Что мир ФНА нам готовит?Частотно-модулированное растрирование Экспериментальное сравнение цветопроб
Влияние растровой структуры на воспроизведение цвета - вопрос отнюдь не праздный. Различные компании разрабатывают все новые и новые алгоритмы растрирования, которые призваны свести к минимуму негативное влияние периодических структур на качество печати. Всем известен случай, когда заказчик, сделав аналоговую цветопробу на стороне, приходит в типографию и требует точного повторения цвета, при этом не предоставляя фотоформы. Естественно, ничего не получается или получается, но ценой нечеловеческих усилий и огромного расхода материала. Причина - различные параметры растрирования. Мы опустим такие факторы, влияющие на качество воспроизведения, как несоответствие спектральных характеристик пигментов аналоговых цветопроб и печатных красок, использование принципиально различных способов нанесения изображения на подложку и т.д. В настоящее время в полиграфическом производстве задействовано огромное количество разнообразного оборудования: используются фотонаборные автоматы различных компаний-производителей, цветопробы и т.д. Каждый фотонаборный автомат работает с растрирующим процессором, который, в зависимости от комплектации, может быть более или менее функционален. К функциональности относится не только возможность делать спуск полос, расставлять приводочные и обрезные метки, шкалы и т.д. - на сегодняшний день эти функции для большинства устройств являются стандартными. Наиболее интересными, на наш взгляд, являются возможности использования различных алгоритмов растрирования, форм растровой точки, разрешений записи и задания собственных углов поворота растровых структур для оптимизации цветовоспроизведения и увеличения гибкости производства. Возникает вопрос: насколько необходима такая функциональность и как она влияет на конечный печатный оттиск? Для выяснения воздействия алгоритма растрирования на качество цветопередачи были проведены экспериментальные исследования. В качестве имитации печатного оттиска использовался цветопробный оттиск. Напомним, что принципиально различают всего две группы методик растрирования:
Для начала кратко рассмотрим, чем различаются эти алгоритмы. Понятия "рациональный" и "иррациональный" используются в математике. Рациональными называются числа, которые могут быть представлены в виде правильной дроби, например: 1/4 = 0,25. Иррациональными называются числа, которые могут быть представлены в виде непериодической бесконечной дроби, например: 2 = 1,4142135… Построение растровой точки для всех без исключения растрирующих процессоров основано на определенной математической функции, которая описывает форму растровой точки, например круглую, квадратную или композитную. По этой функции растровым процессором рассчитывается и сохраняется для последующего использования так называемая пороговая матрица, то есть квадратная таблица, заполненная целыми числами или весовыми коэффициентами. Числа определяют порядок заполнения растровой ячейки лазерными пятнами, которые называют микроэлементами. Когда растровому процессору при построении растровой точки необходимо добавить лазерное пятно, он выбирает ячейку пороговой матрицы с максимально доступным значением коэффициента. Поэтому матрица однозначно определяет форму растровой точки для каждой входной величины. Разные матрицы создают разные формы растровой точки. Операции с использованием пороговой матрицы выполняются очень быстро, что является главным преимуществом данного метода. К недостаткам следует отнести зависимость линиатуры растрирования от разрешения экспонирования. Кроме того, практически всегда разрешение по вертикали и горизонтали задается одинаковым. Приращение происходит на целые величины лазерных пятен, отсюда зависимость между линиатурой, разрешением и числом передаваемых градаций серого описывается формулой:
где L - линиатура (лин./см), n - коэффициент, определяющийся числом элементов в строке или в столбце растровой ячейки (например, при 256 градациях серого n = 16, то есть 1616). Максимальное количество градаций ограничено 256 только в PostScript Level 2; в PostScript Level 3 может задаваться до 4096 градаций. Еще одним следствием применения метода пороговой матрицы является требование приведения размера лазерного пятна в соответствие с разрешением. Обычно диаметр пятна выбирается равным размеру диагонали ячейки разрешения. На высоких разрешениях используется малое пятно, на низких - большое. Однако в последнее время многие компании-производители начали отходить от этого решения. Следует принимать во внимание, что чрезмерное увеличение частоты растра вызывает усложнение процессов изготовления фотоформ и печатных форм, а также процесса печати, что приводит к непредсказуемости результата. В офсетной печати, как правило, принимаются следующие значения линиатуры:
Рациональное растрированиеRT-растрирование (Rational Tangent - рациональный тангенс) имеется практически во всех стандартных растрирующих процессорах различных компаний-производителей и базируется на патентах Linotype-Hell. Оно было лицензировано крупнейшими компаниями - производителями программного обеспечения: Adobe, Macromedia и т.д., и поэтому применяется во многих издательских пакетах как обработки графики, так и верстки. Считается, что чем выше разрешающая способность экспонирующего устройства и чем ниже линиатура растра, тем больше получается число градаций серого. Малая разрешающая способность в сочетании с высокой линиатурой растра дает уменьшение градаций серого, что приводит к видимому глазом разрыванию полутонов. Число ступеней градации серого одной растровой точки вычисляется по формуле, в которой число пикселов, или микроэлементов, на 1 см2 делится на число растровых точек в 1 см2:
Это значение - 256 градаций серого - получается также из матрицы 1616 элементов экспонирования. В матрице экспонирования, полученной для заданной разрешающей способности устройства, должна создаваться растровая ячейка. У растров с поворотом угла 0 и 45° (рис. 1) не возникает никаких проблем, так как вершины растровой точки лежат в местах пересечения четырех точек экспонирования, которые служат образующими решетки.
