Хант Р.В.Г. Цветовоспроизведение

Подождите немного. Документ загружается.

33.3.1.2 Оптическое растискивание при полном светорассеянии

В правой части рис. 33.2 показана ситуация полного светорассеяния запечатывае

мым материалом — так бывает, когда краска ложится на очень рыхлую поверхность.

В данном случае падающий свет частично поглощается красочными точками, частич

но проходит между ними, проникая в толщу материала, рассеивается в нем и, возвра

щаясь назад, опять же, частично проходит между растровыми точками, частично по

глощается ими. Двойной проход света и двойное его поглощение краской ведут к тому,

что оптическая плотность запечатанной поверхности (в сравнении с ситуацией полно

го нерассеяния) практически удваивается:

¢¢

=DD2

В этом случае мы говорим, что величина оптического растискивания равна 100%.

33.3.1.3 Оптическое растискивание при частичном светорассеянии

В середине рис. 33.2 показана типичная печатная ситуация, при которой величина

светорассеяния имеет некое промежуточное значение. Оптическая плотность (

)в

данном случае описывается ощутимо более сложной формулой, в частности уравнени

ем Юла — Нильсона (Yule и Nielson, 1951):

()

[]

{}

Lg 1/ 1 A /100 1 10

где «n» — некий коэффициент, величина которого зависит от величины рассеяния све

та поверхностью (приравнивается к единице при отсутствии рассеяния и достигает 3

при высоком рассеянии); «d» — оптическая плотность сплошного красочного слоя.

751

ГЛАВА 33 ЦИФРОВАЯ ПЕЧАТЬ

Áåç äèôôóçèè

Ïîëíàÿ

äèôôóçèÿ

×àñòè÷íàÿ

äèôôóçèÿ

Рис. 33.2 Физический субстрат оптического растискивания. Слева: полутоновые точки нанесе

ны на материал, не рассеивающий свет (к примеру, металл), — красочные точки поглощают

его единожды. Справа: полутоновые точки нанесены на материал, полностью рассеивающий

свет (к примеру, рыхлую бумагу), — красочные точки поглощают свет дважды — при его паде

нии и при выходе из толщи поверхности. В центре: ситуация частичного рассеивания, возни

кающая в большинстве случаев при печати на неметаллических поверхностях.

Понятно, что величины оптического растискивания в этих случаях будут иметь не

кие промежуточные значения.

33.3.2 Оптическое растискивание и визуальное восприятие

На рис. 33.3 даны графики оптической плотности запечатанной поверхности как

функции от площади запечатки краской при отсутствии рассеяния (D), при полном

рассеянии (

¢¢

) и при частичном (

). Последнее, как уже было сказано выше, типично

для большинства реальных ситуаций (Yule, 1967). Во всех трех случаях предполагает

ся, что оптическая плотность сплошного слоя черной краски равна 1.52 (соответствует

коэффициенту отражения 3%).

Там же для сравнения дан график CIE L

(приблизительный коррелят ощущения

светлоты) как функция от оптической плотности. Шкала L

значений нормирована

так, что L

= 100 соответствует незапечатанной поверхности (0% краски), а L

=20—

сплошному красочному слою (100% запечатки), поскольку при коэффициенте отра

жения 3% L

= 20.04.

Четко видно, что кривая L

лежит между

¢¢

кривыми, но ощутимо удалена от

кривой D. Последнее указывает на то, что, когда рассеяние света запечатываемой по

верхностью равно нулю, — взаимоотношения между CIE светлотой (L

) и площадью

752

ГЛАВА 33 ЦИФРОВАЯ ПЕЧАТЬ

Рис. 33.3 Просмотровая оптическая плотность как функция от относительной площади растро

вых элементов на поверхности (при просмотровой оптической плотности сплошного красочно

го слоя 1.52). D — при отсутствии рассеяния;

¢¢

— при полном рассеянии;

— при частичном

рассеянии, типичном для большинства бумаг. Пунктирная кривая демонстрирует характер

взаимоотношений между величинами CIE светлоты (L

) и оптическими плотностями. Перцеп

ционная шкала светлот нормирована так, что L

= 100 соответствует незапечатанной поверхно

сти; L

= 20 — сплошному слою черной краски (100% запечатки).

