2.3. Оптическая плотность, оптическое «растискивание»

Базовый локальный параметр автотипного растрового изображения S - относительная площадь печатных элементов (растровых точек). Она определяется отношением их абсолютной площади S' и единичной площади (ячейке) растрового изображения S_э (см. Рис. 2.3). Последняя равна квадрату шага растровой линиатуры 1/L², поэтому:

2.1

Рис. 2.3 Печатные элементы в ортогональной растровой решетке линиатуры L

Коэффициент отражения, усредняемый по этой площади зрением или измерительным окном прибора, охватывающим десятки и сотни запечатанных и пробельных элементов, определяется как

2.2

где ρ_т и ρ_пр - отражения красочного слоя и подложки. Поскольку по определению оптической плотности ρ_т = 10^-D_т и ρ_пр = 10^-D_пр,

Рис. 2.4 Оптическое растискивание обусловлено поглощением красочным слоем печатного элемента части света, вошедшей в бумагу через пробел

Очевиден строго аналитический характер этого выражения, получившего в отечественной литературе название формулы Шеберстова-Муррея-Девиса [2,4]. В отсутствие печатных элементов (при S = 0) D_отт = D_пр, а на сплошном красочном слое (при S = 1) D_отт = D_т. Вывод этой формулы предполагает линейную связь между усредненным коэффициентом отражения и площадями точки и пробела.
Более высокие, но близкие к денситометрическим результаты дает формула Юла-Нильсена [2,5], включающая эмпирический коэффициент n:

2.4

Этот коэффициент учитывает, что красочный слой краев запечатанных элементов поглощает также и часть света, вошедшего через пробел и подвергнутого в толще бумаги рассеянию в сторону этих элементов. Такому, неучтенному выражением 2.3 поглощению на Рис. 2.4 соответствует луч 1 падающего на оттиск светового потока. С уменьшением абсолютных размеров точек влияние этого поглощения возрастает, поскольку ширина каймы, захватывающей диффузно отражаемую часть света, прошедшего в бумагу минуя красочный слой, не зависит от диаметра растровой точки. Доля площади этой каймы в общей площади печатного элемента с его уменьшением растет. Поэтому с ростом линиатуры растра от 25 до 120 лин/см значение коэффициента увеличивают от 1 до 3. С учетом тех или иных особенностей печати впоследствии предлагались и другие выражения, а также способы определения п, приближающие результаты расчетов к денситометрическим [2.6].
Повышение разрешающей способности печати не только усилило влияние эффекта, описанного в 50-е гг. Юлом и Нильсеном. Уменьшению абсолютных площадей печатных и пробельных элементов до 7-15 мкм сопутствуют качественные изменения в механизме перехода и закрепления краски на бумаге. Использование нерегулярных растровых структур усложнило геометрию красочного слоя на оттиске, а печатающие и пробельные элементы предельно малых размеров стали влиять на тон и цвет не только в «высоких светах» и «глубоких тенях», но и по всему интервалу полутонов. Поэтому разработка аналитических моделей, позволяющих рассчитать оптическую плотность оттиска по запечатанной площади и учесть так называемое оптическое растискивание, обусловленное далеко неоднозначным взаимодействием света с бумагой (см. Рис. 2.4), активно продолжается и в настоящее время [2.7, 2.8, 2.9].
Обратный, исходя из выражения 2.3, расчет площади S потрем упомянутым измеренным плотностям:

2.5

дает значение так называемой кажущейся площади точки, т. к. включает оптическое растискивание, имевшее место при измерении D_отт. И, напротив, физическую площадь точек и их фактические размеры современный денситометр рассчитывает, 2.6

2.4. Эффективный интервал оптических плотностей

В общем случае интервал оптических плотностей печатного процесса определяется разностью плотностей сплошного красочного слоя и незапечатанной бумаги:

2.7

Однако такая оценка не учитывает присущую автотипному методу специфику передачи тонов оригинала изменениями площадей печатающих и пробельных элементов. Меньшую, но более точную величину интервала дает разность оптических плотностей растровых полей с минимальными устойчиво воспроизводимыми по полю оттиска и в тираже пробелом и печатающим элементом:

2.8

Рис. 2.5 Характеристика тонопередачи в эффективном (1) и формальном (3) интервале печати; нерабочие (2) и невоспроизводимые(4,5) участки; 6 и 7 — значения тона оригинала, при которых в стационарных зонах изображения появляются ложные контуры

Промежутки D_т - D_{пр. min} и D_{т. min} - D_пр (см. Рис. 2.5) обычно не включают в диапазон воспроизводимых градаций, иначе пришлось бы иметь дело с нереальными, бесконечно малыми и поэтому неуправляемыми величинами пробелов и печатных элементов. Если самые темные участки черного костюма переданы на портрете сплошным красочным слоем, то может оказаться невозможным воспроизвести на оттиске другие близкие по тону детали яркости. Такими, вполне различимыми на оригинале, деталями могут оказаться, например, лацканы: их яркости, лишь незначительно отличающейся от указанного фона, могут соответствовать непропечатываемые пробелы с относительной площадью в 1-2%. Этот случай соответствует верхнему «нерабочему» участку 2 графика 3 на Рис. 2.5. Воспроизведение таких пробелов на оттиске невозможно из-за растискивания, затекания краски и других причин.
Различие между ΔD_отт и ΔD_эфф может оказаться весьма существенным. В газетной высокой печати оно достигало, например, нескольких десятых единицы оптической плотности. «Белое» на такой иллюстрации заметно темнее ее полей, т. е. незапечатанной газетной бумаги, и без того не отличающейся высокой белизной.
В результате присвоения значению «белого» оптической плотности вообще незапечатанной бумаги (S = 0%), а значению «черного» плотности сплошного красочного слоя (S = 100%) теряют детали малого контраста (рисунка изображения) в светлых и темных тонах. Эти потери поясняются на примере воспроизведения ступенчатой тоновой шкалы в разделе 7.1.1.
Для стационарных зон изображения, характеризующихся монотонным изменением тона, присвоение нулевых и стопроцентных значений площадей печатных элементов предельным оптическим плотностям оригинала чревато появлением ложных контуров. Если тон на некотором участке изображения плавно изменяется от самого светлого до самого темного своего значения, то подобное присвоение (использование графика 3 на Рис. 2.5) ведет к появлению заметных скачков в тех зонах этого участка (6 и 7), которым соответствуют значения реально воспроизводимых минимальных растровых точек и пробелов. Самый темный и самый светлый участки оригинала «привязывают» к плотностям D_{пр. min} и D_{т. min}, чтобы передача тона оригинала путем изменения площадей растровых точек была управляемой.
Абсолютные размеры минимальных пробела и печатающего элемента различны даже в одном и том же способе печати. Являясь некоторым эквивалентом уровня собственных шумов репродукционного процесса, они определяются гладкостью бумаги, типом печатной машины, свойствами формы и краски, спецификой взаимодействия последней с формой и бумагой в печатном процессе. Минимальный пробел и печатающий элемент приблизительно равны, составляют 20-25 мкм для качественной офсетной печати на мелованной бумаге, 8СМОО мкм в газетной высокой печати и служат определяющим фактором для выбора линиатуры автотипного растра. Относительная площадь растровых точек для «белого» обычно составляет 3-5 % , а для «черного» - 95-97 %. Эти предельные величины отражают, в свою очередь, приемлемый, найденный в многолетней практике и обсуждаемый ниже компромисс четкости и плавной тонопередачи.