Физические основы муара

Муар — одна из самых неприятных полиграфических проблем. Особенность его в том, что являясь в большинстве случаев браком на допечатной стадии, проявляется он иногда только при печати тиража. Что такое муар? Каковы причины его возникновения? И, главное, как предотвратить появление муара?

Муар — не только полиграфический термин. Физические принципы, порождающие это явление, распространены гораздо шире. По отношению к муару можно применить термины разностная частота или биение частот. Дело в том, что при суммировании сигналов (электрических, оптических и т.д.) результирующий сигнал содержит помимо суммарной составляющей так же и разностную составляющую исходных сигналов. И это имеет к теме муара непосредственное отношение.

Рис.1. Пример формирования растра (75 lpi, 32%) при регулярном (слева) и стохастическом (справа) растрировании.

Корни муара — в самом сердце современного цветоделения — растрировании. Цветоделенные фотоформы при регулярном растрировании, которое иногда называют амплитудно-модулированным, представляют собой регулярную повторяющуюся структуру растровых точек, имеющих различный размер, в зависимости от содержания изображения, и отстоящих друг от друга на равном расстоянии (рис.1). Количество таких точек на единицу длины принято называть пространственной частотой или линиатурой растра. При наложении в простейшем случае двух растровых структур друг на друга мы получаем новую растровую структуру, содержащую как суммарную, так и разностную составляющую исходных растровых структур. Под муаром в полиграфии понимается ситуация, когда разностная составляющая исходных растровых структур становится видимой при печати. На самом деле муар присутствует на оттиске всегда (т.е. в принципе), но может быть как четко выраженным, так и практически незаметным. В идеальном случае, в четырехцветной публикации муар, как результат взаимодействия четырех растровых структур, вырождается в мало заметную круговую структуру — полиграфическую розетку (рис. 2).

Рис.2. Розетка в соответствии с DIN16457.

Большое значение имеет частота муара. Если она высокая, скажем 62 периода повторения или линии на дюйм, то проблемы, скорее всего, не будет. В случае если линиатура муара низкая и составляет, например, 3 линии на дюйм, то вероятность проблемы при печати велика.

Проведем эксперимент. Выведем на фотонаборный автомат фотоформу, имеющую угол поворота растра равный нулю (обычно это соответствует фотоформе желтой краски), размер примерно пять на десять сантиметров, линиатуру 75 линий на дюйм и содержащую 30-процентную растровую точку. Разрежем полученную фотоформу пополам и получим две фотоформы размером пять на пять сантиметров, которые содержат растровые структуры с одинаковыми углом поворота растра и пространственной частотой. Наложим их друг на друга на светостоле или листе бумаги и повращаем одну относительно другой.

0o	5o
15o	30o
	Рис.3. Вид муара при различных углах наложения двух растровых структур.
45o

На рис. 3 показаны изображения, получающиеся при различных углах поворота. Те, кто сталкивался с проблемой муара, обратят внимание на то, что картинка, получающаяся при угле 15 градусов, в точности повторяет картинку муара, иногда возникающего в телесных или зеленых тонах. Правомерен вопрос — а почему появляется разностная составляющая, если пространственные частоты фотоформ равны. Это связано с тем, что поворот одной из фотоформ на определенный угол приводит к относительному увеличению ее пространственной частоты по отношению к другой фотоформе. При этом коэффициент увеличения равен величине обратной косинусу этого угла. Например, разностная частота или, что то же самое, пространственная частота возможного муара для линиатуры 150 и типовых углов поворота 15, 30 и 45 градусов составит 5,3 lpi (150/cos15-150=5,3), 23,2 lpi и 62 lpi соответственно.

Отметим, что при малых углах поворота линиатура разностной составляющей также имеет небольшое значение. Очевидно, что поворот на 45 градусов является лучшим вариантом для предотвращения муара, поворот на 30 градусов тоже допустим, а разница в 15 градусов может вызвать проблему при печати. Теоретически разностная составляющая отсутствует при нулевом угле поворота растров друг относительно друга. Однако практически осуществить такой режим печати сложно. Любая ошибка совмещения фотоформ при печати приведет к появлению муара низкой частоты — худшего его вида (рис. 3 для случая 5 градусов).

