ФДС, у які введено змінний в часі коефіцієнт заповнення растрового зображення на друкарській формі, що дає змогу аналізувати статичні властивості, а також будувати статичні характеристики для заданих параметрів системи на заданому інтервалі тоновідтворення.

3. Вперше на основі побудованих статичних моделей аналітичним шляхом визначено статичну точність товщини покриття фарбою растрового зображення короткої ФДС для заданого інтервалу тоновідтворення.

4. Вперше розроблено новий метод синтезу тонопередачі для коротких ФДС, який базується на моделі системи і враховує товщину фарби, що підвищує ефективність обробки зображення на стадії додрукарських процесів та на його основі розроблено програмні засоби для синтезу тонопередачі, які здійснюють обчислення і побудову синтезованої градаційної характеристики тонопередачі, характеристики коригуючої ланки і приготування цифрових даних для введення на насвітлювач формних пластин і виготовлення якісних друкарських форм, що підвищує якість відбитків.

5. Розвинено математичні моделі, які описують динамічні властивості коротких ФДС і визначено дискретні передавальні функції типових систем, перехідні та імпульсні перехідні характеристики, на основі яких встановлено, що динамічні властивості коротких ФДС значно відрізняються від традиційних динамічних систем, мають значний час запізнення, початковий стрибок, а кінцеве значення перехідної характеристики та час перехідного процесу в значній мірі залежать від коефіцієнта заповнення форми і інтервалу тоновідтворення.

6. Програмні засоби, розроблені на базі відповідних математичних моделей, дають змогу моделювати статичні і динамічні процеси, які виникають в коротких ФДС, з урахуванням структури і параметрів при відтворенні растрових і імпульсних зображень, появу спотворень і завад, здійснювати синтези тонопередачі.

7. Результати цифрового моделювання, аналіз і експериментальні дослідження, виконані на офсетній друкарській машині, та результати впровадження підтвердили основні теоретичні положення роботи і ефективність програмних засобів.

8. Результати роботи пропонуються для використання у проектних організаціях, видавництвах, редакціях і друкарнях при обробці, синтезі і підготовці растрових зображень для приготування до друкування й налагодження ФДС при їх експлуатації.

СПИСОК ПУБЛІКАЦІЙ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Лозовий П.І. Розрахунок статичних характеристик фарбової системи послідовної структури. /П.І. Лозовий //Наукові записки/ Зб. наук. пр. Українська академія друкарства. - Львів, 2008, - №1(13). - С. 149-154.

2. Луцків М.М., Лозовий П.І., Симулятор статичних характеристик фарбових систем друкарських машин /Луцків М.М., Лозовий П.І. //Комп'ютерні технології друкарства: Зб. наук. пр. - Львів: УАД, 2007, - №17. - С. 3-14.

3. Лозовий П.І. Симулятор статичних характеристик фарбопередачі растрового зображення фарбодрукарською системою фірми Wifag/ Лозовий П.І //Технологія і техніка друкарства. Зб. наук. пр. -К: НТУУ КПІ, 2010. вип.2. - С. 87-94.

4. Лозовий П.І. Симулятор тонопередачі тонової шкали фарбодрукарської системи фірми КВА /П.І.Лозовий //Технологія і техніка друкарства. Зб. наук. пр. К: НТУУ КПІ, 2010. вип.1. - С. 171-178.

5. Лозовий П.І. Симулятор статичних характеристик фарбової системи послідовної структури /П.І.Лозовий //Наукові записки/ Зб. наук. пр. Українська академія друкарства. - Львів. 2007. №17. - С. 120-124.

6. Лозовий П.І. Побудова навантажувальних характеристик коротких фарбодрукарських систем /П.І.Лозовий //Комп'ютерні технології друкарства. Зб. наук. пр. - Львів: УАД.2008. -№18. - С. 149-155.

7. Луцків М.М. Визначення точності коротких фарбодрукарських систем при відтворені зображень /М.М.Луцків, П.І.Лозовий //Комп'ютерні технології друкарства. Зб. наук. пр. - Львів: УАД, 2010. №23.С. 35-44.

8. Лозовий П.І. Навантажувальні характеристики фарбодрукарської системи фірми КВА /П.І.Лозовий //Поліграфія і видавнича справа. Зб. наук. пр. - Львів: УАД. 2010. -№51. С. 92-99.

9. Лозовий П.І. Моделювання розкочування рельєфу фарби, створеного друкарською формою /П.І.Лозовий //VI міжнародна конференція «Друкарство молоде». Тези доп. - Київ: НТУ КПІ 2006. С. 156-160.

10. Лозовий П.І. Розрахунок і побудова статичних характеристик короткого фарбового апарата /П.І.Лозовий //Матеріали конференції «Кваліологія книги». - Львів: 2007. С. 31-34.

11. Лозовий П.І. Визначення точності фарбодрукарської системи фірми КВА при відтворені растрових зображень /П.І.Лозовий // ФМІ. Зб. наук. пр. Наук. техн. конф - Львів: 2010. С. 120-123.

12. Лозовий П.І. Відтворення фарбової точки на растровому друкувальному елементі/П.І.Лозовий //Тези доповідей наук. техн. конф. проф. викл. скл. наук. прац. і асп. - УАД Львів: 2010. - С. 73.

АНОТАЦІЇ

Лозовий П.І. Інформаційна технологія тонопередачі коротких фарбодрукарських систем. - Рукопис. Українська академія друкарства

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.06 - інформаційні технології. Українська академія друкарства - Львів. 2011.

