Точка, точка… и еще раз точка

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

Штриховые изображения воспроизводятся в высокой и офсетной печати достаточно точно как по геометрической форме, так и по равномерности их цвета. Последнее достигается благодаря одинаковому по толщине красочному слою, передаваемому в процессе печатания с формы на бумагу. В глубокой печати штриховые изображения имеют одинаковую глубину печатающих элементов формы, что обеспечивает одинаковую толщину красочного слоя на оттиске. В трафаретной печати равномерная толщина красочного слоя дает одинаковую тональность оттиска.

В процессе печатания на оттиске образуются очень тонкие слои краски, что обеспечивает минимальное ее расходование при получении необходимых оптических характеристик изображения (оптическая плотность, контрастность).

Полутоновые оригиналы имеют различную яркость, и оптическая плотность любого участка оригинала пропорциональна поверхностной концентрации светопоглощающего вещества, определяемой толщиной красочного слоя и объемной концентрацией краски. При этом градационные переходы достигаются изменением толщины красочного слоя (например, художник для создания переходов наносит мазки разной толщины), а в фотографическом отпечатке различным оптическим плотностям, как правило, соответствует разная толщина слоя проявленных зерен серебра.

Чем меньше светопоглощающего вещества, то есть чем меньше его поверхностная концентрация, тем больше данные участки отражают свет, а при больших концентрациях, наоборот, свет отражается меньше. Такой принцип воспроизведения тонов изображения невозможно осуществить полиграфическим способом в высокой и офсетной печати, так как все печатающие элементы формы передают на бумагу одинаковый по толщине красочный слой, то есть участки изображения оттиска будут иметь одну и ту же насыщенность краски.

Автотипное растрирование

Для создания градационных переходов в высокой и офсетной печати используется принцип, называемый автотипным или растровым. Он состоит в том, что изображение на печатной форме (а предварительно на фотоформе, если она применяется) разбивается на мелкие штриховые элементы, расстояние между которыми находится на пределе разрешающей способности глаза. Оттиск с такой формы представляет собой множество мелких штриховых элементов, образованных красочным слоем постоянной толщины. Они имеют разные размеры, и поскольку глаз не различает их, то участок, занятый крупными элементами, кажется сплошным и темным, а занятый мелкими — тоже сплошным, но светлым. При этом градационные переходы достигаются изменением поверхностной концентрации краски, определяемой как среднее значение ее количества, приходящегося на данную площадку, занятую как штрихами, так и пробельными элементами.

Таким образом, преобразование полутонового изображения в микроштриховое называется автотипным растрированием. При этом микроштриховое изображение имеет только два уровня оптической плотности (яркости, коэффициента отражения или светопропускания), то есть является двухградационным (бинарным). Площадь микроштрихового изображения называют растровым элементом или растровой точкой.

Растрирование может быть осуществлено оптическим или электронным способом. Для оптического растрирования используются проекционные или контактные растры — оптические приборы, представляющие собой стекла или прозрачные пленки с нанесенными на них непрозрачными параллельными линиями в виде сетки с различной конфигурацией ее ячеек. Оптический способ растрирования применяется в фотомеханических процессах изготовления печатных форм. Электронное растрирование осуществляется с помощью программных или аппаратно­программных средств обработки сигнала изображения и электромеханических (при электронном гравировании) или электрооптических (при лазерной записи) методов формирования микроштрихов на носителе (фотопленке, печатной форме).

Структура растрового изображения может быть периодической (регулярной) и случайной (нерегулярной стохастической). Периодическая растровая структура состоит из растровых элементов с регулярно повторяющимися расстояниями между их центрами, образующими ортогональную (иногда гексагональную) решетку.

Важной характеристикой растрового изображения является линиатура. Линиатура показывает, какое количество растровых точек приходится на линейный сантиметр растрового изображения, и измеряется в линиях на сантиметр (лин/см). За рубежом линиатура измеряется в линиях на дюйм и обозначается lpi (lines per inch).

