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图像处理在拼版系统中的研究与应用 摘要 摘要 本论文主要针对国内外现有的图像拼版系统，进行历史背景和研究内容的 系统回顾，比较其存在的优缺点，并其以缺点作为切入点，进一步分析了开发 新印前拼版系统的必要性，同时以图像处理技术作为理论基础，从而引申出本 文的研究课题。 图像处理是近几年研究的个热点，其发展与广泛应用进一步提高了自动 化的程度。本文首先介绍了图像处理技术的发展历程、分类方法及相关理论基 础，并简要介绍了图像处理系统的组成及其工作原理；然后综合考虑了拼版系 统在图像处理中可能遇到的各种问题，并依此确定了拼版软件的图像处理算 法；最后重点介绍了印前系统中拼版软件的实现方法，并给出了软件的测试结 果。 本论文在以下几个方面进行了深入的研究，可概括如下：根据t w a i n 国际 标准，控制扫描仪，获取扫描图像文件；根据图像处理基础知识，完成图像预 处理功能，实现图像清除杂点、自动查找基准点等功能；实现图像自动定位， 其中包括旋转定位和平移定位，并给出了定位精确度检验方法；对定位好的图 像拼版处理，图像拼版其中包括自由拼版和书页拼版。自由拼版是利用矩形包 络法和改进的等区间扫描算法优化结合的新算法，大大提高纸张的利用率。书 页拼版算法是自由拼版的特例，其包括展开算法和经验算法。书页拼版时，必 须考虑拼版参数，如装订方式、出血设置、咬口大小和方向设置等等。 总之，本文在印前拼版系统的研究和应用方面，做出了认真和有益的探 索，不仅在图像定位和拼版方面提出了自己的研究思路和见解，而且结合拼版 系统工作原理，将其成功地扩展和应用于印前流程中。将图像定位和拼版技术 应用于印刷领域是该课题的创新之处，具有一定的理论价值及实际应用价值。 关键词：图像处理技术、拼版系统、图像定位、矩形包络、等区间扫描 里堡竺塑垄堑坚至笙主盟竺窒兰窒旦垒邕坚坠坚：r _ a b s t r a c t i nt h i st h e s i s ，w ec o n c e n t r a t eo nt h es t u d y i n go nr e s e a r c hc o n t e n t sa n dh i s t o r y b a c k g r o u n d so fs e v e r a ld o m e s t i ca n do v e r s e a si m p o s es y s t e m s ，a n da n a l y z et h e i r d i s a d v a n t a g e so ft h o s ei m p o s es y s t e m s a c c o r d i n gt o t h o s ec o n c l u s i o n sa b o v e ，w e u r g e n t l yn e e dt od e v e l o pan e wi m p o s es y s t e m o nt h eb a s eo fi m a g ep r o c e s s i n g t h e o r y ，w eg e tt h e r e s e a r c ht o p i c so ft h i st h e s i s i m a g ep r o c e s s i n gi s o n eo fh o tr e s e a r c hf i e l d si nr e c e n ty e a r s ；i t sd e v e l o p m e n t a n dw i d ea p p l i c a t i o ne n h a n c et h el e v e lo fa u t o m a t i o n f i r s t l y ，t h i st h e s i si n t r o d u c e s t h eh i s t o r ya n dc l a s s i f i c a t i o no fi m a g ep r o c e s s i n ga n di t sa p p l i c a t i o n ，a n db r i e f l y i n t r o d u c e st h ec o m p o n e n t sa n dm e c h a n i s mo ft h es y s t e mo fi m a g ep r o c e s s i n g t h e n t h o s ea l g o r i t h m sf o rp r o c e s s i n gi m a g e si ni m p o s es y s t e ma r em a d ec e r t m n ，b e c a u s e m a n yp r o b l e m sb e i n gf r o m i nt h ec o u r s eo fp r o c e s s i n gi m a g e sa r et a k e ni n t oa c c o u n t s y n t h e t i c a l l y f i n