Рис. 1 Проблема возникает при углах поворота 15 и 75°. Если ячейку расположить по точкам пересечения экспонирующей матрицы, то образуются углы поворота 18,4 или 71,6°, а точнее 18,4349 или 71,5651° (arctg 1/3 = 18,4349°) вместо 15 и 75°. Получается идентичная последовательность шагов построения ячейки из 3 пикселов вертикально и 1 пиксела горизонтально или же 3 пикселов горизонтально и 1 пиксела вертикально. В вершинах растровых ячеек в местах соединения двух соседних ячеек последовательность шагов 3:1 реализуется из двух или из одного пиксела каждой ячейки (рис. 2).
Рис. 2 На рис. 3 показаны четыре ячейки, расположенные под углом с рациональным значением тангенса, но с другой линиатурой растра.
Рис. 3 Каждая ячейка внутри растровой площади имеет, в зависимости от заданного угла поворота растра, одинаковое строение и является как бы увеличенной базовой ячейкой. Если на основе полученных точек пересечения линий матрицы экспонирования и выбранной последовательности шагов построить четырехугольник, то заметны значительные отклонения от идеального угла (рис. 4). Для углов поворота 18,4 и 71,6° построение растровой ячейки однотипно; одинаковыми для этих углов будут и линиатуры растра. А при углах 0 и 45° обнаруживаются существенные отклонения; нужные точки пересечения находятся сверху или внутри той координатной сетки, которая идеальна для углов 18,4 и 71,6°. В результате изменяется линиатура растра.
Рис. 4 Соответственно возникают различные искажения и ограничения при рациональном растрировании на базе одной растровой ячейки, основными из которых являются:
Примеры определения линиатуры и углов поворота растра при рациональном растрировании приведены в табл. 1. Таблица 1. Пример определения линиатуры и углов поворота растра при рациональном растрировании
Иррациональное растрированиеКогда используемые в обычной репродукционной технике углы поворота растра для безмуаровой цветной печати и применяемые линиатуры растра были закреплены в стандарте DIN 16547, электронное растрирование только начинало развиваться. Норматив DIN базируется на углах поворота 0, 15, 45 и 75° (соответственно для желтой, голубой, черной и пурпурной красок), которые без всяких проблем реализуются с помощью стеклянных гравированных контактных растров. Проблема электронного растрирования заключается в реализации определенной системы растрирования (комбинации из углов поворота растра и линиатуры или ширины растра) с целью получения требуемой матрицы из пикселов или микроэлементов, рационально используя разрешающую способность экспонирующего устройства. Рациональное растрирование получило широкое распространение, так как стандартно начало поставляться практически со всеми фотонаборными автоматами и PostScript-принтерами. Однако оно дает значительные отклонения от стандартов DIN и еще большие отклонения от применяемых на практике углов поворота и линиатур растров. IS-растрирование (Irrational Screening) было впервые предложено в 1992 году на выставке Imprinta компанией Linotype-Hell и сразу же реализовано в растрирующем процессоре RIP 60 в комплексе с фотонаборным автоматом Linotronic 630. Рациональные способы растрирования всегда связаны с матрицей, определяемой исходя из характеристик экспонирующего устройства. При этом допускаются вычисления углов только с рациональными значениями тангенсов и определенными, ограниченными по числу, линиатурами растра. Эти ограничения не имеют никакого значения для IS-технологии растрирования. В иррациональном растрировании стандартная точка при создании поверхности растра (а не растровой ячейки) получается в местах пересечения линий внутри матрицы экспонирования. При этом сохраняются требуемые стандартом угол поворота и линиатура растра (рис. 5). Идеальная растровая ячейка не имеет общих элементов с другими в матрице экспонирования. Если при рациональном способе растрирования выдерживается строгий порядок выполнения шагов (см. выше), то, как показано на рис. 5, при иррациональном растрировании порядок выполнения шагов может быть разным для разных форм ячеек при заданном угле поворота растра: 3 или 4 пиксела вертикально и 1 пиксел горизонтально и т.д.
