Нерегулярное растрирование: теория и практика
Известно, что для градационной передачи изображения оригинала способом высокой и плоской офсетной печати необходимо проводить растрирование, то есть разбивать изображение на микроэлементы, которые, ввиду ограниченной разрешающей способности человеческого глаза, нельзя отличить друг от друга, в результате чего изображение на оттиске воспринимается как тоновое.
Для осуществления растрирования при работе по классической технологии полиграфического производства использовали специальные оптические приборы, называемые растрами. Существовали растры двух типов: контактные и проекционные. Свет, отражаясь от полутонового оригинала или проходя через него, попадал на оптический модулятор и фиксировался в виде отдельных микроэлементов на высококонтрастной фототехнической пленке, которая располагалась непосредственно за растром (контактное растрирование) или на некотором расстоянии от него (проекционное растрирование). Полутона на репродукции передавались за счет изменения площади этих микроэлементов при их одинаковом количестве на единице площади изображения.
Наиболее распространенным в полиграфии является регулярное растрирование, отличительная особенность которого состоит в том, что центры микроэлементов таких растров расположены на одинаковых расстояниях друг от друга. Проекционные и контактные растры имели следующие общие технологические характеристики:
• период растра;
• частота растра — величина обратная периоду; в полиграфии частота заменяется линиатурой растра, которая численно в 10 раз больше частоты и измеряется количеством элементов растра на 1 см .
В свою очередь, эти растры имели еще и собственные технологические особенности, характерные для каждого вида.
Градационной характеристикой растрового процесса при использовании контактных и проекционных растров можно управлять по-разному. Так, при использовании нейтрально-серых контактных растров, градационная характеристика закладывалась в процессе изготовления растра, по-этому они обычно продавались в комплекте. Для увеличения интервала передачи градации таких растров можно применять методы многократного экспонирования. Система растрирования с проекционным растром позволяет в значительной мере управлять градационной характеристикой в процессе растрирования.
Сегодня растрирование осуществляется цифровыми методами, которые дают широкие возможности управления процессом.
При репродуцировании многоцветных оригиналов с использованием периодического растрирования возникают проблемы с появлением паразитного рисунка (муара) вследствие наложения регулярных растровых структур цветоделенных изображений друг на друга. В процессе развития технологии растрирования были предложены различные методы борьбы с муаром:
• частоту муаровой картины можно сделать такой низкой, что ширина шага получается больше размера изображения и паразитный рисунок становится незаметным. Этого можно добиться путем печати «точка в точку». Однако это предъявляет высокие и не всегда реальные требования к режиму печатания (к приводке красок), так как малейшее отклонение приведет к муару;
• частоту муаровой картины можно сделать достаточно высокой для того, чтобы она выходила за пределы разрешающей способности зрительной системы. Это самый распространенный метод коррекции муара, осуществляемый путем поворота растровых сеток цветоделенных изображений друг относительно друга на определенные углы. Здесь стоит отметить, что при повышении частоты паразитного рисунка он становится трудноразличимым, но эта высокочастотная муаровая картина взаимодействует с мелкими деталями в изображении, разрушая их, а резкость изображения при этом снижается;
• применение нерегулярных растров вообще исключает муарообразование и повышает резкость изображения. (Правда, нерегулярные растры не исключают так называемых сюжетных муаров, появляющихся при репродуцировании изображений с регулярным рисунком, например текстур тканей и т.п. — Прим. ред .)
Технология нерегулярного растрирования стала привлекать к себе внимание с самого начала своего появления, так как она действительно позволяет повысить качество оттисков. Первые нерегулярные растровые структуры были получены при изготовлении печатных форм для литографии. В качестве основы такой формы брался литографский камень с естественной зернистостью, которая имела случайный характер. Позднее был разработан так называемый безрастровый офсет — способ создания полиграфических репродукций, при котором в качестве растровой структуры использовали естественную зернистость алюминиевой пластины. Однако этот способ позволял получать формы только с низкой тиражестойкостью.
Примерно в конце 60-х — начале 70-х годов были изготовлены оптические модуляторы, работающие по контактному или проекционному принципу и позволяющие производить нерегулярное растрирование, — растр, работающий по принципу поглощения, для создания которого использовалась естественная зернистость фототехнической пленки [1]; высокочастотный растр с нерегулярной структурой элементов линзового типа [2]; растр, получаемый копированием фазового нерегулярного растра [3], работавший по принципу поглощения и др. С разработкой новых видов растров началось развитие теории нерегулярного растрирования.
В работе [2] исследован механизм формирования растровых элементов при использовании нерегулярного растра линзового типа. Показано, что поверхность растра, состоящую из статистически распределенных неоднородностей, можно рассматривать как совокупность положительных и отрицательных микролинз различного диаметра с разными фокусными расстояниями. При помощи этих микролинз формируются элементы на экспонируемом фотоматериале. Здесь же были предложены методы расчета интервала градаций растра линзового типа и расчета интервала системы, проведен анализ влияния ряда технологических факторов на характеристику растрового изображения.
