Введення в настільну поліграфію

Хоча вже неможливо уявити сучасний офіс без пари-трійки настільних принтерів, дуже часто фізичні принципи формування малюнка на папері залишаються "за кадром" більшості публікацій у пресі. Завдання даної статті - внести ясність в деякі моменти як принтерного, так і професійної, поліграфічного друку.

Замість передмови

В останні роки принтери, плоттери, або інші друкувальні пристрої настільки щільно увійшли в наш побут, що зустріти їх можна повсюдно - не тільки в малому офісі, а і на столах будинку, причому, досить часто на столах навіть у домашніх користувачів одночасно "трудяться" принтери декількох різних класів - наприклад, лазерний і струменевий. Однак, як тільки складність завдання стає трохи вище, ніж проста необхідність розкреслити і роздрукувати який-небудь простий бланк, виникає ряд труднощів, пов'язаних з нерозумінням рядовим користувачем деяких технологічних тонкощів процесу друку. У великий поліграфії існує ціла група спеціальностей, професіонали яких займаються допечатной підготовкою, і, по суті, перетворюють макет, виготовлений дизайнером, в закінчений виріб, який можна надрукувати з максимальним якістю, з огляду на всі існуючі технологічні нюанси виробництва. Звичайно, мала, "настільна поліграфія" багато в чому! му позбавлена цих складнощів - тут і завдання багато в чому простіше, і вимоги до якості зазвичай нижче. Але, по суті, набір програмного забезпечення, загальні прийоми роботи і різні професійні тонкощі, що використовуються як професіоналом-поліграфістів, так і новачком комп'ютерної графіки, багато в чому схожі. Спробуємо і ми трохи розібратися у всіх цих технологічних премудростях, одна згадка про які раніше могло глибоко деяких непосвячених у побожний трепет.

Способи передачі зображення: адитивний і субтрактівним синтез

Фізика формування зображення різна для кожного пристрою. Монітор формує зображення за одним фізичним законам, і, використовуючи монітор, ми маємо справу з так званим аддитивним RGB - синтезом, де кожен конкретний колір виходить оптичним змішуванням трьох колірних складових - червоного (Red), зеленого (Green) і синього (Blue) каналів. Монітор з електронно-променевою трубкою, або Кінескопні (Cathode Ray Tube, CRT) при побудові зображення використовує одну або три електронні гармати. У першому випадку, при використанні одного каналу, ви отримаєте монохроматичністю зображення, з деяким числом градацій цього кольору, так як монітор є напівтоновим пристроєм, і кожен його люмінофорних елемент, що формує на екрані зображення, здатний випромінювати світло з декількома рівнями яскравості. У звичайних кольорових кінескопах використовуються три електронні гармати червоного, зеленого і синього кольорів. При максимальній і збалансовано - рівною інтенсивності в усіх трьох п! вушках ми отримуємо білий колір. При відмінності в інтенсивності різних гармат ми отримуємо похідний колір, утворений з сумарної яскравості кожного окремо взятого основного кольору. Наприклад, оптичне змішування червоного (red) та зеленого (green) квітів дасть жовтий колір. Аналогічно утворюються всі інші кольори зображення, як різні комбінації яскравості його базових складових.

Пристрої, що наносять зображення на папір, виробляють синтез кольору, використовуючи зовсім інші фізичні і оптичні закони. Зображення на папері не випромінює світло і, кольори, які ми бачимо, розглядаючи отриманий відбиток, - це фактично оптичний синтез відбитих променів світла, що надійшли від деякого джерела освітлення. Промені світла, відбиваючись від розглянутого ділянки зображення, частково поглинаються, а частково відбиваються від нього. Відбиті промені світла і визначають той колір або відтінок кольору, який ми бачимо в певній точці зображення. Ця модель формування кольору отримала назву субтрактивной синтезу, тому що колір що спостерігається точки є різницевої складової світла, падаючого на неї і світла, поглиненого нею. Таким чином, вид зображення може залежати від багатьох факторів, що супроводжують його перегляду. Це - в теорії. На практиці на зовнішній вигляд нашого відбитка впливають як використані при друці фарби, так і матері! ал, на який вони були нанесені, а також умови освітлення та перегляду нашого зображення. Відмінності одного і того ж вихідного зображення, отриманого на різних друкарських пристроях, і не завжди однаковий вигляд одного й того самого надрукованого зображення в різних умовах перегляду є джерелом постійного головного болю професіоналів, що працюють з кольором - дизайнерів, поліграфістів, фахівців з комп'ютерної графіки та людей інших суміжних спеціальностей. Складність їх завдання полягає в те, що всі вони повинні враховувати, як одне й те саме зображення буде виглядати в іншій системі, при використанні іншого монітора або відеоадаптера, або як воно буде надруковано на іншому принтері.