Другая проблема, которая может возникнуть при этом — смещение цвета. Краски, нанесенные на бумагу, действуют как фильтр для света, отражающегося от бумаги. Однако из-за неидеальной природы красок результирующий цвет для случая, когда растровые точки различных красок расположены рядом, будет отличаться от цвета для случая, когда они наложены друг на друга. Когда краски печатаются с одним углом поворота, то даже небольшая ошибка совмещения фотоформ приводит к смещению цвета, так как растровые точки в одном случае расположены рядом, а в другом наложены друг на друга.

Видимость муара определяется не только его частотой. При прочих равных условиях она зависит от оптической плотности красок и процента растровой точки каждой из растровых структур. Видимость муара увеличивается с ростом оптических плотностей красок растровых структур и максимальна при их равенстве. Муар сильнее всего проявляется в области полутонов. Это связано с тем, что элементы растра, формирующие разностные частоты, имеют максимальный размер при 50% растровой точки. С ростом процента растровой точки в диапазоне от 0% до 50% растр формируется увеличивающимися пятнами краски на фоне более светлой бумаги, а в диапазоне от 50% до 100% формирование растра происходит уменьшающимися пробелами, незаполненными краской.

Муар присутствует практически во всем тоновом диапазоне (при 0% и 100% растровой точки растр отсутствует и, соответственно, муар невозможен), однако в области светов и теней он менее заметен, как и менее заметна растровая структура при 2% и 98% по сравнению с 50%.

При четырехцветной или многокрасочной печати взаимодействуют соответственно четыре или более растровые структуры. Это приводит к появлению множества разностных составляющих, которые в свою очередь взаимодействуют между собой и исходными растровыми структурами и т.д. При этом основной вклад в формирование муара вносят разностные частоты между исходными растровыми структурами.

Однако не только растрирование может служить причиной муара. Если при сканировании в качестве оригинала использовалось уже отрастрированное изображение, то повторное его растрирование равнозначно наложению двух растров друг на друга со всеми вытекающими отсюда последствиями. При сканировании муар может возникнуть между линиями сканирования и структурой изображения. В этом случае муар, к счастью, заметен на экране монитора.

Если изображение или его части представляют собой регулярную структуру, например фактуру ткани или древесины, тогда тоже может возникнуть муар. Он проявляется также при печати в силу особенностей печатной машины или при нарушении технологии печати. Каждая из перечисленных потенциальных причин требует более внимательного рассмотрения, поэтому отметим только, что при их видимом разнообразии физическая основа муара одна — разностная частота двух или более регулярных структур.

Четырехцветная печать

Рис. 4. Углы поворота растров в соответствии с DIN16457.

Рекомендованное расположение углов поворота растра при равной линиатуре всех фотоформ для четырехцветной печати, согласно DIN16457, изображено на рис. 4. Объясняется такое расположение углов следующим образом. Черная краска является самой темной, и ее поместили под углом 45 градусов. Считается, что при 45 градусах растровая структура изображения наиболее комфортно воспринимается человеческим глазом. Две другие менее темные краски, голубую и пурпурную, расположили по обе стороны от черной на расстоянии 30 градусов. Желтую, наиболее светлую краску, поместили под углом 0 градусов. Тут важно отметить, что розетка строится на оси в 90 градусов. Если повернуть изображение розетки (рис. 2) на 90 градусов, то ее вид останется прежним. В связи с этим угол 0 градусов одновременно является углом 90 градусов. Таким образом, желтая краска расположена между голубой и пурпурной на расстоянии 15 градусов от каждой. Именно это в большинстве случаев является причиной муара растрирования.

Рис.5. Углы поворота растров для предотвращения муара в телесных тонах.

