Geum.ru

I теоретический курс компьютерной графики

Вид материалаДокументы
Цифровое растрирование
Растискивание (dot gain)
Подобный материал:
1   2   3   4   5
Глава 1.5 Растрирование, линиатура и цветоделение

Процесс типографской печати налагает на обработку изобра­жения определенные требования. Полутоновые изображения должны быть растеризованы, в то время как полноцветные изо­бражения должны быть подвергнуты цветоделению.

С линейными растрами приходится сталкиваться не только при подготовке изображений, но и в повседневной жизни. Растри­рование применяется практически всеми цифровыми устройства-. ми вывода — от принтеров до мониторов. Принцип растрирова­ния — разбиение изображения на маленькие ячейки так называе­мой растровой сеткой, причем каждая ячейка имеет сплошную заливку. Растровая сетка монитора разбивает изображение на пик­сели, представляющие собой группу точек люминофора. С другой стороны, лазерный принтер разбивает изображение на черные точки разного размера. Цветной принтер делает то же самое, од­нако с несколькими монохромными растрами одновременно. При выводе изображения на эти устройства параметры растрирования имеют решающее значение, так как они непосредственно связаны с их аппаратными возможностями.

При цифровой печати использование отдельных красок для передачи каждого оттенка серого невозможно (256 оттенков), по­скольку каждый оттенок требовалось бы наносить отдельно и по очереди, один за другим. На практике для получения градаций серого используют всего одну краску — черную. Полутона при этом передаются за счет растра. Растровые точки, из которых состоит изображение, нетрудно заметить на изображениях, отпе­чатанных на лазерном принтере или в типографии (см. рис. 1.15).



Точки располагаются регулярно, на одинаковом расстоянии друг от друга, образуя линейный растр. Иногда применяется также нерегулярное расположение растровых точек. В этом случае растр называется нерегулярным или стохастическим, а способ растрирования называют ЧМ-растрированием (частот­но-модулируемым).

Для передачи оттенков в процессе растрирования формиру­ются растровые точки разных размеров. Точки большего диа­метра, соседствуя в ячейках растровой сетки, оставляют между собой мало белого пространства. Чем светлее оттенок, тем меньше размер растровых точек и, соответственно, между ними больше белого пространства.

Цифровое растрирование организовано другим способом. В этом случае процесс растрирования состоит в объединении то­чек, создаваемых лазерным лучом принтера, в группы, которые образуют растровые точки.

Растр представляет собой совокупность квадратных ячеек, на которые разбито изображение (см. рис. 1.16). При этом каждой ячейке соответствует одна растровая точка, которая состоит из группы «действительных» точек одинакового размера, создавае­мых устройством вывода.



Рис. 1.16. 25 и 50%-е растры и их увеличенные фрагменты

Чем большая часть ячейки заполнена точками принтера, тем больший размер имеет растровая точка и, соответственно, тем более темный оттенок серого она отображает. Существуют раз­личные формы растровых точек, однако наиболее часто исполь­зуемой является круглая. Чтобы приблизить форму растровой точки к кругу, растеризатор пытается наносить «действительные» точки как можно ближе к центру ячейки (см. рис. 1.17).



Рис. 1.17. Различные формы растровых точек

Практически всегда функции растеризатора возлагаются на са­мо устройство вывода, например принтер. Наилучшим растериза-тором является интерпретатор PostScript. С другой стороны, язык описания страниц PCL от Hewlett Packard для одноименных прин­теров не позволяет в требуемой для полиграфии мере управлять параметрами растрирования.

Линиатура

Следует заметить, что цифра, указываемая в паспорте принте­ра как разрешение, представляет собой количество «действитель­ных» точек, которые принтер печатает на отрезке в один дюйм (например 660 dpi или 1440 dpi). Количество растровых точек, которые приходятся на единицу длины, называется лжиатурой. Линиатура измеряется в линиях на дюйм или линиях на санти­метр. Линиатура растрового изображения всегда оказывается ни­же, чем разрешение принтера, поскольку для формирования рас­тровой точки требуются несколько реальных точек.