растровых элементов на этой поверхности далеко не линейны и градиент светлоты на

высоких цифрах запечатки много больше, чем на низких. Однако же при печати на

обычных бумагах L

как функция от площади запечатки становится много более рав

номерной.

Если по каким то причинам кривая

вдруг в точности повторит форму L

кривой,

то, чтобы обеспечить плавность тональных переходов между элементами изображе

ния, понадобится всего лишь 90 вариантов размера полутоновых элементов (растро

вых точек). Но поскольку, как мы видим, точного совпадения между кривыми нет, то

минимально необходимое количество вырастает до 100, и значит, растровая ячейка

должна состоять из 100 субэлементов (10´10), а не из 90 (9´10) (см. рис. 33.4).

Приведенные выше рассуждения подводят нас к тому, что при формировании по

лутонового печатного элемента (растровой точки) «диаметр» субэлементов не должен

превышать одной десятой от «диаметра» растровой ячейки.

33.4 СРАВНЕНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ РАЗРЕШЕНИЙ

Вспомним частотно контрастную характеристику зрения (MTF зрения), график

которой мы дали на рис. 18.15: отклик на стимулы пространственной частоты порядка

20 циклов на градус (5 циклов на миллиметр) при «нормальном» просмотровом рас

стоянии (250 мм) падает до 20% от максимума. Сие вполне можно объявить репрезен

тативным пределом пространственного разрешения, потребным цветовоспроизводя

щим системам (поскольку влияние стимулов боUльших пространственных частот на

зрение человека радикально меньше). Мы говорим при этом, что пространственная

частота стимулов в 5 циклов на миллиметр соответствует пространственному разреше

нию цифрового изображения в 10 пикселов на миллиметр.

33.4.1 Контонные системы

Очевидным выводом из сказанного выше является то, что при воспроизведении

изображений системами непрерывного тона выходное пространственное разрешение

цифрового изображения в 10 пикселов на миллиметр (254 пиксела на дюйм) будет

вполне достаточным и дальнейшее повышение пространственного разрешения систе

мы окажется бессмысленным. Сие находит подтверждение в практике: контонные

753

ГЛАВА 33 ЦИФРОВАЯ ПЕЧАТЬ

Рис. 33.4 Образование кластера печатных субэлементов в растровой ячейке 10´10. Позиции су

бэлементов подобраны так, что сформированные печатные элементы аппроксимируют по фор

форму традиционных полутоновых точкек 100 возможных размеров, что дает 101 тоновую гра

дацию (101 тональный уровень).

системы (например, термосублимационные принтеры), работающие на разрешениях

порядка 250 ppi, воспроизводят изображения, которые с нормального просмотрового

расстояния выглядят безупречно резкими.

Однако работа на таком разрешении предполагает, что соседние пикселы аппарата

не оказывают никакого влияния друг на друга. Если же взаимное влияние имеет ме

сто, то при том же просмотровом расстоянии потребуются боUльшие величины про

странственного разрешения. Напомним при этом, что уход от паразитной зубчатости

наклонных фрагментов текстовых литер часто требует ощутимо большего пространст

венного разрешения печати, чем 250 ppi.

В табл. 33.1 приведены рабочие цифры разрешений систем непрерывного тона.

33.4.2 Полутоновые системы

Для того чтобы отпечатки, воспроизводимые полутоновой системой, достигли про

странственного разрешения в 5 циклов на миллиметр, потребуется пространственное

разрешение в 10 полутоновых печатных элементов (растровых точек) на миллиметр,

что соответствует 100 линиям на сантиметр (100 lpcm) — 250 lpi. Воспроизведению то

чек столь малого размера нужна исключительно гладкая поверхность, поэтому когда

используются бумаги низкого глянца, применяются линиатуры ощутимо меньших

значений (см. табл. 33.2).

В таблице 33.2 наряду с цифрами растровых линиатур даны соответствующие ве

личины разрешений в субэлементах на миллиметр, необходимые для отрисовки полу

тоновых элементов (растровых точек). Напомним, что обеспечение 100 тоновых града

ций на диапазон, позволяющих уйти от паразитного оконтуривания градиентов, тре

бует того, чтобы пространственный размер субэлементов не превышал 0.1 размера рас

тровой ячейки.