Чем выше линиатура, тем мельче растровые точки. Наиболее употребительны линиатуры от 25 до 80 лин/см. Они имеют следующие приближенные назначения:

• 12­24 лин/см — растровые изображения принтеров;
• 24­48 лин/см — иллюстрации в газетах;
• 48­60 лин/см — журнальные иллюстрации;
• 60­80 лин/см — художественные издания (мелованная бумага);
• 80­120 лин/см — рекламные и специальные издания.

Растровые точки, передающие тональность изображения, — это совокупность микроточек, размер которых равен диаметру сканирующего пятна при записи изображения на выводном устройстве. Обычно растровые точки полутонового изображения представляют в виде ячеек, состоящих из 16Ѕ16, 12Ѕ12 или другого числа микроточек.

Значение оптической плотности, передаваемой растровой точкой, определяется процентом заполнения ячейки микроточками. Так, растровые точки, состоящие из 16Ѕ16 микроточек, обеспечивают 256 уровней градации оптической плотности, точки, состоящие из 12Ѕ12 микроточек, — 144 уровня, а точки, состоящие из 4Ѕ4 микроточки (рис. 1), — 16 градаций.

Рис. 1. Растровые точки, формируемые в ячейке из 4×4 микроточек

В общем случае число ступеней градации серого одной растровой точки, включая 0%­ное ее заполнение, вычисляется по формуле:

N = (R / L)2 + 1,

где R — разрешение выводного устройства, dpi; L — линиатура полиграфического растра, lpi (лин/дюйм).

Чем выше разрешающая способность экспонирующего устройства и линиатура растра, тем больше число градаций серого. Малая разрешающая способность в сочетании с высокой линиатурой растра дает уменьшение градаций серого, что приводит к видимому на глаз постепенному ослаблению растра.

Одно и то же процентное заполнение микроточками растрового элемента в регулярной растровой структуре может осуществляться по­разному за счет использования различных форм точек.

В настоящее время в основном используют такие формы точки, как квадратная, круглая, эллиптическая, цепеобразная (разновидность эллиптической), евклидова (с постепенным переходом по градационной шкале от круглой точки к квадратной, а затем к круглому просвету).

Геометрическая форма растровой точки достаточно сильно влияет на качество печатной продукции, особенно на такие характеристики, как растискивание краски и минимальный процент растровой точки, поддающийся копированию на офсетную форму. Многие типографии традиционно работают только с квадратной или  овальной точкой. Современные выводные устройства позволяют использовать более сложные алгоритмы синтеза растровой точки, обеспечивающие минимизацию растискивания. Достигается это за счет изменения формы в зависимости от процента точки: в светах изображения точка круглая или овальная, в тенях — «обратно круглая», в полутонах — квадратная или ромбовидная. Такие формы точки иногда называют композитными.

На рис. 2 представлены три наиболее популярные формы растровых точек, и для каждой указаны пять различных значений плотности (10, 25, 50, 75, 90%). Как видите, форма растровой точки меняется в зависимости от значения плотности.

Рис. 2. Построение растровых точек (сверху вниз): круглой, эллиптической, евклидовой

В высоких светах (10%) во всех трех реализациях растровая точка имеет круглую форму. Именно круглая форма растровой точки наилучшим образом воспроизводится в светах изображений и обеспечивает хороший результат.

В светах (25%) могут быть различные варианты. Точка может иметь круглую форму. В этом случае вся растровая библиотека тяготеет к круглой точке и может в целом называться «растровая точка круглой формы», хотя в дальнейшем ее форма может существенно отличаться от круглой. Растровая точка также может иметь овальную форму. Тогда вся растровая библиотека будет именоваться «растр овальной формы», хотя форма точки будет меняться самым непредсказуемым образом.

В полутонах (около 50%) практически во всех растровых библиотеках форма точки соответствует квадрату (или прямоугольнику). Это объясняется хорошими результатами, которые обеспечивает растровая точка при проработке полутонов, и лучшим обеспечением резкости, что особенно важно именно в полутонах: здесь находится наибольшее количество сюжетной информации.

