Диссертация (1095031), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Этот сигнал будет формировать изображение в микрокапсулах.Рисунок 3.6 — Визуальное представление управляющего сигнала на электродахдисплея после дискретизации и сглаживанияСлой микрокапсул моделируется с помощью кругов заданного размера сминимальным пространством между ними. Это является задачей комбинаторной геометрии о заполнении пространства не пересекающимися кругами заданного радиуса и ее решением является размещение центров кругов в вершинахправильных шестиугольников. Далее в зависимости от положения центра кругаотносительно электрода дисплея, каждому кругу присваивается соответствующий уровень тона от 0 до 15 [57].На рисунке 3.7 изображен основной управляющий электрод дисплея, формирующий изображение, 8 частей соседних управляющих электродов, также частично воздействующих на воспроизведение.
В поле зоны воздействия выделены точками и пунктирными линиями. Если центр круга попадает в зону, обозначенную точками, то светлота данного круга соответствует уровню сигналаосновного электрода. Если в зону, обозначенную пунктиром, то светлота круга рассчитывается усреднением значений уровня сигнала основного электрода итрех смежных, в других случаях светлота рассчитывается усреднением значенийуровней сигнала основного электрода и одного смежного.Таким образом формируется изображение, моделирующее воспроизведение края полуплоскости на электронной бумаге (рис. 3.8).Поскольку при ранее проведенной экспериментальной оценке ФПМ использовалось положение края под углом 5.7 градусов, то при моделированиикрая полуплоскости использован аналогичный угол.
Далее поворотом полученного изображения на угол в 5.7 градусов в обратную сторону, выполненным в54Рисунок 3.7 — Зоны определяющие воздействие электродов на микрокапсулыРисунок 3.8 — Итоговое изображение воспроизведения края полуплоскости наэлектронной бумаге, полученное при моделированиипрограмме Matlab по алгоритму билинейной интерполяции, формируется вертикальный край полуплоскости. Затем расчетом средних значений пикселей постолбцам матрицы изображения получаем краевую функцию, дифференцированием краевой функции получаем функцию размытия линии (ФРЛ).
Абсолютныезначения быстрого преобразование Фурье ФРЛ (3.1) дают ФПМ. Расчет проводим в программной среде Matlab.ФПМ = |DFT [ФРЛ] |,dКФ,ФРЛ =dx(3.1)где ФПМ — функция передачи модуляции, ФРЛ — функция размытия линии, DFT — дискретное преобразование Фурье. Последовательность расчетапоказана на рисунке 3.9.Получаемая теоретически ФПМ для устройств на основе электронной бумаги в сравнении с ранее экспериментально оцененной ФПМ для устройства55Рисунок 3.9 — Последовательность расчета ФПМ1 — исходное изображение, 2 — повернутое изображение для формированиявертикального края полуплоскости, 3 — функция размытия края полуплоскости,4 — функция размытия линии, 5 — ФПМсо свойствами, аналогичными принятыми при расчете, представлена на рисунке 3.10.Сравнение показывает, что теоретически при условиях, соответствующихусловиям экспериментального измерения ФПМ, возможно получить ФПМ, превышающую экспериментально полученную.
Но этот результат учитывает толькоодин возможный вариант размещения информации на электронном носителе. Вдействительности на функцию передачи модуляции электронной бумаги могутвлиять и такие факторы, как угол наклона края полуплоскости и его смещениеотносительно управляющего электрода.Была проведена оценка ФПМ методом моделирования и экспериментальная оценка ФПМ полуплоскости под углом поворота 0 или 90 градусов, ипри смещении края полуплоскости с шагом 1/10 ширины элемента управления(рис. 3.11), а также при различных углах поворота (рис. 3.12). Они показалипринципиальное соответствие результатов моделирования и экспериментальныхданных, а также наличие дополнительных факторов снижения ФПМ в реальномустройстве [3].Разработанная модель воспроизведения информации УЭБ и экспериментальная проверка выводов модели показали:56Рисунок 3.10 — Получаемые теоретически и экспериментально функцияпередачи модуляции.
1 — экспериментальные данные, 2 — теоретическиеданныеРисунок 3.11 — Функции передачи модуляции при угле поворота 0◦ и 90◦ и присдвиге на 1/10 элемента управления: a — модель, б — Kobo Aura H2O (Carta),1 — 0, 2 — 0.5, 3 — 0.71. Существует зависимость воспроизведения информации от угла расположения воспроизводимой детали относительно сетки управляющих электродов, атакже зависимость от смещения границы воспроизводимой детали относительно центра управляющего электрода. Эта зависимость очень существенна длянаклона воспроизведения детали 0◦ и 90◦ , но малозначима при других углахповорота.57Рисунок 3.12 — Функции передачи модуляции при изменении угла наклона краяполуплоскости: a — модель, б — Kobo Aura H2O (Carta)2. Рассчитанные по модели ФПМ и экспериментально полученные результаты хорошо коррелируют в части выявленных при моделировании вышеуказанных зависимостей.
Однако существуют количественные отличия, которые показывают насколько более низкие значения экспериментально полученных ФПМсравнительно с расчетными, потерю высокочастотного подъема ФПМ, предсказанного моделью при 0◦ и 90◦ . Это отличие может быть объяснено наличиемдополнительных факторов, не учитываемых в модели — рассеянием излученияна капсулах, других слоях многослойной системы отображения информации.3.
