Растрирование цветоделенных изображений

Для получения многокрасочных иллюстраций оригинал сначала разлагают на цветоделенные изображения для четырех основных красок печатного синтеза: голубой, пурпурной, желтой и чер ной, а затем, как описано выше, на отдельные печатающие элементы. Каждое цветоделенное изображение растрируют со своим углом поворота растра. При ненадлежащей ориентации растровых структур может возникнуть интерференция, так называемый муар, который значительно ухудшает впечатление от репродукции (рис. 4.27). В традиционной технологии репродуцирования цветоделенные изображения для трех хроматических красок развернуты друг к другу на 30º. При четырехкрасочной печати для самой светлой краски, т.е. желтой, оптимальным углом наклона является 15º по отношению к пурпурной или голубой краскам (рис. 4.28,а). Тем самым можно почти полностью предотвратить возникновение видимой муаровой сетки, причиной которой является периодическая структура цветоделенных изображений. Однако муар, возникающий из-за взаимодействия растровой структуры с периодической структурой самого изображения, невозможно полностью исключить как помеху для зрительного восприятия репродукции. Несмотря на оптимальные углы поворота, уменьшающие интерференционные эффекты (муар), на цветных участках равномерного тона все же возникают розетки (рис. 4.28,в). Образование розеточной структуры зависит также и от позиционирования цветоделенных изображений относительно друг друга. Колебания приводки краски в печатном процессе могут приводить к изменению формы розеток. Также верно и то, что чем выше линиатура растра, тем структура муара становится менее заметной. В современной цветной репродукции в большинстве работ используется линиатура 60 лин/см. Для оригиналов с четко выраженной тонкой собственной структурой (например, ткань или филигранный узор) возможно появление объектного муара, который практически невозможно устранить. Высоколиниатурные растры (до 150 лин/см), которые иногда применяются для воспроизведения супермелких деталей, хотя и позволяют уменьшить эффект муара, но все же не всегда могут его предотвратить. Использование высоколиниатурных структур связано с высокими требованиями к технологии репродуционных процессов и печати.

 

Рисунок 4.27 - Эффект интерференции (муар) при наложении двух периодических структур под малым углом друг к другу

 

Рисунок 4.28 - Образование розеток на растровом многокрасочном оттиске:

а поворот относительно друг друга растрированных цветоделенных изображений с образованием розеток;

б изменение геометрии розеток как особое проявление муара (для наглядности цветоделенные изображения отпечатаны одной и той же краской)

Формы растровых точек

Во времена использования обычной аналоговой технологии репродуцирования в целях стандартизации, уменьшения непрогнозируемого растискивания растровых точек, оптимизации стабильности цветовоспроизведения экспериментировали с различными формами растровых точек. В основном различают следующие формы растровых точек:

• круглая;

• квадратная;

• цепеобразная;

• эллиптическая.

Было практически невозможно установить идеальную форму растровой точки, так как условия ее использования и технологические возможности часто не совпадали. Может оказаться, что растрирование с использованием квадратных растровых точек, выполненное в системе А, приведет к лучшему результату в печатном процессе, чем растрирование по системе В. Однако система В создает лучшую систему цепеобразных точек. Отличия в качестве репродукции являются не только следствием применяемых алгоритмов растрирования, базирующихся на различном программном обеспечении, используемом в цифровых процессах растрирования. Отличия в полученном качестве связаны также и с техническими характеристиками компонентов аппаратного обеспечения, применяемого для экспонирования растровых изображений.

Рисунок 4.29 - Воспроизведение полутонов при амплитудно-модулированном (АМ) и частотно-модулированном (ЧМ) растрировании

 

Рисунок 4.30 - Сравнение амплитудно-модулированного и частотно-модулированного растрирования:

а амплитудно-модулированное (автотипное) растрирование;

б частотно-модулированное (стохастическое) растрирование (IFRA)

Способы растрирования

Имитировать полутона можно по-разному. Используют различные способы модуляции.

