Технология обработки изобразительной информации (3 часть)

ГЛАВА VIII. Многокрасочная иллюстрация

8.1 Автотипный синтез цвета, печатные краски

Ощущение цвета объектов зрительно воспринимаемого окружающего мира возникает либо если они сами излучают свет, в котором преобладает энергия определенных длин волн видимого спектра, либо если они избирательно отражают те или иные спектральные компоненты внешнего естественного или искусственного освещения.
Синтез цвета, относящийся к первому случаю, называют аддитивным, когда цвет образуется в результате смешения двух и более разноокрашенных световых потоков, излученных источником или отраженных объектом. Так, красный и зеленый свет, сложенные в различных соотношениях, дают многообразие оттенков желтого, а красный, зеленый и синий образуют белый.
В силу особенностей зрения синтез цвета аддитивен не только при одновременном воздействии разноцветных излучений на сетчатку, но также и при поочередном, с частотой мелькания выше критической, проецировании (временное оптическое смешение). Когда же разноокрашенные световые потоки чередуются в пространстве с высокой, неразличимой глазом частотой, имеет место пространственное оптическое смешение.
В условиях освещения объекта цвет образуется субтрактивно. Объект выглядит, например, красным потому, что в большей мере вычитает (поглощает) зеленую и синюю спектральные составляющие из нейтрального «белого» освещения, а серым, если частично отражает световую энергию на всех длинах волн, оставляя его спектральный состав неизменным. Реальные источники света обладают определенной цветностью, т. е. не являются спектрально равноэнергетическими (см. рис. 8.1, а-в). Если освещение не нейтрально, то его цвет привносится в цвет визуально воспринимаемого объекта. Поэтому колориметрия изображения, предназначенного для разглядывания в отраженном или проходящем свете однозначна лишь при оговоренных характеристиках освещения.
Цветовое восприятие способно, тем не менее, в существенной мере игнорировать цвет источника благодаря действию механизма т. н. хроматической адаптации. Красночувствительные рецепторы глаза в большей мере утомляются в свете лампы накаливания из-за преобладания мощности в длинноволновой части ее спектра. На этом фоне относительная реакция чувствительных рецепторов синей области несколько возрастает. В результате сам цвет лампы не имеет столь выраженного желтовато-красного оттенка, как следовало бы из графика на рис. 8.1 (а). Однако в силу тех же причин равно-энергетический, нейтральный отражатель, рассматриваемый при таком свете, будет восприниматься с едва синеватым оттенком в результате адаптации зрения к цветности источника света. Поэтому те или иные детали изображения воспринимаются ахроматическими, нейтральными (серыми) только в том случае, если их цветность соответствует цветности источника [1.4].

Рис. 8.1 Спектральные характеристики источников света: а) — равно-энергетического (идеального), лампы накаливания и флуоресцентного; б) — стандартных D50 и D65; в) — естественного дневного в разную погоду и время суток (по Л. 1.4)

В соответствии с трехкомпонентной теорией цвет любого оттенка может быть получен смешением некоторых трех основных. В ТВ кинескопе, например, все многообразие цветов обеспечивается аддитивным смешением вариаций интенсивностей излучений красного, зеленого и синего (КЗС) люминофоров. Спектральные распределения мощности этих излучений могут быть, как в этом случае, сплошными или же линейчатыми (монохроматическими), как, например, у основных цветов стандартной колориметрической системы RGB MKO (700 нм, 546 нм и 436 нм).
Один и тот же цвет может быть получен подбором соотношений во множестве комбинаций трех так называемых основных излучений из условия равенства результирующих возбуждений для трех типов рецепторов глаза. По спектральным распределениям чувствительности этих рецепторов (кривым основных возбуждений, рис. 8.2) видно, что ощущение, например, желто-зеленого цвета с длиной волны 555 нм возникает при одинаковом возбуждении зелено-и красночувствительного рецепторов. Однако такое же суммарное возбуждение можно обеспечить и совокупным действием взятых в соответствующей пропорции излучений 530 нм и 575 нм, обозначенных на тех же графиках. Первое из них приблизительно на 20% сильнее действует на зеленочувствительные рецепторы, чем на красночувствительные, но зато второе - наоборот. Излучения, имеющие разный спектральный состав и мощность, но обеспечивающие эквивалентное цветовое возбуждение, называют метамерными. Именно метамерные свойства зрительного восприятия делают возможным отображение изобразительной информации такими различнымиспособами, как живопись, фотография, телевидение, печать и т. д., используя в их основе красители, излучения, подложки или отображающие среды совершенно отличной физической природы.

