Каждый охотник желает знать…

Юрий Самарин, докт. техн. наук, профессор МГУП им. Ивана Федорова

Воспроизведение многокрасочного изображения полиграфическим способом основано на особенностях зрительного цветового восприятия оттиска (или отпечатка). Как известно, спектр видимого света состоит из монохроматических излучений с длиной волн примерно от 380 до 770 нм. В спектре располагается непрерывный ряд монохроматических цветов от фиолетового до красного, причем наиболее отчетливо видны три зоны: синяя, зеленая и красная. Для решения большинства задач многокрасочного репродуцирования видимый спектр условно разделяют на три зоны: синюю с длиной волн от 400 до 500 нм, зеленую — от 500 до 600 нм и красную — от 600 до 700 нм (чувствительность глаза к участкам спектра 380-400 и 700-770 нм незначительна, и ею часто пренебрегают). В синюю зону входят различные цвета, в том числе сине-фиолетовые, синие и голубые; в зеленую — зеленые, желто-зеленые и желтые; в красную — оранжевые и красные.

В соответствии с теорией трехцветного зрения отраженный от предметов свет вызывает через светочувствительные элементы глаза (колбочки) возбуждение трех типов нервных центров. Один тип центров возбуждается преимущественно от лучей красной зоны и дает ощущение красного цвета, другой, от зеленой, — ощущение зеленого цвета и т.д.

При одновременном действии на глаз в одинаковых количествах лучей, например, красной и зеленой зон ощущается желтый цвет, зеленой и синей — голубой цвет, синей и красной — пурпурный цвет. При разном количестве лучей одной зоны по отношению к другой получаются различные оттенки цветов. Одинаковое возбуждение всех трех типов в зависимости от количества воздействующих лучей создает ощущение белого или серого цвета. Черный цвет ощущается в том случае, когда все центры находятся в состоянии покоя. Таким образом, восприятие нами различных цветов есть результат воздействия на глаз в определенных соотношениях излучений трех зон спектра.

Эффект получения нового цвета путем смешения излучений или сред, например красок, называется сложением цветов. В основе эффектов смешения излучений и смешения красок лежат разные физические явления. Например, смесь желтой и синей красок имеет зеленый цвет, а желтого и синего излучений — белый. Неодинаково влияет в этих случаях и изменение количества носителя цвета: при увеличении концентрации красок в смеси ее светлота падает, а при увеличении мощности излучений, наоборот, возрастает. Поэтому различают два типа сложения — аддитивное (смешение излучений) и субтрактивное (смешение сред). Названия происходят от латинских слов: additio (складываю) и subtragere (вычитаю). При смешении излучений их действия складываются, а при смешении красок каждая из них поглощает определенные излучения, то есть вычитает их из светового пучка, направленного на смесь.

Синтезом цвета называют получение заданного цвета сложением других цветов.

Аддитивный синтез

Аддитивный синтез основан на том, что всегда можно выбрать три излучения, одно из которых в наибольшей степени раздражает синечувствительные рецепторы, другое — зеленочувствительные и третье — красночувствительные. Комбинируя их количество, мощность или яркость, легко вызвать множество сочетаний раздражений, а следовательно, множество цветовых ощущений.

Цвета излучений, используемых для аддитивного синтеза, — красный (R), зеленый (G) и синий (B) — называются основными. Таким образом, аддитивным синтезом называется получение заданного цвета смешением основных цветов излучений, взятых в нужном количестве.

Рис. 1. Аддитивный синтез цвета

Производные цвета аддитивного синтеза создаются смешением в одинаковом количестве любых двух основных цветов. Комбинацией красного и зеленого получается желтый; сочетание красного и синего дает пурпурный; сине­зеленое сочетание — голубой, а присутствие всех трех цветов — белый (рис. 1):

• зеленый + синий = голубой (G + B = GB);
• красный + синий = пурпурный (R + B = RB);
• красный + зеленый = желтый (R + G = RG);
• красный + зеленый + синий = белый (R + G + B = RGB).

Отсутствие всех трех цветов дает в результате черный цвет.

Аддитивный синтез может происходить вне человеческого глаза или непосредственно в глазу человека. В первом случае необходимый цвет образуется в результате проецирования на один и тот же участок белого экрана двух или трех излучений основных цветов. Во втором случае излучения попадают из различных мест пространства на один и тот же участок сетчатки глаза. Такой синтез называется пространственным. Он основан на свойстве глаза не различать близко расположенные друг к другу мелкие цветные участки, а воспринимать их как единое целое, образованное смешением исходных цветов. Если ряд мелких цветных объектов рассматривать на достаточно большом удалении, то по отдельности они не различаются и представляют собой однотонную поверхность.