Линиатура растра полутоновых изображений может быть за-чана произвольно, при этом ограничивается только ее верхнее шачение, в качестве которого используется разрешение принтера. Отношение разрешающей способности принтера к линиатуре растра дает размер стороны ячейки растра, который измеряется в ючках принтера. Максимальное количество точек принтера, которые образуют растровую точку, равно квадрату стороны ячейки. Это можно рассмотреть на конкретном примере: если линиатура уста­новлена равной 100 линий на дюйм, а разрешение — 300 dpi, то сто­рона ячейки растра равна 300/100 = 3 точки. В таком случае форми­руемая ячейка растра равна 3x3 = 9 точек принтера. Эта величина очень важна при адекватной передаче фотоизображения. В частно­сти, именно она определяет количество оттенков серого, которые < пособен передать растр с заданными параметрами. Для вычисления



количества оттенков может быть использована следующая формула, в которой прибавленная единица соответствует белому цвету в том случае, когда растровая ячейка остается незаполненной:

Качество передачи полутонов зависит от тонального диапазо­на, однако в любом случае для этого необходимо не менее 150 от­тенков серого, в то время как качественная печать требует гораздо большего количества передаваемых полутонов. Чаще всего пара­метры растрирования рассчитываются для передачи всех полуто­нов, которые дает компьютерный оригинал (при 8-битных полу­тоновых каналах — это 256 оттенков).

Для более понятного объяснения термина «линиатура» следует привести несколько сравнений: большинство газетных иллюстра­ций печатается растром в 75 Ipi, журнальных — 133 lpi, а иллюст­рации в хороших альбомах и каталогах могут иметь линиатуру 170 lpi. При более высокой линиатуре становятся менее заметны образующие растр точки и, как следствие, улучшается качество изображения. В большинстве принтеров с разрешением в 600 dpi значение линиатуры растра по умолчанию установлено равным 85 lpi. При такой линиатуре количество оттенков серого равно 50. Это значение далеко от необходимого для качественной печа­ти минимума в 150 lpi, и поэтому качество печати на офисных лазерных принтерах невысоко. Нетрудно подсчитать, что для пе­редачи 256 оттенков серого с линиатурой 150 lpi потребуется раз­решение печатающего устройства, равное 2395 dpi. Таким устрой­ством для идеальной печати способен быть только фотонаборный автомат. Чтобы растровая сетка могла передать 256 оттенков се­рого, одна сторона ее ячейки должна составлять 16 точек. Таким образом, для передачи всех тонов изображения разрешение для печати должно в 16 раз превышать линиатуру.

Особенно заметна недостаточная передача оттенков при соз­дании градиентных заливок. Изначально планируя создать плав­ный цветовой переход, пользователь получает ступенчатый и да­лекий от совершенства. Ступенчатость заливки в одних случаях может быть незаметна, а в других — может сильно бросаться в гла­за. На это может повлиять длина цветовой растяжки, разница в ис­пользуемых цветах, значение линиатуры растра, а также разрешение принтера, которым растяжка была напечатана. Скорее всего, при сочетании этих факторов качество перехода полутонов станет совершенно неудовлетворительным. Большинство современных приложений способно автоматически регулировать необходимое для качественного изображения количество переходов, однако понимание механизма построения цветовых заливок не будет лишним для пользователя и может пригодиться для избежания возможных неприятностей.

После рассмотрения линейных растров может возникнуть во­прос о том, какое разрешение должно иметь сканированное изо­бражение для получения качественного отпечатка. Разрешение, которое необходимо для сканированных изображений, связано в большей степени с линиатурой печати, чем с разрешающей спо­собностью принтера. Это связано с тем, что глаз человека воспри­нимает растровые точки, а не реальные точки, которые печатает принтер. Для получения одной растровой точки необходима не одна полутоновая точка сканированного изображения, а две или полторы. Таким образом, если планируется печатать изображение с линиатурой 100 lpi, то разрешение исходного изображения должно быть 150-200 dpi. Лучшее значение разрешения из приве­денного выше интервала зависит от характера изображения. Чем больше на нем мелких деталей и тонких текстур, тем ближе к верхней границе диапазона следует выбирать разрешение. Если же изображение обладает большим разрешением, то растеризатор сам откалибрует его и отбросит лишнюю информацию, которая в нем содержится. Однако это займет некоторое время (иногда до­вольно значительное), которое требуется растеризатору для об­счета этой операции. Таким образом, можно сделать вывод о том, что завышать разрешение бесполезно. Это не улучшает качества изображения, а только занимает ресурсы компьютера и, кроме того, увеличивает время, необходимое для печати, и размеры фай­ла, в котором изображение будет сохранено.