Рис. 8.2 Кривые основных возбуждений (относительной спектральной чувствительности трех типов рецепторов глаза)

Субтрактивный синтез многокрасочной полиграфической печати использует голубую, пурпурную и желтую (ГПЖ) краски, которые последовательно (если печатные элементы цветоделенных изображений перекрывают друг друга) или одновременно (если элементы расположены на оттиске рядом) поглощают из внешнего освещения соответственно красную, зеленую и синюю спектральные составляющие.
Если в однокрасочной печати автотипным способом передаются лишь градации яркости, то на многокрасочной репродукции относительные площади элементов, отпечатанных голубой, пурпурной и желтой красками, определяют еще и цветовой тон, а также его выраженность. Последняя оказывается тем большей, чем меньше «серого» содержит данный цвет и чем он ярче. Автотипный метод позволяет передать всю цветовую палитру, несмотря на то, что, как показывает рис. 8.3, микроструктуру растровойиллюстрации образуют всего лишь восемь (назовем их базовыми) цветов:

  • цвет подложки (бумаги);
  • голубой, пурпурный и желтый цвета одинарных слоев красок;
  • красный, зеленый и синий цвета их двойных наложений;
  • черный цвет тройного наложения.

Рис. 8.3 Восемь базовых цветов триадного автотипного синтеза на единичной площади оттиска

От единичного участка оттиска к наблюдателю поступает либо один отраженный световой поток результирующего цвета, либо несколько разноцветных потоков (см. рис. 8.4). В последнем случае имеет место упомянутое выше аддитивное пространственное смешение цвета уже в самом зрительном анализаторе. Поэтому, несмотря на то, что все базовые цвета получены субтрактивно, механизм образования результирующего цветового ощущения более сложен в силу этой специфики автотипного синтеза.

Рис. 8.4 Ощущение цвета возникает как в результате слитного восприятия отражаемых разноокрашенных световых потоков, так и от одного, окрашенного в результирующий цвет вычитанием спектральных составляющих освещения

Каждый из восьми указанных цветов характеризуется вполне определенными значениями яркости В, цветового тона и чистоты цвета р и может быть оценен по шкале, отпечатанной комбинациями красок. Цвет единичного участка оттиска (см. рис. 8.3) зависит от значений относительных площадей, запечатанных в нем каждым из этих цветов и в общем случае описывается уравнением Нюберга-Нейгебауэра как

φ=φБSБГSГПSПЖSЖГПSГППЖSПЖГЖSГЖГПЖSГПЖ 8.1

Площади s, занимаемые каждым из базовых цветов на различных участках, могут существенно отличаться. Так, если точки трех красок одинаковы и точно налагаются друг на друга, то цвет определяется лишь первым и последним слагаемыми выражения 8.1. Если же эти элементы не перекрываются, то не принимаются во внимание четыре последних члена этой суммы. При печати с произвольным наложением растров цветоделенных изображений описание цвета в его связи с относительными площадями базовых цветов имеет стохастический, вероятностный характер. Не будучи жестко детерминированным для отдельного микроучастка оттиска, оно усредненно характеризует лишь достаточно протяженное его поле. Более корректно цвет описывается аналогичными уравнениями, где количества s базовых цветов выражены вероятностями их образования черезотносительные площади растровых точек трех красок SГ, SП, SЖ как

SБ = (1 - SГ)(1 - SП)(1 - SЖ)
SГ = SГ·(1 - SП)(1 - SЖ)
SП = (1 - SГSП·(1 - SЖ)
SЖ = (1 - SГ)(1 - SПSЖ SГП = SГ·SП·(1 - SЖ)
SПЖ = (1 - SГSП·SЖ
SГЖ = SГ·(1 - SПSЖ
SГПЖ = SГ·SП·SЖ 8.2

Общие идеи триадного полиграфического синтеза цвета удобно иллюстрировать, приняв допущения, практически приемлемые лишь для т. н. идеальных красок, которые характеризуются П-образными спектральными кривыми (см. рис. 8.5, а) и равномерно поглощают световую энергию в одной из основных зон спектра и отражают ее в двух других. Цветовые значения, получаемые такими красками, подчиняются выражению 8.1 независимо оттого, в какой последовательности наложены голубая, пурпурная и желтая краски и в какой степени разноцветные элементы перекрывают друг друга.
В отношении красного, синего и зеленого цветов трех основных зон спектра голубой, пурпурный и желтый являются цветами дополнительными, поскольку сложение каждого из них с одним из указанных спектрозональных дает черный. Преимущество использованияэтих дополнительных цветов состоит в том, что их попарные смеси дают «чистые» цвета основных спектральных зон, как показано на рис. 8.5 (б). Эти же графики представляют по существу спектральные поглощения идеальных красной, синей и зеленой красок. Однако такие краски неудобно использовать в качестве основных в многокрасочной печати, поскольку уже их попарные наложения, перекрывая весь спектр, дают черный.
Относительные поглощения реальных красок (см. рис. 8.5, в) неравномерно распределены по основным зонам и внутри них. Если в одной из зон они являются полезными, то в двух остальных, где по самому смыслу субтрактивного синтеза их не должно быть, вредными.