Пространственный аддитивный синтез цвета используется в многокрасочной офсетной и высокой печати.

В телевидении и мониторах компьютеров применяется аддитивный синтез на основе временного (последовательного) смешения цветов. Этот тип образования различных цветов основан на быстрой смене излучений вне глаза. На экране цветного телевизора (монитора) имеются мелкие (растровые) ячейки. При воздействии на них электронных пучков они создают оптическое излучение синего, зеленого и красного цветов в определенном порядке по строкам и столбцам. В связи с малыми размерами растровых ячеек, они в отдельности не видны, а быстрая смена электрических сигналов делает незаметным последовательное свечение всех растровых элементов. В результате изображение на экране получается резким и с различными цветами.

Немецкий математик Г.Г. Грассман сформулировал законы аддитивного синтеза.

Первый закон Грассмана (трехмерности). Любой цвет однозначно выражается тремя, если они линейно независимы.

Линейно независимыми цветами считаются такие три цвета, каждый из которых не может быть получен смешением двух других. Этот закон позволяет описывать цвета с помощью цветовых уравнений.

Обозначив через R, G, B количества основных цветов (соответственно красного, зеленого, синего), называемые цветовыми координатами (R, G, B — единицы количества основных цветов), а буквой Ц — синтезируемый цвет, можно записать цветовое уравнение:

Ц = RR + GG +BB.

Это каноническая форма уравнения, то есть порядок расположения членов уравнения всегда один и тот же: красный, зеленый, синий. При этом все члены уравнения RR, GG, BB называются цветовыми составляющими.

Цветовое уравнение определяет, что в результате сложения R, G, B единиц основных цветов R, G, B получается цвет, тождественный цвету Ц.

Второй закон Грассмана (непрерывности). При непрерывном изменении излучения цвет изменяется так же непрерывно.

Из этого закона следует, что к любому цвету можно подобрать бесконечно близкий.

Третий закон Грассмана (аддитивности). Цвет смеси излучений зависит только от их цветов, но не от спектрального состава.

Данный закон признает аддитивность цветовых уравнений (то есть возможность их сложения). Поэтому если цвета нескольких излучений описаны цветовыми уравнениями, то цвет смеси излучений выражается суммой этих уравнений:

Ц1 = R1R + G1G + B1B,

Ц2 = R2R + G2G + B2B,

…………………………….

Цn = RnR + GnG + BnB,

ЦΣ = (R1 + R2 + … +Rn)R + (G1 + G2 + … + Gn)G + (B1 +B2 + … + Bn)B.

Цвет, записанный в виде уравнения, может быть оценен численно по цветовому тону и насыщенности.

Цветовой тон определяется составляющими, которые имеют наибольшее числовое значение. Если это RR, то цвет красный или близкий к нему, например оранжевый, если же преобладают RR и GG одновременно, то цвет желтый (оранжево­желтый, зелено­желтый и т.д.). Наименьшая составляющая не оказывает влияния на цветовой тон, а влияет на ахроматическую составляющую цвета.

Поскольку координаты цвета выражают число единиц мощности (или их долей) каждого из основных цветов, то сумма координат представляет собой количественную характеристику цвета, например мощность излучения — носителя цвета. Эта сумма называется модулем цвета m:

m = R + G +B.

Качественной характеристикой цвета является цветность. Разделив координаты цвета на модуль, получим их относительные значения, называемые координатами цветности:

Уравнение вида

Ц = rR + gG + bB

дает представление о качестве цвета независимо от его количества. Оно называется уравнением цветности. Сумма координат цветности равна единице, поскольку уравнение показывает долю каждого из основных цветов в общем количестве синтезированного цвета. Цвет, выражаемый этим уравнением, иногда называют единичным.

Зная величины двух членов уравнения, всегда можно найти величину третьего. Удобство этого уравнения заключается также в том, что единичный цвет можно однозначно представить на плоскости координатами двух членов уравнения.

Субтрактивный синтез

Субтрактивный синтез основан на вычитании цветов. Образование цвета происходит при прохождении белого цвета, содержащего основные цвета, через прозрачные окрашенные среды. В полиграфии такими средами являются печатные краски, обладающие свойствами прозрачности. Цвет возникает вследствие избирательного поглощения части излучения Цп из общего RGB. После прохождения через окрашенную среду общее излучение изменит свой цвет на цвет Ц:

Ц = RGB – Цп.

