1 引言

　　在數(shù)字化的時(shí)代，圖象輸出前圖文信息處理是古老的印刷技術(shù)當(dāng)中發(fā)展迅速的領(lǐng)域之一。特別是近20年內(nèi)，數(shù)字圖象的信息采集、處理、輸出和傳播都發(fā)生了廣泛而深刻的變化，但以網(wǎng)點(diǎn)大小或疏密來(lái)體現(xiàn)圖象的層次變化的理念貫穿始終。長(zhǎng)期以來(lái)，圖象加網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)手段從手工、照相、電子演變到全數(shù)字化處理。在加網(wǎng)技術(shù)數(shù)字化以后，各類(lèi)加網(wǎng)算法不斷推陳出新，除對(duì)調(diào)幅加網(wǎng)和調(diào)頻加網(wǎng)技術(shù)進(jìn)一步完善以外，還出現(xiàn)了調(diào)幅和調(diào)頻混合加網(wǎng)技術(shù)。這些技術(shù)進(jìn)展不僅提高了圖象復(fù)制的品質(zhì)，而且促進(jìn)了柵格圖象處理工作(Ripping)的高效運(yùn)行。隨著激光設(shè)備的出現(xiàn)與運(yùn)用，近年來(lái)以激光機(jī)為輸出媒體對(duì)彩色圖象進(jìn)行灰度輸出開(kāi)始應(yīng)用于工藝品加工領(lǐng)域。如何再現(xiàn)原稿的層次和階調(diào)特性成為激光灰度雕刻的核心。

　　2 基本原理

　　激光機(jī)是二值輸出設(shè)備(開(kāi)光、關(guān)光)，因此彩色位圖也需要轉(zhuǎn)化為二值圖后，才能通過(guò)激光機(jī)輸出。圖象的二值化過(guò)程也就是給位圖掛網(wǎng)的過(guò)程。

　　在對(duì)位圖掛網(wǎng)之前，首先需要將彩色位圖轉(zhuǎn)化為灰度圖，并在計(jì)算機(jī)中以彩色位圖的格式保存為灰度圖。以彩色位圖的格式保存灰度圖雖然會(huì)占用大量的內(nèi)存空間，卻大大方便了掛網(wǎng)過(guò)程中的坐標(biāo)轉(zhuǎn)化。

　　灰度圖數(shù)字圖象在顯示器上顯示時(shí)，由大量的象素點(diǎn)按照整數(shù)行、整數(shù)列對(duì)齊排列。激光機(jī)作為我們的輸出設(shè)備，輸出的圖象在其記錄平面上同樣由大量的記錄點(diǎn)(脈沖點(diǎn))按照整數(shù)行、整數(shù)列對(duì)齊排列組成。

　　假設(shè)我們需要通過(guò)激光機(jī)輸出一幅分辨率為100×100的數(shù)字圖象，輸出尺寸定為10×10(mm);再設(shè)激光機(jī)的分辨率為50(脈沖/毫米)。那么可算得激光機(jī)在輸出平面內(nèi)輸出的圖象實(shí)際上是由500×500(脈沖)的脈沖矩陣構(gòu)成的。則數(shù)字圖象的每一個(gè)象素點(diǎn)對(duì)應(yīng)脈沖矩陣中一個(gè)5×5的脈沖單元。現(xiàn)在只要根據(jù)象素值的大小控制脈沖矩陣中每個(gè)脈沖點(diǎn)是否開(kāi)光，便能完成掛網(wǎng)，形成不同大小的網(wǎng)點(diǎn)和加網(wǎng)角度。

　　通過(guò)上面的分析，實(shí)際上我們可以將上述過(guò)程看成是：將數(shù)字圖象在x、y方向上同時(shí)放大了5倍，也就是說(shuō)灰度圖的一個(gè)灰度值為a的象素點(diǎn)放大成了一個(gè)5×5的象素點(diǎn)陣，并且該象素點(diǎn)陣的每個(gè)象素點(diǎn)的象素值都為a。那么對(duì)放大后的數(shù)字圖象進(jìn)行二值化處理后，數(shù)字圖象的每個(gè)象素點(diǎn)的象素值只有1或0兩種狀態(tài)，也就對(duì)應(yīng)了構(gòu)成輸出圖象的每個(gè)脈沖點(diǎn)開(kāi)光或關(guān)光兩種狀態(tài)。

　　3 不同大小網(wǎng)點(diǎn)的生成方法

　　(為說(shuō)明方便，假設(shè)加網(wǎng)角度為0度)

　　網(wǎng)點(diǎn)大小受圖像灰度值的調(diào)制，若該區(qū)域的平均象素值越高，映射生成的網(wǎng)點(diǎn)越小，反之，生成的網(wǎng)點(diǎn)就越大。

圖1

圖2

　　圖一為原稿轉(zhuǎn)化為灰度圖并放大后的一片象素點(diǎn)陣區(qū)域，每個(gè)小方格表示數(shù)字圖象的一個(gè)象素點(diǎn)，設(shè)得該區(qū)域的象素平均值為a。圖二為設(shè)計(jì)好的網(wǎng)點(diǎn)模版，其大小與分割出的矩形區(qū)域完全一致，每個(gè)小方格中的數(shù)字代表了網(wǎng)點(diǎn)的生長(zhǎng)順序，由圖可知該網(wǎng)點(diǎn)模版能夠反映13+1個(gè)灰度等級(jí)。