Рис. 5 В блоке вычисления растра производится вычисление координат повернутой на заданный угол матрицы. Для этого необходимо, исходя из некой начальной (стартовой) точки, суммировать приращения по координатам X и Y, чтобы вычислить следующий адрес шага. Если границы растровой точки превышены, то следующий адрес шага задается исходя из игнорирования предшествующих пикселов. Когда достигается конец линии растрирования, вычисляется стартовая точка для следующей линии и т.д. (рис. 6).
Рис. 6 Расстояние от середины одной точки до середины другой точно соответствует стандарту. В рациональном способе возможно лишь приблизительное вычисление этого расстояния, так как величина шагов или адресация вычисляются из заданной матрицы экспонирования. При угле поворота 45° и разрешающей способности 960 пиксел/см основной модуль растровой ячейки рассчитывается следующим образом: 166,66/2(1,4142)=117,85 мкм (рис. 7). При углах поворота 15 и 75° базовое расстояние делится на значение 1,0353 и получается основной размер 160,98 мкм. Эти значения не могут быть воспроизведены при рациональном способе растрирования в сочетании с имеющимися значениями разрешающей способности экспонирующего устройства, поэтому комплект фотоформ получается с различной линиатурой растра.
Рис. 7 В IS-технологии при экспонировании с разрешающей способностью 960 пиксел/см при линиатуре 60 лин./см записывается точка размером 10,416 мкм. Из 16 пикселов при 0° получается точный диаметр растровой ячейки размером 166,66 мкм. Это и является, как правило, основанием для выбора разрешающей способности именно 960 пиксел/см, а не, например, 1000 пиксел/см. Базовые размеры для 15 (то же самое и для 75°) и для 45° могут получаться не с круглым числом пикселов, поэтому оставшиеся доли пикселов переходят на следующие либо на рядом стоящие строки растрирования. При угле 45° растровая строка должна включать 11,33 пиксела (117,85/40,4). Иррациональная технология создает в данном случае первую из двух строк экспонирования из 11 пикселов, вторую - из 12 пикселов. При иррациональном растрировании ячейки и точки всегда имеют идеальную форму. Оптический центр точки лежит в центре растровой ячейки. Построение происходит по программе, которая создана по принципу искусственного интеллекта и сама оптимизирует форму точки. Способ RT-растрирования определяет лишь ближайшее возможное значение линиатуры растра. С использованием IS-технологии можно получить любые линиатуры растров и углы их поворота (см. табл. 2). Вычисление адресов в растровой матрице выполняется с точностью ±0,000000015. Поэтому максимальная ошибка угла поворота составляет +0,0000012°. Линиатура растра вычисляется настолько точно, что, принимая во внимание ошибку угла поворота каждой точки, каждую вершину растровой ячейки можно формировать с точностью до одного пиксела. Таблица 2. Пример определения линиатуры и углов поворота растра при иррациональном растрировании
Чтобы достичь хорошего результата при печати, нужно иметь максимальные отклонение углов поворота в 0,003° или относительную ошибку линиатуры растра менее 0,00005. IS-технология ограничивает ошибки приводки в печати и делает изображения менее чувствительными к "дрейфу" цветов и муару при многоцветной печати. Подобные алгоритмы очень удобны при организации производства, где используются несколько видов печати, например офсетная и флексографская. Если фотонаборный автомат откалиброван (линеаризован) под определенные линиатуры, разрешение и использование алгоритма растрирования, то переход с одного режима на другой осуществляется простым переключением в меню программы растрирования (естественно, при сохранении всех других параметров неизменными).
Частотно-модулированное растрированиеКроме традиционных алгоритмов растрирования существуют стохастические алгоритмы, которые по ряду причин пока не получили широкого развития. Пример стохастического алгоритма - Diamond Screening компании Heidelberg. В стохастической технологии количество экспонированных пикселов, необходимое для получения конкретного оттенка серого, равно количеству пикселов в полутоновой ячейке амплитудно-модулированного растра, но при этом микроэлементы распределяются по некоторому случайному принципу (рис. 8). В технологии амплитудно-модулированного растрирования присутствуют два фактора, которые ухудшают качество репродуцирования изображения: муар и розетка. В технологиях стохастического растрирования эти факторы отсутствуют.