В тенях (75%) ситуация обратна ситуации в светах (25%). Здесь стремятся создать то же самое, что и в светах, но в негативном исполнении. Соответственно для «круглой» точки образуются круглые, для «овальной» — овальные формы и т.д. Таким образом, получаются белые «точки» на черном фоне. На самом деле реальным печатным элементом является объект сложной формы с пробельными элементами, имеющими форму растровой точки данной растровой библиотеки.

В глубоких тенях (90%) все растровые библиотеки практически одинаковы: там расположены небольшие пробельные элементы круглой формы.

Описанные три вида растровых точек являются наиболее типичными и часто употребляемыми в обычном и серийном производстве. Однако этими формами многообразие не исчерпывается. Существует еще большое количество растровых точек самых замысловатых форм. Они применяются либо для эстетических целей, либо в тех случаях, когда эксперименты показывают, что та или иная форма точки для того или иного производства либо той или иной продукции подходит лучше, чем другие.

Растрирование, в результате которого образуется периодическая (регулярная) структура, называют амплитудно­модулированным.

В нерегулярной растровой структуре растровые элементы расположены случайным образом. В последнее время для получения нерегулярной структуры растра находит применение стохастическое растрирование. На таком растровом изображении различные оптические плотности оригинала передаются на оттиске не размерами растровых точек, а их количеством. При этом все растровые точки имеют одинаковую величину, но в темных участках их больше, чем в светлых, и расположены они хаотически, на разном расстоянии друг от друга. При использовании стохастического растрирования растровые точки практически незаметны, так как они являются микроточками, которые образуют сканирующее пятно при записи изображения. В связи с малыми размерами растровых элементов повышаются требования к гладкости бумаги и проведению печатного процесса.

Растрирование, в результате которого образуется стохастическая нерегулярная структура, называют частотно­модулированным. На рис. 3 для сравнения представлена растровая точка с 25%­ным заполнением ячейки при амплитудно­модулированном (рис. 3а) и частотно­модулированном растрировании (рис. 3б).

Рис. 3. Растровая точка с 25%-ным заполнением: а — при амплитудно-модулированном растрировании; б — при частотно-модулированном растрировании

Недостатком стохастического растра является то, что на участках, которые должны быть окрашены равномерно, могут образовываться скопления растровых элементов, из­за которых равномерность окраски нарушится (рис. 4а). Такая неравномерность приводит к ухудшению визуального восприятия изображения. Поскольку микроточки формируются при помощи генератора случайных чисел, возникновение существенных неравномерностей при расположении микроточек по площади растровой ячейки вполне возможно. Для обеспечения равномерности существуют специальные фильтрующие алгоритмы, которые не допускают попадания таких растровых элементов на фотоформу или печатную форму, а заменяют их эквивалентными с более равномерным распределением микроточек в растровых ячейках (рис. 4б).

Рис. 4. Пример стохастических растровых ячеек, заполненных: а — неравномерно; б — равномерно

Для воспроизведения на выводном устройстве изображения отдельной полосы издания или полноформатного оттиска на фотоматериале или формном материале цифровую информацию о шрифтовых знаках и иллюстрациях, содержащихся в полосе, необходимо преобразовать в так называемую матрицу экспонирования (битовую карту). Матрица экспонирования представляет собой массив данных из нулей и единиц, сформированных в виде математической матрицы. При этом число столбцов и строк матриц определяется форматами (горизонтальным l и вертикальным h) и разрешением R выводного устройства и соответственно равно lR и hR. Нули и единицы, которые служат элементами матрицы, характеризуют наличие (1) или отсутствие (0) изображения микроточек в растрированном с разрешением R изображении формата lЅh.

Преобразование информации об изображении в матрицу экспонирования (рис. 5) осуществляет растровый процессор (RIP). Различают программные и аппаратно­программные RIP.

Рис. 5. Схема подготовки матрицы экспонирования

Расчет растровых элементов

Для построения матрицы экспонирования каждого растрового элемента RIP на основании данных оцифрованного полутонового изображения рассчитывает относительную площадь S растровой точки. Она определяется отношением абсолютной площади печатающего элемента Sa к единичной площади (ячейки) растрового элемента (рис. 6) Sэ = 1/L², то есть:

S = Sа / Sэ = SаL²,

где L — линиатура растра.