Амплитудная модуляция. При так называемом растрировании амплитудной модуляцией (автотипном растрировании с применением периодической структуры) отдельные растровые точки расположены на одинаковом расстоянии друг от друга, однако имеют различный диаметр (или различную площадь растровой точки при другой ее форме). Этот подверженный муару способ растрирования уже был описан выше.

Частотная модуляция. При растрировании с использованием частотной модуляции (ЧМ) отдельные растровые точки имеют одинаковый диаметр и расположены на различном расстоянии одна от другой (растрирование с формированием нерегулярной структуры). При преобразовании полутонов оригинала по методу частотной модуляции количество и размер точек (в так называемой растровой ячейке) и расстояние между ними должно устанавливаться. Это можно осуществить по различным алгоритмам. Обычно для определенного уровня тона расстояние от точки к точке разное и распределено по случайному закону.

По этой причине ЧМ-растрирование называется случайным или стохастическим растрированием. На рис. 4.29 представлены оба способа – АМ- и ЧМ-растрирование. Пример однокрасочного изображения, приведенный на рис. 4.30, показывает, что при использовании растровых точек одинаковой формы и минимально возможных размеров ЧМ-растрирование обеспечивает лучшую передачу мелких деталей, чем АМ-растрирование. При этом в технологическом процессе должно быть обеспечено надежное воспроизведение всех без исключения растровых точек малых размеров.

Сравнение АМ- и ЧМ-растрирования представлено на рис. 4.31 на примерах воспроизведения полутоновых изображений. Очевидно, что ЧМ-растрирование обеспечивает получение более высокого разрешения. Благодаря использованию случайного, стохастического растрирования можно избежать возникновения розеток.

Физическое описание методов амплитудного и частотного модулирования дается на рис. 4.32. При автотипном растрировании информация об изображении передается посредством амплитуды, т.е. размером растровой точки (модуляция является амплитудной, поскольку информация об изображении кодируется амплитудой периодической пространственной частоты). При стохастическом, или частотно-модулированном, растрировании информация об изображении кодируется изменением частоты следования импульсов, т.е. расстояниеи между растровыми точками.

Рисунок 4.31 - Деталь цветной фотографии при ее обычном (АМ) и стохастическом (ЧМ) растрировании в многокрасочной печати (AGFA)

Рисунок 4.32 - Передача градации растровыми величинами:

а амплитудная модуляция;

б частотная модуляция

 

Гибридное растрирование.

Существует также гибридная технология растрирования полутоновых оригиналов. При этом как АМ-, так и ЧМ-растрирование применяются в зависимости от сюжетного содержания оригинала. Возможный алгоритм базируется на решении, в соответствии с которым воспроизведение очень светлых и очень темных тонов осуществляется с использованием ЧМ-растрирования, а остальной диапазон полутонов воспроизводится посредством АМ-растрирования (рис. 4.33). На рис. 4.34 приведены основные варианты различных распределений и комбинаций растровых точек.

Рисунок 4.33 - Способ комбинированного растрирования: комбинация АМ- и ЧМ растрирования (способ Samba-Screen, Barco)

 

Рисунок 4.34 - Варианты точечных структур и воспроизведение ступеней градации

 

Модуляция интенсивности.Выше считалось, что передача полутонов осуществляется исключительно изменением площади растровых точек и/или расстояния между ними и что толщина красочного слоя на поверхности запечатываемого материала во всех точках одинакова (не считая небольших технологических отклонений в печати). Для способов печати, в которых количество краски, переносимой на бумагу, можно изменять от точки к точке, значение градации варьируется также толщиной красочного слоя, его оптической плотностью. Величина градации зависит от площади растровой точки и толщины красочного слоя. Это возможно в глубокой печати с изменением глубины печатных элементов или в бесконтактных способах, таких, как электрофотография или струйная печать. В противоположность показанному на рис. 4.29, данный метод иллюстрируется рис. 4.35. Комбинируя АМ- или ЧМ-растрирование с модуляцией интенсивности, возможно расширить цветовой охват репродукции, а сочетание ЧМ-растрирования с модуляциями плотности оптимизирует процесс в отношении передачи мелких деталей и цветовоспроизведения.

