Современные требования к растрированию

За последние годы цифровые методы генерации растров достигли значительного прогресса. Ведущие производители фотонаборных автоматов (ФНА) и устройств экспонирования печатных пластин (CTP) реализуют в своих продуктах специально разработанные методы генерации растров. Разнообразие фирменных технологий само по себе заставляет думать, что идеального для всех метода пока не найдено, и растрирование остается важной проблемой в полиграфии.

Сегодня подавляющая часть офсетной продукции печатается с использованием амплитудного растрирования линиатурой 133-175 lpi. Пленки или пластины при этом экспонируются с разрешением 2000-3000 dpi, компенсация растискивания при растрировании не производится. Проблема муара, вызванного ошибочным выбором углов поворота растра, практически устранена, но муар в желтой краске и объектный муар по-прежнему являются одной из основных причин брака. Розеточная структура остается главным фактором, ограничивающим передачу мелких деталей.

Современные требования к растрам

Рис.1 Образование растровой розетки.

Общие требования к любому виду растрирования складываются из условия не ухудшать качество исходной картинки, и могут быть перечислены в следующем порядке: отсутствие муара (в том числе муара по желтому и объектного муара); способность передавать мелкие детали; гладкие градиенты; ровные плашки — отсутствие зернистости и пятен; отсутствие зубчатых линий; предотвращение потерь деталей в тенях и светах.

Кроме того, метод растрирования должен обеспечивать высокую производительность собственно растрирования и экспонирования. Что мешает удовлетворять этим требованиям?

Муар, то есть паразитная периодическая структура низкой частоты, в современных условиях проявляется только при грубом нарушении технологии, то есть рекомендованных производителем линиатур и углов поворота растра. Единственное, что допускается — менять сепарации (кроме желтой) местами. Но только в случае крайней необходимости, и не раз подумав. Вообще, изменение рекомендованных параметров — действие чрезвычайно самонадеянное. Выполнить его может только оператор-профессионал, предельно четко представляющий себе то, что делает. В противном случае это должно рассматриваться как вредительство.

Муар может возникнуть и при нарушении технологии печати. Вариантов много — растяжение бумаги из-за неравномерного увлажнения, ее усыхание при печати в два листопрогона на двухкрасочной машине, использование неработоспособного офсетного полотна, ошибки углового совмещения и др. Точный ответ на вопрос «кто виноват» обычно дает контактная проба.

Муар по желтому вызван тем, что желтая краска все же не идеальна и образуемый ею муаровый рисунок в ряде случаев становится визуально заметным. Это может произойти даже при использовании рекомендованных производителем углов. Многократно усиленную картину муара по желтому можно наблюдать, совместив все четыре пленки. Вы увидите характерный рисунок, напоминающий паркет. Не пугайтесь, сто к одному, что в тираже будет все в порядке. Особенно, если на контактной пробе этот муар не заметен. К сожалению, возможны редкие, но крайне неприятные исключения. Тогда в тираже изображения будут покрыты этой самой паркетной сеткой. Виноваты в таком случае все. Печатник скорее всего нарушил технологию, использовав грязную желтую краску. Но цветоделитель виноват тоже, хотя и меньше — в том, что не «не подстелил соломку», т.е. использовал опасный набор углов. Для сюжетов с преобладанием зеленого цвета опасны наборы с малым (15^o) углом между голубой и желтой сепарациями. А если в сюжете преобладают розовые и телесные цвета, то недопустимы наборы, в которых желтый близко расположен к пурпурному. Так как леса и луга попадают в кадр гораздо реже, чем человеческие лица, то в большинстве случаев надо выбирать наборы с разнесенными на 45^o желтым и пурпурным. Или использовать фирменный, свободный от муара в желтом набор, если ваше оборудование позволяет его реализовать.

Объектный или сюжетный муар проявляется при передаче периодических сюжетов. Это прежде всего ткани. Пространственные частоты сюжета взаимодействуют с частотами растра и создают мало предсказуемые муаровые рисунки. К счастью, их обычно видно уже на отдельных сепарациях. Универсальное лекарство от сюжетного муара — стохастика, но у нее свои выраженные побочные последствия. В каждом конкретном случае путем изменения линиатуры обычно удается подобрать растр к сюжету. Контактная проба при этом обязательна. Она и возможные промежуточные пленки должны учитываться при приеме подобного заказа.