Рис. 8 Основные причины появления муара:
Очень велика вероятность появления сюжетных муаров в изображениях с хорошо прорисованной текстурой дерева, нанесенными на ткань узорами, периодическими структурами, например в изображении автомобильного радиатора. Благодаря квазислучайному распределению пикселов в технологии Diamond Screening появление сюжетных муаров практически исключается. В амплитудно-модулированных методах растр каждого цвета имеет свое значение угла поворота. При совмещении этих повернутых на определенный угол растров точки собираются в розетки, в которых точки каждой отдельной составляющей повторяются через каждые 90° (если они имеют круглую форму). На высококачественную бумагу печатные машины переносят растровые точки с хорошей резкостью, при этом розетки становятся особенно заметными (рис. 9).
Рис. 9 Для большинства наблюдателей растровые точки монохромных изображений не являются видимыми при линиатуре 60 лин./см или более. Таким образом, именно это значение следует выбирать для печати большей части изображений без риска ухудшить их качество. (Такая плотность нанесения растровых линий соответствует расстоянию между центрами растровых точек 166 мкм.) При цветной печати критичным является не расстояние между линиями, а размер диагонального отрезка, соединяющего две соседние точки (в нашем примере 166 мкм 1,41 = 235 мкм), что соответствует линиатуре "видимого" растра - приблизительно 38 лин./см. Это значит, что на практике следует выбрать более высокое значение линиатуры. Для того чтобы достигнуть эффекта восприятия растра с линиатурой 60 лин./см, цветное изображение нужно печатать с линиатурой 80 лин/см или как минимум 70 лин./см. У всех крупнейших производителей программно-аппаратных комплексов для допечатных работ существуют решения для стохастического растрирования. Например, алгоритм FULLtone компании Scitex - амплитудно-частотное растрирование или стохастическое растрирование второго порядка, при котором варьируется не только положение точек, как в классическом стохастическм растрировании, но и их размер. В результате, по заявлению компании, получаются более тонкие полутоновые переходы, лучшая проработка деталей, отсутствуют муар и ограничения на число цветоделенных композиций. Различные версии программного обеспечения обладают разными возможностями для использования как в газетной, так и во флексографской печати.
Рис. 10 У компании AGFA имеется алгоритм CristalRaster Screening (рис. 10), на основе которого также можно задавать размер точек 14, 21, 28 и 31, а в расширенной версии еще и 40, 60 и 80 мкм. При этом устанавливается рекомендованное компанией соответствие между геометрическим размером точки и разрешением (см. табл. 3). Таблица 3. Соответствие размера точки и разрешения ФНА
Растровая точкаКруглые и квадратные точки при повороте на 360° повторяются по своему рисунку четыре раза. Поэтому углы поворотов растров в комплекте фотоформ должны располагаться в диапазоне 90°. Так как интервал в 30° устанавливается для предотвращения муара, то самая слабая желтая краска ставится под углом 0° с повторением на 90, 180 и 270°. Это означает, что между желтой краской с углом 0° и голубой с углом 15°, а также между пурпурной с углом 75° и опять повторяющейся при угле 90° желтой краской получается интервал всего в 15° (рис. 11). Это слишком мало для исключения эффекта муара, который, правда, может быть не всегда виден при печати. В противоположность нормативам DIN, которые рекомендуют ставить черную краску под углом 45°, многие практики устанавливают под углом 45° голубую или пурпурную краску.
Рис. 11 Круглые и квадратные точки имеют и другой недостаток. Соприкосновение соседних точек может происходить одновременно в четырех местах у круглых точек при 75%, а у квадратных точек при 50% заполнения поверхности. При использовании ярких печатных красок, в случае растрового поля с соединением соседних точек получается непропорциональное приращение плотности, которое особенно сильно проявляется в местах плавных переходов полутонов. Обе проблемы эффективно устраняются в случае применения растровой точки эллиптической или близкой к ней форме. Структура такой точки повторяется при повороте на угол 360° только два раза, так что интервалы углов поворота растра составляют обычно 45 и 60°. Так как соприкосновение точек может происходить только с двух сторон, то решается и проблема случайного непропорционального увеличения точки в печати. В качестве примера можно привести Geometric Dot - специальную форму растра, разработанную компанией Scitex, с сильно вытянутой растровой точкой, переходящей в линейчатую структуру. Диапазон разворота растровой решетки составляет 180, а не 90°, как в классическом растрировании. Это позволяет практически полностью подавить розетку и печатать шесть и более цветов. Эта форма растра может успешно применяться при выводе низких линиатур, например в газетном производстве, выводе сюжетов с преобладающими серыми тонами. В обоих случаях отсутствие розеточной структуры позволяет добиться значительного улучшения качества. Выполнение работ более чем в четыре цвета на машинах, не способных качественно воспроизводить стохастические растры, является еще одним применением этой формы растровой структуры. При этом Geometric Dot с точки зрения подготовки материалов и печати не налагает никаких дополнительных требований в сравнении с классическими растрами.