Наконец, отметим, что в технологиях достижения сверхмалого размера субэлемен

тов все чаще используются лазеры.

33.5 ЦИФРОВАЯ ЦВЕТОПРОБА

Когда цифровым способом изготавливаются полиграфические сепарации, всегда

возникает необходимость в визуальной оценке потенциального результата печати. Ре

шением вопроса стала разработка т.н. цифровых цветопробных систем, построенных

на основе электрофотографической, термосублимационной и струйной технологий.

33.5.1 Электрофотографические цветопробные системы

Электрофотографические цветопробные системы задействуют лазеры, экспони

рующие специальный электрофотографический материал. Диаметр лазерного луча

обычно составляет 1/2000 дюйма, благодаря чему устройство воспроизводит до 200 пе

чатных элементов (растровых точек) на дюйм.

Экспонированный материал, согласно образовавшейся под воздействием лазера

электростатической картине, принимает на себя один из CMYK тонеров (например,

cyan) и переносит полученное красочное изображение на ту или иную поверхность (бу

магу). Аналогично по оставшимся тонерам.

Примером цифровой электрофотографической цветопробной системы является

система Digital Matchprint (3M).

754

ГЛАВА 33 ЦИФРОВАЯ ПЕЧАТЬ

33.5.2 Термосублимационные цветопробные системы

В термосублимационных цветопробных системах также применяются лазеры, но

воздействуют они на пластины, покрытые красителем. Пластины, поглощая энергию

лазерного луча, сильно нагреваются, краситель при этом возгоняется, переходя на

специальный лист фольги. Каждой цветопробной сепарации отводится свой лист, на

который переносится соответственно cyan , magenta , yellow и black красители.

На следующем этапе красочные изображения с точной приводкой накатываются

на запечатываемую поверхность, формируя результирующее трихроматическое изо

бражение.

Диаметр лазерного луча, также как и в электрофотографических системах, состав

ляет примерно 1/2000 дюйма, что эквивалентно растровой линиатуре в 200 lpi.

Примером термосублимационной системы может служить принтер Approval

(Kodak).

Отметим также, что существуют термосублимационные системы непрерывного

тона. Примерами являются Thermal Color Proofer (Kodak) и Chromalin 4Cast (DuPont).

***

Струйные цветопробные системы будут описаны нами в разделе 33.11

755

ГЛАВА 33 ЦИФРОВАЯ ПЕЧАТЬ

ТАБЛИЦА 33.1 Пространственное разрешение систем непрерывного тона

Пиксел/см Пискел/дюйм Пиксел/мм Субъективная резкость

120 300 12 Отличная

100 250 10 Удовлетворительная

80 200 8 Неудовлетворительная

60 150 6 Неудовлетворительная

ТАБЛИЦА 33.2 Пространственное разрешение полутоновых систем

Линий/см

Линий/дюйм

Пиксел/мм

Субэлементов/мм

Полутоновых

точек/мм

Полутоновых

точек/дюйм

Системы высшего качества 100 250 10 100 1/100 1/2500

Системы высокого качества 70 175 7 70 1/70 1/1750

Системы журнального качества 60 150 6 60 1/60 1/1500

Системы офсетно газетного

качества 40 100 4 40 1/40 1/1000

Системы качества газетной

высокой печати 26 65 2.6 26 1/26 1/650

33.6 ТЕХНОЛОГИИ НАСТОЛЬНОЙ ПЕЧАТИ

Цифровые изображения пригодны не только к показу на самосветящихся диспле

ях, но и к визуализации на прозрачных и отражающих поверхностях. Цифровые цве

топробные системы, описанные выше, готовы эффективно решить такую задачу, но се

бестоимость отпечатка при этом оказывается довольно высокой. Поэтому были разра

ботаны альтернативные и намного более дешевые технологии визуализации цифро

вых изображений на твердых носителях, в частности: фотографическая, лазерная

электрофотографическая, термосублимационная, термовосковая и струйная.

33.7 ФОТОГРАФИЧЕСКАЯ ВИЗУАЛИЗАЦИЯ

Фотографическими системами визуализации цифровое изображение воспроизво

дится на традиционных фотобумагах и фотопленках. Промежуточное экспонирующее

изображение при этом создается электронно лучевыми трубками, LCD дисплеями,

плазменными дисплеями, лазерами и даже дуговыми лампами.