Рис. 6. Отпечатанные растровые элементы в ортогональной решетке с линиатурой L

Коэффициент отражения, усредняемый зрением или измерительным окном прибора по этой площади, определяется так:

ρср. = Sρт + (1 – S) ρп,

где ρт и ρп — соответственно коэффициенты отражения красочного слоя точки на оттиске и подложки (бумаги).

Поскольку по определению оптической плотности их можно выразить как ρт = 10^–Dт и ρп = 10^–Dп, то оптическая плотность оттиска характеризуется зависимостью:

Dотт. = –lg[S·10^–Dт+ (1 – S)·10^–Dп].

Данная зависимость получила название формулы Шеберстова — Мюррея — Девиса. В отсутствие печатных элементов (при S = 0) Dотт. = Dп, а на сплошном красочном слое (при S = 1) Dотт. =  Dт. Вывод этой формулы предполагает линейную связь между усредненным коэффициентом отражения и площадями точки и пробела.

В процессе печатания наблюдается эффект растискивания. Растискивание —  это увеличение размера растровых точек на оттиске по сравнению с их размером на печатной форме, которое приводит к увеличению относительной площади растровых элементов и соответственно к увеличению оптической плотности отпечатанного изображения. Растискивание включает не только механическое, но и оптическое увеличение размера точек. Количественно растискивание измеряется в процентах для средних тонов (S = 40­50%). Например, при офсетной печати на листовых машинах растискивание может составлять 7­13%, а на рулонных печатных машинах — 15­22%.

Механическое растискивание вызвано тем, что краска переносится с формы на офсетное полотно и потом на бумагу под давлением. Величина механического растискивания зависит от настройки печатной машины и ее технического состояния, вязкости краски и ее количества на печатной форме, упругих свойств офсетного полотна, характеристик поверхности бумаги.

Причиной оптического растискивания являются светопоглощение и рассеяние света в бумаге.

Рис. 7. Схема отражения света от растрового изображения

Оптическая плотность растрового оттиска в действительности оказывается больше, чем следует из формулы Шеберстова — Мюррея — Девиса. Наблюдаемое отклонение объясняется тем, что свет, упавший на пробельные участки оттиска, не только отражается ими, но и проходит внутрь бумаги, рассеивается там и некоторая доля этой рассеянной составляющей поглощается краской растровых элементов. Схематически это явление показано на рис. 7. Световой пучок, направленный на растровое изображение, оттиснутое на бумажной подложке, частично отражается от поверхности бумаги, а частично проникает в ее толщу, рассеивается волокнами целлюлозы и в известной степени поглощается краской при выходе из бумаги. На рис. 7 из множества рассеивающих частиц выделена только одна. Таким образом, свет претерпевает дополнительное поглощение, не предусмотренное формулой Шеберстова — Мюррея — Девиса, что и объясняет несоответствие фактической плотности растрового участка этой формуле и создает мнимое увеличение растровых элементов.

Эффект дополнительного поглощения света краской иногда называется краевым, так как он особенно сказывается вблизи границы пробела с запечатанным участком.

Юл и Нильсен предложили ввести в формулу Шеберстова — Мюррея — Девиса поправку в виде коэффициента n, учитывающего краевой эффект светорассеяния, а также некоторые другие явления, в частности поглощение света в толще бумаги. Формула, предложенная Юлом и Нильсеном, имеет вид

Dотт. = –n·lg[S·10^–(Dт/n)+ (1 – S)·10^–(Dп/n)].

Коэффициент n, стоящий перед знаком логарифма, показывает, как возрастает оптическая плотность растрового участка вследствие краевого эффекта светорассеяния, а входящий в показатель степени — уменьшение оптической плотности краски из­за того, что она пропускает часть рассеянного света.

