图像处理及制版原理.docx
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图像处理及制版原理
图像处理及制版原理
实验一图像扫描仪和数字照相机的操作和设置
一、实验名称:
图像扫描仪和数字照相机的操作和设置
二、实验目的和要求:
本实验适用于印刷工程、包装工程专业的《图像处理及制版原理》、《图文复制技术》及其他专业的类似课程。
在课堂教学的基础上,通过本实验的教学活动,学生应进一步认识扫描仪和数字照相机的基本构成和工作原理,熟悉扫描仪和数字照相机的基本操作技能,掌握扫描软件的设置方法,认识不同的图像设置对所获得图像的作用和影响。
根据教学安排和需要,可以将图像和数字照相机的实验内容分开实施,或有所取舍。
三、实验基本内容:
1.扫描仪的操作和扫描软件的设置;
2.数字照相机的操作,照相机设置。
四、实验设备:
1.桌面型平面扫描仪及扫描软件:
Microtek公司ScanMaker6700、ScanMakerI700等;
扫描软件:
ScanWizard。
MicrotekSanMaker6700MicrotekI700
2.专业平面扫描仪:
Screen公司彩仙(Cézanne)及其扫描软件ColorGenius。
ScreenCézanne
3.紧凑型数字照相机:
Panasonic公司的LUMIXFX8、Canon公司的IXUS400等。
PanasonicLumixFX8CanonIxus400
五、实验原理:
(一)扫描仪和数字照相机的工作原理:
1.平面型扫描仪:
图像原稿放置在扫描平台上,扫描仪的线状光源逐行照射原稿,扫描仪的光学/电子单元从原稿获取图像信息。
从原稿上反射或透射的图像光线经光学系统成像在光电转换器件(CCD)上。
由于光电转换器件上具备红/绿/蓝三种滤色片,从原稿来的光线先被分解成红/绿/蓝光,再经光电转换器件转换成红/绿/蓝模拟电信号。
随后,模/数转换器将模拟电信号转换成红/绿/蓝模拟电信号。
经过扫描软件和相关硬件的图像处理,得到数字图像数据。
数字图像数据经接口传送到计算机内,最终存储成数字图像文件。
2.数字照相机:
被摄景物的光线进入照相机的镜头,成像在附带滤色片的光电转换器件(CCD或CMOS)上。
分光的成像光线被转换成模拟电信号,再经模/数转换器,将其分别转换成数字图像信号。
数字照相机内置的图像处理芯片对采集到的数字图像信号进行处理、压缩和编码,最终将数字图像数据以文件形式存储到存储器件中。
(二)实验相关的技术原理:
1.扫描仪的操作及设置:
扫描仪的基本操作分为:
原稿整理和放置、预扫描、扫描区域选择、图像处理设置、正式精细扫描等步骤。
A)原稿的整理和放置:
清除原稿和扫描平台表面的灰尘、污点等,将原稿以合适的方向放入扫描平台。
原稿的成像层(乳剂等)应朝向光源;在可能的情况下,应使图像的短边平行于扫描仪的副扫描方向,以节省扫描时间。
B)图像预扫描(Preview/Pre-scan):
扫描仪以低分辨率扫描整个原稿平台并进行预示,以方便操作者选择扫描区域。
C)扫描区域选择:
用鼠标器框选需要扫描的图像区域。
若预示图像过小,可以进行针对选区的扫描(分辨率高于预扫描)。
D)扫描及图像处理设置:
扫描相关的基本设置有:
扫描模式(透射/反射)、颜色模式设置(RGB/CMYK/灰度/纯黑白/加网)、分辨率设置、图像翻转设置等。
图像处理设置有:
高光/暗调点设置(动态范围设置)、图像层次曲线调节、色彩校正调节、亮度/对比度调节、滤镜处理、去网设置等。
相关的图像处理原理参见教材。
E)正式精细扫描:
按照操作者所设置的图像分辨率,正式扫描所选区域图像,进行文件存储。
2.数字照相机的操作和设置:
数字照相机的基本操作步骤为:
基础设置、模式设置、曝光设置、取景、对焦、构图、拍摄。
A)基础设置:
分辨率(像素数)设置、图像存储格式及图像质量设置、感光度设置、闪光方式设置、测光区域设置、白色平衡设置、色彩管理设置、色彩效果设置、防抖动模式设置等。