Желтая краска, хотя и является самой светлой, но при большой интенсивности угол 15 градусов может привести к появлению муара в телесных или зеленых тонах. Производители растровых процессоров используют различные алгоритмы растрирования и, соответственно, дают свои рекомендации по минимизации муара. Поэтому прежде всего стоит внимательно изучить документацию, приложенную к растровому процессору, или обратиться к поставщику за консультацией.

Приведем несколько рекомендаций по предотвращению муара при четырехцветной печати, которые компания Heidelberg Prepress дает пользователям своих растровых процессоров. Можно предположить, и это подтверждается практикой, что эти советы действительны не только для растровых процессоров этой компании.

• Наиболее важные с точки зрения сюжета краски нужно располагать под углом не менее 30 градусов друг от друга. Например, если изображение в наиболее ответственных частях содержит телесные тона, то следует поменять местами пурпурную и черную краски для предотвращения муара между желтой и пурпурной красками (рис. 5). Именно такое расположение углов многие компании используют по умолчанию. Это связано с тем, что телесные тона более критичны к муару с точки зрения восприятия человеком, чем зеленые. Если наиболее важные части изображения содержат зеленые тона, то следует поменять местами голубую и черную краски для предотвращения муара между желтой и голубой (рис. 6).
• При трехцветной печати или в случае, когда процентное содержание фотоформы черной краски низкое, желтую краску стоит расположить под углом 45 градусов.
• Использование технологий GCR и UCR, которые предназначены в основном для уменьшения общего количества краски, также снижает вероятность возникновения муара. Это связано с тем, что, хотя уровень фотоформы черной краски возрастает, процентное содержание других фотоформ в большей степени уменьшается, так как оптическая плотность черной краски выше.
• При сканировании растрированных оригиналов нужно использовать фильтр, устраняющий растровую структуру изображения.

Рис.6. Углы поворота растров для предотвращения муара в зеленых тонах.

Соблюдение даже этих простых правил позволяет существенно снизить вероятность появления муара. Окончательной проверкой фотоформ на предмет отсутствия муара является аналоговая цветопроба непосредственно с фотоформ. При отсутствии такой цветопробы предсказать появление муара можно по фотоформам. Для этого фотоформы совмещаются на светостоле и внимательно изучаются. Часто бывает достаточно проверить пару фотоформ, повернутых на 15 градусов друг относительно друга. При этом следует учесть, что печатные краски имеют существенно более низкую оптическую плотность чем фотоформы. Поэтому то, что вы увидите, будет худшим видом муара.

Ну и, безусловно, нужно точно знать и контролировать реальные значения углов и линиатур. Если эти данные отсутствуют в описании растрового процессора, то их нужно измерить для всех используемых разрешений и линиатур. Небольшой PostScript-файл для самостоятельного изготовления измерителя линиатуры и угла поворота растра можно найти по адресу в Internet http://init.ekonomika.ru

Многоцветная печать

Если с четырехцветной печатью все более или менее понятно, то при печати дополнительных красок или шестикрасочной печати Hexachrome возникает множество вопросов. Наиболее приемлемым в этом случае и полностью свободным от муара является стохастическое растрирование, которое иногда называют частотно модулированным. Отсутствие муара при стохастическом растрировании объясняется нерегулярным, случайным характером формируемого растра. К сожалению, стохастическое растрирование пока не имеет широкого распространения, поэтому приходится искать способы печати более чем четырех красок, не выходя за рамки регулярного растрирования.

Итак, в нашем распоряжении всего 90 градусов и пять, шесть или более красок. Возникает необходимость вернуться к вопросу о печати двух красок с одним углом поворота растра. В некоторых случаях это является допустимым решением.

Печать двух красок с одним углом поворота растра возможна в случае, когда присутствие одной из красок в любой части изображения исключает полностью или сводит к минимуму присутствие другой краски. Такой режим возможен и наиболее приемлем для противоположных красок. Для голубой, пурпурной и желтой красок противоположными красками являются соответственно красная, зеленая и синяя. При печати шестью красками Hexachrome рекомендуется, например, оранжевую краску печатать с тем же углом, что и голубую, а зеленую с углом пурпурной.

