История фотонабора: от рассвета до заката. Часть 2

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

Недостатки электронно-механического фотонабора и невозможность его дальнейшего развития в таких перспективных направлениях, как верстка изображения с включением в текст различных оформительских элементов, штриховых и тоновых изображений, обусловили начало следующего этапа использования электроники в фотонаборе. Этому также способствовало появление в конце 70-х годов высокоскоростных электронных фотонаборных систем. Основными признаками таких систем являются электронная генерация знаков (и любого изображения вообще) и электронный вывод изображения на экран электронно-лучевой трубки. Скорость вывода информации во всех моделях электронно-лучевых фотонаборных систем превышала 300 знаков в секунду, а в отдельных моделях достигала нескольких тысяч знаков в секунду. Это обеспечивало, несмотря на высокую стоимость систем электронного фотонабора, более низкую удельную стоимость набора по сравнению со стоимостью набора на электронно-механических фотонаборных машинах.

В электронно­лучевых ФНА был использован цифровой способ представления графического изображения. Это давало возможность записывать на регистрирующий материал не только знаки шрифта, но и различные графические элементы оформления (линейки, заставки, орнаменты и т.п.), штриховые и растрированные полутоновые иллюстрации. Для этого информация о графических элементах и иллюстрациях должна быть предварительно закодирована и записана на магнитный носитель или непосредственно в память ЭВМ выводного устройства либо системы допечатной подготовки изданий.1

Цифровой способ представления графического изображения существенно расширил технологические возможности выводных устройств по сравнению с машинами прошлых поколений, имеющих вещественные шрифтоносители. Это связано с тем, что, повышая объем памяти управляющей ЭВМ или выводного устройства, можно практически неограниченно увеличивать ассортимент знаков для одновременного набора. Поэтому у современных выводных устройств с цифровым шрифтоносителем этот ассортимент достигает нескольких десятков тысяч знаков. Применение специальных устройств кодирования шрифтов или обычных сканеров позволяет оперативно дополнять шрифтоноситель информацией о начертании любых, самых сложных в графическом отношении знаков.

В выводных устройствах с цифровым представлением шрифтов и иллюстраций для формирования изображения  используется  принцип сканирования световым лучом, сфокусированным на плоскости регистрирующего материала в пятно малого размера.

В фотонаборных машинах с ЭЛТ сканирующее световое пятно малого размера создается за счет свечения люминофора под действием сфокусированного электронного пучка, модуляции электронного пучка по интенсивности сигналом изображения (видеосигналом) и управления положением электронного пучка в пространстве в процессе развертки изображения.

Принцип записи изображения основан на формировании знаков с помощью микрорастра (субрастра). Световое пятно устанавливается в позицию, где должен быть воспроизведен шрифтовой знак, а сам знак записывается вертикальными точечно­растровыми линиями, высота которых ограничена верхним контуром знака и некоторой начальной (базовой) линией микрорастра (рис. 1).

Рис. 1. Формирование шрифтового знака при субрастровом сканировании

Сформированное из отдельных вертикальных или горизонтальных линий (точечно­растровых линий) изображение шрифтовых знаков, в отличие от идеального изображения (рис. 2а) знаков (например, получаемых путем их фотографирования с эталонных изображений), имеет растрированную структуру (рис.  2б­д) с пилообразной формой некоторых линий контура знака. Шаг между линиями этого растра выбирается так, чтобы изображение в пределах знака было сплошным. Для этого шаг должен быть несколько меньше (обычно на 20­30%) диаметра светового пятна, формирующего изображение на фотоматериале или светочувствительных формных пластинах. Величина, обратная шагу между линиями растра, определяется важнейшей характеристикой фото­ и формовыводного устройства — разрешением, под которым понимается количество записываемых элементов изображения на единицу длины изображения. Разрешение обычно оценивается числом точек изображения на дюйм (dpi). Чем выше разрешение и соответственно меньше диаметр пятна, тем мельче пилообразная форма линий контура знака и выше качество изображения. Приведенное для примера увеличенное изображение знаков на рис. 2в и 2д получено при разрешении в два раза большем, чем изображение знаков на рис. 2б и 2г соответственно.