Цифровое растрирование

Под цифровым растрированием понимают алгоритмический процесс воспроизведения полутонового изображения малыми бинарными точечными элементами. Как следствие, такие современные технологии, как «Компьютер – фотоформа», «Компьютер – печатная форма» и «Компьютер – печать», действительно, не имеют ограничений, связанных с использованием разнообразных растровых структур. В цифровом растрировании растровые точки состоят из от одельных малых элементов (элементы изображения – «пикселы»). Рис. 4.36 поясняет цифровое представление растровых точек. Чем выше разрешающая способность выводного устройства (фотовыводное устройство «Компьютер – фотоформа», оборудование для технологии «Компьютер – печатная форма» или для системы «Компьютер – печать»), тем точнее можно воспроизвести форму растровой точки.

Только с развитием цифровых технологий обработки изображений появилась возможность широкого использования ЧМ-растрирования. Наименьший элемент, который позволяет сгенерировать и позиционировать выводное устройство, может служить, например, точкой для ЧМ-растрирования. Значение тона в этом случае формируется расстоянием между точками в пределах растровой ячейки (рис. 4.37). Согласно алгоритму ЧМ (стохастического) -растрирования, отдельные точки в различном их количестве и различными способами объединяются в группы (кластеры).

На рис. 4.38 приводится другой пример сравнения АМ- и ЧМ-растрирования. На обоих рисунках растровые точки строятся цифровым методом и состоят из отдельных элементов при одном и том же разрешении.

В фотомеханическом растрировании количество градаций серого, приходящееся на растровую ячейку, зависит от воспроизводимости изменений размеров растровых точек. Для структуры с линиатурой 60 лин/см можно предположить, что имеется приблизительно от 70 до 100 различных размеров/площадей (это означает, что диаметр точек изменяется с шагом, примерно, от 1 до 2 мкм).

 

Рисунок 4.36 - Структура «цифровых» растровых точек:

а моделирование аналоговой растровой точки из пикселей цифровым способом с различным разрешением

в записи в (dpi));

б передача градаций

 

Рисунок 4.35 - Модуляция оптической плотности посредством изменения толщины красочного слоя

 

Когда растровая точка составляется из отдельных пикселей, количество уровней градации определяется размером растровой ячейки, внутри которой воспроизводятся уровни градации оригинала (при линиатуре растра L в линиях на сантиметр или линий на дюйм), а также разрешением А (в dpi, т.е. точках на дюйм), с которым можно позиционировать отдельные элементы.

Согласно рис. 4.39, количество элементов N на растровую ячейку (уровней серого) определяется линиатурой растра L и адресностью А. N=(А/L)2 (например, N=64 для L=150 dpi и А=1200 dpi). Поскольку растровая ячейка может содержать максимально N пикселей, а также с учетом значения тона «пробела» (незапечатанной ячейки), можно считать, что всего в диапазоне от 0 до 100% возможно сформировать N + 1 уровень градации (т.е. при N = 64 интервал оптических плотностей составляет 1,56). При этом предполагается, что отдельные элементы растровой ячейки полностью пропечатываются и имеют только два состояния – запечатанное и незапечатанное, т.е. черное или белое.

Пример, в котором отдельные растровые точки можно передавать разной оптической плотностью (рис. 4.35), в частности не двумя, а пятью ее уровнями (g = 5), показан на рис. 4.39. Таким образом, значительно увеличивается число градаций, передаваемых элементарной растровой площадкой. Растрирование с линиатурой 150 lpi (линий на дюйм) и разрешением вывода 1200 dpi при бинарной записи (g=2) обеспечивает передачу 65 градаций (g=65). Однако, в случае записи каждого элемента пятью уровнями градаций (g=5), общее число, приходящееся на растровую ячейку, становится равным 257, что зна-

чительно улучшает воспроизведение тонового диапазона. Если в структуре изображения нет слишком мелких деталей, то возможно выполнять обработку изображения при меньших разрешениях. При работе с пятью уровнями (g = 5) возможно при разрешении лишь 600 dpi получить такое же число уровней градации на растровую ячейку (64), как и при разрешении 1200 dpi и использовании только двух уровней (g = 2) на элемент.

