Общие положения по воспроизведению многоцветных тоновых оригиналов

При воспроизведении многоцветных изображений основная трудность заключается в обеспечении необходимой цветовой точности оттиска по отношению к оригиналу и точной передачи градаций. Принципы воспроизведения тонов черно-белых оригиналов применимы и к воспроизведению многоцветных тоновых изображений. Только в этом случае необходимо с многоцветного оригинала изготовить четыре печатные формы, каждая из которых будет воспроизводить растровыми элементами изображение только одной краски (желтой, пурпурной, голубой и черной). Многокрасочный оттиск получается в результате последовательного наложения указанных красок в процессе печати.

Цветовая точность полиграфического воспроизведения зависит от многих факторов: характера оригиналов, масштаба их воспроизведения, вида печати, характеристик применяемой печатной бумаги и красок, линиатуры растрирования, режимов технологических процессов и оборудования для изготовления фотоформ и печатных форм, точности совмещения красок при печатании и, наконец, самого процесса печатания.

Чтобы максимально точно провести цветовоспроизведение прежде всего нужно разобраться в следующих вопросах:

• Что такое свет?
• Что такое цвет?
• Как работает наш глаз?

Cвет

Начинаем со света, поскольку в отсутствии света зрение не возможно, а следовательно не существует никакого ощущения цвета. Существуют две теории:

• корпускулярная, свет ведет себя как поток частиц, двигающихся со скоростью 300000 км/сек;
• волновая, где свет ведет себя как волновая система, состоящая из электромагнитных волн, исходящих из одного источника и идущих с той же скоростью.

Правильно было бы рассмотреть обе теории, но для изучения цвета достаточно рассмотреть волновую. Тогда свет, как волновое явление, имеет периодичность, т.е. частоту. Ее можно выразить как количество циклов в секунду, или, косвенно, по расстоянию между двумя наибольшими значениями векторного магнитного поля или векторного электрического поля света. Это расстояние называется длинной волны и измеряется в нанометрах (10^-9 м).

Свет определяется, как электромагнитное излучение в диапазоне длинны волн от 380 дл 770 нм. Основной характеристикой электромагнитной волны является ее длина λ. Различные величины λ дают различные цветовые реакции, которые в нашем глазу вызывают определенную реакцию, которые в виде световых ощущений различаются лишь на уровне мозга.

Свет в области длинных волн определяется как теплый (желтый, оранжевый, красный), а в области коротких, как холодный (синий, индиго, фиолетовый). Предметы становятся видимыми в результате световой энергии, которую они излучают (источник света), отражают (если они матовые) или пропускают (если они прозрачные) в направлении наших глаз.

Свет может быть монохромным, т.е. имеет одинаковую длину волны. В случае, когда свет имеет одинаковую длину волны λ, но не находящихся в фазе мы его воспринимаем, как монохромный, т.е. одного цвета (зеленый). Электромагнитное излучение с различными λ сформирует сложный свет, то есть это совокупность излучений с различными λ. Белый свет формируется всеми λ видимого спектра. При помощи призмы белый свет можно разложить на составляющие.

Полихромное излучение весьма сложно и нужно иметь системы воспроизведения, позволяющие проанализировать процесс цветопередачи при воспроизведении оригинала полиграфическими методами.

Цвет

Для цветопередачи в полиграфии используются оптические системы, светочувствительные материалы, устройства для обработки изображения и механизмы переноса красок в необходимых количествах на запечатываемый материал. На каждом этапе, безусловно, могут возникать погрешности, которые отрицательно скажутся на качестве печатной продукции.

Селективное отражение или поглощение света определяет свойства цветной репродукции. Красящие вещества, формирующие изображение, в процессе печати определяют селективное поглощение падающего белого света. Они выступают как бы в роли прозрачных фильтров. Белый свет за счет пигмента краски выборочно поглощает определенные длины волн, а остальные достигают запечатываемого материала. Материал же через слой пигмента отражает свет и последний поступает в глаз читателя.

Какое же количество красок достаточно для воспроизведения сложного цвета? На этот вопрос есть простой ответ — три. Если белый свет пропускать через призму или отразить от дифракционной поверхности (например, компакт-диска), он преломится на три широких сегмента — красный (К), зеленый (3) и синий (С). Это явление можно наблюдать в природе при появлении радуги. В реальности мы имеем случай, когда источник излучает по всем λ, но с различной энергией. То есть, это спектр источника полихромного света. Каким же для нас будет окончательное цветовое ощущение? Это будет зависеть от соотношения его основных характеристик. Какие же они?

Цвет определяют его три основных характеристики: тон, насыщенность, яркость (светлота).

Тон — это параметр, который определяет длину доминирующей волны λд. То есть в изображении преобладает или присутствуют в определенном количестве красный, желтый, голубой, синий и т.д. Все это многообразие тонов необходимо воспроизвести за счет трех составляющих: красный, зеленый и синий (К,3,С). При анализе оригинала важно определить их соотношения.

Насыщенность — это отношение между доминирующим монохромным световым потоком и полным отраженным световым потоком. Он будет равен 0%, если совершенно ахроматичен (серый) или определенного уровня насыщения для конкретного цвета.

Обычно уровень насыщенности конкретного цвета сравнивают с восприятием чистого (монохромного) λд относительно серого той же яркости.

Яркость — это третий параметр, который характеризует интенсивность излучения, некоторой точки рассматриваемого объекта. При воздействии на зрительный анализатор яркость вызывает определенное ощущение, называемое светлотой.