Если на пути излучения будет находиться несколько красок, то вычитаемое в этом уравнении будет состоять из нескольких членов. Поскольку при субтрактивном синтезе используется именно несколько красок, они не могут быть окрашены в основные цвета, так как каждая из таких сред поглощала бы по две трети спектра. При попарном сочетании краски будут полностью поглощать проходящее через них излучение. В связи с этим для субтрактивного синтеза применяют краски, окрашенные не в основные, а в дополнительные цвета — желтый, пурпурный, голубой (рис. 2). Краски, окрашенные в эти цвета, пропускают две трети и поглощают одну треть спектра светового излучения. Комплект таких красок называется триадой.

Рис. 2. Субтрактивный синтез цвета

При трехкрасочной печати синтез цветов осуществляется за счет того, что каждая из красок поглощает один из основных цветов. При этом в красочном слое избирательное вычитание одних излучений и пропускание других происходит дважды. Излучение сначала проходит через красочный слой до подложки, а затем, отражаясь от нее, вторично проходит тот же слой, испытав при этом селективное поглощение.

На рис. 3 представлена схема общих закономерностей получения цветов субтрактивным синтезом из прозрачных красочных слоев, нанесенных на белую бумагу.

Рис. 3. Схема образования цветов при запечатывании бумаги: излучения: R — красное; G — зеленое; B — синее; краски: Y — желтая (RG); M — пурпурная (RB); C — голубая (GB)

При наложении пурпурной краски на желтую получают красный цвет, так как из падающего белого света пурпурная краска поглотит («вычтет») зеленые лучи, а желтая — синие. В результате от поверхности белой бумаги отразятся и попадут в глаз только красные лучи. Нанося голубую краску на желтую, получают зеленый цвет, а при наложении на пурпурную краску голубой — синий цвет. На трехкрасочном участке, состоящем из желтой, пурпурной и голубой красок, из падающего  белого света последовательно «вычитаются» этими красками красные, зеленые и синие лучи, благодаря чему получается цвет, близкий к черному. Чисто желтые, пурпурные и голубые цвета образуются путем наложения на бумагу одной соответствующего цвета краски. Процесс наложения красок и вычета цветов можно записать следующим образом:

• белый + пурпурный + желтый = красный (RGB – G – B = R);
• белый + голубой +желтый = зеленый (RGB – R – B = G);
• белый + голубой + пурпурный = синий (RGB – R – G = B);
• белый + голубой = голубой (RGB – R = GB);
• белый + пурпурный = пурпурный (RGB – G = RB);
• белый + желтый = желтый (RGB – B =RG);
• белый + голубой + пурпурный + желтый = черный (RGB – R – G – B = 0).

Степень поглощения краской тех или иных лучей белого света зависит не только от цвета и прозрачности краски, но и от толщины ее слоя. С увеличением толщины поглощение лучей возрастает. Накладывая друг на друга слои двух или трех красок различной толщины, получают самые разные цвета: зеленые, оранжевые, красные, фиолетовые, коричневые и т.д.

Таким образом, средством управления поглощающей способностью красок, а соответственно средством получения различных цветовых оттенков изображения на оттиске является толщина красочного слоя на нем.

Рис. 4. Схема управления основными излучениями при субтрактивном синтезе цвета

На рис. 4 приведена схема управления основными излучениями при субтрактивном синтезе цвета за счет толщины слоя печатных красок на белой бумаге. В приведенном примере синтезируется насыщенный пурпурно­синеватый цвет, которому соответствует следующее цветовое уравнение:

Ц = 0,5R + 0,1G + 0,7C.

В этом случае голубая краска (C) должна вычитать 50% красного излучения (R); пурпурная краска (M) — 90% зеленого излучения (G), а желтая краска (Y) — 30% синего (B).

В большинстве случаев для воспроизведения оригинала способом четырехкрасочной печати используются триадные краски: желтая, пурпурная, голубая и черная. При правильно выполненных цветоделительных, цветокорректирующих и формных процессах, применении максимально прозрачных желтой, голубой и пурпурной красок и их последовательном наложении друг на друга на шкале на оттиске должен получиться нейтральный серый тон. На практике же получить его удается не всегда, так как возникают искажения цветопередачи из­за неидеальности реальных красок (рис. 5). То есть в действительности краска может пропускать часть излучения, которую должна поглощать (например, пурпурная краска может пропускать излучение зеленой части спектра). Для устранения этих искажений и уменьшения расхода цветных красок при печатании применяют черную краску, которая формирует окончательный характер многокрасочного изображения.