·像素数设置:
决定了拍摄所获得图像的像素行列数。
常用的图像文件格式有:
JPEG、TIFF、RAW等。
其中,JPEG格式有“精细”和“一般”之分。
·感光度设置:
决定了照相机对较弱光线的敏感程度。
一般在ASA50至400之间,一些数字照相机的感光度可以达到ASA3200。
设置的感光度越高,对微弱光线的识别能力越强,适宜夜景等弱光拍摄,但会在图像中出现较多颗粒性“噪音”干扰。
故在可能的条件下,应尽量采用较低的感光度,使图像细腻精致。
·闪光方式:
一般有:
强制闪光、不闪光、需要时自动闪光、防红眼闪光等。
·测光区域设置:
一般有“点测光”(中心微小区域测光)和“普通测光”。
“点测光”模式保证某个微小区域曝光正确,可以获得特殊的拍摄效果;“普通测光”的面积稍大,甚至可以做到多区域综合分析,可以获得较为正常的整体曝光。
·白色平衡设置:
决定某种光源条件下,图像中性灰色的再现状况。
一般有:
日光、阴天、日光灯、白炽灯、自定义、自动设置等。
一般而言,根据拍摄时的外部光源条件,选择对应的白色平衡设置,可以达到较为满意的效果。
在较为复杂的光源条件下,可以采用“自定义(评测)白平衡”。
若追求特殊拍摄效果,诸如:
强化夜景天空的暗蓝色,则可以选择“白炽灯”模式,使天空偏向深蓝色而非蓝灰色。
·色彩管理设置:
一些数字照相机可以进行色彩特性文件设置,如:
AdobeRGB、sRGB等。
·色彩效果设置:
一般有“冷色调”、“暖色调”、“鲜艳”、“黑白”等,其实质是对图像进行处理,使其具有某种风格。
·防抖动设置:
通过防抖动技术,可以在相当程度上减小相机机身不稳定造成的图像模糊。
一般有两种模式,即:
持续补偿和拍摄瞬间补偿。
前者具有连续防抖动的作用,但耗电较多;后者仅在按下快门时进行防抖动补偿,耗电较为节省。
B)模式设置:
按照照相机的预先设定,选择“普通”、“人像”、“风景”、“夜景”、“近摄”等模式,选择某种模式即对照相机进行了某种成套的参数设置。
C)曝光设置:
对拍摄模式(光圈优先/速度优先/程序)选择,或者在“手动”模式下分别进行光圈和快门速度的设置。
一些照相机仅有“程序自动设置”而不具备单独控制光圈和快门速度的能力。
D)取景:
确定需要拍摄的景物的大致范围,通过改变镜头焦距和位置移动,将需要拍摄的景物纳入显示器取景框。
E)对焦:
将对焦区域的中心对准主体,半按下快门,使图像清晰成像。
F)构图:
保持半按下快门状态,调整图像的构图,使其符合美学结构。
G)拍摄:
完全按下快门,拍摄景物影像。
六、实验步骤:
1.图像扫描实验步骤:
A)打开扫描仪电源开关,启动扫描软件;
B)将一张彩色原稿图片进行整理后,正确放入扫描仪的平台;
C)预扫描;
D)选择扫描区域。
必要时,进行选区扫描;
E)扫描参数设置:
扫描模式
颜色模式
扫描分辨率
翻转设置
(必要时进行)
图像处理设置
反射或透射
RGB
300dpi
保证扫描后图像方向正确
“无”或“缺省”
F)正式扫描,将此图像作为基准图像文件存储。
G)按下表改变设置,记录设置的状态,分别扫描出6个图像,存储:
序号
扫描
分辨率*
动态
范围
曲线
调节
色彩
校正
虚光蒙版
[UnsharpMask]
1
50
缺省
缺省
缺省
缺省
2
300
自定义
缺省
缺省
缺省
3
300
缺省
自定义
缺省
缺省
4
300
缺省
缺省
自定义
缺省
5
300
缺省
缺省
缺省
全部=0
6
300
缺省
缺省
缺省
强度500,半径11x11,阈值0
*单位:
dpi(ppi)
H)比较8个图像的差异。
I)将图像处理设置全部恢复成“无/缺省”;
J)采用“灰度”模式,300dpi,扫描灰色梯尺,存储文件;
K)其他选项保持“无/缺省”状态,关闭扫描仪的“色彩管理/匹配”,再次扫描灰色梯尺,存储文件。
2.高档平面扫描仪实验步骤:
由教师进行高档平面扫描仪操作及设置的演示。
3.数字照相机实验步骤:
A)按照下表参数设置数字照相机,进行基本操作步骤练习。
项目
设置
项目
设置
像素数
最大值
防抖动
非连续补偿模式
感光度
100
拍摄模式
普通
白色平衡
自动
闪光灯
不闪光
文件格式/质量
JPEG/精细
B)白色平衡:
改变数字照相机的(日光/阴天/荧光灯/白炽灯/自定义),对准在标准光源观察箱内的彩色图片,观察颜色的变化,记录颜色状况。
C)感光度:
将数字照相机的感光度分别设置成100和400,白色平衡设置为自动,拍摄标准光源观察箱内的彩色图片。
七、实验注意事项:
1.扫描仪原稿平台应保持清洁,避免坚硬物体的划伤,还应避免油污沾染;
2.勿用手指触摸数字照相机镜头,开机状态下不得插拔存储卡和电池;
3.如需移动扫描仪,应先由教师进行光学系统锁定保护;
4.扫描的图像文件应保存在自己命名的文件夹中,以免混乱;
5.不得删除计算机中原有的文件、软件等数据;
6.实验用的原稿图片和其他物品应在使用后归还实验教师。
八、思考题:
1.扫描分辨率50dpi与300dpi的图片有何差别?
2.缩小“动态范围”时,扫描得到的图像有何变化?
为什么?
3.如果原稿图像偏蓝,色彩又不够鲜艳,应在扫描仪软件中如何校正?
4.全部缺省设置、USM1、USM2三个图像有何差别?
5.写出数字照相机白色平衡设置改变时,显示的色彩效果有何不同?
6.在Photoshop软件中,观察感光度100和400的图像,两者有何差别?
7.在Photoshop软件的信息板中,读出扫描仪实验第K)和L)两步得到的灰度梯尺文件上各梯级的灰度值数据,填表。
以密度值为横坐标,灰度值为纵坐标(如下图),绘出两条层次曲线,说明两者的差别。
梯级
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
密度
灰度(J)
灰度(K)
九、对实验报告的要求:
1.按要求填写实验报告的各项目;
2.回答上述思考题;
3.实验报告应书写清晰,内容和数据完整,回答问题明确。
实验二栅格图像处理和图文记录输出
一、实验名称:
栅格图像处理和图文记录输出
二、实验目的和要求:
本实验适用于印刷工程、包装工程专业的《图像处理及制版原理》、《图文信息处理》及其他专业的类似课程。
在课堂教学的基础上,通过本实验的教学活动,学生应进一步理解页面描述语言及栅格图像处理的原理,认识激光照排机的基本构成和工作原理,掌握栅格图像处理器的基本设置方法。
三、实验基本内容:
1.图文页面的打印及页面描述语言的生成;
2.栅格图像处理器的设置;
3.分色胶片的激光照排记录输出。
四、实验设备:
1.计算机系统及图文处理软件;
2.栅格图像处理系统:
方正公司的PSP-NT世纪RIP或类似系统。
3.激光照排机:
科雷公司的CRON3604H++或类似设备。
(CRON3604H++的技术参数:
最大记录幅面645457毫米、8束氦氖激光、外滚筒型结构、附带连线显影机)
科雷公司CRON3604H++激光照排机
五、实验原理:
1.图文的页面描述的生成:
通过图文处理软件的“打印”功能,在选择恰当打印设备的条件下,可以生成图文的页面描述,以页面描述语言的形式存储在文件中,或者直接形成页面描述语言信息流,送往栅格图像处理系统。
为了满足印刷复制的需求,在“打印”时,需要进行必要的设置:
·输出设备选择;
·输出幅面尺寸;
·附加标记设置:
套准线、裁切线、印刷控制的色标、梯尺等;
·分色和加网设置;
·页面描述语言设置:
级别、符合DSC;
·图像压缩和代换(DCS/OPI)设置;
·色彩特性文件设置。
2.栅格图像处理:
页面描述信息生成后,必须经过栅格图像处理器(RIP)解释并栅格化以后,才能形成记录信息。
将记录信息发送到输出设备上,最终将图文记录到材料上。
RIP的正常工作依赖于正确的设置。
主要的设置项目有:
·记录设备选择:
保证RIP输出的信息流正确地送到相关输出设备上。
·记录分辨率设置:
按照加网和图文精细程度的需要,设置适当的记录分辨率,此分辨率应与输出设备的设置值吻合。
·加网参数(加网线数、网点形状、网线角度)设置;
·分色片阴图/阳图、镜像设置:
根据后续制版需要,选择分色片的阴图/阳图属性以及镜像与否。
例如:
面向阳图PS版制版的阳图分色片必须进行镜像翻转设置;针对柔性版的分色片则输出不镜像的阴图片。
·记录线性化设置:
记录线性化是保证准确记录网点面积率的重要手段。
在进行网点记录时,激光在感光材料内会发生少量扩散,造成曝光点面积增大,网点边缘部分的曝光点的扩大导致网点面积的扩张。
为了弥补这一记录误差,RIP事先对网点面积率进行反向补偿。
在正式记录输出分色片之前,首先应记录未经补偿的网点梯尺,经显影、网点面积率测量以后,将带有误差的面积率数据输入RIP,RIP以此为依据,进行“反函数”补偿,按补偿后的网点面积率记录,即可在分色片上获得准确的网点面积率。
3.激光照排机的图文记录输出:
激光照排机是一种常用的图文记录输出设备,结构上分为:
外滚筒型、内滚筒型、平面型、绞轮型。
外滚筒型记录输出设备的工作原理是:
滚筒在电机驱动下高速旋转,记录材料(胶片)紧贴在滚筒外表面上并随滚筒一起转动。
在滚筒的侧面,安装了与滚筒轴向平行的丝杠,由丝杠上带动的记录头移动。
记录头上装备的多束激光对胶片曝光,激光束受到RIP所生成曝光信息的控制,最终在胶片上完成全部图文信息的记录。
六、实验步骤:
1.图文页面的打印:
在图文处理软件中,制作一个图文并茂的彩色页面。
利用软件的“打印”功能生成页面描述语言PostScript,存储成文件。
打印的基本设置如下表:
项目
参数
页面尺寸
210x297(A4)mm
单色页面记录尺寸
240x330mm
图文颜色模式
分色CMYK
加网设置
网线角度:
C15/M75/K45/Y0,
欧几里德形状,加网线数:
175或150Lpi
标记
套准线、裁切线、色标、梯尺
PostScript语言级别
第2级(Level2)
打印机
软件自带的PostScript生成器
或者:
激光照排机驱动程序
2.栅格图像处理器的基础设置(“模板”生成):
项目
参数
记录分辨率
2400dpi
RIP插件
PS2
记录最大尺寸
645x457mm
颜色模式、输出顺序
分色CMYK,CMYK
加网设置
同上表
标记
无(已在打印设置中加入)
阴图/阳图和镜像
阳图,镜像翻转
输出线性化
无(45直线)
3.记录线性化:
A)按照RIP系统要求的网点梯级数量和各级网点面积率数据,制作一条CMYK模式的多梯级的梯尺,按照RIP基础设置的模板,进行栅格图像处理,并曝光记录该梯尺成为胶片;
B)测量胶片上网点面积率100%实地区域的密度,如果不能达到4.00,则须调整曝光或显影,重新进行梯尺的记录输出;
C)测量胶片梯尺各级的网点面积率,将数据记录下来;
D)打开RIP参数模板,在记录线性化界面中,输入各个梯级的网点面积率数据并保存模板。
4.图文页面的栅格图像处理:
E)在RIP界面中,打开第1步生成的PostScript文件,实施栅格图像处理;
F)观察预示的分色页面,确认正确无误。
5.分色片记录输出:
G)检查激光照排机的状态:
确认记录分辨率与RIP设置数值吻合,显影及定影温度处于正常值;
H)在RIP界面中,向激光照排机发送分色片记录数据;
I)监控激光照排机的运作状况,直至分色胶片记录并显影完毕为止。
七、实验注意事项:
1.在RIP向激光照排机发送数据、激光照排机开始曝光记录的过程中,不要点击RIP界面中的“中止”按钮,这种操作容易导致胶片输送不正常。
2.在图文处理软件中进行“打印”设置时,不要进行阴图/阳图和镜像翻转的设置,而应交由RIP设置统一实施,否则,重复设置有可能导致错误。
八、思考题:
1.“只要将PostScript页面描述信息送往记录设备,即可获得分色版面了”,这种说法是否正确?