У дисертаційній роботі розв'язано науково-прикладну задачу побудови математичних моделей коротких фарбодрукарських систем і на їх основі -інформаційної технології відтворення і синтезу тонопередачі растрових зображень, спрямованих на підвищення ефективності обробки і відтворення зображень засобами поліграфії. Побудовано нові статичні моделі типових коротких фарбодрукарських систем, у які введено змінний в часі коефіцієнт заповнення растрового зображення на друкарській формі; на основі моделей створено програмні засоби для розрахунку і побудови навантажувальних і градаційних характеристик, похибок товщини покриття фарбою растрового зображення для заданих параметрів системи на заданому інтервалі тоновідтворення. Запропоновано аналітично виражати характеристику тонопередачі фарбо друкарської системи кількістю фарби на растрових точках. Опрацьовано математичну модель тонопередачі для її визначення а також симулятор для її побудови. Розроблено новий метод синтезу тонопередачі для коротких фарбодрукарських систем, який базується на моделі системи, враховує товщину фарби, що підвищує ефективність обробки зображень і якість відбитку. Побудовано математичні моделі, які описують динамічні властивості коротких фарбодрукарських систем і створення неперіодичних імпульсних затухаючих завад, які можуть привести до нерівномірності покриття фарбою наступних ділянок.

Ключові слова: короткі фарбодрукарські системи, графи, моделі, растрове зображення, моделювання, синтез тонопередачі.

Лозовий П.И. Информационная технология тонопередачи коротких краскопечатних систем. - Рукопись. Украинская академия печати

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.06. - информационные технологии - Львов, 2011.

Диссертация посвящена научно-прикладной задаче построения математических моделей коротких краскопечатных систем, на основании которых розработана информационная технология тонопередачи и синтеза растровых изображений, направленная на повышение эффективности обработки и воспроизведения изображения полиграфическими средствами. Обосновано и построено новые статические модели типовых коротких краскопечатных систем, в которых введено переменный во времени коэффициент заполнения растрового изображения на печатной форме, что расширыло их возможности. На основании моделей получены аналитические выражения нагрузочных и градационных характеристик, а также статической точности; разроботаны программные средства для рассчета и построения симейства нагрузочных и градационной характеристик и ошибок толщины покрытия краской елементов растрового изображения для заданных параметров системы на заданном интервале тонопередачи коротких краснопечатных систем типовых структур. Приведены результаты комп'ютерного симулирования в виде сімейств нагрузочных градационных характеристик при налички разных воздействий. Предложено аналитичиски выражать характеристику тонопередачи краскопечатных систем количеством краски на растровых точках, которая более полно описывает тонопередачу. Розроботана математическая модель тонопередачи для ее определения и симулятор для построения.

Розроботан новый метод синтеза тонопередачи для коротких краскопечатных систем на основании модели систем, который учитывает площадь и толщину краски на растровых точках изображения, что повышает ефективность обработки изображений на стадии допечатной подготовки и качество оттисков. Розработаны программные средства для синтеза тонопередачи, которые рассчитывают и строят синтезируемую характеристику тонопередачи и характеристику корректирующего звена, что способствует практическому применению предложенного метода синтеза для повышения качества книжной и журнальной продукции. Обоснованы и развиты модели, которые описывают динамику коротких краскопечатных систем, поданых графом, дуги которого отвечают операторам передачи прямых и обратных потоков краски, и на их основании определены дискретные передаточные функции типовых сыстем. На основании комп'ютерного симулирования установлено, что переходная характеристика коротких краскопечатных систем существенно отличаетса от традиционных объектов и систем, имеет значительное запаздывание, начальный скачок толщины краски. Импульсная переходная характеристика имеет непереодические затухающие импульсы, что приводит к появлению помех и может привести к неравномерному покрытию краской отдельных участков оттиска. Разработана методика експерементальных исследований градаций передачи в переходных режимах в печатной машине и результатов, полученных на симуляторе, построенным на основании математической модели.

Ключевые слова: короткие краскопечатные системы, графы, модели, растровое изображение, моделирование, синтез тонопередачи.

Lozovyj P.I. Information technology of transfer tone of the short inkprinting systems. - Manuscript.

Dissertation on the receipt of scientific degree of candidate of engineering sciences after speciality 05.13.06 are information technologies. The Ukrainian academy of book - printing is Lviv. 2011.

In dissertation work it is untied scientifically - the applied task of construction of mathematical models of the short inkprinting systems and on their basis of information technology of recreation and synthesis of transfer tone of bitmapped images, sent to the increase of efficiency of treatment and recreation of images by facilities of polygraphy. The new static models of the typical short inkpritning systems, in that the variable in time fill factor of bitmapped image is entered on the printed form, are built, on the basis of that programmatic facilities are created for a calculation and construction of loading and gradation descriptions, errors of thickness of coverage by the paint of bitmapped image for preset parameter of the system on the set interval of transfer tone. It is suggested analytically to express description of transfer tone of the printed system, by the amount of paint on raster points and the worked out mathematical model of transfer tone for her determination and stimulator for her construction. The new method of synthesis of transfer tone is worked out for the short inkprinting systems, that is based on the model of the system, takes into account the thickness of paint that promotes efficiency of processing of images and quality of beating back. Mathematical models, that describe dynamic properties of the short inkprinting systems and creation of non-periodic impulsive attenuation hindrances, that can result in the unevenness of coverage by the paint of next areas, are uilt.

Keywords: short inkprinting systems, columns, models, bitmapped image, design, synthesis transfer tone.

Размещено на Allbest.ru

...