Рис. 2. Шрифтовые знаки, получаемые при фотографировании эталонных изображений (а) и в фотонаборных автоматах: б и в —
при вертикальном сканировании фотоматериала с разрешением R и 2R dpi соответственно; г и д — при горизонтальном сканировании
с разрешением R и 2R dpi соответственно

Управление процессом формирования изображения знаков, основанным на принципе сканирования, в выводных устройствах осуществляется по цифровым сигналам, в которых в виде двоичных чисел закодирована информация о начертании шрифтовых знаков.

Наиболее распространенными являются следующие способы кодирования шрифтовой информации:

• запись в память длин черных и белых отрезков вдоль линий сканирования шрифтового знака;
• запись знака по линиям контура с помощью отрезков прямых векторов.

Способ кодирования шрифтовых знаков, при котором осуществляется запись в памяти длин черно­белых отрезков, применяется для формирования изображения с помощью микрорастра. Этот способ широко использовался в электронных фотонаборных машинах с ЭЛТ, хранящих в своей памяти информацию о начертании базовых знаков (знаков определенного кегля). Эта информация управляет отклоняющей системой ЭЛТ при развертке изображения знака в пределах микрорастра. При этом двоичная информация о знаке характеризует длины белых и черных отрезков в каждой вертикальной линии микрорастра (рис. 3).

Рис. 3. Формирование шрифтового знака на экране ЭЛТ

Линии сканирования знака пересекаются с контуром в точках, которые называют координатами черно­белых переходов. Процесс кодирования рисунка знака состоит в оцифровке линий вертикальной и горизонтальной развертки с определенным шагом, определении координат черно­белых переходов и представлении полученных результатов в единицах памяти ЭВМ (байтах).

При этом используют 8­разрядные байты, в которые сами числа записываются в виде совокупности нулей и единиц. Это связано с тем, что минимальной адресуемой единицей памяти ЭВМ является 8­разрядный байт. Далее полученная информация перерабатывается программным обеспечением в форму, которая непосредственно используется для аппаратного синтеза знаков на экране ЭЛТ.

Для воспроизведения знака большого кегля управляющее устройство фотонаборной машины удлиняет вертикальный ход луча и одновременно (для получения необходимой ширины) увеличивает расстояние между линиями развертки. Хотя по рисунку увеличенный знак несущественно отличается от базового, за счет значительного сокращения экспозиции (вследствие увеличения площади знака) он теряет окраску и становится серым. Для повышения интенсивности света в управляющем устройстве применяют схему коррекции яркости свечения экрана. В машинах с большим рабочим полем экрана ЭЛТ дополнительно осуществляют коррекцию яркости свечения в зависимости от того, насколько удален воспроизводимый на экране знак от центра. Это связано с тем, что освещенность, создаваемая на фотоматериале нерассеивающим объективом, убывает от центра к краю плоскости изображения. Чтобы оптическая плотность получаемого фотографического изображения была одинаковой по всей полосе текста, яркость свечения ЭЛТ по полю экрана должна увеличиваться от центра к краю по закону, компенсирующему действие объектива при фотографировании шрифтовых знаков с экрана.

С точки зрения достижения максимального качества было бы целесообразно заранее кодировать знаки всех используемых в ней кеглей. Однако при этом многократно возрос бы объем памяти запоминающих устройств, необходимых для хранения шрифтовой информации. Поэтому, например, в машине Digiset весь диапазон кеглей (от 4 до 112 пт) по размеру разделен на пять областей (интервалов). Это означает, что для каждого интервала необходимы свои данные о шрифте, которые получают при кодировании знаков одного из кеглей соответствующей области — базового кегля. В пределах одного интервала размеров шрифта информация о нем записывается путем пропорционального увеличения или уменьшения величины знаков базового кегля.

Электронные фотонаборные машины с ЭЛТ имеют возможность осуществлять набор текста модифицированными шрифтами, полученными путем электронной трансформации изображения знаков аппаратными и программными средствами (рис.  4 и 5).