Математически к объектному муару тесно примыкает муар сканированных полиграфических отпечатков. Но логическая разница огромна — рисунок ткани надо сохранить, а растровую структуру сканированной картинки из журнала — наоборот, подавить. Ломать не строить, и любой профессиональный сканер решает эту задачу аппаратно, обычно путем регулируемой дефокусировки. Если вы работаете на недорогом сканере, попробуйте просканировать небольшой участок оригинала с разными, причем завышенными, разрешениями. Очень часто разворот оригинала на 5-15 градусов дает чудесный результат. А повернуть обратно и сбросить разрешение нетрудно в растровом редакторе.

Специфический вид муара может возникнуть во флексографии. В этом виде печати используется растрированный, обычно под углом 45^o, анилоксовый вал. Значит, стандартные для офсета наборы углов, располагающие одну из сепараций именно под 45^o, оказываются неприемлемыми. Вместо них часто применяют так называемые смещенные углы — вся растровая картина разворачивается на 7.5^o. Нормальный растровый процессор должен содержать такие наборы стандартно. Опыт показывает, что смещенные углы прекрасно работают и в офсете, причем при равной линиатуре визуальное качество возрастает.

Передаче мелких деталей мешает растровая розетка. Математически розетка — частный случай муара, пространственная частота которого сделана максимально возможной. Традиционно это муаром не считается. Тем не менее, посмотрите на рисунок — расстояние между растровыми точками в несколько раз меньше расстояния между розетками. Эта разница наглядно иллюстрирует потери мелких деталей из-за наличия розеточной структуры. С розеткой можно бороться радикально и консервативно. Радикальные методы позволяют полностью подавить розетку. Это стохастика (которую трудно печатать) и вариации на тему линейчатого растрирования (которые, если ваш фотонабор умеет их делать, печатать много проще). Сюда же следует отнести печать сверхвысокими линиатурами, при которых розетку видно только в лупу. Практика показывает, что 300 lpi для этого достаточно. Проблемы по сути те же, что и в стохастике, но требования к печати чуть мягче.

Консервативные методы не уничтожают розетку, но делают ее менее заметной. Очень популярен в нашей стране лобовой способ — увеличение линиатуры. Похоже, у нас принято печатать одинаковую продукцию с линиатурой на 20-25 lpi больше, чем на западе. У них 133 — норма, у нас — редкость, у них 200 — уже «High Definition», у нас типография, не берущаяся печатать такую линиатуру, рискует остаться совсем без заказчиков. Парадокс частично разъясняется тем, что для равной линиатуры разные алгоритмы растрирования дают очевидно разный размер растровой розетки. Но размер розетки при выборе фотонабора и растрового процессора мало кто учитывает. Попытка развить тему будет справедливо подавлена редакцией как реклама, поэтому идем дальше.

Градиенты, любые протяженные плавные переходы — известная проблема цифрового цветоделения. Каждый видел ступенчатые растяжки. Обычно они — ошибка верстальщика, но в сложных случаях приходится экспортировать растяжку в растровый редактор, добавлять шума и в таком виде помещать в верстку. Работа механическая, и ее неплохо было бы поручить растровому процессору. Другая проблема с растяжками — нерегулярно расположенные скачки плотности. Они тесно связаны с калибровкой выводного устройства. Стало общим местом, что для качественной передачи полутонов ФНА должен обеспечивать 256 градаций серого. Отсюда выводится размер растровой ячейки — 16 на 16 лазерных пятен. В идеале все хорошо, но и пленка, и пластина, и проявка, и оптическая система ФНА или CTP не могут быть идеальными, их необходимо калибровать с построением градационной кривой. Любая калибровка ведет к потере градаций. И если на входе было 256 градаций, то на выходе будет меньше. В большинстве случаев это незаметно, но четко видно на растяжках. Приходится поднимать разрешение, увеличивая исходное число градаций, а значит жертвовать производительностью. Другой вариант — добавлять шума, а значит хоть немного, но снижать качество.

Ровные плашки — обычно небольшая проблема для оператора ФНА (в отличие от печатника). Периодические узоры в одной сепарации отсекаются разработчиками растров на начальном этапе работы. Можно отметить, что специфическая неприятная зернистость является характерным недостатком стохастики. В реальной жизни переменная плотность полутоновой плашки обычно никак не связана с растрированием, а возникает из-за конструктивных особенностей оптической системы ФНА, например дефокусировки луча на краях пленки в дешевых рулонных фотонаборах.