 

Рисунок 4.37 - Цифровое растрирование:

а 12,5% – растровая величина при АМ- и ЧМ- растрировании (разрешение 1200 dpi);

б 25% – растровая величина при различных алгоритмах для ЧМ-растрирования (указаны производители и наименования продукции, а также диаметр отдельной точки) (IFRA)

 

В процедуре доминирующего в полиграфии языка описания страниц PostScript для амплитудно-модулированного растрирования указываются три рассмотренных выше параметра: линиатура, поворот растровой структуры и форма растровой точки. Форма растровой точки описывается «функцией точки» и исходно принимается круглой.

Теоретически при частотно-модулированном растрировании площадь изображения не разделяется на элементарные растровые площадки. Из практическихже соображений при ЧМ-растрировании элементарные площадки часто определяются в самой компьютерной системе, при этом распределение отдельных точек в отдельных ячейках является случайным.

 

Рисунок 4.38 - Сравнение амплитудно-модулированного растрирования (АМ) с частотно-модулированным (ЧМ) (AccuTone, R. R. Donnelley)

 

 

Рисунок 4.39 - Связь между линиатурой, адресностью и числом градаций при цифровом растрировании и построении изображения

 

Чтобы избежать сложного математического анализа окрестных значений градации и, таким образом, сократить затраты машинного времени, формируют элементарные отдельные растровые площадки со случайным распределением точек. Однако периодичность обуславливает опасность возникновения муаровой картины.

Важнейшей качественной особенностью способа ЧМ-растрирования, возможно, является наличие в растровом изображении более естественных, плавных градационных переходов. При случайном расположении элементов отдельных точек не возникают нежелательные скопления точек (конгломераты), которые могут восприниматься глазом наблюдателя как помехи. Действительно, отдельные элементарные точки при нормальном расстоянии рассматривания являются достаточно мелкими и для большинства наблюдателей невидимыми. И наоборот, отдельные конгломераты точек в большинстве случаев немедленно детектируются глазом и выглядят как ложные узоры.

В век цифровых экспонирующих устройств АМ-растрирование с формированием точек больших размеров из маленьких отдельных элементов можно рассматривать как реликт из мира аналоговой фотографической репродукционной технологии. Именно ЧМ-растрирование следует рассматривать как идеальный способ современной цифровой репродукционной технологии. Однако на практике еще пока преобладает АМ-структура изображения. Это позволяет, например, при копировании печатных форм работать с растровыми точками максимально возможных размеров и вести формный процесс со значительно большими допусками. Из-за малых размеров растровых точек ЧМ-структура более чувствительна к влиянию помех. ЧМ-структура изображения обычно приводит к улучшению плавности передачи полутонов, однако из-за использования отдельных точек уменьшенных размеров эти изменения могут оказывать отрицательное влияние на стабильность кривых градационной передачи. Преимущество ЧМ-растрирования заключается в том, что колебания приводки красок, в особенности на равномерных многокрасочных участках, предотвращают цветовые отклонения или делают их пренебрежимо малыми.

 

Контроль качества

Методы оценки

Качество печати в большой мере зависит от подготовки, выполненной на допечатной стадии, способа печати, применяемого оборудования, а также свойств материалов, используемых для изготовления печатной продукции, в первую очередь от характеристик бумаги и красок. Качество конечной печатной продукции зависит и от послепечатной обработки. Качество оттиска (одно- или многокрасочного) или печатного оттиска, содержащего растровое, штриховое изображение и текст одновременно, определяется точностью цвето- и тоновоспроизведения, передачи мелких деталей, а также точностью приводки в многокрасочной печати и свойствами поверхности отпечатанного изображения всей печатной полосы или печатного листа (рис. 4.40).