a l l y ，t h i sp a p e ri n t r o d u c e sa p p l yt h o s ei m a g ep r o c e s s i n ga l g o r i t h m s i nt h en e wi m p o s es y s t e m ，a n dt h e na n a l y s i st h ep e r f o r m a n c eo ft h ea l p h as t a g e p r o d u c t s w ef o c u so ns e v e r a lr e s e a r c hr e s p e c t st o p i c sa n dt h ef o l l o w i n gi so u rm a i n l y c o n t r i b u t i o n ：a c c o r d i n gt ot w a i ni n t e r n a t i o n a ls t a n d a r d ，w ec a nc o n t r o ls c a n n e r a n dg o ts c a n n e di m a g ef i l e s ；a c c o r d i n gt ot h et h e o r yo fi m a g ep r o c e s s i n g ，w ec a n r e a l i z et h ef u n c t i o n so fi m a g ep r e p r o c e s s i n gs u c ha sc l e a nt h es p o t so f2 - b i ti m a g e a n dl o o kf o rd a t u mm a r k so fi m a g e ；a c c o r d i n gt h ed a t u mm a r k s ，w ec a nf r a m i n g p e n d i n gi m a g eu s i n gr o t a t ef r a m i n ga n dm o v ef l a m i n ga l g o r i t h m s ，a n dt h e ng i v et h e m e a s u r e m e n to fi m a g ef r a m i n gp r e c i s i o n ；w ec a np u ti m a g e st o g e t h e r ，u s i n gf r e e i m p o s ea n da u t o i m p o s em e t h o d s i no r d e rt oe n h a n c et h eu s ep e r c e n t a g eo fp a p e r ， r e c t a n g u l a re n c l o s u r ea n de q u i d i s t a n c es c a nb e a ma l g o r i t h m sc o m b i n e t oan e wf r e e i m p o s ea l g o r i t h m as p e c i a l c a s eo ff r e e i m p o s ei s a u t o i m p o s e ，w h i c h i n c l u d e s u n w r a p p e da l g o r i t h ma n de x p e r i e n t i a la l g o r i t h m 、) i v l e ni m p o s i n gi m a g e su s i n g a u t o i m p o s em e t h o d ，t h e r ea r em a n yp a r a m e t e r ss h o u l db ec o n s i d e r e d ，s u c ha sb l e e d i n g s e t t i n g s ，g r i p p e rs i z ea n d o r i e n t a t i o na n ds oo n i naw o r d ，w em a k et h ec o n s c i e n t i o u sa n du s e f u l p r o b e s i nr e s e a r c ha n d a p p l i c a t i o no fi m p o s es y s t e m w en o to n l yp u tf o r w a r do u rr e s e a r c ht h i n k i n ga n d l l 图像处理在拼版系统中的研究与应用 a b s t r a c t i d e a si nf a r m i n ga n di m p o s i n gi m a g e s ，b u ta l s o a p p l yt h o s et op r e p r i n t i n gs y s t e m s u c c e s s f u l