Экспериментальное сравнение цветопробДля сравнения цветовоспроизведения при применении различных алгоритмов растрирования был проведен ряд экспериментов. Исследования проводились с использованием оборудования для изготовления аналоговых цветопроб DuPont Cromalin Studio Sprint. В качестве сюжета была использована тестовая полоса, приведенная в статье "Цветопробы, которые мы выбираем" (см. КомпьюАрт № 8'2002).
Рис. 12 Произведено сравнение трех алгоритмов растрирования компании Heidelberg: RT Classic Screening (RT01_Hell), IS Classic Screening (IS10_KONV), Diamond Screening (рис. 12). Экспонирование производилось с разрешением 1000 пикселов/см, что соответствует 2540 точек/дюйм (стандартная разрешающая способность для большинства фотонаборных автоматов). По рекомендациям компании-производителя, вывод производился с линиатурой растра 60 лин./см при эллиптической форме растровой точки. В табл. 4 приведены соответствия между этими тремя алгоритмами. Таблица 4. Значения линиатуры при классическом растрировании и размера точки при стохастическом растрировании
Все включенные в разработанный тест-объект элементы обладают достаточной информативностью, просты в использовании и оценке, пользователь может воспроизвести их в условиях своего производства. Тест-объект форматом 210297 мм был создан с помощью программных пакетов Adobe Illustrator 9.0 и QuarkXPress 4.11 на компьютере Apple Macintosh G4. Условия изготовления фотоформ и цветопробных оттисков полностью соответствовали стандартным рекомендациям компаний-производителей. Перед началом эксперимента весь комплекс оборудования был откалиброван. Измерения проводились с использованием приборов и программного обеспечения компании GretagMacbeth в Московском государственном университете печати. Современная полиграфическая промышленность широко использует колориметрические приборы на всех технологических стадиях, поскольку иначе невозможно обеспечить достоверность и оперативность получения информации о качестве изображений оригиналов, цветопроб и оттисков. Поэтому для оценки качества цветопроб были определены следующие величины:
Измерения проводились с помощью денситометра, работающего с отраженным светом, GretagMacbeth D19C (диаметр измерительной апертуры d=3,6 мм, геометрия измерения - 0/45°, источник света - лампа накаливания 3000 К и точность воспроизведения ±0,01D или ±1%). Для измерения цветовых координат Lab и цветового отклонения был использован спектрофотометр GretagMacbeth SpectroEye (диаметр измерительной апертуры d=4,5 мм, геометрия измерения - 45/0°, режим измерения - на отражение, источник света - газоразрядная вольфрамовая лампа типа А). Инструментальной оценке подверглись все элементы тестовых оттисков, кроме текстовых элементов, которые были оценены визуально. На изображении были выбраны три контрольных поля (1, 2, 3), обозначенные на рис. 13. С помощью программы LinoColor 6.0 компании Heidelberg были измерены координаты Lab этих полей для дальнейшего сопоставления с измерениями спектрофотометром.
Рис. 13 Для того чтобы получить реальное соответствие цифрового изображения аналоговой цветопробе, все ICC-профили устройств были отключены. В ходе эксперимента были получены три комплекта цветоделенных фотоформ для выбранных алгоритмов растрирования на ФНА Primesetter 74 компании Heidelberg. Далее с цветоделенных фотоформ были получены цветопробные оттиски. Результаты экспериментальных исследований можно подытожить следующим образом:
Рис. 16 Разнообразие алгоритмов растрирования обеспечивает широкие возможности для творчества в конкретных производственных условиях. Только при практическом использовании выявляются сильные и слабые стороны различных алгоритмов растрирования.
Литература: Джадд Д., Ввышецкий Г. Цвет в науке и технике. М.: Мир, 1978. Самарин Ю.Н., Сапошников Н.П., Синяк М.А. Допечатное оборудование. М.: МГУП, 2000. «Мир Этикетки» 10'2002 |
Всё об этикетках
,
.