Рис. 4. Изменение начертания знака по ширине (направление X) и кеглю (направление Y)

Рис. 5. Изменение начертания знака по углу наклона (а), контрастности (б), цветности (в) и для получения художественного эффекта (г-е)

Кодирование информации о начертании уже имеющегося шрифтового знака может осуществляться вручную либо автоматически. При первом способе кодирования увеличенное изображение шрифтового знака, подлежащего кодированию, проецируют на сетку, соответствующую тому или иному диапазону разложения, и дискретизируют. Затем производят подсчет точек «белых» и «черных» участков в каждой вертикальной линии развертки знака. После этого полученные значения заносят в соответствующей системе исчисления в память фотонаборной машины. При втором способе дискретизации подсчет «белых» и «черных» элементов разложения, а также занесение данных в память происходит автоматически.

Для автоматического сканирования и кодирования информации об изображении шрифтовых знаков, лигатур, штриховых и растровых иллюстраций использовались специальные устройства типа Digigraph 40A20, разработанные в свое время фирмой Hell как дополнительные устройства к фотонаборным автоматам Digiset.

Устройство Digigraph 40A20 позволяло сканировать, кодировать и записывать на машиночитаемый носитель информации изображение с максимальным форматом А3 с линиатурой сканирования от 1,4 до 166 лин/см. Время сканирования шрифтового знака, лигатуры и иллюстрации формата А4 — 1, 3 и 20 мин соответственно при скорости сканирования около 25 лин/с.

Рис. 6. Схема устройства автоматического кодирования шрифтов и иллюстраций

Принцип работы этого устройства заключается в следующем (рис.  6). Подлежащие анализу изображения знаков или иллюстраций 2 закрепляются на барабане 1 аппарата. С клавиатуры все необходимые инструкции и команды, определяющие, в частности, тип анализа (штриховое или полутоновое изображение), масштаб, способ кадрирования, линиатуру сканирования, способ записи цифровых данных. Во время вращения барабана 1 сканирующая фотоголовка 4, перемещаясь по ходовому винту 3 вдоль образующей барабана, анализирует изображение последовательно, линия за линией. Сигналы от фотоголовки после их обработки в микроЭВМ 5 уже в цифровой форме записываются на магнитный носитель информации.

Автоматическому способу кодирования информации о начертании шрифта из­за дискретности операций сканирования оригиналов и развертывания знаков присущи искажения формы изображения по сравнению с оригиналами. Искажения могут быть трех типов. Первый тип — «зазубренность» наклонных участков контуров знаков или «ступенчатость» криволинейных участков — принципиально неизбежен. Например, ступенчатость может быть в большей или меньшей степени присуща самим исходным оригиналам  в зависимости от того, какие кривые использовались для их построения. Автор шрифта может уменьшить эти искажения путем доработки оригинала. Искажения второго типа — «втяжки» и «выбросы» на прямых участках контуров знаков, переэкспонирование внутренних углов контуров, приводящее к их «заливке», — могут быть сведены к минимуму или даже полностью исправлены после определенной программной обработки цифрового кода знака на ЭВМ.

Искажения третьего типа проявляются в том, что одинаковые фрагменты для одного знака или группы знаков (засечки, соединительные или основные штрихи, свисающие элементы и т.п.) при синтезе знаков могут иметь различия из­за неточности оригиналов, их установки при сканировании, некачественности оригиналов, дискретности процесса, помех и т.д.

Рис. 7. Способы кодирования информации о начертании шрифтовых знаков при контурно-векторном (а) и контурном (б) описании изображения знаков

При описании знаков в контурно­векторной форме контур знака аппроксимируют векторами (рис. 7а). В линиях контура задаются начальные координаты первого вектора, отсчитываемые относительно точки на линии шрифта, и приращения координат концов векторов вдоль обеих осей, кратные шагу дискретизации.

При контурном описании знака контур разбивается на отдельные участки, представляющие собой отрезки прямой и дуги окружностей (рис. 7б). При кодировании контуров, кроме координат начала и конца векторов, задаются параметры дуг окружностей (радиус окружности, координаты центра окружности, координаты точек сопряжения дуг).