На нем представлены процессы, технологические параметры и факторы, влияющие на качество печати. Эти параметры должны быть определяемыми и измеряемыми. В метрологическом контроле используются соответствующие измерительные приборы. Большинство таких приборов применяется со специальными тест-объектами (оценочными тест-объектами/шкалами), полученными на оттиске вместе с основным изображением.

Кроме этого, качество репродукции контролируется визуально. Для проведения визуального контроля установлены минимальные требования к условиям освеще ния и рассматривания (ISO 3664). Субъективная визуальная оценка привносит в суждение о качестве изображения психологический момент. В зависимости от назначения оттисков, содержания изображения и его структуры используют различные критерии оценки. Только инструментальная оценка обеспечивает объективное и по возможности автоматизированное управление качеством печати. Одним из важнейших параметров качества является цветовоспроизведение.

Цвет репродукции измеряется для того, чтобы едва заметные различия между оригиналом, пробным и тиражным оттисками свести к минимуму или обеспечить постоянство качества в пределах всего тиража.

 

Рисунок 4.40 - Факторы и параметры, влияющие на качество печати

 

Измерения цвета

 

Для измерения цвета в полиграфии применяются денситометрические и во все большей степени – колориметрические методы и приборы. В то время как колориметрические измерения базируются на учете зрительного восприятия, денситометрические измерения основаны на оценке толщины красочного слоя, а обработка измеренных значений согласуется со зрительным восприятием/чувствительностью по светлоте/насыщенности.

Измерение оптической плотности широко распространено. Для этой цели существуют надежные измерительные приборы. Так, денситометром определяются не только оптические плотности, но также и параметры растровой печати, такие как растискивание и относительный контраст печати. Тот факт, что посредством измерений возможно определить красовосприятие (захват) краски материалом, имеет исключительное значение в технологии многокрасочной печати.

Денситометрия

В многокрасочных машинах краскоподача в каждой печатной секции должна контролироваться и регулироваться отдельно. Так как в растровом изображении имеет место наложение нескольких красок, то визуальная и инструментальная оценки отдельных красок на самой репродукции относительно сложны. На сигнал, измеряемый от одной краски, влияют другие краски, что ограничивает точность измерений. Поэтому, наряду с основным изображением, на обрезном поле печатного листа принято печатать цветные шкалы, измерительные поля которых соответствуют определенным краскам (рис. 4.41). Такие контрольные шкалы получили широкое применение на практике и наносятся по всей ширине печатного листа, при этом отдельные поля располагаются так, что соответствуют зонам подачи краски. Это обеспечивает возможность целенаправленного управления ее подачей.

Плотности полей шкал на оттиске контролируют посредством денситометра. По значениям плотностей легко могут быть определены изменения в подаче краски. Как показано на рис. 4.42, тест-объект содержит элементы со сплошными и растровыми полями, шкалу контроля баланса по серому цвету и цвету двух-, трехкрасочных наложений красочных плашек. Оптическая плотность D определяется логарифмическим соотношением (рис. 4.43):

D = log 1/β= log I₀/I.

Коэффициент отражения β равен отношению интенсивности света I, отраженного от красочного слоя, к отражению I0 от участка незапечатанной бумаги. С увеличением толщины красочного слоя коэффициент отражения β уменьшается. Для того, чтобы получить данные измерений пропорциональные изменению толщины красочного слоя, при расчете оптической плотности сначала находят обратную величину I/β а затем вычисляют ее логарифм. Как известно, отрицательный логарифм отражения (пропускания) моделирует нелинейность зрительного восприятия.