33.7.1 Экспонирование электронно>лучевой трубкой

Когда в качестве экспонирующего узла применяется электронно лучевая трубка,

предпочтительно, чтобы она была монохромной, а экспонирование фотоматериала —

троекратным, проходящим соответственно за красным, зеленым и синим фильтрами.

Дело в том, что в данном случае удается достичь максимального пространственного

разрешения экспозиции, что невозможно при использовании обычной трехлюмино

форной трубки (пространственное разрешение которой много меньше, чем у трубки

монохромной).

Данная технология обычно применяется при визуализации цифровых изображе

ний на слайд материалах.

33.7.2 Экспонирование методом последовательных строк

Альтернативной технологией является применение специальной электронно лу

чевой трубки размером в одну строку, реализующее трихроматическое экспонирова

ние последовательно через красный, зеленый и синий фильтры. Фотоматериал после

тройного экспонирования каждой строки смещается на ширину этой строки, чем дос

тигается покрытие всего поля.

Данная технология экспонирования именуется «методом последовательных

строк» и используется в системе Metrum.

33.7.3 Лазерное экспонирование

Когда экспонирование ведется лазерным лучом, необходимо обеспечить его раз

вертку по полю будущего отпечатка. Строчную развертку обычно выполняют за счет

быстро вращающегося зеркального многогранника, вертикальную — за счет смеще

ния фотоматериала. Объединив лучи трех лазеров, дающих соответственно красный,

зеленый и синий потоки, можно выполнять одновременное экспонирование всех трех

светочувствительных слоев фотоматериала.

Описанная технология получила название «одновременной лазерной пикселиза

ции» и применяется в системах Color Laser Imager (3M).

Отметим также, что в системе Pictography (Fuji) красный, зеленый и синий лазер

756

ГЛАВА 33 ЦИФРОВАЯ ПЕЧАТЬ

ные диоды экспонируют специальную красящую бумагу, отдающую при нагревании

на бумагу приемную соответствующие количества cyan , magenta и yellow красите

лей (см. раздел 17.10). Такой перенос требует весьма малого расхода воды и занимает

не более минуты.

33.7.4 Экспонирование дуговыми лампами

В этой фотографической системе интенсивности красного, зеленого и синего свето

вых потоков, полученных от ксеноновых дуговых ламп и экспонирующих фотомате

риал одновременно, управляются т.н. акустооптическими модуляторами. Примером

может служить система Light Value Technology (LVT).

33.7.5 Первые системы цифрового

колориметрического репродуцирования

Комбинация цифровых и фотографических технологий колоссально расширила

наши возможности. Одной из первых появилась система высокоточного репродуциро

вания живописных полотен (McCann, 1993). Схема действий была следующей:

— вначале воспроизводилась тест карта высокого разрешения, состоящая из ма

леньких цветовых патчей и экспонировавшая цветную обращаемую фотопленку;

— полученный слайд с увеличением печатался на фотобумагу Polaroid SX 70

(см. раздел 17.10);

— оригинальный рисунок фотографировался на негативную пленку вместе с тест

картой, выполненной на предыдущем этапе, после чего негатив оцифровывался (ска

нировался) с высоким разрешением. На выходе получали файл цифровых данных как

по оригиналу, так и по карте;

— на следующем этапе цифровые показатели карты подгонялись к ее оригиналь

ным цифровым данным, а получившийся алгоритм подгонки применялся к цифрово

му изображению оригинального рисунка;

— откорректированные сигналы посылались на вход цифрового принтера, экспо

нировавшего обращаемую фотопленку, которая после проявки с увеличением печата

лась на Polaroid SX 70.

Отметим, что описанным способом удавалось получить копию визуально весьма

близкую к оригиналу.

33.8 ЛАЗЕРНО>ЭЛЕКТРОФОТОГРАФИЧЕСКАЯ ВИЗУАЛИЗАЦИЯ

Настольные лазерные электрофотографические системы аналогичны уже описан

ным в разделе 33.5 цветопробным электрофотографическим системам, но при этом

они ощутимо проще в устройстве (и, соответственно, дешевле), поскольку не ставят пе

ред собой цели отображать растровую структуру полиграфических оттисков (что по

рой желательно в цветопробном деле).