Безпосередньо, нанесення зображення на запечатуваний матеріал здійснюється з використанням базового набору з декількох стандартних фарб. Звичайно, це блакитна (Cyan), Пурпурова (Magenta), Жовта (Yellow) і чорна фарби (blacK). За назвами використаних фарб була відповідним чином названа і сама субтрактивна кольорова модель - CMYK. Остання, чорна фарба позначається однобуквенним індексом K, а не B, як можна було припустити спочатку, тому що в абревіатурі CMYK для чорної фарби не використовували першу літеру її назви, щоб не створювати додаткової плутанини з синім кольором (Blue). Три перші фарби використовуються для отримання всіх кольорів і відтінків зображення, чорна ж фарба використовується для підтримки тіньових зон зображення, в якості додаткового компонента. Чому не можна обійтися без використання чорного компонента? Адже, теоретично, як відомо з курсу фізики, при змішуванні трьох базових кольорів ми повинні були п! олучіть чорний колір. Дійсно, в теорії субтрактивной синтезу, при змішуванні рівної кількості блакитної, пурпурової і жовтої фарб повинен виходити чорний колір. Однак, природа використовуються на практиці барвників або друкарських фарб багато в чому недосконала, і при змішуванні трьох колірних складових одержати чорний колір не можна. Замість чорного кольору виходить зазвичай недостатньо темний і брудно-коричневий колір, який може бути що завгодно, але тільки не нейтральним (без паразитного відтінку) чорним кольором. В основному, причиною такого явища є природа барвника, що використовується для блакитною фарбою. Тому для отримання тіньових або чорних ділянок у зображенні використовується додаткова, "підтримує" чорна фарба. Вона замінює собою частину CMY - фарб зображення, і використовується, як правило, для підтримки "глибини" в самих темних ділянках зображення. А ще в такий спосіб для деяких елементів зображення здійснюється економія фарби, чорнила або тонер! а. Наприклад, для друку чорного тексту використовується один картридж, вме сто трьох. Є й деякі інші позитивні сторони використання додаткового чорного кольору.

За суті, процес переходу з аддитивной RGB - колірної моделі (або будь-який інший) в субтрактівним модель CMYK і називається квіткоділенням. Не дивлячись на уявну простоту цього процесу (наприклад, для переходу в модель CMYK засобами графічного пакету Adobe Photoshop, досить викликати відповідну опцію головного меню Image - Mode - CMYK), технологічна сторона цього переходу часто залишається для користувача "за кадром". А квіткоділенням можна і потрібно управляти! Наприклад, задавши два різних рівня генерації чорної фарби, ми можемо отримати два різних в друку зображення, які будуть абсолютно однаково виглядати на екрані. І, хоча розгляд кольороподілу не є темою даної статті, згадати його ми були зобов'язані, тому що воно відбувається завжди, як тільки ми виробляємо друк будь-якого файлу, або просто, при роботі в графічному редакторі виробляємо перехід з початкової робочої колірної моделі в CMYK. Цветоделение, по суті, окрема велика наука, знання з якої використовують професіонали від поліграфії в повсякденній роботі, коригуючи ті чи інші його параметри для подальшої коректної друку (наприклад, управляють сірим балансом, рівнем генерації чорної фарби, рівнем розтискування або іншими параметрами).