Рис. 5. Кривые отражения идеальных и реальных красок

Автотипный синтез

В печатном процессе полутоновое цветное изображение на оттиске получают путем совмещения растровых или штриховых изображений, отпечатанных красками разных цветов, например триадными красками желтой, пурпурной, голубой и черной (CMYK).

Рис. 6. Расположение отпечатков растровых элементов на оттиске при трехкрасочной печати

При этом суммарное цветное полутоновое изображение формируется разноцветными растровыми элементами (точками или микроштрихами).

На рис. 6 показано относительное расположение отпечатков каждого из однокрасочных растровых элементов на оттиске цветной репродукции. На растровой единичной площади получается ряд элементарных цветов, воспринимаемых вследствие ограниченной остроты зрения как суммарный, синтезируемый данным наложением цвет. Он образуется за счет следующих сочетаний красок и пробелов (бумаги):

• однокрасочными наложениями — желтыми, пурпурными и голубыми;
• двухкрасочными наложениями — зелеными (желтый + голубой), синими (голубой + пурпурный), красными (пурпурный + желтый);
• трехкрасочным наложением — черным (желтый + пурпурный + голубой);
• участками, свободными от краски (пробелами).

Цвета на бумаге образуются путем субтрактивного синтеза, а общий цвет системы возникает в результате пространственного аддитивного синтеза ее восьми указанных элементов. Такой смешанный субтрактивно­аддитивный синтез называется автотипным.

Треппинг

Печатные машины не позволяют печатать цветную продукцию с идеальным совмещением цветоделенных красочных изображений. Неточность приводки печатных форм и деформация бумажного листа во время печатания приводят к образованию белой каймы на границах смежных цветных графических объектов. Наличие белой каймы существенно ухудшает качество изображений на оттисках (рис. 7).

Рис. 7. Треппинг цветных объектов

Для устранения этого дефекта печати используют технологию треппинга (Trapping). Trapping в переводе на русский язык обозначает «ловушки для дырок». Треппинг — это программный процесс создания зон перекрытия для приграничных участков смежных цветных объектов за счет изменения размеров изображаемого объекта или окружающего его фона.

При этом суть процесса треппинга заключается в том, что светлые объекты несколько увеличивают в размерах так, чтобы они перекрывали темные объекты (см. рис. 7). При неприводке красок это позволяет избежать появления белой каймы на границе объектов.

Для того чтобы определить, какой из приграничных объектов темнее, а какой — светлее, условно все однокрасочные и двухкрасочные цвета характеризуются по светлоте «нейтральными оптическими плотностями». Например, фирма Adobe рекомендует при печатании желтой (Y), пурпурной (M), голубой (C) и черной (K) триадными красками, а также бинарными наложениями (YM, YC, MC) следующие величины «нейтральных оптических плотностей» (см. таблицу).

Значения нейтральной оптической плотности для разных красок

При определении параметров треппинга необходимо соблюдать следующие правила:

• более светлый объект должен расширяться в сторону более темного, имеющего большее значение «нейтральной плотности». Такое расширение делает визуально менее заметным изменение размеров объектов после треппинга;
• черная краска обладает большой кроющей способностью и должна печататься поверх фона без изъятия фоновых красок (без выворотки);
• не следует использовать режим печатания поверх фона для цветных объектов, стоящих на более темном фоне. Результирующий цвет объектов на оттиске в этом случае будет искажен.

Треппинг очень важен при воспроизведении цветных шрифтовых, контурных и растровых изображений. Однако треппинг не всегда возможен и не всегда необходим.

Треппинг требуется для пар цветных объектов, если пара содержит:

• однокрасочные чистые цвета: Y + M; Y + C; M + C;
• однокрасочные и спектрально дополнительные двухкрасочные цвета: Y + MC; M + YC; C + MY.

Треппинг не нужен для пар цветных объектов:

• если пара содержит чистые цвета, которые имеют между собой широкий белый зазор (например, объект или текст с белым контуром);
• если один цвет (краска) входит в состав другого цвета. Это сочетания: C + MC; C + CY; Y + CY; M + MC; Y + MY; M + MY;
• если печатают двухкрасочными цветами (бинарами): MC (синим), YC (зеленым) и MY (красным). В этом случае треппинг осуществляется автоматически общими для обоих объектов красками Y, M или C;
• если печатают черным поверх любых цветных объектов. В этом случае черная краска поглощает весь падающий свет и результирующий цвет не зависит от окраски фона;
• если печатание осуществляется чистыми цветами на белом фоне;
• если один из объектов белый, а другой печатается бинарными цветами: MC (синим), CY (зеленым), MY (красным).