 

Рисунок 4.41 - Контрольная шкала печатного процесса с полями для измерения цвета

 

Рисунок 4.42 - Примеры полей для измерения цвета (размер поля, например 5х6 мм)

 

На рис. 4.43 приведен пример изменения оптической плотности от толщины красочного слоя. Перед началом работы измерительный прибор калибруется обычно по подложке (белая бумага) для установки нулевого значения плотности («0»). Для «абсолютной» калибровки используют специальный стандартизированный эталон, например, сульфат бария. Он применяется для того, чтобы можно было производить сравнения измерений, выполненных на различных устройствах, независимо от запечатываемых материалов. Для измерений на оттисках, выполненных различными цветными печатными красками, на пути хода лучей от данного источника света в денситометре размещают светофильтры. Цветные фильтры согласованы со спектральными характеристиками триадных красок (СМYК). Максимум пропускания цветных светофильтров должен находиться в зоне, соответствующей минимуму отражения измеряемой краски. Таким образом, светофильтры пропускают свет, дополнительный к цвету выделяемой краски (например, синий светофильтр – для желтой краски, зеленый – для пурпурной, а красный – для голубой краски). Это приводит к высоким значениям измеряемых величин и к оптимальной чувствительности приемника к изменениям толщины красочного слоя. Светофильтры, установленные в различных измерительных приборах, стандартизированы. Денситометрические измерения цвета привели к появлению термина «цветоделенная плотность» в противоположность известному «оптическая» плотность, которая оценивается без использования светофильтров (преимущественно измеряются черные краски). Но и здесь очень часто работает так называемый фильтр видности, или зеленый светофильтр, применяемый для пурпурного цвета.

Для с пециальных (внетриадных) красок в денситометре не предусмотрено никаких подходящих светофильтров. Остается проводить измерения за светофильтром, дающим наибольшее значение плотности.

На рис. 4.44 приведены характерные для многокрасочной офсетной репродукции кривые изменения плотности красочного слоя реальных печатных красок в зависимости от его толщины. Денситометры пригодны также для измерения спектральной плотности. С этой целью они снабжаются специальными узкозональными светофильтрами (например, с шириной полосы 30 нм), что улучшает сопоставимость показаний различных приборов именно по спектральной плотности. Обычно при денситометрическом считывании используют измерительную апертуру (отверстие) диаметром порядка 3 мм.

 

 

Рисунок 4.43 - Принцип построения денситометра для измерения оптической плотности

 

 

Действие поляризационных фильтров.С помощью денситометров можно измерять как сухие, так и еще сырые красочные слои. Для последних характерна относительно гладкая, глянцевая поверхность. При высыхании красочный слой в какой-то мере принимает неравномерную шероховатую структуру поверхности бумаги и теряет первоначальный глянец. Если провести измерения сначала по сырому, а затем по сухому слою, то результаты измерений будут различными (величина измеренной плотности по сырому слою будет выше, чем по сухому слою).

Для того, чтобы компенсировать такое рассогласование, на оптическом пути устанавливаются два линейных поляризационных фильтра со скрещенными плоскостями (рис. 4.43). Из распространяющихся во всех направлениях световых волн поляризационные фильтры пропускают волны только одного направления.

Часть световых лучей, прошедших через первый поляризационный фильтр, зеркально отражается красочным слоем, т.е. без изменения направления их распространения. Второй поляризационный фильтр повернут по отношению к первому на 900, так что зеркально отраженные световые лучи им не пропускаются (рис. 4.45). Зеркально отраженный свет, таким образом, из измерений исключается. Однако, если лучи света проникают в красочный слой и отражаются либо от него, либо от запечатываемого материала, то они теряют свою поляризацию. Следовательно, эти лучи частично пройдут через второй поляризационный фильтр и попадут на фотоприемник (рис. 4.43). Таким образом, путем исключения части света, зеркально отраженной от слоя сырой краски, достигают примерного равенства результатов измерений «по сырому» и «по сухому». Другими словами, сырой слой невысохшей краски с большим глянцем дает такие же показания, как если бы он был уже сухим.

Благодаря поглощению поляризационного фильтра на фотоприемник попадает уменьшенная отраженная составляющая, что приводит к несколько более точным измеряемым значениям.