Поскольку действие светорассеяния проявляется главным образом вблизи границы «бумага — краска», то эффект Юла — Нильсена сказывается при воспроизведении с помощью высоколиниатурных растров сильнее, чем в случае низколиниатурных. Следовательно, коэффициент n, называемый коэффициентом Юла — Нильсена, возрастает с увеличением линиатуры растра. Кроме того, степень светорассеяния зависит от рыхлости бумаги. С уменьшением рыхлости бумаги коэффициент Юла — Нильсена падает. Наименьшее значение он приобретает в случае мелованной бумаги: меловой слой малопрозрачный и не дает свету глубоко проникнуть в бумагу. Значение коэффициента n колеблется от 1 до 3 и зависит от линиатуры растра и типа бумаги.

Исходя из формулы Шеберстова — Мюррея — Девиса, по известным значениям оптических плотностей Dотт., Dт,Dп можно рассчитать так называемую кажущуюся относительную площадь Sк растровой точки, которая включает оптическое растискивание:

Sк = (10^–Dотт.– 10^–Dп)/(10^–Dт – 10^–Dп) · 100%.

Физическую (фактическую) относительную площадь Sф растровой точки определяют, исходя из формулы Юла — Нильсена:

Sф = (10^{–(Dотт./n)} – 10^–(Dп/n))/(10^–(Dт/n) – 10^–(Dп/n)).

Механическое и оптическое растискивание точки при печатании неотделимы друг от друга и являются не дефектом, а неотъемлемой характеристикой процесса печатания полутоновых растровых изображений, которую необходимо учитывать при допечатной подготовке изданий. Графически связь между значениями тона изображения на печатной форме и на оттиске с этой печатной формы, то есть относительных площадей растровых точек на форме Sп.ф. и на оттиске Sотт., выражается так называемой градационной характеристикой (кривой) печатного процесса (рис. 8). Такая кривая помогает определить растискивание при печатании для всех тоновых значений. Как видно из графика, по краям тонового диапазона растискивание равно нулю, тогда как в диапазоне от 30 до 70% оно достигает максимальных значений.

Рис. 8. Градационная кривая печатного процесса: – – – — идеальная; ——— — реальная

Максимальное растискивание на оттиске обычно наблюдается при S = 40­60%. Однако величина растискивания для растровых элементов разной формы будет разная (при равенстве относительных площадей элементов): чем больше периметр растрового элемента, тем больше будет растискивание. Соответственно при одинаковых условиях  печатания, краске, бумаге и линиатуре растискивание для растровой структуры с квадратной точкой будет больше, чем для структуры с овальной точкой. По этой же причине при увеличении линиатуры растра растискивание тоже возрастает. Стохастический метод растрирования, как правило, приводит к большему растискиванию, чем методы регулярного растрирования.

Контроль размера растровых элементов при переносе их с фотоформы на печатную форму и далее на оттиск осуществляют с помощью денситометров, которые при измерении оптической плотности вычисляют по формуле Юла — Нильсена истинное значение относительной площади растровых элементов и ее прирост с учетом оптического растискивания.

Построение растровой точки для всех без исключения растровых процессоров основано на задаваемой математической функции, которая описывает форму растровой точки, например круглую, квадратную или композитную. По этой функции растровый процессор рассчитывает и сохраняет для последующего использования так называемую пороговую матрицу, то есть квадратную таблицу, заполненную целыми числами или весовыми коэффициентами. Числа определяют порядок заполнения растровой ячейки лазерными пятнами, называемыми микроточками. Когда 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 различные формы растровой точки.

Операции с использованием пороговой матрицы выполняются очень быстро — это  главное преимущество метода. К недостаткам следует отнести зависимость растрирования от разрешения экспонирования. Кроме того, практически всегда разрешение по вертикали и горизонтали задается одинаковым. Приращение происходит на целые числа лазерных пятен, отсюда зависимость между линиатурой, разрешением и числом передаваемых градаций серого:

L = R/(2,54n),

где L — линиатура (лин/см), R — разрешающая способность (точек/дюйм), n — коэффициент, определяемый количеством элементов растровой ячейки (например, при 256 градациях серого n = 16, то есть 16x16).