При контурно­векторном способе кодирования информация о начертании знака представляет массив приращений координат концов векторов (проекций векторов), последовательность которых соответствует направлению обхода каждого замкнутого контура знака только базового кегля. Остальные кегли получаются из базового масштабным преобразованием.

В электронно­лучевых фотонаборных автоматах ЭЛТ служит источником света и используется для воспроизведения (синтеза) на экране изображения шрифтовых знаков, проецируемых с него на фотоматериал.

Развертка изображения знаков по строке может производиться электронно­механическим или электронным способом. Электронно­механическая развертка знаков по строке выполняется за счет вертикального отклонения светового пятна, сформированного на экране ЭЛТ, в пределах высоты шрифтового знака и перемещения по горизонтали оптической системы проецирования изображения на фотоматериал. При этом вертикальное перемещение светового пятна осуществляется электронными средствами при подаче на магнитные отклоняющие катушки ЭЛТ пилообразного напряжения. Перемещение оптической системы, а в некоторых фотонаборных автоматах оптической системы и самой ЭЛТ осуществляется электромеханическим приводом.

Электронный способ развертки изображения знаков в строке предусматривает наличие двух систем развертки: координатной и знаковой. Координатная система развертки применяется для установки луча электронно­лучевой трубки в начальное положение для каждого знака, а знаковая система — для развертки самого шрифтового знака. При этом развертка изображения знака вдоль вертикальных линий микрорастра осуществляется за счет перемещения светового пятна на экране ЭЛТ под действием отклоняющей системы (отклонение по Y), на которую подано пилообразное напряжение на период развертки линии растра. Для развертки последующих вертикальных линий на отклоняющую систему (отклонение по X) каждый раз подается дополнительное напряжение. Это напряжение пропорционально шагу развертки и сдвигает начальную точку развертки вертикальной линии микрорастра. Отсутствие инерционных механических и электромеханических устройств в системе развертки изображения в фотонаборных автоматах позволяет повысить скорость набора.

Наиболее известными из высокоскоростных электронно­лучевых автоматов с цифровым шрифтоносителем являются автоматы серии «Дигисет» фирмы «Хелл» (ФРГ), а из малогабаритных автоматов — «СРТроник» фирмы «Линотайп».

Фотонаборные автоматы серии «Дигисет». Фирма «Хелл» в 70­80­е годы прошлого века выпустила фотонаборные автоматы «Дигисет» 50Т1, 50Т2, 40Т10, 40Т20, 20Т1 и др.

В фотонаборном автомате «Дигисет» 40Т10 использовалась электронно­лучевая трубка диаметром 291 мм, а в автоматах «Дигисет» 40Т20 и 40Т30 — диаметром
364 мм. Тщательная фокусировка луча, прецизионная оптика и электронная корректировка в схеме управления ЭЛТ позволяют экспонировать текст и иллюстрации на фотоматериал с линиатурой записи до 443 лин/см (1125 dpi).

Рис. 8. Структурная схема фотонаборного автомата «Дигисет» 40Т10

В автомате «Дигисет» 40Т10 (рис. 8) имеются три устройства ввода: устройство ввода перфоленты 1, устройство ввода магнитной ленты 2 и канал связи 3, по которому может поступать информация из системы обработки текста. Текстовая информация из этих устройств передается на ЭВМ фотонаборного автомата, представляющую собой быстродействующий процессор 4 с оперативной памятью 5. К процессору может быть подключено запоминающее устройство 6 на магнитных дисках емкостью 12,3 Мбайт для хранения информации о шрифтовых знаках. В устройстве 6 хранится информация обо всех комплектах знаков, составляющих шрифтовое обеспечение автомата.