Печать с одним углом поворота растра теоретически также возможна для фотоформ с различной линиатурой. Для пояснения проведем еще один эксперимент. Выведем на фотонаборный автомат фотоформу, имеющую угол поворота растра равным нулю, размером пять на пять сантиметров, линиатурой 100 линий на дюйм и содержащую 30 процентную растровую точку. Наложим ее на аналогичную с линиатурой 75 (выведенную нами ранее) и повращаем немного. Обратите внимание, что при нулевом угле поворота фотоформ друг относительно друга частота муара составляет 25 линий на дюйм, что в точности соответствует разнице линиатур исходных растров. При повороте одной из фотоформ частота муара будет увеличиваться в соответствии с выше приведенными формулами. Отсюда можно сделать заключение, что увеличение линиатуры одной из фотоформ с точки зрения предотвращения муара эквивалентно ее повороту на определенный угол.

В нашем примере при нулевом угле поворота растров друг относительно друга мы имеем муар с частотой, соответствующей повороту на 41 градус (ArcCos75/100=41) фотоформ с линиатурой 75. Применять этот метод если и стоит, то крайне осторожно. Механизм формирования разностной частоты для растров с различными линиатурами при изменении угла их наложения на самом деле более сложен. Возможна ситуация, когда низкочастотный муар будет присутствовать при нескольких углах поворота или между фотоформами, повернутыми на достаточно большой угол друг относительно друга.

Например, поместим под углом 45 градусов две краски с линиатурами 75 и 100, а под углом 0 градусов расположим третью краску с линиатурой 75. Между двумя красками, расположенными под углом 45 градусов, разностная частота составит 25 линий на дюйм, но при этом мы получим совершенно недопустимый низкочастотный муар между краской, расположенной под углом 0 градусов, и краской, расположенной под углом 45 градусов и имеющей линиатуру 100. При другом соотношении линиатур результат может оказаться вполне приемлемым. Необходимо также учитывать, что растискивание имеет разную величину для различных линиатур. С ростом линиатуры растет оптическое растискивание. Этот эффект можно считать несущественным при небольшой разнице линиатур, но в противном случае можно получить искажение цветопередачи на оттиске. Метод минимизации муара путем изменения линиатуры одной или нескольких фотоформ применим также к четырехцветной печати, и иногда используются в «фирменных» алгоритмах растрирования некоторых компаний. Например, предлагаемый компанией Heidelberg Prepress способ растрирования RT_Y45_Kfine располагает черную и желтую краски под одним углом 45 градусов, но при этом линиатура фотоформы черной краски в 1.5 раза выше линиатур остальных фотоформ. Образцом комплексного подхода к проблеме муара является метод растрирования IS classic компании Heidelberg Prepress. При этом фотоформы имеют углы, предотвращающие муар в телесных тонах. Фотоформа желтой краски содержит линиатуру, увеличенную с коэффициентом 1.06, что расширяет эффективный угол между желтой и соседними к ней красками и, соответственно, уменьшает вероятность муара в зеленых тонах. Многолетний опыт применения этого метода растрирования в составе растрирующих процессоров RIP60 и Delta Technology свидетельствует о высокой степени защиты от муара.

Некоторые растровые процессоры позволяют использовать нестандартные углы 30 и 60 градусов. При работе с произвольными (не противоположными) красками использование этих углов представляется более предпочтительным, чем печать двух красок с одним углом поворота растра.

И последнее. Следует понимать, что представленная в статье модель муара является упрощенной, хотя и позволяет объяснить, а иногда и предсказать характер этого явления. Каждый «фирменный» метод растрирования основывается на сложных математических алгоритмах и проходит тщательную проверку, в том числе и на предмет минимизации муара. Поэтому любую отличную от рекомендованных изготовителем растрового процессора комбинацию углов и линиатур нужно проверять и искать оптимальные комбинации для каждого конкретного растрового процессора, набора красок и т.д.

Игорь Головачев — руководитель сервис-центра компании InitPrepress. С ним можно связаться по адресу: igor@ekonomika.ru