Светлота — это мера зрительного ощущения яркости. Яркость с учетом различных факторов можно ощущать по разному.

Яркость — световая величина. При оценке световой яркости, в отличии от энергетической, учитывают кривую видности — спектральную характеристику чувствительности глаза. Яркость полиграфических оригиналов или оттисков воспринимается в отраженном или проходящем свете внешних источников. Следовательно, светлота каждой точки определяется помимо свойств самого изображения, еще и его освещенностью. Независимо от интенсивности освещения несамосветящиеся изображения характеризуются коэффициентами отражения или пропускания их точек: ρ(x,y) для непрозрачных изображений и τ(х,у) для прозрачных оригиналов.

Участки изображения, одинаково отличающиеся по величине отражения или пропускания, неодинаково отличаются по светлоте. Если изготовить ступенчатую тоновую шкалу, у которой соседние поля одинаково отличаются по отражению, то она выглядит неравномерной (неравноконтрастной). Это объясняется тем, что в относительно широком диапоазоне раздражений (яркостей) ощущение (светлоты) пропорционально не абсолютной, а относительной величине раздражения.

Поэтому для оценки физических параметров воздействующих на органы чувств человека, используют логарифмические единицы. Равноконтрастной, т.е. с примерно одинаковыми различиями, выглядит в широком диапазоне тоновая шкала, поля которой отличаются на одну и туже величину оптической плотности - отрицательного десятичного логарифма коэффициента отражения (пропускания):

D = - lgρ
D = - lgτ

Оптическая плотность равна 0, 1, 2 или 3 и т.д. если отразился (прошел) соответственно весь свет, его десятая, сотая или тысячная часть. Отраженный или прошедший через изображение световой поток может восприниматься измерительными приборами или соответствующими устройствами анализирующих систем.

В пределах оригинала имеются как темные так и светлые участки. При анализе изображения оригинала оптическим устройством важным исходным параметром для определения оптимального режима репродуцирования является разность оптических плотностей ΔD:

ΔD = D_max - D_min

Эта величина характеризует их перепад (интервал плотности) на оригинале, растровом оттиске и в печатном процессе. Соотношение светлот на изображение в целом или на отдельных его участках характеризуют также контрастом, т.е. отношением коэффициентов отражения. Светлота по площади оригинала изменяется от min до max. Поэтому общий контраст изображения определяется как:

K = ρ_max/ρ_min

Для определения зоны вводится понятие локальный контраст, определяемый как:

К_лок = ρ_x,y/(ρ_x+δ_x,y+δ_y)

Для определения детали вводится понятие детальный контраст:

К_дет = ρ_дет/ρ_min

Интервал плотностей всего изображения может быть определен и через логарифм общего его контраста:

ΔD =(lgK) = D_max - D_min

Четкость, резкость и объем данных

Четкость изображения характеризует качество передачи мелких деталей и контуров и яляется важным параметром изображения. В общем случае четкость определяется размером развертывающего элемента разложения и числом элементов разложения для определенного размера изображения (см, дюйм). Так, например, если анализ оригинала осуществляется развертывающим элемента в виде квадрата со стороной 0,1 мм, то на площади в 1 см² будет 100*100=10000 элементов разложения.

Объем данных при анализе оригинала зависит так же и от количества уровней тона обеспечиваемых техническим устройством. Человеческий глаз различает сто уровней тона и, следовательно, это тот минимум, который необходимо обеспечить. В цифровых телевизионных и репродукционных системах полиграфии число возможных уровней тона принято равным 256 (28).

Воспроизведение оригинала осуществляется определенной линиатурой. Оценим количество элементов разложения на однокрасочном оттиске формата А4 (a = 20 см, b = 30 см) с линиатурой 60 лин/см.

Четкость растрового оттиска оценивается как:

A * В * L2

где A и B — размеры иллюстраций по горизонтали и вертикали (см), а L — линиатура тоновой иллюстрации, определяемая количеством запечатанных элементов на линейном сантиметре. Проведя расчеты по формуле получим четкость N = 4,3 млн. элементов и объем видеофайла равный соответственно 4,3 Мбайт.

Четкость - характеризует размеры минимальных воспроизводимых деталей, а качество передачи границ деталей, независимо от размера, определяет резкость. В критической ситуации при переходе от границы белого к черному появляется Δ размытости. Это будет и в любой другой зоне изображения.

Очевидно четкость и резкость взаимосвязанные параметры. При более высокой четкости обеспечивается и более резкое изображение. В полиграфических системах по обработке изображений резкость определяется главным образом разрешающей способностью объективов и эмульсий, рассеянием света в фотослое и другими факторами. Резкость оценивается обратной величиной зоны размытости контура:

S =1/Δ_разм (1/мм)

И, наконец последним параметром характеризующим изображение, являются координаты точки в пространстве — x,y,z.

Большое значение на качество печати оказывает цвет поверхности, на которой находится изображение. В общем случае приходится иметь дело с четырьмя видами поверхностей.

• Белая поверхность полностью отражает световые излучения, попадающие на нее.
• Черная поверхность не отражает любое попадающее на нее излучение (поглощает).
• Серая поверхность — отражает с одинаковым процентным соотношением все световые излучения, попадающие на нее. Интенсивность отражения зависит от степени серого.
• Цветная поверхность — отражает попадающие на нее световые излучения с различной интенсивностью.

При анализе изображения отраженный или пропущенный свет зависит не только от цвета предмета, но и также и от спектра излучения источника освещения.