为什么?
2.用一句话简单概括RIP的两项主要任务。
3.在为胶印PS版晒版记录阳图分色片时,为什么一定要做镜像翻转?
如果为计算机直接制胶印版,需要镜像翻转吗?
为什么?
4.为什么实地密度不足(D<4.0)的分色胶片不能用于记录线性化和晒版?
5.按下列表格格式,填入梯尺文件设置的网点面积率和胶片上测量得到的网点面积率。
以梯尺文件设置的网点面积率为横坐标,胶片上测量得到的网点面积率为纵坐标,画出网点传递曲线和RIP补偿曲线。
梯级
1
2
3
…
N
文件设置的
网点面积率
胶片上的
网点面积率
九、对实验报告的要求:
1.按要求填写实验报告的各项目;
2.回答上述思考题;
3.实验报告应书写清晰,内容和数据完整,回答问题明确。
实验三图像处理编程一(设计性实验)
一、实验名称:
图像处理编程实验一——灰度图像的灰度值曲线转换
二、实验目的和要求:
本设计性实验适用于印刷工程专业的《图像处理及制版原理》课程。
通过本实验教学活动的进行,可以使学生对图像处理程序的基本结构、处理方式和编程基本方法有进一步的认识,获得对图像处理原理和编程方法的进一步认识。
实验的基本要求是:
利用VisualBasic编程环境编制图像处理程序,对一幅灰度图像进行层次曲线转换处理。
三、实验基本内容:
1.图像处理程序用户界面设计;
2.图像层次曲线转换处理。
四、实验设备及环境:
1.计算机;
2.VisualBasic编程环境。
五、实验原理:
1.数字图像层次曲线变换原理:
设G0和G1分别为转换前后数字灰度图像像素灰度值,按照层次转换曲线G1=f(G0),由原始数字图像像素灰度值转换得到新的灰度值。
转换的方法有两种:
A)直接计算法:
用G1=f(G0)函数逐个像素转换计算,获得处理后的图像;
B)一维查表法:
用G1=f(G0)函数,将所有原始灰度级G0所对应的G1计算出来,形成灰度级对应表G1=LUT(G0)。
在对图像进行转换处理时,用像素原始灰度值G0作为数组单元的地址,从表中查找到对应的灰度值G1,无须计算,即可获得处理后图像的灰度值。
这是一种常用的高效率转换处理方法。
2.图像处理编程方法要点:
采用VisualBasic进行图像处理编程,必须采用的程序设计方法有:
A)数组分配:
为原始图像数据、处理后图像数据分配数组,为查找表分配数组;
B)图像文件读入和存储:
从图像数据文件中,将图像像素数据读入数组中,将处理后的图像像素数据从数组中存入文件中;
C)处理算法:
转换函数G1=f(G0)可以有多种形式。
如:
常用的值表示法,即:
G1=G0。
由于为了保证G1和G0的值域一般为[0,255],为保证出力后图像灰度值范围不变,实际算法为:
D)图像显示:
为了显示处理前后灰度图像的效果,可以应用PSet或BMP图像生成和置入方法在窗体内的图像框内显示出图像效果。
六、实验具体要求:
1.用户界面设计:
用户界面可以自由设计,但应包括如下物件:
窗体、菜单或命令按钮、图像显示框。
程序功能:
图像像素行列数输入、打开图像、曲线值输入、图像转换处理、图像存储、退出。
2.程序:
为避免图像格式解析,可以在Photoshop软件中将一幅灰度图像存储成*.raw纯图像数据文件格式,这种图像文件将图像像素数据从左上角直到右下角顺序存储,没有其他数据。