l ya c c e d et ot h ep r i n c i p l eo ft h ep r e p r i n t i n gs y s t e m t h ea p p l i c a t i o no ft h e t e c h n o l o g yo ff a r m i n ga n di m p o s i n gi m a g e st ot h ep r i n t e rf i e l di st h ei n n o v a t i o no f t h ep a p e r ，w h i c hh a sc e r t a l nt h e o r e t i c a la n d p r a c t i c a lv a l u e k e yw o r d s ：i m a g ep r o c e s s i n g ，h n p o s e s y s t e m ，r e c t a n g u l a re n c l o s u r e ，f r a m i n g i m a g e ，e q u i d i s t a n c es c a nb e a m i h 图像处理在拼版系统中的研究与应用引言 引言 随着桌面印刷技术的成熟和发展，从排版到印刷装订之间的时间间隔越来 越短。传统印刷工艺中，对于非单张出版物，如书刊、杂志等，需要经过小页 排版、出片、手工拼版、晒版、手工修版、印刷等过程。这其中，手工拼版不 但容易出错，而且非常耽误工期。如果校对时发现错误，还需要重新拼版。因 此在整个印前流程中，手工完成的拼版逐渐成为整个流程的瓶颈。同时手工完 成的拼版不但存在四色片对位不准、生产效率低、工人劳动强度大、容易出错 等问题，而且容易在胶片上留下指纹、唾沫和其它人为因素造成的污渍。桌面 系统的广泛使用，大幅面照排机的普及，为自动拼版的使用创造了条件，使得 实现计算机自动拼版成为可能。另外计算机直接制版( c t p ) 和数字式e p , 丽j 机的 出现，又使得自动拼版成为必要条件。因此，自动拼版的开发是印刷行业发展 的必然趋势。 当前确实也存在一些排版软件可以实现拼版功能，但它们大多数价格昂 贵，通常只能针对特定应用软件制作的版面进行拼版，而且实际使用时经常出 现问题。本论文就是基于上述背景和问题，开发了印前系统的图像自动拼版软 件。 开发此拼版软件的目的是为了淘汰传统的连续拷贝机。其作用就是从扫描 仪中获取扫描图像，对图像进行预处理( 清除杂点、获取基准点) 和定位处理 后，进行图像拼版，最后的大版图像可以在照排机或c t p 上输出，也可以根据不 同的打样设备生成较小幅面的文件，方便用户打样。使用此软件，不但使传统 流程中的手工拼版被取代，而且因手工拼版带来的修版也自然不复存在了。最 重要的一点是本软件面向用户单一( 更好地服务于印刷行业) 且价格适中，可 以在中小型印刷企业得到大范围的推广和使用。 论文共有六章内容，第1 章是简介图像处理技术发展历程、分类方法及相关 理论基础以及印前拼版系统的概况，提出了课题的背景、目的和现实意义；第2 章、第3 章主要是将图像处理知识应用于拼版系统，为拼版软件的实现奠定理论 基础。其中第2 章主要包括图像预处理工作( 扫描图像获取、清除杂点和查找基 图像处理在拼版系统中的研究与应用 引言 准点) 以及图像定位和定位精确度检验方法；第3 章主要介绍两种图像拼版算法 ( 自由拼版和书页拼版) ，自由拼版涉及最优矩形包络法和启发式等区间扫描 定位法。而书页拼版则介绍本人根据拼版规律和前人经验，总结出来两套拼版 页码算法；第4 章讲述拼版系统的基本原理和主要的工作内容，并且画出工作流 程图；第5 章在前几章所讨论的理论基础上，将图像处理理论应用于实际拼版系 统，得到自动拼版软件，并且给出软件应用的最终测试结果；第6 章概括总结了 本论文所做的主要工作，并提出了该论文需进一步改进的方向，并对拼版算法 在拼版系统应用前景作了展望。 本论文重点是第2 章和第3 章。第2 章首先介绍对图像进行预处理，处理后的 图像进行定位( 旋转定位，平移定位) ，最后提出两种定位精确度检测方法， 检验定位后的图像能否达到用户的要求。第2 章是第3 章的基础，如果第2 章定位 不成功，将直接影响到第3 章拼版效果。 第3 章主要是图像拼版算法的研究。本章主要介绍两种拼版方式：自由拼版 和书页拼版。自由拼版方面提出了按照矩形包络法和启发式等区间扫描相互优 化的算法在指定大版上对图像组进行排列，使得大版的利用率最高。首先用启 发式经验对不规则图像分组( 组合组，大片组和小片组) ，然后按照排料图像 最优包络矩的利用率对每个分组内部进行排序，接着组合组和大片组用矩形包 络法排列在大版中，实现不规则多边形的拼版简化成矩形拼版。最后在已拼的 大版中，对小片组使用等区间扫描法插入“空闲块”中。书页拼版提出了两种 拼版算法，一种是根据印刷工人的工作经验得出的推导算法( “正面顺时针加 三加一，反面逆时针加一加三”) ，另种是自己研究出的按照书页折叠方式 ( “先上折后左折”，“先左折后上折”) 图像页码排列算法。其中，书页拼 版必须考虑到装订方式、出血位置、纸张厚度、咬口位置和方向、待排图像的 方向等等排版参数。