В соответствии с моделью, обычное расположение штриховых элементов шрифтовых знаков, при котором большая часть основных и соединительныхштрихов расположена под углами 0◦ и 90◦ , может быть причиной отклоненияоднородности воспроизводимых штрихов. Как перспективу в разработке УЭБможно рекомендовать создание дисплеев с расположением управляющих электродов по углом 45◦ . Аналогичные решения уже рассматривались для исполнения матриц цифровых фотоаппаратов [58; 59].583.3Флуктуационные параметры УЭБДругим структурным параметром, который может влиять на воспроизведение информации, являются флуктуационные параметры электронной бумаги,оцениваемые на равномерном поле — шумы.Целью является разработка метода и получение числовой характеристикишума электронной бумаги.Задачи:– предложить метод оценки параметров шума в изображении, воспроизведенном на электронной бумаге;– по выбранному методу получить данные для нескольких устройств чтения на основе электронной бумаги;– провести сравнительный анализ шумов для разных электронных бумаг;– сделать выводы о возможном влиянии шумов на воспроизводимую информацию в УЭБ.Для решения поставленных задач был создан тест-объект — страницакнижного издания в формате PDF, которая содержит 3 поля размером 15 на 15мм: черное, серое и белое.
Тест-объект воспроизводился на электронной бумаге(делалось несколько повторных воспроизведений страницы, чтобы исключитьвлияние остаточного изображения) и каждое поле фотографировалось по трираза в условиях, аналогичных условиям при получении фотографий для оценкифункции передачи модуляции (раздел 3.1). Многократная съемка одного полянеобходима для исключения из получаемого изображения шумов, вносимых самим фотоаппаратом, с помощью усреднения значений.Исходя из центральной предельной теоремы, можно предположить, чтошум в реальной системе описывается нормальным распределением, которое задается μ — средним значением и σ — среднеквадратичным отклонением. Вместес тем дискретная структура управляющих элементов может стать причиной наличия периодической составляющей в структуре шума.Изучение гистограмм полученных изображений подтвердили гипотезу онормальном распределении (рис.
3.13).По полученным изображениям производился расчет значения среднейсветлоты, среднеквадратичного отклонения, однородности [60].59Рисунок 3.13 — Гистограмма изображения серого поля, воспроизведенного наустройстве KoboИтоговые значения приведены в таблице 3.1.
Результаты показывают, чтонаименьшие отклонения по светлоте и наибольшая однородность у черного поля— это действительно для всех устройств. Для серых и белых полей среднеквадратичные отклонения выше, а однородность ниже, чем для черного поля, но приэтом между собой они близки. При изучении микрофотографий было установлено, что причины ухудшения воспроизведения на сером и белом полях различны.На сером поле однородность падает из-за алгоритма воспроизведения градацийс усреднением по полю, описанного в разделе 2.1. Белое поле имеет меньшуюоднородность за счет дефектов микрокапсул и неоднородности их отражательной способности.Следующим этапом изучения шумов является оценка их спектральной характеристики.
При помощи дискретного Фурье- преобразования были полученыспектры изображений полей. По полученным спектрам можно видеть, что шумне имеет периодической составляющей (рис. 3.14).Таким образом, был выбран метод и получены характеристики шума, возникающего при воспроизведении изображений на электронной бумаге. Была выявлена схожесть всех исследованных устройств.
Шум не обладает периодической структурой.По результатам исследования можно сделать вывод, что шумовые параметры УЭБ не вносят заметных ограничений в воспроизведение информациикнижных изданий.60Таблица 3.1 — Значения характеристикСредняя СреднеквадратичноеУстройствоПолеОднородностьсветлота отклонениеБелое153,36,3200,046Kindle 2013Серое58,26,5540,046Черное25,92,7850,138Белое144,86,4390,045Kindle 2012Серое62,55,9170,050Черное23,32,8880,125Белое150,26,4680,045DigmaСерое73,57,6040,039Черное29,73,8420,087Белое168,37,8680,038Sony PRS -650 Серое52,26,1200,048Черное27,13,9440,092Белое164,16,0990,049KoboСерое95,56,6160,044Черное25,12,7720,130Рисунок 3.14 — Спектр изображения белого поля, воспроизведенного наустройстве Kobo3.4Заключение по третьей главеМодифицирован метод получения ФПМ для электронной бумаги.
Проведена сравнительная оценка ФПМ для электронной бумаги и для печатного воспроизведения, показано, что на данном этапе развития технологии электрон-61ная бумага по параметру размытия деталей изображения существенно уступаетплоской офсетной печати даже на газетной бумаге. Повышение ФПМ можноопределить как необходимое направление в развитии устройств на основе электронной бумаги, без решения которого невозможно применять в этих устройствах в полной мере методы подготовки информации, тождественные методамполиграфии.С целью определения предельных возможностей электронной бумаги повоспроизведению изображений разработана модель воспроизведения края полуплоскости на электронной бумаге и проведена оценка функции передачи модуляции по полученному изображению, оценена зависимость ФПМ от угла поворотаи сдвига воспроизводимой детали относительно управляющего электрода.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