К сожалению, качество отпечатка зависит не только от ори­гинал-макета, но и от технологии печати. Бумага является ме­нее хорошим носителем отпечатка, чем фотопленка. При печа­ти реальными красками имеет место такое явление, как растас­кивание точек.

Растискивание (dot gain) — это расплывание точек из-за впиты­вания офсетной краски бумагой. Для получения качественного отпе­чатка необходимо, чтобы точки растра не накладывались друг на друга. Если же линиатура растра велика, то растискивание приведет именно к этому эффекту, и качество отпечатка не возрастет, а наоборот, ухудшится. Визуально растаскивание приведет к тому, что по­явится «грязь» на иллюстрации в тех местах, где есть локальные уменьшения плотности бумаги — ведь даже самая качественная бу­мага не является абсолютно однородной.

Графические редакторы имеют специальный параметр на­стройки, призванный компенсировать этот эффект. Компенсация сводится к тому, что изображение печатается более светлым, чем требуется, и размер растровых точек уменьшается. Однако необ­ходимо заметить, что компенсация имеет и отрицательный эф­фект, который заключается в том, что ухудшается передача полу­тонов в светлых областях.

Чем выше качество бумаги и чем более плотен ее верхний слой, тем большую линиатуру растра можно использовать при печати. Высококачественную печать с линиатурой 170 Ipi во­обще можно выполнять только на специально обработанной бумаге. Разумеется, чем качественнее бумага, тем она дороже, этот фактор также приходится учитывать при ее выборе. Для выбора правильной линиатуры растра обязательно необходимо консультироваться с типографией, в которой будет издаваться оригинал-макет. Работники типографии способны назвать оп­тимальное значение линиатуры, исходя из сорта применяемой бумаги и возможностей оборудования.

Цветоделение

Цветные документы — это более сложный случай растриро­вания. Оригинал-макеты для них должны быть представлены в виде нескольких пленок — по одной для каждой краски. Разде­ление цветного изображения на отдельные базовые компоненты называется цветоделением. Простейшим случаем является ис­пользование шишечных цветов, при этом каждый из них выво­дится на отдельную пленку. Концепция полутонового растра позволяет при работе с шишечными цветами пользоваться от­тенками, которые определяются заранее при помощи специаль­ной палитры. При определении оттенка фактически выполняется растрирование, при котором интенсивность цвета уменьшается пропорционально размерам точек растра. Математически про­центный параметр оттенка соответствует размеру соответст­вующих ему точек растра.

Общим случаем является цветоделение полноцветных докумен­тов. При этом для представления всех цветов используются четыре краски модели CMYK, называемые триадными. Следовательно, полноцветные документы выводятся последовательно на четыре пленки, соответствующие четырем базовым компонентам этой модели. С другой стороны, базовые цвета растрируются отдельно с различными углами наклона растровой сетки. Традиционно угол наклона при печати монохромных документов и при печати плашечными цветами составляет 45° — это значение, как показала практика, обеспечивает наилучшую маскировку линейной струк­туры растра (см. рис. 1.18).



Рис. 1.18. Углы наклона растров базовых цветов и пример неверного их задания

В некоторых программах редактирования графических изо­бражений имеется возможность редактировать угол наклона рас­тра, однако делать этого, как правило, не следует. Углы наклона, установленные по умолчанию, определены путем многолетних практических экспериментов с цветной печатью и монохромной печатью полутоновых изображений. Кроме того, оптимальный угол наклона растра должен быть указан в файле описания вы­бранного пользователем принтера (PPD). На практике с разными углами наклона растра приходится иметь дело исключительно при печати триадными цветами. Сле­дует иметь в виду, что нанести триадные краски на лист без изменения угла наклона растра просто невозможно — в противном случае цветные точки, соответствующие базовым цветам, будут просто печататься друг поверх друга. Углы наклона растров для базовых цветов должны быть подобраны таким образом, чтобы были видны все точки — без этого цвета не смогут смешаться в глазу смотрящего, чтобы образовать нужный цвет. Конечно, и в этом случае не удастся избежать частичного перекрытия точек друг другом, но, поскольку триадные краски полупрозрачны, это не составляет проблемы. Тем не менее, принятые по умолчанию углы наклона растров, соответствующих базовым триадным цветам, подобраны на основе многолетнего опыта, и для их изменения нужны очень веские основания. Углы наклона растра должны быть -выбраны таким образом, чтобы точки базовых цветов группировались в виде «розеток» (см. рис. 1.18). Каждую такую «розетку» можно рассматривать как некую мета-точку цветного растра, образующую цвет в данной точке изображения. Если углы наклона растра не согласованы, на изображении появляется муар — грязноватые волны.