另外值得注意的是书页图像拼版可以说是自由拼版的特 例，因为书页要求拼排的图像大小相同，且位置固定的图像仅允许进行1 8 0 度旋 转操作。但书页拼版并不全是自由拼版的子集，因为书页拼版是允许同时操作 多张大版的。 2 图像处理在拼版系统中的研究与应用 第l 章综述 第1 章综述 1 1 图像处理技术概述 所谓图像处理就是对图像信息进行变换、分析和加工，以满足人的视觉心 理或实际用途的要求。它是当前信息处理中十分活跃的一个分支。由于计算机 和大规模集成电路技术的发展，为图像处理技术的发展扫清了障碍。在近三十 年的时间内，图像处理技术不仅在理论上已成为各学科之间学习和研究的对 象，而且它在各个领域取得的成果也奠定了图像处理理论进一步发展的坚实基 础。因此，图像信息加工处理的广泛应用是发展的必然趋势。 1 1 1 图像处理技术分类 图像处理技术可分为两大类：模拟图像处理和数字图像处理。 模拟图像处理( a n a l o gi m a g ep r o c e s s i n g ) 包括：光学处理和电子处理，如 照相、遥感图像处理、电视信号处理等。这种处理从本质上看均是并行处理的 范畴，其最明显的特点是处理速度快，一般为实时处理。其缺点是精度较差， 灵活性差，很难有判断力和非线性处理能力。 本文主要讲的是数字图像处理( d i g i t a li m a g ep r o c e s s i n g ) 。早期的图像处 理和分析技术是基于专用的图像处理设备而发展起来的。在科学技术高度发展 的今天，一方面足笨重的设备向小型化、微型化发展；另一方面是随着微处理 器芯片成本的下降、低价高分辨率图形适配器的发展和其它数字化硬件如扫描 仪、数字交换芯片的普及，往往可在微机上建立起功能强大的图像处理和分析 系统。从六十年代起，随着电子计算机技术的发展，数字图像处理获得了飞跃 的发展。所谓数字图像处理，就是利用数字计算机或其他数字硬件，对从图像 信息转换而来的电子信号进行某些数字运算，以期提高图像的实用性，从而达 到人们所要求的某些预期的结果。图像的数字处理比模拟处理有许多明显的优 点。数字处理与光学、照片、录像等类的比较见表1 - 1 ： 图像处理在拼版系统中的研究与应用第1 章综述 表1 - 1 图像处理方式比较 方式处理速度灵活性精度再现性 光学快中中 中 照片慢差差差 录像快中差中 数字更快好局好 1 1 2 图像处理的组成和方法 图像处理和分析的现代发展促进了计算机视觉这一新兴学科的出现，计算 机视觉研究如何从二维的图像解释三维场景，即场景分析。二维的图像处理和 分析是三维场景分析的基础。 图像处理系统主要由图1 - 1 中7 个部分组成： 图l - 1 图像处理系统 首先，由图像数字化器获取所要处理的数字图像，并使该数字图像进入一 个适当装置的缓存中。然后根据操作员的指令，计算机调用和执行程序库中的 图像处理程序。在执行过程中，输入图像被逐行地读入计算机，显示器则对处 理的图像进行显示。对图像处理之后，计算机逐象素生成一幅输出图像，并将 其逐行送入缓存。最后，处理后的图像可由记录设备进行记录。简而言之，图 像处理是将一幅图像经过修改( 改进) 的图像，因此是一个由图像到图像的过 程。 完整的数字图像处理工程大体上可以分成如下几个方面： 图像处理的获取( i m a g ei n f o r m a t i o na c q u i s i o n ) ：就数字图像处理而言，主要 是把一幅图像转换成适合输入计算机或数字设备的数字信号，这过程主要包 括摄取图像、光电转换和数字化等几个步骤。 图像信息的存储( i m a g ei n f o r m a t i o ns t o r a g e ) ：图像信息的突出特点是数据量 图像处理在拼版系统中的研究与应用 第1 章综述 大。为解决大量存储主要研究数据压缩、图像格式和图像数据库技术等。 图像信息的传送( i m a g ei n f o r m a t i o nt r a n s m i s s i o n ) ：图像信息的传送可分 为系统内部传送和远距离传送。内部采用d m a 技术来解决速度问题，外部远 距离传送主要解决带宽问题。 数字图像处理( d i g i t a li m a g ep r o c e s s i n g ) ：目前数字图像处理多采用计算机 处理，因此也称为计算机图像处理。数字图像处理包括如下几项内容：几何处 理( g e o m e t r i c a lp r o c e s s i n g ) 、算术处理( a r i t h m e t i cp r o c e s s i n g ) 、图像增强 ( i m a g ee n h a n c e m e n t ) 、图像复原( i m a g er e s t o r a t i o n ) 、图像重建( i m a g e r e c o n s t r u c t i o n ) 、图像编码( i m a g ee n c o d i n g ) 、图像识别( i m a g e r e c o g n i t i o n ) 、图像理解( i m a g eu n d e r s t a n d i n g ) 。 