Рис. 8.5 Спектральные поглощения идеальных красок (а); их попарных наложений (б); реальных полиграфических красок (_____) и их трехступенных интерпретаций (.....) за широкополосными спектрозональными фильтрами (в)

Для количественной оценки реальную краску удобно рассматривать как смесь трех идеальных. Например, реальная желтая действует как смесь идеальных: желтой, взятой в наибольшем количестве, пурпурной в значительно меньшем и голубой еще в меньшем. Такой подход позволяет сравнивать спектральную чистоту красок, располагая их в ряд, где первое место занимают идеальные краски. С этой целью образцы измеряют денситометром за тремя широкополосными зональными фильтрами, получая как бы ступенчатую кривую поглощения с тремя значениями DK, DЗ, DC (CM. рис. 8.5, в). По этим значениям определяют две характеристики: цветовой сдвиг - отклонение цветового тона в отношении идеальной краски и ахроматичность («серость») -степень загрязненности нейтральным, серым цветом:

8.3

8.4

где D - минимальное, среднее и максимальное из указанных выше измеренных значений интегральной оптической плотности по основным зонам спектра. Эти параметры обобщает еще одна количественная характеристика краски - эффективность цвета

8.5

Наряду с индикацией самой оптической плотности значения этих и целого ряда других параметров непосредственно отражаются дисплеем современного цифрового денситометра.
Цветовой охват печатных красок, как правило, уступает цветовой гамме изобразительных оригиналов и, в частности, фотографических, поскольку спектральные характеристики цветных фотоэмульсий в указанном смысле менее отличаются от идеальных [4.6].
Избирательность триадного синтеза к спектру освещения оказывается наиболее выраженной для ахроматических, нейтральных цветов. И тем не менее, цвета, образуемые полиграфической триадой, в отличие от цветов других триад, не так чувствительны к изменениям спектра освещения.
Поглощения красителей той или иной триады, как показано на рис. 8.6, могут иметь широкие или относительно узкие распределения, менее перекрывающиеся с соседними. Спектральные характеристики образуемых ими метамерно эквивалентных нейтральных цветов, соответственно менее или более рельефны. На рис. 8.7 (а) показан нейтральный спектр отражения, образуемый идеальной триадой, представленнойна рис. 8.5 (а). Этот спектр не нуждается в коррекции как под источник D50, так и под флуоресцентный, поскольку, как уже указывалось ранее, зрение и в том и в другом случае адаптируется к цветности самого источника. Отражение, метамерно эквивалентное такому нейтральному, должно учитывать эту цветность в своем спектральном составе. Для термопереводной печати последний, в силу своей большей рельефности, существенно отличается применительно кусповиям рассматривания в свете источников этих типов, как показано на рис. 8.7 (в). И, напротив, учет цветности источника в нейтральном цвете реальных печатных красок еще в меньшей мере, чем в фотографическойтриаде (см. рис. 8.7, б) искажает спектральный состав их смеси.

Рис. 8.6 Спектральные характеристики двух триад красок в большей или меньшей мере перекрывающие друг Друга

Рис. 8.7 Равноэнергетический спектр оптической плотности идеальных красок (а) и визуально эквивалентные ему для нейтральных смесей красителей фотографической (б) и термопереводной (в) печати при стандартном (D50) и флуоресцентном освещении (по Джорджиани и Мадену)

Для получения ряда цветов на оттиске более «чистыми» в некоторых случаях печатают более чем тремя цветными красками [8.1]. Так, по технологии Hi-Fi Color [8.2] помимо красок триады и черной используют еще и красную (оранжевую), зеленую, фиолетовую, что по некоторым оценкам [8.3] расширяет цветовой охват приблизительно на треть. В такой печати цвет травы выглядит более сочным и естественным, поскольку обеспечивается лишь одной зеленой краской, цвет которой насыщеннее, чем у смеси далеко не идеальных в спектральном отношении желтой и голубой красок традиционной триады.
Разновидностью Hi-Fi Color технологии является повторная, в дополнительных краскопрогонах, печать теми же триадными красками для расширения цветового охвата по воспроизводимому диапазону светлот. Краска наносится повторно на те участки изображения, где ее количество от первого краскопрогона близко к 100%. Это позволяет получить дополнительные градации в тенях без угрозы возникновения муара в силу его низкого контраста.
Эффективность воздействия одного и того же имеющегося на форме количества краски на результирующий цвет зависит от ее места на оттиске (еще незапечатанная бумага или красочный слой от предыдущего краскопрогона) и определяется захватом (восприятием) краски:

8.6

Краска захватывается на 100% предыдущим красочным слоем оптической плотности D1 если плотность D3 наложенных друг на друга слоев равна сумме плотностей D1 и D2 одинарных слоев на чистой бумаге. На бумагу и ранее нанесенный слой в этом случае переходит одинаковое количество краски. Из-за меньшей адгезии захват красочным слоем, особенно сырым, обычно ниже 100%. Поскольку толщина каждого последующего красочного слоя в пробелах элементов, напечатанных в предыдущих краскопрогонах, оказывается большей, чем на самих элементах, незначительные колебания в приводке влекут за собой обсуждаемый в последнем разделе цветовой дисбаланс. Существуют и другие аналитические выражения для оценки захвата краски [8.4].
Для однозначной оценки оптической плотности сырых и высохших оттисков денситометры оснащают поляризационными фильтрами.