Максимальное количество градаций 256 используется только в PostScript Level 2, в PostScript Level 3 применяется уже 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. При высоких разрешениях используется малое пятно, при низких — большое. При этом растровый процессор пересчитывает матрицу экспонирования в соответствии с разрешением выводного устройства (рис. 9). Однако в последнее время многие компании­производители стали отходить от этого решения.

Рис. 9. Построение изображения в среде PostScript при разном разрешении вывода

Муар

Для получения многокрасочного растрового изображения при печатании необходимо совмещение растровых однокрасочных изображений, что может привести к появлению периодического узора, называемого муаром.

Муар представляет собой оптическое явление, возникающее при наложении двух и более периодических плоскостных структур. При этом образуется новая периодическая структура со светлыми и темными зонами с частотой их расположения более низкой, чем у базовых периодических структур.

Муар не только ухудшает внешний вид репродукции, но и влияет на результат синтеза ее цветов. Неточность совмещения растровых структур, вызывающая образование муара, приводит к тому, что растровые элементы на некоторых участках изображения не накладываются друг на друга, на других накладываются частично, на третьих совмещаются полностью. Характер многоцветного изображения в печати зависит от степени совмещения элементов. В связи с этим цвета на оттиске оказываются связанными не только с количеством красок, но и с взаимным расположением растровых элементов.

Муар может появиться в случае, когда изображение содержит регулярные структуры, интерферирующие с растровой структурой. Примером такого изображения является ткань или текстура. Такой муар называется сюжетным. Для устранения сюжетного муара корректируют углы поворота растров для различных цветов, а также используют некоторые цифровые фильтры.

Распространенной причиной появления муара является использование в качестве изобразительных оригиналов печатных оттисков, которые уже содержат растровую структуру. Эта растровая структура интерферирует с новым растром. Компенсировать или устранить существующую растровую структуру можно при сканировании или в процессе компьютерного редактирования изображения.

Уменьшение муара обеспечивается соблюдением оптимальных углов поворота растра и повышением его линиатуры.

На этапе допечатной подготовки растры поворачивают на определенные углы, чтобы в будущем минимизировать вероятность появления видимой регулярной структуры. Самый простой угол растра — 45°, так как под этим углом он наименее заметен. При черно­белой печати или печати в одну краску угол практически всегда составляет 45°.

При многокрасочной печати самая темная краска обычно печатается под углом 45°, следующая за ней по светлоте — под углом 75° и т.д. В идеале углы растров всех красок должны отличаться на 30°. У нескольких красок не может быть одинакового угла растра; кроме того, они не должны отклоняться друг от друга на величину, отличную от 30°, иначе появляется муаровая структура. В четырехкрасочной триадной печати (CMYK) черная краска (Black) имеет угол 45°, пурпурная (Magenta) — 75°, голубая (Cyan) — 15° и желтая (Yellow) — 0° (90°). Четыре краски невозможно напечатать с шагом в 30°, по этой причине для отступления от правила выбрана желтая краска, как самая светлая и по этому не способная спровоцировать появление муара.

Рис. 10. Идеальная растровая розетка при триадной печати

Четыре триадные краски, будучи напечатанными, образуют структуру, называемую растровой розеткой (рис. 10), в которой точки каждого растра располагаются вокруг одной «общей» точки триадного цвета, полученного их последовательным наложением. Существуют и другие формы розеток, но эта наиболее распространена. Если растровые точки меняют площадь — меняется и цвет растровой розетки. Розетки могут частично перекрывать друг друга.

Если один из углов растра отклонится на несколько градусов, то появится муаровая структура. Муар может возникнуть, даже если углы растра выставлены верно — тогда этот эффект можно подавить, немного изменив линиатуру каждой краски или увеличив общую линиатуру всех четырех красок.

Большинство цифровых методов стремятся воспроизвести точность старых оптических систем, обеспечивавших стандартное растрирование с углами 0, 15, 45 и 75° при равных линиатурах фотоформ в соответствии со стандартом DIN 16457. Основной проблемой для цифрового растрирования являются углы 15 и 75°, для точного расчета которых требуются значительные вычислительные мощности.