Так же как и в цветопробных, в настольных электрофотографических системах

диаметр лазерного луча составляет 1/2000 дюйма, что дает возможность воспроизво

дить до 200 полутоновых точек на дюйм изображения. Сие неплохо, но несколько не

дотягивает до желательных 250 ppi.

Электрофотографический принцип положен в основу работы цветных фотокопи

ров (в просторечии «ксероксов») и настольных лазерных принтеров, в частности серий

757

ГЛАВА 33 ЦИФРОВАЯ ПЕЧАТЬ

Color Laser Copier (Canon), Majestic (Xerox), а также профессиональных принтеров

Indigo и Xeikon (см. раздел 26.11).

33.9 ТЕРМОСУБЛИМАЦИОННАЯ ВИЗУАЛИЗАЦИЯ

Настольные термосублимационные системы аналогичны уже описанным в разделе

33.5 цветопробным термосублимационным системам, хотя схожи с ними лишь в том,

что краситель переносится с отдающего материала на приемный посредством термо

диффузии (термосублимации). Отличия же состоят в следующем:

— нагрев производится не лазером, а линейкой микротермоэлементов;

— перенос красителя осуществляется непосредственно на запечатываемую поверх

ность, а не на промежуточный носитель;

— системы способны давать как полутоновые, так и контонные изображения (см.

рис 33.5).

Бумага или иной носитель, принимающий на себя красители, при помощи специ

ального вала проталкивается под линейкой термоэлементов, пространственная плот

ность которых составляет от 200 до 300 ppi. Т.н. красящая лента несет на себе CMYK

красители и движется вместе с бумагой, проходя при этом между бумагой и термого

ловкой.

Управляющий сигнал инициирует нагрев термоэлементов до температур, вызы

вающих возгонку красителя и его перенос на запечатываемую поверхность. Количест

во возгоняющегося красителя есть функция от степени нагрева и, следовательно,

функция от величины управляющего сигнала.

Из сказанного выше и из рис. 33.5 ясно, что изображение формируется из строк,

а покрытие поля реализуется за счет вращения барабана. Понятно также, что лист бу

маги проходит под головками четырежды и при каждом проходе на него переносится

соответствующий триадный краситель.

Пространственное разрешение термосублимационных принтеров непрерывного

тона по каждой строке равно пространственной плотности микротермоэлементов в ли

нейке (при условии, что каждый термоэлемент работает независимо от соседних).

Формально пространственная плотность в 300 ppi даже превышает необходимую, од

нако паразитный боковой подогрев каждого термоэлемента, уменьшая их эффектив

ность, снижает величину пространственного разрешения печати как раз до 250 ppi,

теоретически необходимых для обеспечения визуальной равномерности градиентов.

Особо отметим, что термосублимационные системы дают изображения очень высо

кого качества по всем параметрам, в частности обеспечивают точнейшую тоно и хро

мопередачу, а также великолепную субъективную резкость отпечатков.

Вместе с тем аппаратам требуется специальная приемная бумага и дорогостоящая

красящая лента. Высокая стоимость ленты объясняется тем, что количество красите

лей в ней довольно велико, но при этом боUльшая их часть остается невостребованной.

Время выхода готового изображения составляет примерно 1 минуту.

Примером термосублимационных систем являются принтеры серии Thermal

Sublimation (Mitsubishi), серии XL (Kodak) и Rainbow (3M).

33.10 ТЕРМОВОСКОВАЯ ВИЗУАЛИЗАЦИЯ

Термовосковые принтеры по своей конструкции аналогичны термосублимацион

ным (рис. 33.5), но вместо специальных легко возгоняющихся красителей в них ис

758

ГЛАВА 33 ЦИФРОВАЯ ПЕЧАТЬ

пользуются окрашенные воски. Термовосковая система работает по принципу «все

или ничего» — воск либо переносится на поверхность по данному пикселу, либо нет.

Таким образом, термовосковая печать является полутоновой. При этом для достиже

ния той же степени пространственного разрешения, что и у контонных термосублима

ционных систем, пространственную плотность микротермоэлементов в линейке при

шлось бы повысить в 10 раз. Последнее технически невозможно, поэтому величина

пространственного разрешения остается на уровне 200—300 ppi.