Глава 1.6 Основы растрирования

Изображения, которые редактируются на мониторе, имеют непрерывное распределение тона и гладкие переходы между смежными Цветами или градациями серого. Однако печатная машина оперирует с точками печатной краски по принципу «все или ничего»: точка или есть, или ее нет, и все точки име­ют одинаковый базовый цвет. Таким образом, проблема вос­произведения при печати заключается в том, как моделировать сотни оттенков серого, используя один цвет (черный), или миллионы цветов, используя только четыре цвета (голубой, пурпурный, желтый и черный), т.е. CMYK.

На сегодняшний день разработаны два различных технологи­ческих подхода к решению этой проблемы, а именно: цифровое или амплитудно-модулированное (AM) и частотно-модулированное (ЧМ) растрирование.

АМ-растрирование, которое пока является более распро­страненным подходом, представляет собой результат традицион­ного процесса фотографирования оригинала через сетку некоторой пространственной частоты, позволяющего преобразовать ори­гинал в структуру точек различного размера. Черно-белые ла­зерные принтеры, большинство цветных лазерных принтеров, а также использующие язык PostScript имиджсеттеры и установ­ки для копирования на форменные пластины являются растро­выми устройствами, потому что обычно используют эту тех­нологию при печати документов.

В ЧМ-растрировании как недавно появившейся соперничаю­щей технологии полностью отсутствуют растры регулярной структуры. В этом технологическом подходе используются мате­матические методы размещения точек фиксированного размера в квазислучайных позициях. Существует много реализаций обоих подходов. В данном разделе рассматриваются AM- и ЧМ-растрирование, а также правильное их использование для наи­лучшей подготовки изображения к процессу печати.

Основы цифрового растрирования

Иллюзия непрерывного тона в изображении достигается с помощью АМ-растрирования, в рамках которого точки пере­менного размера размещаются в регулярной матрице с равно­стоящими центрами точек. Области изображения, составлен­ные из больших точек, воспринимаются как более темные тона, а из небольших точек — как более светлые.

Растровая форма описывается тремя параметрами: пространст-иенной частотой, формой точки и углом поворота. Каждый из > i их факторов по-своему влияет на качество цифрового изобра­жения.

Пространственная частота растра, тоновый диапазон и де-41, тьностъ изображения

Пространственная частота растра, или плотность растра, которая определяется для окончательного вывода в программном i и коте редактирования изображений или в пакете компоновки i границы, зависит от плотности сетки полутонового растра и, i п-цовательно, от кажущегося уровня детальности в изображении. 11ространственная частота растра измеряется в линиях на дюйм (//"). Объем выделенных деталей отпечатанной иллюстрации уве-мпивается с ростом пространственной частоты растра. Существует мнение, что при увеличении плотности растра изображение делается более четким. Это не означает, что оно лучше сфокуси­ровано или имеет лучшую резкость, но просто выражает факт, что при более высоких пространственных частотах растра может быть воспроизведено большее количество деталей оригинала.

Следует отметить, что характеристики печатного станка и ис­пользуемой бумаги ограничивают максимальную пространствен­ную частоту растра, которую можно реализовать на практике. На­пример, если задан растр 175 lpi, но печатная машина может об­рабатывать растр 150 lpi, то печать с более высокой частотой при­ведет только к пониженному контрасту, потере деталей в тенях и кажущемуся увеличению размера растровой точки. Таким обра­зом, если предлагается использование одного из двух максималь­ных пространственных частот растра, то рекомендуется использо­вание наименьшего значения для получения самых четких и про­зрачных деталей изображения при печати.

Пространственная частота растра и разрешение принтера так­же определяют тоновый диапазон печати — число дискретных тонов, которые могут быть точно воспроизведены между сплош­ным фоном черного и цветом необработанной бумаги. Напечатан­ные материалы обладают более низкой плотностью, чем пленоч­ные фотографические материалы; примерами для сравнения могут служить динамический диапазон 1,5 — 2,0, типичный для печат­ных материалов, а также диапазон 2,8 — 3,2, характерный для цвет­ных слайдов. Однако, используя плотность растра более 150 lpi, можно оптимизировать тоновый диапазон, возможный при печати, если выполняются следующие три условия:
  • использованный способ ввода изображения позволяет со­
    хранить широкий тоновый диапазон;
  • разрешение окончательного устройства вывода достаточно высоко, чтобы поддерживать все 256 уровней тона на
    канал цвета;
  • печатный станок и бумага позволяют печатать точку при
    повышенных плотностях растра.