图像的输出与显示：图像处理的最终目的是为人或机器提供一幅更便于解 释和识别的图像。图像的输出有两种方式，一种是硬拷贝，如照相、彩色喷墨 打印等；另一种是软拷贝，如c r t 显示( c a t h o d er a yt u b e ) 、液晶显示器 ( l c d ) 等。 在图像处理过程中，图像中的象素可根据程序设计人员的意图来修改。处 理过程只受到程序员的想象力、耐心以及计算资源的限制。处理后的结果由一 个与数字化相反的逆过程显示出来。这样处理后的结果又转化可视的和可供人 们解释的图像了。图像处理方法见表l 一2 。 表1 - 2 图像处理方法 粗分类中分类 像质改善锐化，平滑，复原，校正 图像分析边缘与线的监测，区域分割，形状特征测量，几何计算，纹理 分析，匹配 图像重建投影图像重建，利用像对生成立体像，全息图再生 具体来讲，数字图像处理方法大致分成两大类：空域法和变换域法。 空域法是把图像看作是平面中各个象素组成的集合，然后直接对这个二维 函数进行相应的处理。空域处理法主要有下面两大类：邻域处理法和点处理 法。邻域处理法其中包括：梯度运算( g r a d i e n ta l g o r i t h m ) ，拉普拉斯算子运 算( l a p l a c i a no p e r a t o r ) ，平滑算子运算( s m o o t h i n go p e r a t o r ) 和卷积运算 ( c o n v o l u t i o n a l g o r i t h m ) 。点处理法其中包括：灰度处理( g r e y 图像处理在拼版系统中的研究与应用 第l 章综述 p r o c e s s i n g ) ，面积、周长、体积等。 变域处理方法是首先对图像进行正交变换，得到变换域系数阵列，然后再 实行各种处理。处理后再反变换导空间域，得到处理结果。这类处理包括：滤 波、数据压缩等。 1 1 3 数字图像处理技术的主要应用 数字图像处理起源于2 0 世纪2 0 年代，经过几十年的发展，目前广泛的应 用于工业、医疗保健、航空航天、军事等各个领域，在经济发展中发挥着越来 越大的作用，也引起了各方面人士的重视。今天，多学科的交叉、融合使数字 图像处理科学与技术逐步向其他学科领域渗透，并为其他学科所利用是科学发 展的必然。在信息社会，数字图像处理科学无论是在理论上还是实践上都存在 着巨大的潜力。 近年来计算机识别、理解图像的技术发展很快，具体应用领域简要概括如 表： 表1 - 3 图像处理的应用领域 学科应用领域 物理化学结晶分析、谱分析 生物、医学d n a 显示分析、癌细胞识别、c t 环境保护水质及大气污染调查 地质资源勘测、地图绘制、g i s 农林植被分析调查、农作物估产 海洋鱼群控查、海洋污染件检测 水利河流分布、水利和水害调查 印刷业拼版系统 数字图像领域需要进一步研究的内容，可以归纳为五类： ( 1 )进一步提供精度的同时要着重处理速度问题； ( 2 )加强软件研究、开发新的处理方法，特别要注意移植和借鉴其他 学科的技术和研究成果，创造新的处理方法： ( 3 )加强边缘学科的研究工作，促进图像处理技术的发展： ( 4 )加强理论研究，逐步形成图像处理科学自身的理论体系： ( 5 )时刻注意图像处理领域的标准化问题。 4 图像处理在拼版系统中的研究与应用第l 章综述 1 2 拼版系统现状 传统印刷工艺中，对于非单张出版物，如书刊、杂志等，需要经过小页排 版、出片、手工拼版、晒版、手工修版、印刷等过程。目前在使用的彩色桌面 出版系统制版时，常用的拼版方式有两种，一种是发排后将胶片用手工拼大 版，另一种是利用组版软件进行拼版。 手工拼大版具体做法是对输出的单页文件的胶片进行手工拼版，胶片拼成 大版后再进行制版印刷。其中的拼版工作大多是由人工操作完成，且它存在着 对位不准，生产效率低，工人劳动强度大等弊病。 利用组版软件拼版的具体做法是做好单页文件后，新建一个大版的文件， 然后将单页文件中的内容拷贝到大版文件上，旋转定位后输出p s 。但是单页文 件都已经做好了，最后还需要拷贝粘贴，旋转定位，与传统的手工拼大版类 似，只不过是将手工对胶片的拼大版转移到前端的电脑制作上了，并没有实质 上的改变。所以这种方式虽然直接在电脑上进行，但存在着生产效率低，容易 出错，劳动强度大等问题。 总之，印刷制版中，传统的方法存在很多缺点：工作量大，对位不准，效 率低、容易出错等问题，而且容易在胶片上留下指纹、划痕和其它人为因素造 成的污渍。虽说是熟能生巧，但是有大量的重复劳动，会使操作人员苦不堪 言。此外由于大幅面照排机、计算机直接制版机的普及以及人们对印刷质量要 求的不断提高，迫切需要实现计算机拼版工艺。尤其是随着计算机直接制版 ( c o m p u t e r t op l a t e ) 技术的迅速发展，生产工艺中不再输出胶片，直接生成供 印刷用的p s 板，因此不能再用传统的手工方式，而必须使用软件。 1 2 1 国内外现有印前系统 当前国内外市场上出现了不少技术成熟的拼版软件。 