在软件界面中应具有输入图像横/纵像素行数的途径(编辑框或其他)。
要求采用查表法进行图像数据转换。
处理后的数据仍存储成*.raw纯图像数据文件格式。
七、对程序和实验报告的要求:
1.将编制完成的VisualBasic程序交给相关负责教师;
2.实验报告:
所要求具有下列内容:
程序编制的总体方案;
程序用户界面的设计思路;
图像处理算法;
遇到的问题和解决过程;
结果分析。
实验四图像处理编程二(设计性实验)
一、实验名称:
图像处理编程实验二——彩色图像处理
二、实验目的和要求:
本设计性实验适用于印刷工程专业的《图像处理及制版原理》课程。
通过本实验教学活动的进行,可使学生获得对彩色图像处理原理和编程方法的进一步认识。
实验的基本要求是:
利用VisualBasic编程环境编制图像处理程序,对彩色图像进行处理。
三、实验基本内容:
1.图像处理程序用户界面设计;
2.对RGB模式彩色图像进行“电子蒙版”校正处理。
四、实验设备及环境:
1.计算机;
2.VisualBasic编程环境。
五、实验原理:
1.彩色图像“电子蒙版”校正原理:
原图像的红/绿/蓝灰度级为[R,G,B],经过下列矩阵的线性变换,得到新的灰度值[R1,G1,B1],使彩色图像的颜色状况改变:
为保证矩阵处理不影响图像的中性灰色,可以采用下列系数条件:
在图像色彩校正处理中,可以采用下列方法,引入调节系数k1、k2、k3:
首先,利用上述线性方程组产生“校正信号”:
然后,用原图像信号[R,G,B]与一定比例的校正信号叠加,比例系数为k1、k2、k3,且k1、k2、k3在[0~100%]范围内变化:
如果图像为8位/通道,所产生的新图像信号[R1,G1,B1]的数值可能超过[0,255]的值域,可以用截断法处理,使其范围落入[0,255]内。
2.图像处理编程方法要点:
采用VisualBasic进行图像处理编程,必须采用的程序设计方法有:
E)数组分配:
为原始图像数据、处理后图像数据分配数组;数组大小应为像素数的3倍。
F)图像文件读入和存储:
从图像数据文件中,将图像像素数据读入数组中,将处理后的图像像素数据从数组中存入文件中;
G)图像显示:
为了显示处理前后彩色图像的效果,可以应用PSet[R,G,B]或BMP图像生成和置入方法在窗体内的图像框内显示出图像效果。
六、实验具体要求:
1.用户界面设计:
用户界面可以自由设计,但应包括如下物件:
窗体、菜单或命令按钮、图像显示框。
程序功能:
图像像素行列数输入、打开图像、校色矩阵系数输入、校色比例系数输入、图像转换处理、图像存储、退出。
2.程序:
为避免图像格式解析,可以在Photoshop软件中将一幅灰度图像存储成*.raw纯图像数据文件格式,这种图像文件将图像像素数据从左上角直到右下角顺序存储,没有其他数据。
在软件界面中应具有输入图像横/纵像素行数的途径(编辑框或其他)。
要求采用查表法进行图像数据转换。
处理后的数据仍存储成*.raw纯图像数据文件格式。
七.对程序和实验报告的要求:
1.将编制完成的VisualBasic程序交
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