300 микротермоэлементов в идеале воспроизводят 300 печатных субэлементов на

дюйм и, соответственно, 30 полутоновых точек на тот же дюйм, что дает весьма низкое

пространственное разрешение результирующего отпечатка. Поэтому, как правило,

идут на компромисс: ценой появления некоторого паразитного оконтуривания (визу

ального дробления) градиентов

уменьшают растровую ячейку до 6´6.

Применение растровой ячейки 6´6 (рис. 33.6) дает пространственное разрешение

отпечатка, эквивалентное 50 полутоновым точкам на дюйм: сие по прежнему далеко

от желаемого, но уже ощутимо лучше, чем 30 точек.

Поскольку при 50 полутоновых точках на дюйм регулярная растровая картина

изображения хорошо заметна с ординарного просмотрового расстояния, то очевидно,

что активно искались и в итоге были найдены пути снижения ее визуальной различи

мости. Распространение получили два метода: метод дисперсных точек и метод диф

фузии ошибки.

33.10.1 Метод дисперсных точек (дисперсных субэлементов)

На рис. 33.6 показано, как полутоновые печатные элементы (растровые точки) об

разуются традиционным путем, т.е. путем т.н. кластеризации субэлементов от центра

растровой ячейки к ее периферии, давая при этом 36 возможных вариантов простран

ственного размера и, соответственно, 37 тоновых градаций.

На рис. 33.7 субэлементы рассредоточены (диспергированы) внутри растровой ячей

ки, причем настолько равномерно, насколько сие возможно. Количество воспроизво

димых тоновых градаций при этом остается прежним (37 градаций).

Итак, очевидно, что второй вариант растрирования дает визуально меньшую зер

нистость отпечатка, особенно в средних тонах.

759

ГЛАВА 33 ЦИФРОВАЯ ПЕЧАТЬ

Рис. 33.5 Принципиальная схема термосублимационного принтера.

Поскольку количество тоновых градаций при этом падает со 101 до 37.

33.10.2 Метод диффузии ошибки

Еще один способ растрирования, уменьшающий визуальную различимость точеч

ной структуры полутоновых изображений, именуется методом диффузии ошибки

(Floyd и Steinberg, 1976). На рис. 33.8 показан фрагмент цифрового изображения

в процессе растрирования по данному методу. Фрагмент содержит пять рядов по шесть

пикселов в каждом. В нашем примере участок из первых 15 пикселов уже подвергнут

растрированию и на очереди обработка 16 го, который и послужит иллюстрацией ра

боты обсуждаемого механизма.

Итак, в зависимости от того, к чему оказывается ближе контонное значение пиксе

ла цифрового изображения, на вход принтера отправляется команда либо запечатать

данный пиксел (полное количество краски), либо оставить пустым. Затем вычисляет

ся ошибка между фактическим количеством краски и контонным значением. Резуль

тат вычисления оказывает влияние на решение о запечатке или незапечатке соседних

пикселов по следующему принципу: 7/16 ых величины ошибки адресуются следую

щему пикселу в данном ряду; 5/16 — пикселу той же колонки, но в нижеследующем

ряду; 3/16 — пикселу слева от предыдущего; 1/16 — пикселу справа. Иными словами,

будет запечатан данный пиксел или нет, зависит от того, ближе к какому варианту на

ходится его контонное значение, но значение это подправляется на величину ошибки

по предыдущему пикселу.

33.10.2.1 Преимущества метода

На рис. 33.9 показаны отличия в растровых картинах, воспроизводимых по методу

760

ГЛАВА 33 ЦИФРОВАЯ ПЕЧАТЬ

Рис. 33.6 Сборка кластера печатных субэлементов в растровой ячейке 6´6. Позиции субэлемен

тов подобраны так, что образующиеся печатные элементы по форме аппроксимируют традици

онные полутоновые точки 36 возможных размеров, что дает 37 тоновых градаций (37 тональ

ных уровней).

Рис. 33.7 Дисперсия субэлементов в растровой ячейке 6´6. Позиции субэлементов подобраны

исходя из принципа минимальной визуальной различимости растровой структуры изображе

ния.