Проблема электронного растрирования заключается в реализации определенной системы растрирования (комбинации из углов поворота растра и линиатуры или ширины растра) с целью получить требуемую матрицу из точек, рационально используя разрешающую способность экспонирующего устройства. Долгое время применялась только техника рационального растрирования (RT), которая давала значительные отклонения от стандарта DIN и еще большие отклонения от применяемых на практике углов поворота и линиатур растров.

RT­растрирование (Rational Tangent — рациональный тангенс) имеется практически во всех стандартных растровых процессорах различных компаний­производителей.

IS­растрирование (Irrational Screening) было предложено в начале 1990­х годов. С появлением иррационального растрирования цифровые методы сравнялись по качеству с оптическими.

Рис. 11. Растровая ячейка из 196 точек экспонирования, расположенная под углом 0°, с площадью заполнения 52 точки

Рис. 12. Растровая ячейка, расположенная под углом 45°, состоит из 180 точек

В матрице экспонирования, полученной для заданной разрешающей способности устройства, должна создаваться растровая ячейка. У растров с поворотом угла 0 и 45° (рис. 11 и 12) не возникает никаких проблем, так как вершины растровой точки лежат в местах пересечения четырех точек экспонирования, которые служат образующими решетки (рис. 13).

Рис. 13. Рациональный принцип построения растровой ячейки

Проблема возникает при идеальных углах поворота 15° и зеркальном 75°, которые получаются при построении строки с различной последовательностью выполнения шагов, а именно при иррациональном построении строки (см. рис. 19 и 20). Если расположить ячейку 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°). Получается идентичная последовательность шагов построения ячейки из трех точек вертикально и одной точки горизонтально в направлении длины строки или же из трех точек горизонтально и одной точки вертикально в поперечном направлении (рис. 14). В вершинах растровых ячеек в местах соединения двух соседних ячеек последовательность шагов 3:1 реализуется из двух или одной точки каждой ячейки.

Рис. 14. Построение ячейки с рациональным значением тангенса

Рис. 15. Четыре растровые ячейки, расположенные под углом с рациональным значением тангенса, с одинаковой последовательностью выполнения шагов

На рис. 15 приведены четыре ячейки, расположенные под углом с рациональным значением тангенса, но с другой линиатурой растра. Последовательность шагов соответствует простой структуре: три шага влево, один шаг вправо.

Каждая растровая ячейка внутри растровой площади имеет в зависимости от заданного угла поворота растра одинаковое строение и является как бы увеличенной в 4 раза базовой ячейкой. Если на основе полученных точек пересечения линий матрицы экспонирования и выбранной последовательности шагов построить четырехугольник, то наблюдаются значительные отклонения от идеального угла (рис. 16). Для углов поворота 18,4 и 71,6° построение растровой ячейки одинаково, 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 происходит изменение линиатуры растра.

Рис. 16. Изменение линиатуры растра при рациональном растрировании

Пример

Таким образом, имеются следующие ограничения при рациональном растрировании на базе одной ячейки:

• отсутствие определенных стандартом углов поворота растра;
• различные линиатуры растров внутри одного комплекта фотоформ, значительно отклоняющиеся от заданных стандартом;
• малое число конфигураций растра;
• ограниченное число рекомендаций для безмуарового получения комплектов фотоформ.

Рациональное растрирование по методу суперъячейки HQS­растра является улучшенным вариантом рационального растрирования. Оно основано на использовании увеличенной в 3 раза базовой ячейки (рис. 17), которая служит в качестве «суперъячейки» как основы для вычисления HQS­растра. Обозначенные на рисунке диагонали точно соответствуют требуемым углам 15 и 75°.

Рис. 17. Увеличенная базовая ячейка

Для вычисления все четыре вершины суперъячейки должны лежать исключительно в точках пересечения линий матрицы экспонирования. Опорные (начальные) точки для вычисления суперъячейки располагаются в точках пересечения, которые лежат ближе всего к диагоналям. При соединении точек пересечения координат дуги контура не абсолютно точно лежат на требуемых координатах, однако отклонения от углов поворота и линиатуры растра внутри одного комплекса фотоформ очень незначительны.

