ГЛАВА II. Растровый оттиск

2.1. Автотипное изображение

В отличие от полутонового изображения, например фотографии, картины, выполненной акварелью или маслом и т. п., растровым называют изображение (репродукцию) тонового оригинала, составленное из дискретных элементов. Значение тона в пределах каждого элемента такого изображения усреднено и имеет постоянное значение, а если и изменяется, то не в связи с изменением тона в пределах соответствующего элемента оригинала.
Пример одномерной (лишь по высоте изображения) дискретизации можно наблюдать на экране черно-белого телевизионного приемника. Вдоль строки яркость непрерывно изменяется в соответствии с коэффициентом отражения передаваемой сцены (см, Рис. 2.1, а), а в пределах толщины строки она изменяется по гауссовому закону, которому подчиняется распределение электронов в пучке, возбуждающем люминофор кинескопа. Высота гауссоиды, или мгновенное значение тока электронного пучка определяется средней яркостью соответствующего элементарного участка передаваемого изображения.
Другим примером одномерной дискретизации является полиграфическая репродукция тонового оригинала, выполненная линейным растром (см. Рис. 2.1, б). Печатные элементы оттиска представляют здесь собою линии, ширина которых зависит от тона оригинала.
Двухмерная пространственная дискретизация присуща точечному полиграфическому растру (см. Рис. 2.1, в), а также сопутствует представлению изображений в цифровой форме.
В отличие от телевизионного, полиграфическое растровое изображение в своей микроструктуре имеет всего две градации, определяемые оптическими плотностями незапечатанной бумаги (пробела) D_пр и сплошного красочного слоя (заливки) D_т. Двухуровневый синтез присущ также матричным механическим, электрографическим, термографическим, жидкокристаллическим, струйным и другим устройствам отображения графической информации.

Рис. 2.1 Линейные телевизионная (а) и полиграфическая (б) растровые структуры; точечный автотипный растр (в)

Воспроизведение гаммы полутонов оригинала бинарными средствами полиграфической печати обеспечивает так называемая автотипия - способ передачи полутонов изменением относительных площадей печатных и пробельных элементов. Этот способ, обеспечиваемый автоматически путем фотографирования тонового оригинала через оптический прибор - растр, пришел в полиграфическую практику более ста лет назад и позволил резко увеличить количество иллюстраций в изданиях. До той поры изготовление иллюстрационных форм было сложным и трудоемким. Единственным видом такой формы поначалу являлась ручная гравюра. Позже появились и другие, не требующие ручного гравирования, способы, например, фототипия. Однако сложность управления параметрами и низкая тиражеустойчивость ограничивали их применение. Нельзя не отметить, что иллюстрации, полученные подобными способами даже сто пятьдесят лет назад по ряду параметров превосходят современные, полученные с применением новейших репродукционных технологий.
Принцип автотипии широко используется ныне для получения квазиполутоновых изображений также в множительной технике, матричных, лазерных, светодиодных, струйно-капельных принтерах и т. п. Как и в технике ручной гравюры, иллюзия полутоновых градаций создается здесь за счет изменения относительных площадей темных и светлых элементов.
Печатные элементы могут представлять собою на оттиске линии переменной толщины (см. Рис. 2.1, б) или точки различного размера. Центры точек могут образовывать ортогональную (см. Рис. 2.1, в), гексагональную, ромбическую или другую регулярную решетку. В этом случае частота расположения печатных элементов и, соответственно, расстояние между их центрами постоянны по всему полю изображения. В соответствии с изменением тона отдельных участков оригинала изменяется лишь площадь печатных элементов (см. Рис. 2.1, в и Рис. 2.2, а). Поэтому используя аналогию из техники передачи электрических сигналов, подобные структуры оттисков автотипной печати называют иногда амплитудо-модулированными или AM структурами.
Относительную величину запечатываемой и пробельной площади можно варьировать, не изменяя размеры элементов, а лишь управляя расстоянием между ними (см. Рис. 2.2, в). По той же аналогии такие оттиски относят к частотно-модулированным - ЧМ [2.1, 2.2]. Получение автотипных изображений из изолированных друг от друга точек с размерами, одинаковыми для всех градаций тона, в силу ряда причин ограничено. Вместе с тем, в последнее время к изображениям с ЧМ структурой принято относить все оттиски, печатные и пробельные элементы на которых расположены нерегулярно [2.3]. Однако они, как видно из

Рис. 2.2 (б), характеризуются по существу смешанной АМ/ЧМ модуляцией, т. е. изменением как площади, так и частоты установки точек и пробелов на фотоформе, печатной форме и оттиске. Два субэлемента, касающиеся друг друга еще при экспонировании, например, в устройстве записи фотоформ, уже представляют собою для печати единый элемент со свойственной его форме и размерам способностью воспроизвести свою площадь на печатной пластине и оттиске с той или иной степенью искажений. Частотой, а точнее, количеством экспонирующих пятен или элементов битовой карты, манипулирует лишь растровый генератор или процессор устройства вывода фотоформ.