a d o b e 公司的p r e s s w i s e 和u l t i m a t e 公司的i m p o s t r i p 5 针对每一页的p o s t s c r i p t 文 档来拼大版，这一类型的缺点是组大版时，电脑已经在屏幕上显示出r i p 后的影 像，但最后仍可能无法输出，因为负责输出的r i p 和组大版的r i p 设备并不是同 图像处理在拼版系统中的研究与应用 第1 章综述 一品牌。即使是同一品牌的r i p 可以输k 7 2 d p i 的文件，并不能保证可以r i p 到 2 4 0 0 d p i 。而且一旦发现有问题，改版也需要回退到制作上进行修改。这种拼版 软件相对其他拼版软件没有优势。 a d & k 公司替q u a r k x p r e s s 开发的i m p o s i t i o n 拼版工具对中间文件进行拼版， 拼版完后也可以进行修改，但它只支持q u a r k x p r e s s 的排版格式，当你使用其 他排版软件如飞腾、维思、p a g e m a k e r 、c o r e l d r a w 等制作的文件时，就只能采 用手工的方式进行拼版。 b a r c o 软件同对中间文件进行拼版，能提供对p s ，z p s ，以及b a r c o 自己的格 式进行拼版，同样拼版完后可以进行修改。但问题是b a r c o 运行的环境是在u n i x 上开发的操作系统，而且对于其他m a co s 平台和w i n d o w s 平台组版软件生成的 p s 和e p s 文件支持得并不好，而且只能支持三面出血制作，不支持四面出血制 作。 l i n o t y p e 和s c i t e x 等公司推出的其他r i p 后拼大版的软件是将制作完成的p s 文件或者e p s 文件m p 后产生一种中间数据( 比如s c i t e x 的c t 、l w 格式) ，对中 间数据进行拼大版。拼大版后可以使用专门的编辑器对中间数据进行修改实现 改版，这种拼版方式在流程上感觉比较顺畅，但增加了对硬件的依赖性。 以上介绍的几种的拼版软件都是国外的产品，没有汉化版本，价格昂贵， 而且通常也只能针对一种应用软件制作的版面进行拼版。 常用的图像处理软件还有p h o t o s h o p 、c o r e l d r a w 和f r e e h a n d 。它们的区别 在于与p h o t o s h o p 不同的是，c o r e l d r a w 这个命令不支位图格式，只支持矢量 文件和一些文本文件。p h o t o s h o p 、c o r e l d r a w 、f r e e h a n d 等平面设计软件表现 突出，对三维制作中最流行3 d 年l l o p e n g l 支持非常优秀，可以使三维动画制 作软件在工作中表现得尽善尽美。在目前的矢量绘图领域，f r e e h a n d - - 直与 i l l u s t r a t o r 、c o r e l d r a w 并驾齐驱，就个人的体会而言，f r e e h a n d 在图像方面可 能不会有什么特别的优势，不过在文字处理方面，f r e e h a n d 就有着明显的优势 了，但f r e e h a n d 不支持中文输入。三者均仅有手动拼版的功能。 另外，方正思维、方正飞腾和p a g e m a k e r 等也具有部分拼版功能，但实际使 用时，这些软件的拼版功能都不是十分方便，使用时经常会出现问题。 6 图像处理在拼版系统中的研究与应用 第1 章综述 1 2 2 现有印前系统对比 国内外大公司已经有的先进拼版软件均存在不少缺陷，在真正生产过程中 使用不方便，所以本课题研究的拼版软件就是为了克服这些缺点而开发的。除 此之外，本拼版软件还存在有自身的优势： ( 1 )功能专一。本软件主要面向用户是印刷制品相关行业。而其他大 型软件面向用户层次多面很广。我们可以将拼版软件做的小而 “精”，从而使得之更好地服务印刷行业。 ( 2 )占用资源少。本软件相对其它大型软件占用内存资源较少，运行 速度快。 ( 3 )易操作。本软件使用均为中文菜单，简洁易懂。 ( 4 )定位和拼版功能强。 使用此拼版软件，可以解决客户拿来的菲林文件本身存在基 准点不能完全套准问题( 以前这种情况，只能尽量避免) 。我们 可以通过图像定位功能，人为使得菲林图像能够完全套准。同时 通过现有的算法对图像进行自由拼版和书页拼版处理，提高纸张 利用率。 ( 5 )价格适中。国外的自动拼版软件价格昂贵，而本软件由于开发成 本低，所以其价格应能被大多数印染企业所接受。 另外拼版软件根据不同的印刷要求生成供印刷用的版面，在照排机上输出 的胶片可不经剪裁直接制版，大大缩小了制版周期，也可在直接制版机上生成 印刷用的印版，使印前处理完全自动化；提供交互式拼版功能，在自动拼版输 出结果后，对不满意的个别图形提供交互调整的功能；对于所得的拼版图可以 提前预览，随时修改，提高了操作的灵活性。总之，在印制品领域使用这种拼 版软件是个必然趋势。 1 3 图像处理技术在印前系统中的应用 图像处理是近几年研究的一个热点，其发展与广泛应用进一步提高了自动 化的程度。拼版系统中图像预处理、图像定位和图像拼版都使用到图像处理技 图像处理在拼版系统中的研究与应用第1 章综述 术。