Вище, при згадці методу формування зображення на екрані монітора, я сказав, що монітор є напівтоновим пристроєм, тобто він здатний одним і тим же ділянкою матриці люмінофорів відтворювати безліч значень яскравості. Принтери, так само як і друкарські машини, що використовуються в "великій поліграфії ", в переважній більшості випадків, не є напівтоновими пристроями, і вони не здатні одночасно наносити барвник, тонер, або чорнило з різною інтенсивністю. Всі вони не здатні безпосередньо при друці змішувати фарби і наносити на різні ділянки запечатується різні сумішеві кольору, кількість яких у різних пристроях може бути від одного, чотирьох чи шести до другого числа стандартних "базисних" квітів у деяких особливих випадках. Однак півтони в зображеннях вони все ж таки передають. Отже, щоб отримати в принтерного зображенні різні відтінки того або іншого кольору, повинен використовуватися якийсь інший механізм! дозованого нанесення фарби на папір. Цей механізм досить простий, як і всі геніальне, і називається він процесом растрування.

Растрування

Растрування (Screening) - це метод передачі півтонів зображення на неполутонових пристроях, за допомогою спеціальних, простих геометричних фігур - растрових точок. Полягає він у наступному. Початкове напівтонове зображення для друку, що нам необхідно передати на неполутоновом пристрої, аналізується, і виводиться на друк набором спеціальних, геометрично правильних фігур, -- растрових точок, характеристики яких визначають колір нашого зображення і його візуальну (оптичну) щільність. А растрова точка (screen dot, або raster dot) - це елементарна проста геометрична фігура, яка формує растровий малюнок. Вона може бути різної форми, і за час існування поліграфічної галузі їх було перепробувано ціле безліч. Про найбільш часто використовуваних формах растру буде сказано нижче.

Існують дві методики растрування і відповідно два способи передачі півтонів на неполутонових пристроях:

друк растровими точками однакового розміру (але різним їх кількістю);

друк растровими точками різного розміру (при їх незмінному кількості).

Розглянемо обидва методи формування малюнка докладніше.

В першому випадку, фактично, змінюється частота появи растрових точок на папері, в залежності від насиченості зображення. Тому цей метод растрування називається частотно - модульованим (ЧМ - растрування, англ. FM-screening). Растрові точки, при формуванні малюнка цим методом, наносяться хаотично і не впорядковано одна відносно іншої (тому растри цього типу іноді називають нерегулярними або стохастичними).

У таких растрів всього один безпосередній параметр - розмір окремо взятої точки, що визначається налаштуваннями драйвера друку і характеристиками пристрої виведення - розміром мікропятна друкуючого пристрою. Мінімальні значення цього параметра обмежені об'ємом краплі, створюваної друкуючої готуванням, який на практиці в сучасних моделей принтерів зазвичай коливається від двох до кількох десятків піколітров. По суті, встановлюючи в діалоговому вікні принтера, друкуючого цим растром, ми встановлюємо дозвіл, або максимальну щільність нанесення точок на одиницю довжини друку. Ця величина, багато в чому визначає якість друку, називається роздільною здатністю у точках на дюйм, і позначається як dpi (dots per inch). Зрозуміло, що чим дрібніше розмір окремо взятої краплі, і чим вище роздільна здатність в dpi, тим менше буде помітна дискретність готового надрукованого зображення.

Найбільш типовий і поширений приклад пристрою, в якому використовується нерегулярний стохастичний FM - растр - це струменевий принтер. З фізичної точки зору сформувати такий растр досить просто: друкуюча головка принтера просто завдає чорнило на запечатуваний матеріал у вигляді безлічі дрібних крапельок більш-менш однакового розміру (повторюваність розміру краплі визначається вже не настройками друку, а класом точності друкуючого вузла принтера). Змінюється тільки інтенсивність падіння крапель барвника на запечатуваний матеріал, що і визначає відносну щільність запечативаемості кожної ділянки. Таким чином, сформулюємо короткий визначення: ЧС - растрування (FM - screening) - це метод отримання півтонів в друкувати зображення з використанням растрових крапок однакового розміру зі змінним числом їх на одиницю площі запечатуваної поверхні. Нижче на малюнку Ви можете подивитися збільшений фрагмент простого изоб! раженія, видрукуваний за допомогою цієї методики растрування.

Простота формування цього растру багато в чому може наштовхнути вас на думку про простоту професійного застосування до друку цього растру. На жаль, це не так. Те, що добре і досить просто для настільного принтера, не завжди просто і досяжною в "великій" поліграфії. Як правило, використання в ній нерегулярних частотно - модульованих растрів пов'язане з цілою низкою практичних труднощів - потрібне використання значно більше високоякісного обладнання, як при друці, так і на допечатной стадії. Більшість видань, як і журнал, в якому надрукована ця стаття, друкується без використання цієї технології растрування.