Программы оформления контурной и растровой обработки изображений, а также программы верстки обеспечивают необходимый треппинг в автоматическом режиме. Однако в зависимости от поставленной перед дизайнером задачи величина треппинга может быть скорректирована и установлена вручную.

Величина треппинга для растровых изображений рассчитывается как половина периода используемой растровой структуры (половина размера растровой точки). Например, при растрировании с линиатурой до 150 lpi период растровой системы равен 1:150 = 0,00666 дюйма, или 0,166 мм. Следовательно, величина треппинга должна быть равна 0,5 периода = 0,0033 дюйма = 0,083 мм.

Величина треппинга для контурной графики обычно определяется как двойная величина допуска на несовмещение красок при печатании, то есть достигаемой точности приводки форм.

В общем случае если печатаемое издание содержит растровые и контурные изображения, то с учетом линиатуры растрирования рекомендуется при выборе величины треппинга руководствоваться усредненными данными от 0,08 до 0,2 мм.

Цветоделение

Для воспроизведения многоцветного изображения последовательным печатанием желтой, пурпурной и голубой красками необходимо изготовить с тонового оригинала три печатные формы. Печатающие элементы первой формы должны воспроизводить участки оригинала, имеющие в своем составе желтый цвет (чистый желтый, оранжевый, красный, зеленый, черный); элементы второй формы — соответственно пурпурный цвет (чистый пурпурный и т.д.), а печатающие элементы третьей формы — голубой цвет (чистый голубой, зеленый и т.д.). Такие формы, воспроизводящие определенные цвета, называются цветоделенными, а краска, которой будет производиться печатание с данной формы, — выделяемой.

Для того чтобы изготовить цветоделенные печатные формы или фотоформы, необходимо провести цветоделение, то есть разделение полноцветного или многоцветного изображения оригинала с помощью светофильтров или селективных источников света на три одноцветных изображения для синего, зеленого и красного цветов.

В современных технологических процессах цветоделение осуществляется в сканерах и цифровых фотоаппаратах. Оптические изображения, получаемые за синим, зеленым и красным светофильтрами, регистрируются фотоэлектрическими приемниками. В результате создаются электрические сигналы, которые соответствуют оптическим плотностям цветоделенных изображений. Эти электрические сигналы дискретизируются, квантуются и оцифровываются.

Зональные светофильтры во время сканирования или экспонирования пропускают не все излучения, отраженные оригиналом, а только те, которые соответствуют цвету светофильтров. Поэтому для получения каждого цветоделенного оптического изображения выбирается светофильтр такого цвета, который бы полностью задерживал лучи, отражаемые «выделяемой» краской, и пропускал бы лучи от остальных красок. Используемые для этих целей  фотоэлектрические приемники должны быть чувствительны к прошедшим через светофильтр лучам.

Для выделения желтой краски применяют синий светофильтр, который задерживает лучи, отраженные желтой краской, то есть зеленые и красные, но в то же время пропускает синие лучи, отраженные от пурпурной и голубой красок.

Пурпурную краску выделяют через зеленый светофильтр, пропускающий только зеленые лучи, отраженные от желтой и голубой красок. Для выделения голубой краски используют красный светофильтр, пропускающий только красные лучи, отраженные желтой и пурпурной красками. Следовательно, цвет светофильтра должен быть дополнительным по отношению к цвету выделяемой краски.

Зональные фильтры для цветоделения не являются совершенными. Они не имеют полного поглощения цветных лучей в двух зонах и полного пропускания в третьей зоне. Реальные условия полиграфического воспроизведения цветных оригиналов вызывают цветовые искажения изображений, получаемых на оттисках. Значительная часть этих искажений возникает уже в цветоделительном процессе, при котором выделить только одну краску через светофильтр практически невозможно, так как вместе с выделяемой краской частично выделяются и другие краски.

Поэтому в спектре отражения отдельной краски содержатся небольшие доли других красок. В свою очередь, печатные краски не имеют идеальных характеристик поглощения или отражения, что приводит к некоторой неполноцветности. Эти цветовые искажения являются системными ошибками. Цветовые искажения компенсируются цветокоррекцией с помощью компьютерных программ обработки изображений. Цветокоррекция применяется также в случае особых пожеланий клиента или дизайнера по изменению цвета или устранению недостатков в цветовом решении на стадии допечатной подготовки издания. 

КомпьюАрт 9'2011