图像预处理包括扫描图像，清除杂点和查找基准点，均是使用空域法中的 点处理法对图像的象素点进行处理；图像定位包括图像旋转，图像平移以及图 像缩放，它们使用了图形学中的世界坐标系转换；图像拼版包括自由拼版和书 页拼版，它们本质上也是变域处理方法对多边形进行处理，同样要用到了图像 处理技术。可以说，图像处理技术的应用贯穿于拼版系统整个开发过程。 1 4 本文的研究内容 1 4 1 课题的提出 随着桌面印刷技术的成熟和发展，从排版到印刷装订之间的时间间隔越来 越短。传统印刷工艺中，对于非单张出版物，如书刊、杂志等，需要经过小页 排版、出片、手工拼版、晒版、手工修版、印刷等过程。这其中，手工拼版不 但容易出错，而且非常耽误工期。如果校对时发现错误，还需要重新拼版。因 此在整个印前流程中，手工完成的拼版逐渐成为整个流程的瓶颈。同时手工完 成的拼版不但存在四色片对位不准、生产效率低、工人劳动强度大、容易出错 等问题，而且容易在胶片上留下指纹、划痕和污渍。随着桌面系统的广泛使 用，大幅面照排机的普及，都为自动拼版的使用创造了条件，使得实现计算机 自动拼版成为可能。而计算机直接制版( c t p ) 和数字式印刷机的出现，又使 得自动拼版成为必要条件。 目前确实也存在一些排版软件可以实现自动拼版功能，但实际使用的时候 都不是特别的方便，经常出现问题。本论文就是为了解决上述问题，帮助印制 品公司开发印前系统的图像拼版软件。 1 4 2 课题研究技术难点 本文的技术难点有以下几个： ( 1 ) 图像预处理中的图像旋转。由于不连续的空间和整数的数学运算， 旋转后的图像质量将会出现严重失真。第2 章给出解决方案。 ( 2 ) 图像定位。图像定位是能否进行拼版操作的关键。所谓的图像定位 就是指基准图像与待测图像能否完全套准在一起。如果套准不精 图像处理在拼版系统中的研究与应用第1 章综述 确，那么印刷出来的图像质量将出现严重问题。将在第2 章给出详 细说明。 ( 3 ) 图像拼版( 其中包括自由拼版和书页拼版) 。自由拼版就是给定一 张大版，将一组图像放入大版排列，使得大版的利用率最高，这属 于n p 问题。书页拼版( 这是自由拼版的特例) 就是根据给定的拼 版方式、装订方式，计算出图像书本页码拼排次序。它们将在本文 的第3 章给出解决方案。 可见，第2 、3 章是本文的重点。 小结：本章首先说明图像处理技术的背景、方法、内容和应用，以及拼版系 统的概况：介绍现有的拼版软件以及它们的优缺点，并在此基础上，提出开发拼 版软件的必要性，目的和意义：接着说明在软件开发流程中图像处理技术的作 用；最后介绍本课题的背景知识和课题存在的技术难点。 图像处理在拼版系统中的研究与应用第2 章扫描图像定位 第2 章扫描图像定位 图像定位的概念是将所有待检测图像的主要内容放在统一的位置，套准时 图像不会出现较大的偏差。在图像检索系统中，图像的定位称为归一化，其实 就是将图像的大小、长宽比归一化，在系统对所有待测图像检索时，才不会由 于一些非技术因素造成结果的偏差。在图像匹配时，被匹配的两副图像四个基 准角标的位置必须完全重合，图像套准才能准确。 印刷过程中，通过把不同量的青色、品红色、黄色和黑色( c m y k ) 油墨 以网点的形式一起来表现各种彩色的，所以一张彩色图像需要四张分色菲林 ( 胶片) 分四次( 或两张菲林两次) 印刷而成的。若扫描时，印品图像放置不 合理的话，那么未经软件处理的四色片( 如图2 - 1 ) 套准后，所得图像文件将出 现颜色严重偏差或者字迹出现重影等问题。 图2 - 1 四色片 因此，本课题定位的目的是基准图像和待检测图像的基准线，在套准时必 须能够完全重合。 2 1 图像坐标映射定理 定位就是将图像放在规定的位置，设定每幅图像都有自己的图像坐标系 1 0 图像处理在拼版系统巾的研究与应用第2 章扫描图像定位 x o y ，它分别是以图像的宽边和高边为坐标轴x 和y ，以图像左上角定位交点 为原点。定位包括旋转定位和平移定位。旋转定位的操作就是使x o y 和直角坐 标系x o y 之间存在0 3 6 0 度( 一般小于9 0 度) 之间的角度时，旋转定位就应 该将图像旋转适当的角度，使它们之间的角度消失。接下来的平移定位是当两 幅图像的坐标值存在差值时，应当利用图像平移操作消除相对位置差。定位的 原理依据是数字图像几何变换。下面介绍图像几何变换的原理。 旋转变换：把定义的图像绕某一点以逆时针或顺时针方向旋转一定的角 度，通常是指绕图像的中心以逆时针方向旋转，如图2 - 2 所示。 p 分、 图2 - 2 旋转坐标示意图 当x ，y 轴旋转一个a l p i a 角度到z 。，y 轴时，p 点可以看作( x ，y ) 和( x ，y ) 区域中的某一点。 广z = o p c o s ( o + a ) j l 一= o p c o s 0 广y = o p s i n ( o + d ) j ly ：o p s i n 0 公式( 2 1 ) 重新组合一下算式可以得到 厂c o s ( o + a ) = c o s o c o s a s l n 曰s l n 口 ls i n ( 0 1 _ “，= s i n o c o s a + c o s o s i n a ( 2 1 ) ( 2 2 ) 公式( 2 2 ) 再用x 和y 来代替以上关系式中的角度可以得到： 图像处理在拼版系统中的研究与应用 第2 章扫描图像定位 ，。