1 引言

　　在數(shù)字化的時代，圖象輸出前圖文信息處理是古老的印刷技術當中發(fā)展迅速的領域之一。特別是近20年內，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，但以網點大小或疏密來體現(xiàn)圖象的層次變化的理念貫穿始終。長期以來，圖象加網的實現(xiàn)手段從手工、照相、電子演變到全數(shù)字化處理。在加網技術數(shù)字化以后，各類加網算法不斷推陳出新，除對調幅加網和調頻加網技術進一步完善以外，還出現(xiàn)了調幅和調頻混合加網技術。這些技術進展不僅提高了圖象復制的品質，而且促進了柵格圖象處理工作(Ripping)的高效運行。隨著激光設備的出現(xiàn)與運用，近年來以激光機為輸出媒體對彩色圖象進行灰度輸出開始應用于工藝品加工領域。如何再現(xiàn)原稿的層次和階調特性成為激光灰度雕刻的核心。

　　2 基本原理

　　激光機是二值輸出設備(開光、關光)，因此彩色位圖也需要轉化為二值圖后，才能通過激光機輸出。圖象的二值化過程也就是給位圖掛網的過程。

　　在對位圖掛網之前，首先需要將彩色位圖轉化為灰度圖，并在計算機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占用大量的內存空間，卻大大方便了掛網過程中的坐標轉化。

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

　　假設我們需要通過激光機輸出一幅分辨率為100×100的數(shù)字圖象，輸出尺寸定為10×10(mm);再設激光機的分辨率為50(脈沖/毫米)。那么可算得激光機在輸出平面內輸出的圖象實際上是由500×500(脈沖)的脈沖矩陣構成的。則數(shù)字圖象的每一個象素點對應脈沖矩陣中一個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脈沖點是否開光，便能完成掛網，形成不同大小的網點和加網角度。

　　通過上面的分析，實際上我們可以將上述過程看成是：將數(shù)字圖象在x、y方向上同時放大了5倍，也就是說灰度圖的一個灰度值為a的象素點放大成了一個5×5的象素點陣，并且該象素點陣的每個象素點的象素值都為a。那么對放大后的數(shù)字圖象進行二值化處理后，數(shù)字圖象的每個象素點的象素值只有1或0兩種狀態(tài)，也就對應了構成輸出圖象的每個脈沖點開光或關光兩種狀態(tài)。

　　3 不同大小網點的生成方法

　　(為說明方便，假設加網角度為0度)

　　網點大小受圖像灰度值的調制，若該區(qū)域的平均象素值越高，映射生成的網點越小，反之，生成的網點就越大。

圖1

圖2

　　圖一為原稿轉化為灰度圖并放大后的一片象素點陣區(qū)域，每個小方格表示數(shù)字圖象的一個象素點，設得該區(qū)域的象素平均值為a。圖二為設計好的網點模版，其大小與分割出的矩形區(qū)域完全一致，每個小方格中的數(shù)字代表了網點的生長順序，由圖可知該網點模版能夠反映13+1個灰度等級。

　　如果a值滿足7級灰度值，那么該區(qū)域映射成的網點形狀為：

圖3

圖4

　　即是，對應網點模板中相應位置，凡是小于等于原始圖像灰度值的位置都暴光。根據(jù)這種網點生長規(guī)律，便能生成不同大小的網點。

　　4 加網角度對視覺效果的影響

　　我們先來看一下單一網點排列和當它足夠粗糙時對人眼的視覺效果。當加網角度為0時，人眼能看清每一個網點排成行;當加網角度為15度時可能會看得更清晰;當加網角度為45度時，人腦引起的混亂使人眼對行的印象變得模糊，點還能看得見，但線看不出來，這就是為什么黑白圖像的網點總是設在45度的原因。通常認為，45度的加網角度對視覺最舒服，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度的視覺效果最差，雖然也穩(wěn)定，但也最呆板。

　　5 45度加網

　　為達到好的視覺效果，必須以一定角度對放大后的圖象進行加網，網點模板所能反映的灰度等級也不能過低，否則在輸出圖象上就會出現(xiàn)灰度等高線。

　　45度加網算法的實現(xiàn)步驟：

　　(從圖象的左上角開始計算)

　　坐標定義如下：

　　實現(xiàn)步驟：

　　Step_1:設計網點模板;

　　為了實現(xiàn)網點模板的歸一化，我們將模板設計成一個半徑為R的圓，如圖(五)所示，在加網坐標XOY中定義，得其數(shù)學方程為

　　該方程的函數(shù)值表示了當前坐標(x,y)距離圓心的長度。由于灰度圖像由256個等級構成，我們將模板圓的半徑R等分為256級，那么函數(shù)F(x,y)的值就間接反映了坐標(x,y)處的灰度等級;

　　Step_2:確定象素縱坐標U，初始化為0;

　　Step_3:如果縱坐標U超出圖象下邊界，轉Step_10;

　　Step_4:確定象素橫坐標V，初始化為0;

　　Step_5:如果橫坐標V超出圖象右邊界，轉Step_9;

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

　　坐標旋轉公式：X = U×cos45 + V×sin45;

　　Y = V×cos45 - U×sin45;

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

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

　　Step_8:V++，轉Step_5;

　　Step_9:U++，轉Step_3;

　　Step_10:加網完成。

　　Step_11:加網后的圖象為二值圖，圖象每個象素點的象素值為1或0，對應運動控制卡的雕刻掃描數(shù)據(jù)。

　　6結論

　　該方案能方便的實現(xiàn)激光雕刻機對彩圖的直接輸出，無需對原稿進行細節(jié)休整，如使用PhotoShop對原稿進行勾邊、去色、局部亮度調整等復雜的處理。加網后的效果繼承了傳統(tǒng)網點的特點，網點圖的輸出方式確保了圖象的輸出質量。