Однак поліграфісти не були б поліграфістам, якщо б ними не був вже досить давно придуманий альтернативний спосіб растрування. Цей метод, повсюдно що використовується у пресі, - це так зване амплітудно-модульоване растрування, або АМ - растрування (AM - screening). Короткий опис цього методу растрування таке: це метод отримання півтонів з використанням растрових точок змінного розміру, з незмінним їх кількістю на одиницю площі запечатуваної поверхні. У АМ - растру використовується дещо інший підхід до формування малюнка, на відміну від попереднього розглянутого нами методу. У залежно від того, наскільки світлим або темним є певну ділянку зображення, його друк на папері відбувається у вигляді растрових точок різного розміру. У світлих ділянках точки достатньо малі і малопомітні. У півтонової частини вони займають приблизно половину запечатуваної площі малюнка і формують характерну "шахматка" (хоча це з! АВІС від форми растрової точки), а в тіньових ділянках точки стають настільки великі, що займають майже всю площа запечатується, при цьому проміжки між растровими точками стають практично не видно. Значення площі, займане растрової точкою в зображенні, прийнято називати растрової щільністю, і виражати у відсотках. Наприклад, растрова щільність в 50% на увазі, що растрова точка займає половину площі запечатується. Саме тому, наприклад, в відомому редакторі растрової графіки Adobe Photoshop колірні значення в RGB задаються як число в межах від 0 до 255 (у рамках 256 градацій на один канал зображення), а колірні значення в CMYK - в процентних значеннях від 0 до 100. Число градацій і глибина кольору, однак, при цьому залишаються без змін - на один канал CMYK - зображення, як і раніше припадає 8 біт інформації (в даному випадку ми не розглядаємо випадки використання підвищеної глибини кольору).

Спочатку читачеві може здатися, що другий метод формування зображення достатньо складний і декілька незграбний в порівнянні з попереднім. Однак, це тільки перший враження. Не дивлячись на те, що у амплітудно-модульованих растрів є величезна кількість недоліків, серед яких - відносна дискретність зображення, можливість появи муару в пресі або при повторному скануванні, і порівняльна труднощі в реалізації алгоритмів растрування, в порівнянні з FM - растрами на допечатной стадії, в цілому, його значно простіше друкувати, і він найбільш часто використовується в "великий" поліграфії, а також у більшості моделей "не струменевих" принтерів. "Пляшковим шийкою"?? тохастіческіх растрів залишилося висока складність їх практичного отримання в професійній пресі, нелінійність градаційний показників растру і зазвичай досить високі вимоги до друкованому встаткування для його відтворення. Відповіддю друкованої індустрії був відмова від! масового застосування стохастичних методів растрування, не дивлячись на всі їхні потенційні переваги. "Стохастик" залишили мало не тільки для "настільних струменевих принтерів", а у всіх інших випадках професійного друку почали використовувати амплітудно-модульовані растри.

До речі, обмовлюся відразу, повної відмови від цієї технології, звичайно ж, не відбулося, в силу ряду її переваг, проте, більша частина ринку все-таки використовує традиційне АМ - растрування. Мені важко назвати конкретну цифру в відсотках, щоб чітко порівняти растри за частотою їх використання, але частка практичного застосування частотно-модульованих растрів в порівнянні з амплітудно-модульовані все ще залишається досить мала.

Деякі тонкощі АМ - растрування

При використанні AM - растрів, актуальний не тільки питання про розміри, а й про форму растрової точки, на відміну від попереднього методу растрування, де форма точки була відсутня як така. Замість неї на запечатувану матеріалі після друку з'являлася досить незначна крапелька тонера, фарби або чорнила принтера, а розмір крапки, по суті, визначався налаштуваннями драйвера принтера (на апаратній рівні - обсягом мікрокраплі використовуваного принтера). Справа в тому, що від того, яким АМ - растром буде надрукований макет, а також від форми растрової точки, під чому залежить візуальне сприйняття зображення спостерігачем. Форма растрової точки (Raster dot shape) строго визначена і частіше за все залежить від конкретної моделі друкуючого пристрою, або від програмних установок драйвера, якщо він дозволяє вибирати форму растру серед кількох альтернативних варіантів. Без необхідності і точного розуміння того, що Ви робите, і який результат Ви плануєте отримати, мене! ть форму растрової точки не слід. До найбільш часто використовуваних форм растрових точок можна віднести еліптичну, ромбовидної, квадратну і круглу точки.