Не допустить появления зубчатых линий — прямая обязанность растрового процессора. Зубчатые линии появляются, в частности, при конвертации текста и других векторных элементов в растр относительно низкого разрешения. Применяемые разными производителями алгоритмы существенно различаются и заслуживают отдельного рассмотрения.

Рис. 2. Круглая, квадратная и композитная растровая точки.

Потери в светах и тенях в основном связаны с неоптимальной формой растровой точки (рис. 2). Например, круглая точка хороша в светах, но в тенях образует фигуру, похожую на бубновую масть. Острые углы заливаются, тонопередача в тенях страдает. Симметричная (круглая, квадратная) точка приводит также к скачку в районе 50 % плотности, когда точки на бумаге соприкасаются всеми четырьмя углами. Для решения проблемы используется точка переменной формы, называемая композитной. В светах она круглая, в полутонах — вытянутая, а в тенях образует круглый пробельный элемент.

Более тонкие эффекты при передаче светов и теней связаны с тем, что точка при этом состоит всего из нескольких лазерных пятен. Из-за калибровки, необходимости разворота растра на требуемый угол и др., точка получается неправильной формы и нестабильно передается на пластину, а затем на бумагу.

Рис. 3. Гравюрная точка используется в глубокой печати. Даже при 100% заливке на поверхности медного цилиндра сохраняются перегородки между ячейками.

Наконец, производительность растрирования приобрела особую актуальность с началом применения CTP устройств. При недостатке потока данных на лазер ФНА экспонирование технически можно прервать, а затем продолжить с этого же места без наблюдаемых дефектов изображения. С печатной пластиной, особенно термической, такой фокус не пройдет, она должна быть отрисована за один раз. Значит растровый процессор в любых, самых тяжелых, условиях должен обеспечить непрерывный поток данных. Иными словами работать в режиме реального времени, а это уже совершенно иные требования, к ним компьютеры общего назначения, с их манерой ненадолго о чем-то задуматься, приспособлены слабо. Яркий пример очень тяжелых условий также тесно связан с CTP. Это экспонирование предварительно сканированных цветоделенных пленок. Создаваемые при этом файлы, даже после компрессии достигают сотен мегабайт.

Рис. 4. Геометрическая точка Scitex, подобно линейчатому растрированию, позволяет удвоить угол между сепарациями для подавления розетки.

С небес на землю и обратно

Большинство проблем, связанных с растрированием, относятся к традиционным, амплитудным методам, когда градации передаются с помощью изменения размера точек, положение которых определяется решеткой заданной пространственной частоты. Цифровые методы позволяют реализовать также стохастическое растрирование. Стохастическое растрирование решает множество проблем. Оно полностью свободно от муара всех типов, не несет розеточной структуры и хорошо передает мелкие детали изображения. Панацея найдена? Многие верили в это пару лет назад. Сегодня маятник качнулся в обратную сторону. Cтохастика широко используется в устройствах цифровой печати, от офисных принтеров до широкоформатных плоттеров. В офсетной же печати стохастика используется редко. Даже типографии, сумевшие достичь приемлемых результатов в порядке эксперимента, отказываются от применения стохастики в промышленных масштабах. Главная, хотя и не единственная, проблема стохастического растрирования — нестабильность переноса мелких печатных элементов как с пленки на пластину, так и с пластины на бумагу. Небольшие изменения условий печати приводят к значительным изменениям в цвете. Поэтому создание достаточно неприхотливого стохастического метода, способного выжить в условиях реальной печати, остается весьма актуальной задачей. И она не выглядит неразрешимой.

Формула 1. Размер квадратной растровой точки в мкм для заданной величины точки D в % при линиатуре F, lpi.

Если точку размером столько-то микрон удается печатать амплитудным растром, то может быть и стохастика с точками того же и большего размера окажется печатаемой? Несколько примеров (см. Формулу 1). Листовая печать, мелованная бумага, линиатура 175 lpi, устойчиво воспроизводится 2% точка. Ее размер — 20.5 мкм. Ролевая печать, линиатура 133 lpi, устойчиво воспроизводится 3% точка — 33 мкм. Флексография, линиатура 100 lpi, устойчиво воспроизводится 5% точка — 56.8 мкм.

Похоже, если взять стохастику с минимальной точкой в 2-3 раза больше, чем в наших примерах, то она будет работать. Конечно, ее надо где-то взять и не забыть скомпенсировать растискивание, но это уже технические проблемы.  

Михаил Кувшинов, AMOS, технический директор. mike@amos.spb.su