2 。8 口一8 1 “口 ly = 一s i n g + y c o s o 这样我们就可以得到一个矩阵，里面有两个等式 f x 7f c o s o s l y j 2 k 甜 ( 2 3 ) ( 2 - 4 ) 等式( 2 - 4 ) 只能用来旋转中心点在原点的图像，如果中心点不是原点，是某 个( x 。y 。) 的话，下面三个步骤必须添加进去：把( x 。y 。，) 换 算到原点；执行上面描述的旋转的步骤；再把原点换算到 ( x ，y 。，) 。用下面的矩阵来总结上面三点： 乏”c o s 2 - s i ng 。 i x 诜- x s ， 值得提醒的是上面使用的坐标是世界坐标系，不是设备坐标系，因为在计 算机图形学中一般不需要旋转图像，因此也不需要使用设备坐标系。 如果我们试着通过先选择新的中心点再旋转图片这个方法来得到新的图片 的话，2 4 位色的位图的旋转会有一些不显著的变化，如果是一般的图片你或许 就无法分辨出来，但是如果是边和线条分明的图像，就会很容易察觉到图片上 有许多“洞”，这是因为不连续的空间和整数的数学运算造成的。我们可以使 用下面两种方法来解决这个问题。“相反”的方法。仔细考虑新图像中的每 个象素，查找它在原图像中的位置。这样很容易解决任何在图像中的“洞” ( 可能导致图像部分颜色不准确) 。利用另一种方法就是加入了一个双线形 的部分来提高现在的算法，这样可以获得比较接近的象素点( 但这也会更 慢) 。 另外，旋转后的图像的宽、高将会发生变化( 除非旋转1 8 0 度) ，新的高 和宽可以根据图像的三个顶点来计算。代码如下： t a k e3c o m e r s ( n o to r i g i n la n dr o t a t et h e m x 1 = m a t hr o u n d ( 一0 1 d h e i 曲t8m a t h s i n ( a l p h a ) ) ； n o t em i n u ss i g n v l = m a t h r o u n d ( o l d h e i g h t * m a hc o s ( a l p h a ) ) ； x 2 = m a t h r o u n d r o l d w i d t h 4m a t hc o s ( a l p h a ) 一o l d h e i g h t + m a t hs i n ( a l p h a ) ) ； y 2 = m a t hr o u n d ( o l d h e i g h t + m a t h c o s ( a l p h a ) + 0 l d w i d t l l4m a t hs i n ( a l p h a ) ) ) ； x y 竺 一 c 图像处理在拼版系统中的研究与应用第2 章扫描图像定位 x 3 = m a 山r o a n d ( o l d w i d t h + m a t h c o s ( a l p h a ) ) ； y 3 = m a t h r o u n d ( o l d w i d t h om a t h s i n ( a l p h a ) ) ： | 1 h er o t a t e dc o i n e r st e l lu sh o wb i gt om a k et h en e wb i t m a p m i n x = m a t h m i n ( o ，m a h m i n ( x l ，m a t h m i n ( x 2 x 3 ) ) ) ； m i n y = m a hm i n ( o ，m 曲m i n ( y l ，m a h m i n ( y 2 ，y 3 ) ) ) ； m a x x = m a h m a x ( x 1 m a h m a x ( x 2 x 3 ) ) ： m a x y = ma i m a x ( y l 。m a hm a x ( y 2 ，y 3 ) ) ； | c o m p u t et h en e wb i t m a pd i m e n s i o n s n e w w i d t h = m a x x m i n x ； n e w h e i g h t 。m a x y m i n y ； 在对图像的旋转定位时，有必要先计算其旋转后的新顶点坐标。对于超出 原有图像的点位置判定，旋转前先进行平移操作，这可以保证不管图像怎样旋 转，图像都不会被裁切掉。 本人用象素的中心来定义象素的位置。原始版本使用( i + o 5 ，j + o 5 ) 的位置 作为象素( i ，j ) 的位置，然后用上面“相反”的方法来查找。更新版本与原始 版本相似，但使用了更多的整数来计算。假如你对坐标( i + o 5 ，j + 0 5 ) 乘以2 ， 你就可以在( 2 i + i ，2 j + 1 ) 的空间上工作。更新版本由于熬数空间运算，所得图像 效果更好，但计算量比原始版本大，而且时间耗费多。若使用c + + b u i l e r 中 t c a n