Рис. 2.2 Передача полутонов изменением: а — размера печатных элементов постоянного шага («амплитудное растрирование»); б — площади элементов и частоты их расстановки (смешаная «АМ/ЧМ модуляция»); в — частоты расстановки одинаковых элементов («частотная модуляция»)

2.2. Линиатура и заметность растра

В терминах обработки сигналов регулярная растровая решетка выполняет роль вспомогательного (несущего) колебания, которое модулируется значением тона изображения с тем, чтобы передать его через печатный процесс. Такое промежуточное дискретное представление подвергается позднее, при рассматривании демодуляции (дерастрированию), в результате которого растровый оттиск зрительно воспринимается как непрерывное поле значений тона, содержащее в соответствии с положениями теории дискретизации все пространственные частоты оригинального изображения, как минимум, в два раза меньшие частоты растра.
Основной характеристикой автотипного изображения, печатные элементы которого размещены в ортогональной решетке, является частота этой решетки, или так называемая линиатура растра - L, измеряемая в лин/см. Это специфический, традиционный для полиграфии параметр, имеющий размерность пространственной частоты. Его используют для систем, реализующих автотипный принцип передачи полутонов. В других случаях для пространственных частот изображений и сканирующих систем принято оперировать такими параметрами, как частота разложения (пространственной дискретизации), разрешающая способность, плотность линий развертки, частота арок и др., определяя их абсолютным числом линий или арок на градус угла зрения, вмещающего рассматриваемый объект, или числом линий (точек) на единице длины объекта в лин/мм.
Наиболее употребительны линиатуры от 25 до 80 лин/см. Они имеют следующее приближенное назначение:

• 12-24 лин/см - растровые изображения принтеров;
• 24-48 лин/см - иллюстрации в газетах;
• 48-60 лин/см - журнальные иллюстрации;
• 60-80 лин/см - рекламные и художественные издания;
• 80-120 лин/см - специальные издания и стереопечать.

Частоту регулярных растров, не использующих в своей геометрии общепринятую ортогональную симметричную решетку, можно характеризовать эквивалентной линиатурой, которая, например, для гексагонального растра оценивается корнем квадратным количества печатных элементов на квадратном сантиметре изображения. Менее однозначен эквивалент линиатуры как основы корректного сравнения качества печати, для иллюстраций с нерегулярным растром.
В автотипном методе используется свойство зрения не замечать отдельных растровых точек, воспринимать их слитно и ощущать светлоту тех или иных участков изображения в соответствии с усредненным (в пределах растровых ячеек) коэффициентом отражения. Значение последнего определяется относительной площадью S печатного элемента, отражением бумаги и красочного слоя. Такое свойство зрения создает у наблюдателя иллюзию многоградационного (полутонового) изображения, несмотря на то, что в своей микроструктуре, как уже говорилось, оно является двухградационным.
Острота зрения позволяет различать линии с частотой до 140 лин/см [1.8] и, следовательно, все применяемые в широкой практике растровые структуры различимы. В их отношении уместнее говорить не о различимости, а о заметности [2.2]. Если понятие «различимость» опирается на такие вполне конкретные свойства зрения, как его острота или частотно-контрастная характеристика (ЧКХ), то критерий «заметности» допускает и более широкий контекст. Дело в том, что наблюдатель активно участвует в «зрительном обмане», воспринимая микроштриховое изображение как полутоновое и не обращая внимания на его вполне различимую дискретность. Кроме того, способность игнорировать растровую структуру модифицируется зрительным восприятием для оттисков с различной линиатурой, т. е. для оттисков разного уровня качества. Зрение как бы обладает свойством фильтра низких частот, частота среза которого изменяется адаптивно, т. е, в зависимости от характера рассматриваемого изображения. Глядя на журнальную иллюстрацию с линиатурой 60 лин/см, мы не замечаем растровых точек. В то же время воспроизводимый этими точками штакетник забора частоты 2,5 лин/мм, воспринимается как полезная информация. На газетной иллюстрации высокой печати 2,5 лин/мм - это линиатура самого растра (L = 25 лин/см). «Не замечая» его, наблюдатель в качестве полезной информации воспринимает здесь рисунок, частота которого не может превышать 1,25 лин/мм.
Немаловажную роль, облегчающую отмеченную выше избирательность процесса дерастрирования, играет регулярность растра, т. е. постоянство частоты несущей решетки. Периодический растр легче отфильтровывается зрением, чем система случайно расположенных элементов, содержащая низкочастотные составляющие того же порядка. С применением нерегулярного растра изменяются «правила игры» в симуляцию полутонов. Зрение сталкивается с неопределенностью в идентификации случайного сгустка (кластера) печатных элементов как относящегося к вспомогательной, несущей структуре или же к воспроизводимому с ее помощью изображению.
К избирательному восприятию пространственных частот печатных оттисков зрение принуждают рассматриваемые далее технологические причины. Они не позволяют повысить линиатуру растра до значений, выходящих за границы ЧКХ зрения, и таким образом снять проблему визуального дерастрирования, как это имеет место в фотографии в силу высокой гранулярности ее эмульсий.
Правомерность подхода к оценке автотипной растровой структуры в смысле ее заметности, а не различимости подтверждается еще и неподдельным удивлением многих читателей, не связанных с полиграфической технологией, когда им предлагают обратить внимание на специфическую структуру иллюстрации в газете. Зачастую оказывается, что они ранее воспринимали такие изображения как обычные фотографии.