Багато читачі, мабуть, вже знайомі з поняттям лініатури. Цей параметр відноситься тільки до регулярних амплітудно-модульованим растру і позначає щільність укладання просторових ліній растра на одиницю довжини (зазвичай - дюйм). Для позначення терміна "лініатура" використовується абревіатура - lpi, розшифровуються як lines per inch (число ліній на дюйм). Чим вище частота укладання ліній на одиницю довжини зображення, тим менше помітна дискретність зображення, обумовлена його растрової структурою. Найбільш типові значення лініатури друку - 60, 85, 100, 120, 133, 150, 175, 200 lpi і так далі. Людина, що володіє середньостатистичний гостротою зору, як правило, не помічає растра в зображеннях, надрукованих з линиатурой більше 133 lpi, при перегляді зображень з відстані в 25-35 сантиметрів.

Як я вже сказав, підвищення лініатури друку в цілому поліпшує відчуття глядача від проглядається зображення. Чим вище линиатура, тим більшу кількість деталей зображення можна передати до друку. Однак, для друку високих лініатур необхідно також використання високого апаратного дозволу друку принтера - Інакше зображення, маючи візуально велику ступінь деталізації, сильно програє в числі доступних йому градацій друку. Нижче на наведеному малюнку показані форми двох растрових точок однієї і тієї ж лініатури і растрової щільності, але при різному дозвіл принтера в dpi.

З малюнка видно, що "акуратність" промальовування форми кожної окремо взятої растрової точки знаходиться в прямій залежності від дозволу друку. Таким чином, якщо дозвіл друку буде недостатньо високо, похибка промальовування растрових точок буде високою. З-за низького дозволу друку ми не побачимо різниці між двома точками растровими з невеликою різницею за їх щільності. Наприклад, ділянки зображення з щільністю в 35 і 37% стануть невиразні. В результаті, при друку можуть частково постраждають градації зображення, і виникне так званий ефект постерізациі - явище втрати відтінків, що добре помітно на ділянках тонких переходів кольорів і так і плавних градієнтах.

З теорії відомо, що при глибині кольору 8 біт на канал, наприклад, у чорно-білому зображенні ми можемо одержати до 256 різних відтінків сірого. На практиці, для якісного друку всіх відтінків початкового зображення, ми повинні забезпечити як мінімум, 16-кратний запас з вирішення друку, залежно від поточної лініатури. Неважко підрахувати, що при лініатурі друку 150 lpi (це стандартне значення лініатури для більшості друкованих видань), для якісної передачі всіх можливих відтінків зображення, ми повинні забезпечити дозвіл друку не менше 2400 dpi. Адже далеко не кожен принтер здатний друкувати з такими показниками, порядок технологій, які вони лініатур зазвичай дещо менше. У діалогових вікнах драйверів більшості принтерів звичайно вибирається дозвіл друку принтера в dpi, а в залежності від нього підбирається адекватне значення лініатури, для більш-менш якісних характеристик друку.

Передача багатобарвних малюнків за допомогою растру

Технологічно все досить просто, коли під час друку використовується всього один фарба, як у чорно-білих принтерах. Складніше формується малюнок, якщо використовується кілька базових фарб або чорнила.