Характеристика печатной машины, тип документа и техно­логия печати — факторы, обычно определяющие пространст­венную частоту растра, которую следует использовать в кон­кретном проекте. При этом слишком высокая плотность растра не улучшает оригинал низкого качества, а просто подчеркивает его недостатки. Реальная детальность изображения, достижи-

мая при любом методе растрирования, определяется качеством деталей в цифровом изображении.

Полутоновые ячейки, пятна и точки

Цифровые устройства обработки полутонов, например, лазер­ные принтеры и имиджсеттеры, могут создавать только точки фиксированного размера (далее — пятна, чтобы не путать с точ­ками растра). Для моделирования точек растра переменного раз­мера эти устройства группируют пятна фиксированного размера в матрицу, называемую полутоновой ячейкой. Количество потенци­ально возможных тонов, которые может воспроизвести данная полутоновая ячейка, зависит как от пространственной частоты растра, так и от разрешения печатающего устройства, однако от­дельная полутоновая ячейка воспроизводит только один оттенок серого (или цвета печатной краски). Плотность этого оттенка и размер точки растра непосредственно связаны с числом пятен фиксированного размера в каждой полутоновой ячейке, которая, в свою очередь, определяется числовым значением (от 0 до 255), назначаемым для каждого пикселя.

Контраст и детальность, разрешение принтера и простран­ственная частота растра



Данная особенность цифровой обработки полутонов имеет ме­сто вследствие того, что линейное разрешение принтера фиксиро-luiHo. Когда дополнительные точки растра помещаются на каждый

В идеальном случае напечатанное серое полутоновое изображе­ние должно воспроизводить 256 градаций серого, а цветное изо-иражение — 256 оттенков для каждого из цветов печатной краски. Однако число возможных оттенков, которые может отобразить по-нутоновая ячейка, ограничено разрешением печатающего устройст­ва (размер его пятна или размер точки определяют, сколько точек можно разместить на горизонтальный дюйм). Фактически, связь между разрешением принтера и пространственной частотой раст­ра — обратная. Вычислить максимальное число оттенков на цвет, которое может вывести данное растровое печатающее устройство, можно по следующей формуле: линейный дюйм, то в полутоновой ячейке уменьшается количест­во доступных пятен в каждой горизонтальной линии сетки. С рос­том плотности растра пропорционально уменьшается число потен­циальных серых оттенков, которые может воспроизводить каждая полутоновая ячейка. Так, лазерный принтер с разрешением 300 dpi может вывести не более 33 градаций серого при плотности растра 53 линии на дюйм ( [300/53]2 + 1 » 33). Если увеличить плотность растра до 75 линий на дюйм, то получится большее количество деталей, но изображение станет более контрастным, т.к. оно сможет воспроизвести меньше дискретных тонов: ([300/75]2 + 1 = 17). Рассуждая аналогичным образом, можно по­казать, что принтер с разрешением 600 dpi может воспроизводить 65 тонов при плотности растра 75 линий на дюйм, а принтер с разрешением 1200 dpi или имиджсеттер могут вывести 178 тонов при плотности растра 90 линий на дюйм. Имиджсеттер или уст­ройство изготовления пластин с разрешением 2400 dpi могут вос­производить полный диапазон, т.е. 256 тонов на цвет, при плотно­сти растра до 150 линий на дюйм.

Форма точки

Еще одной важной характеристикой цифровых растровых форм является форма точки растра. При чрезвычайно низких про­странственных частотах растра (10-30 lpi) форма точки легко просматривается, однако с увеличением плотности растра ее ста­новится все труднее обнаружить невооруженным глазом.

Следует иметь в виду, что увеличение размера растровой точ­ки и муар — не единственные проблемы, существующие в отпе­чатанных изображениях. Сдвиги цвета, нарушение баланса цвета, сжатие тонов, чрезмерное увеличение четкости, избыточное или неадекватное разрешение, недостаточный треппинг, образование полос и недостаток информации относительно установок печат­ных машин также могут приводить к одинаково раздражающим дефектам.