Пример

На рис. 17 базовая ячейка увеличена в 3 раза. Понятно, что отклонения от стандарта тем меньше, чем из большего числа элементов состоит суперъячейка и чем больше шагов в горизонтальном и вертикальном направлениях делается при ее построении.

Технология иррационального растрирования в принципе отличается от рационального способа растрирования. Названия «рациональный» и «иррациональный» заимствованы из математики. Рациональными называются числа, которые могут быть представлены в виде правильной дроби.

Пример: 1:4 = 1/4 = 0,25.

Иррациональными называются числа, которые могут быть представлены в виде непериодической бесконечной дроби.

Пример: √2– = 1,4142135.

Рациональные способы растрирования всегда связаны с матрицей, определяемой исходя из характеристик экспонирующего устройства. При этом допускается вычисление углов только с рациональными значениями тангенсов и определенными, ограниченными по числу линиатурами растра. Эти ограничения не имеют никакого значения для IS­технологии.

Базой является матрица растровых точек, так называемая растровая горка из 128x128 приращений, в которой задаются опорные (начальные) значения с 12­битовым разрешением (рис. 18). В используемой сегодня таблице для градаций и линиатур с 8­битовым разрешением обычно теряются некоторые ступени в градациях оптической плотности — это и является одной из причин разрывов в контурах и в плавном переходе тонов.

Рис. 18. Схема растровой точки

В иррациональном растрировании стандартная точка при создании поверхности растра (а не растровой ячейки) получается в местах пересечения линий внутри матрицы экспонирования. При этом растровая ячейка ориентируется на требуемые стандартом угол поворота и линиатуру растра (рис. 19 и 20). Идеальная растровая ячейка (контур из тонкой линии) не имеет общих элементов с другими в матрице экспонирования. В то время как при рациональном способе растрирования выдерживается строгий порядок выполнения шагов, например три точки вертикально и одна горизонтально (см. рис. 14 и 15), на рис. 19 и 20 приведены различные варианты выполнения шага для разных форм ячеек при заданном угле поворота растра: три или четыре точки вертикально и одна горизонтально и т.д.

Рис. 19. Растровая ячейка в IS-технологии

Рис. 20. Четыре растровые ячейки, расположенные под углом с иррациональным значением тангенса

В RIP осуществляются преобразования матрицы экспонирования из горизонтально­вертикальных координат в повернутые координаты растровой горки. Для этого необходимо из некой начальной (стартовой) точки наращивать с высокой точностью добавления в направлении х и у, чтобы вычислить следующий адрес шага в растровой горке. Эта операция вычисления выполняется постоянно. Когда достигается конец линии растрирования, вычисляется стартовая точка для следующей линии и т.д.

С помощью IS­технологии можно получить любые линиатуры растров и углы их поворота. Вычисление адресов в растровой горке 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 одной микроточки. Тем самым требуемые системы растрирования создаются растровым процессором с заданной точностью.

При частотно­модулированном растрировании нет необходимости в повороте растровых структур при многокрасочной печати и вследствие этого нет причин для возникновения муара.

Условием качественной печати является тоновый диапазон 2­98%. В большей степени это относится к теневым участкам изображения, где чувствительность человеческого глаза выше.

Любое выводное устройство для экспонирования фотоформ или печатных форм вносит некоторую погрешность. Так, 50%­ные растровые точки в файле могут оказаться на пленке или форме 48­ или 52%­ными (отклонение может быть и больше — всё зависит от конкретной машины и людей, которые ее обслуживают). Существует система мер, направленных на минимизацию погрешности, вносимой собственно экспонирующим устройством. Эти меры известны под названием линеаризации или калибровки устройства вывода. После правильно выполненной линеаризации величина растровой точки на пленке и в файле не должна различаться более чем на 1%. 

КомпьюАрт 10'2011