Наприклад, струменевий принтер, c набором чорнила базових кольорів, формує кольорове зображення шляхом нанесення певного числа точок чорнилом того чи іншого кольору в різні ділянки запечатуваного зображення. Для отримання квітів, які відсутні серед базових, використовується деякий їх поєднання. Так, наприклад, зелений колір виходить при нанесенні блакитних (Cyan) і жовтих (Yellow) точок, червоний - при нанесенні пурпурових (Magenta) і жовтих (Yellow). Аналогічним чином виходять все різноманіття інших кольорів. Але, як я вже говорив раніше, струменевий принтер друкує нерегулярним растром через відносної простоти його фізичного формування. Амплітудно-модульовані растри дещо складніше, і схеми отримання багатобарвних зображень з їх використанням використовуються інші. Справа в тому, що для растрових точок різних квітів необхідне використання різного їх геометричного положення друг відносно одного. Це оптично дозволяє наблюдат! ь нам більш чисті кольори у світлих ділянках зображення, а також уникнути появи дратівливих очей інтерференційних картин, що виникають іноді в растовані зображеннях (про це ще буде сказано нижче). Геометричний сенс взаємного зміщення растрових точок щодо один одного полягає в тому, щоб повернути растрові структури, а значить і кожну растрову крапку в окремо, на деяку кількість градусів. Таким чином, ще один параметр амплітудно-модульованих растрів -- це кут його нахилу. Кут нахилу растру (Screening angle) - це величина відносного кута повороту растрових точок один щодо одного і щодо загальної осі зображення. Цей параметр приймає особливе значення при кольорового друку, тому що друк кожної фарби здійснюється з використанням різних кутів нахилу растра для кожної з використаних фарб. Нижче на малюнку показаний приклад растру з кутами нахилу в 15, 0 і 45 градусів.

Значення кутів нахилу растру стандартизовані, і без особливої потреби змінювати їх місцями не рекомендується. Для блакитною фарбою стандартним значенням є кут в 15 градусів, для пурпурової - 75, для жовтої 0, для чорної - 45. Крім того, використовується цей же набір кутів нахилів растру, з доповненням кута нахилу растра 90 градусами (наприклад, для блакитною фарбою можна використовувати кут в 105 градусів замість 15 і т.д.). Не можна використовувати одні й ті значення кута нахилу растра для різних фарб одночасно - це викликає найсильніші спотворення зображення, які проявляються в зміні кольору і появі інтерференційної періодичної структури, що виникла через накладення двох періодичних растрових структур. Ці паразитні, періодичні структури називаються муаром і в разі їх появи, як правило, є 100%-м шлюбом для надрукованого зображення. Таким чином, муар (moire) - паразитний, дратівливий очей ефект, що виникає в невірно отрастріро! ванном або повторно растовані зображенні.

перепризначає кути нахилу растру здатний далеко не кожен принтер. Звичайно, для можливості перепризначення кутів нахилу растру потрібне використання PostScript -- принтера, або ж спеціалізованого програмного забезпечення. Використання різних кутів нахилу растру також впливає на наше сприйняття зображення. Крім того, наприклад, при друку на чорно-білому принтері, кут нахилу растра єдиною використовуваної чорної фарби або тонера, як правило, становить 45 градусів. Вибір цього кута не випадковий, оскільки саме при цьому його значення зображення візуально мінімально "розбито" дискретністю растрової структури.

В професійної поліграфії використовуються растри, що створюють різні за формою і візуально-оптичним властивостям растрові розетки. Розетки растру (raster rosette) - це елементарні комірки зображення, що складаються з набору растрових точок, які формують це зображення. Це прості, геометрично правильні візерунки, що утворюються на папері цілими групами растрових точок різних кольорів. Поняття розетки растру має сенс тільки при розгляді кольорового друку. Розташування растрових точок в розетці растру не випадково, і вибрано шляхом довгих експериментів поліграфістів-теоретиків у тісній співдружності з поліграфістам-практиками.

Крім всіх згаданих у статті технологій, існують ще й деякі "гібридні" технології, які використовуються на практиці. Це так звані комбіновані растри. Комбіновані растри - це растри, одночасно володіють достоїнствами АМ і FM - методів растрування, розглянутих вище та позбавлені деяких їх недоліків. Відповідно, у них може змінюватися як кількість точок на одиницю площі запечатується, так і розмір пікселів. У настільних принтерах вони застосовуються щодо недавно, і її підтримка в драйвері є далеко не у всіх моделях. У професійної "великої" поліграфії вони використовуються ще рідше.

І, на завершення цієї невеликої статті, хотілося б додати, що в цьому обговоренні ми торкнулися тільки найбільш фундаментальні та важливі поняття, що використовуються в професійної та "настільної" поліграфії, що стосуються формування напівтонових зображень на папері. Далеко не всі нюанси технічного та технологічного процесу формування зображення були розглянуті. Але все це вже теми для окремого, грунтовного розмови.

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://subscribe.ru/archive/comp.soft.graph.prepress/