Для оценки изображений, изготовленных с использованием нерегулярного растрирования, были предложены различные методы [1, 4, 5]. В работе [1] проведена оценка структуры различных растровых изображений, в том числе изготовленных с использованием нерегулярных растров. Измерены спектры таких изображений, по которым видно, что нерегулярные структуры имеют значительно более равномерное распределение мощности по пространственным частотам и большую мощность в самых низких частотах, хорошо воспринимаемых глазом, что несколько ухудшает зрительное восприятие изображения, особенно равномерного по плотности фона. Там же рассчитаны среднеквадратичные отклонения флуктуаций оптических плотностей, по которым, путем сопоставления с аналогичной характеристикой регулярных растровых структур, были найдены эффективные частоты нерегулярных структур при нормальных условиях рассматривания.
В работе [4] предложен метод оценки растровых изображений с нерегулярной структурой элементов по зависимости коэффициента передачи контраста от пространственной частоты. По этому методу получены зависимости для изображений с различным контрастом и разными оптическими плотностями изображения. Здесь же по методу, предложенному в работе [1], посредством построения зависимостей среднеквадратичного отклонения оптической плотности изображения от оптической плотности на оттиске при различных наложениях структур, дано объяснение по поводу отсутствия муара при многокрасочном репродуцировании с использованием нерегулярного растра.
В работе [5] получены функции передачи модуляции (ФПМ) растров поглощающего и линзового типов и найдена зависимость ФПМ нерегулярных растров от формы растрового элемента. Представлено аналитическое выражение этой зависимости, произведено сравнение результатов, полученных расчетным и экспериментальным методами. В этом исследовании сделан вывод о том, что меньший средний радиус элемента растровой структуры служит причиной лучшей ФПМ растра линзового типа по сравнению с ФПМ растра поглощающего типа.
Применение нерегулярных растров на производстве описывается в работе [6], причем авторы испытали нерегулярный контактный линзовый растр в типичных производственных условиях. Одним из достоинств примененного растра, кроме отсутствия муара и повышения резкости, было то, что цветные изображения отличались более сочными цветами, а недостатком — малый интервал передаваемых плотностей.
Проведенные во ВНИИ полиграфии исследования высокочастотного растра линзового типа [2] легли в основу разработки технологического процесса с использованием этого растра. Данная технология была рекомендована к использованию в промышленности для воспроизведения определенного типа черно-белых и цветных оригиналов со сложной геометрией рисунка, то есть имеющих большое количество мелких деталей, графических элементов, выраженную фактуру.
С внедрением в технологический процесс цифровых технологий были разработаны алгоритмы формирования нерегулярных (частотно-модулированных) растровых структур, которые отличаются тем, что имеют постоянный размер растровых точек, а градационная передача осуществляется за счет изменения количества разбросанных в хаотическом порядке точек. Данные структуры тоже были проверены в условиях реального производства, и при этом отмечалось более высокое растискивание точек в процессе печати по сравнению с регулярным растром, что можно объяснить увеличением суммарного периметра точек вследствие их большого количества [7].
Следует сказать, что первые алгоритмы стохастического растрирования имели ряд недостатков. В частности, они могли генерировать сгустки растровых точек в области больших оптических плотностей вследствие случайности распределения элементов по полю изображения, что снижало качество получаемых изображений. Для устранения этого недостатка были созданы алгоритмы растрирования второго поколения, куда включались механизмы, препятствующие образованию сгустков растровых точек. Следует упомянуть и о комбинированных алгоритмах растрирования, которые осуществляют дискретизацию изображения, одновременно используя регулярное и нерегулярное растрирование.
Сегодня развитию технологии частотно-модулированного растрирования способствует активное внедрение технологии CtP, однако отсутствие рекомендаций и методов контроля воспроизведения изображений с нерегулярной структурой не позволяет в достаточной степени внедрить частотно-модулированное растрирование в процесс полиграфического производства. Наличие на рынке многообразных алгоритмов стохастического растрирования требует создания методов оценки изображений для сравнительного анализа этих алгоритмов и для правильного выбора той или иной технологии в условиях реального производства.
Литература:
1. Андреев Ю.С., Позняк Е.С., Андреева В.И. Об оценке структуры растровых изображений в фоторепродукционных процессах//Журнал научной и прикладной фотографии и кинематографии. — 1973. т . 18. с . 163-170.
2. Андреева В.И., Попова А.Л. Механизм действия высокочастотного растра с нерегулярной структурой линзового типа//Труды ВНИИ полиграфии. — 1977. т . 26. в ып. 1. с . 69-80.
3. Позняк Е.С., Андреев Ю.С. Исследование лазеров в фоторепродукционных процессах//Полиграфия. — 1979. № 5. с . 24-26.
4. Андреева В.И. Оценка качества растрового изображения с нерегулярной структурой элементов//Труды ВНИИ полиграфии. — 1977. т . 26. в ып. 1. с . 59-67.
5. Андреев Ю.С. Частотно-контрастная характеристика растровой фоторепродукционной системы с нерегулярной структурой элементов//Журнал научной и прикладной фотографии и кинематографии. — 1979. т . 24. № 1. с . 163-170.
6. Власенко В., Городенцев Л. Применение нерегулярных контактных растров// Полиграфия. — 1974. № 8. с . 32-33.
7. Блинников Р., Лихачев В. Коррекция градационных характеристик при использовании ЧМР.//Полиграфия. —1996. №1, С. 30.