　　如果a值滿(mǎn)足7級(jí)灰度值，那么該區(qū)域映射成的網(wǎng)點(diǎn)形狀為：

圖3

圖4

　　即是，對(duì)應(yīng)網(wǎng)點(diǎn)模板中相應(yīng)位置，凡是小于等于原始圖像灰度值的位置都暴光。根據(jù)這種網(wǎng)點(diǎn)生長(zhǎng)規(guī)律，便能生成不同大小的網(wǎng)點(diǎn)。

　　4 加網(wǎng)角度對(duì)視覺(jué)效果的影響

　　我們先來(lái)看一下單一網(wǎng)點(diǎn)排列和當(dāng)它足夠粗糙時(shí)對(duì)人眼的視覺(jué)效果。當(dāng)加網(wǎng)角度為0時(shí)，人眼能看清每一個(gè)網(wǎng)點(diǎn)排成行;當(dāng)加網(wǎng)角度為15度時(shí)可能會(huì)看得更清晰;當(dāng)加網(wǎng)角度為45度時(shí)，人腦引起的混亂使人眼對(duì)行的印象變得模糊，點(diǎn)還能看得見(jiàn)，但線看不出來(lái)，這就是為什么黑白圖像的網(wǎng)點(diǎn)總是設(shè)在45度的原因。通常認(rèn)為，45度的加網(wǎng)角度對(duì)視覺(jué)最舒服，表現(xiàn)穩(wěn)定而不呆板，是最佳的表現(xiàn)角度;15度和75度次之，它們雖不夠穩(wěn)定，但不呆板;0度和90度的視覺(jué)效果最差，雖然也穩(wěn)定，但也最呆板。

　　5 45度加網(wǎng)

　　為達(dá)到好的視覺(jué)效果，必須以一定角度對(duì)放大后的圖象進(jìn)行加網(wǎng)，網(wǎng)點(diǎn)模板所能反映的灰度等級(jí)也不能過(guò)低，否則在輸出圖象上就會(huì)出現(xiàn)灰度等高線。

　　45度加網(wǎng)算法的實(shí)現(xiàn)步驟：

　　(從圖象的左上角開(kāi)始計(jì)算)

　　坐標(biāo)定義如下：

　　實(shí)現(xiàn)步驟：

　　Step_1:設(shè)計(jì)網(wǎng)點(diǎn)模板;

　　為了實(shí)現(xiàn)網(wǎng)點(diǎn)模板的歸一化，我們將模板設(shè)計(jì)成一個(gè)半徑為R的圓，如圖(五)所示，在加網(wǎng)坐標(biāo)XOY中定義，得其數(shù)學(xué)方程為

　　該方程的函數(shù)值表示了當(dāng)前坐標(biāo)(x,y)距離圓心的長(zhǎng)度。由于灰度圖像由256個(gè)等級(jí)構(gòu)成，我們將模板圓的半徑R等分為256級(jí)，那么函數(shù)F(x,y)的值就間接反映了坐標(biāo)(x,y)處的灰度等級(jí);

　　Step_2:確定象素縱坐標(biāo)U，初始化為0;

　　Step_3:如果縱坐標(biāo)U超出圖象下邊界，轉(zhuǎn)Step_10;

　　Step_4:確定象素橫坐標(biāo)V，初始化為0;

　　Step_5:如果橫坐標(biāo)V超出圖象右邊界，轉(zhuǎn)Step_9;

　　Step_6:將象素坐標(biāo)(U,V)以圖象左上角為原點(diǎn)，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45度得到新坐標(biāo)(X,Y);

　　坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)公式：X = U×cos45 + V×sin45;

　　Y = V×cos45 - U×sin45;

　　將新坐標(biāo)(X,Y)代入Step_1中的歸一化網(wǎng)點(diǎn)函數(shù)F(x,y)，并根據(jù)函數(shù)值求出在坐標(biāo)XOY中象素坐標(biāo)(U,V)處的灰度等級(jí)Grade;

　　Step_7:用象素坐標(biāo)(U,V)處的原稿實(shí)際灰度值與Grade進(jìn)行比較，如果原稿實(shí)際灰度值大于等于Grade，那么該處置為白，否則置為黑;

　　Step_8:V++，轉(zhuǎn)Step_5;

　　Step_9:U++，轉(zhuǎn)Step_3;

　　Step_10:加網(wǎng)完成。

　　Step_11:加網(wǎng)后的圖象為二值圖，圖象每個(gè)象素點(diǎn)的象素值為1或0，對(duì)應(yīng)運(yùn)動(dòng)控制卡的雕刻掃描數(shù)據(jù)。

　　6結(jié)論

　　該方案能方便的實(shí)現(xiàn)激光雕刻機(jī)對(duì)彩圖的直接輸出，無(wú)需對(duì)原稿進(jìn)行細(xì)節(jié)休整，如使用PhotoShop對(duì)原稿進(jìn)行勾邊、去色、局部亮度調(diào)整等復(fù)雜的處理。加網(wǎng)后的效果繼承了傳統(tǒng)網(wǎng)點(diǎn)的特點(diǎn)，網(wǎng)點(diǎn)圖的輸出方式確保了圖象的輸出質(zhì)量。