Перед набором текста из устройства 6 информация о комплекте шрифта, соответствующего требуемой для набора текста гарнитуре шрифта, переписывается в запоминающее устройство 8, которое является оперативной памятью и используется как цифровой шрифтоноситель. Обработанная текстовая информация из ЭВМ поступает в цифровое устройство управления 7, которое вызывает из запоминающего устройства 8 цифровую информацию о начертании знаков набираемого текста и формирует сигналы управления процессом набора. Эти сигналы подаются в аналоговое устройство управления 9 и устройство управления фотокамерой 12. Аналоговое устройство управления преобразует цифровую информацию в аналоговые сигналы для управления модуляцией и отклонением электронного луча ЭЛТ 10 по координатам X и Y. Синтезированное изображение знаков на экране ЭЛТ через объектив 11 проецируется на фотоматериал 16, находящийся в фотокамере. Фотоматериал перемещается из сдающей кассеты 14 в приемную кассету 15 по команде устройства управления фотокамерой 12. Экспонированный фотоматериал отрезается дисковым ножом 13.

«Дигисет» 40Т20 позволял набирать текст форматом 210x297 мм без смещения фотоматериала (рис. 9а). Если же формат набираемого текста больше зеркала набора, то фотоматериал автоматически смещается по вертикали на требуемую величину (максимально до 600 мм). При наборе текста в несколько колонок имеется возможность реверса фотоматериала. Подача и реверс фотоматериала осуществляются при помощи зубчатого валика, подающего фотоматериал с перфорацией. Затем фотоматериал подается непосредственно в проявочное устройство или собирается в приемную кассету.

Рис. 9. Зеркало набора фотонаборных автоматов с ЭЛТ: а — «Дигисет» 40Т20; б — «Дигисет» 20Т1

Особенностью автомата «Дигисет» 20Т1 является использование ЭЛТ со стекловолоконным экраном прямоугольной формы шириной до 298 мм. Фотоматериал экспонируется при его непосредственном контакте с экраном ЭЛТ. Потери световой энергии при этом оказываются минимальными. Кроме того, применение контактной съемки упрощает конструкцию машины и сокращает ее размеры вследствие отсутствия объектива. Зеркало набора у этой машины представляет собой прямоугольную полосу шириной 296  мм и высотой 37 мм (рис. 9б).

Фотонаборные автоматы «Дигисет» позволяли также набирать текст модифицированным шрифтом. Например, сужать и расширять знаки (приблизительно на 30% по отношению к базовой ширине), набирать текст квазикурсивом, наклоняя знаки на 12,5, 15 или 17,5°. Возможна была и двойная модификация, то есть наклон суженных или расширенных знаков. Скорость набора в этих автоматах достигает 1900 зн./с.

Фотонаборная установка «СРТроник» по существу представляла компактную настольную фотонаборную систему, которая позволяла производить набор, корректуру, верстку и вывод текста на фотоматериал с помощью малогабаритной ЭЛТ.

Рис. 10. Схема оптико-механической системы фотонаборной машины «СРТроник»

Принцип работы этой установки заключается в следующем. На экране малогабаритной ЭЛТ 1 (рис. 10) диаметром 25 мм генерировалась одна вертикальная линия растрированного изображения шрифтового знака высотой до 18 мм. Горизонтальная развертка изображения всего знака по строке на фотоматериале 5 осуществлялась за счет непрерывного перемещения каретки 2 по направляющим 4. Кроме малогабаритной ЭЛТ 1, на подвижной каретке 2 были установлены объектив 6 и зеркало 3. Довольно широкие технологические возможности, малые размеры и сравнительно низкая цена сразу сделали установку «СРТроник» очень популярной, несмотря на ее небольшую производительность.
К 1987 году фирма выпустила 10  тыс. этих фотонаборных установок.

Достаточно широкое применение малогабаритных фотонаборных машин с ЭЛТ обусловлено их сравнительно низкой стоимостью при больших технологических возможностях (формат и кегли набора, ассортимент шрифтов, линиатура записи изображения). К недостаткам таких машин следует отнести их малую производительность при наборе текста, что вызвано использованием оптико­механической системы развертки изображения знаков в строке.

В начале 1970­х годов, когда в полиграфии стали применяться лазеры, все ведущие фирмы — производители фотонаборных машин начали выпускать вместо электронно­лучевых устройств лазерные фотонаборные автоматы. 

1 Продолжение. Начало см. в КомпьюАрт 04’12

КомпьюАрт 6'2012