7.2.3 контурная емкость печати

Помимо общей линейности системы важное значение имеет само количество градаций или уровней тона, которое оказывается возможным воспроизвести в установленном диапазоне. Их теоретически предельное число определяется контрастной чувствительностью зрения или количеством порогов, которые различимы в условиях рассматривания изображений отраженного света. Оно, по разным оценкам, составляет от 80 до 100. Однако полиграфия, как правило, не обеспечивает такого количества ступеней яркости из-за шумов печатного процесса, обусловленных, прежде всего, микронеровносгями подложки и флуктуациями объема закрепившейся на ней краски, В наибольшей степени уровень этих шумов превышает порог чувствительности зрения в ролевой печати на грубых бумагах, поэтому в газете, например, редко реализуется тоновая шкала, содержащая более 25 ступеней, И тем не менее, очевидно, что настройка печатной системы должна обеспечивать максимально возможное количество таких ступеней и в условиях подобных ограничений,
Другим препятствием передаче градаций в печати может оказаться второе, после аналого-цифрового преобразования в сканере, квантование значения тона на этапе растрирования. Оно обусловлено формированием растровых точек из дискретных элементов еще в битовой карте растрового генератора или программы. Число уровней этого квантования зависит от размерности матрицы, образующей единичную ячейку растрового изображения, и напрямую связано с разрешающей способностью записи фотоформ, печатных пластин или цифровой печати. Число знаков в реализуемом алфавите растровых точек не ограничивает возможности печати по количеству воспроизводимых градаций, только в том случае, когда шаг шкалы данного квантования не превышает уровень шумов печатного процесса.
Как было показано выше, базовым критерием оптимизации системы подложка-краска-форма является обеспечение минимальных устойчивых печатных элементов и пробелов. С учетом их размеров и эффективного интервала градаций устанавливается значение растровой линиатуры. На характер тонопередачи в этом интервале влияет растискивание, величина которого зависит не только от линиатуры, но и геометрии растра. Поэтомуна следующем уровне оптимизации режима автотипной иллюстрационной печати в целях линейного воспроизведения градаций необходимо учитывать печатную способность (printability) или устойчивость растровой структуры в печати. Она определяется степенью искажений площадей печатных элементов при переносе их образов, идеализированных компьютерной программой или битовой картой, на оттиск через запись фотоформ, формный и печатный процессы.
Наиболее универсальным критерием оптимизации режима системы в отношении тоновой иллюстрационной печати может служить, в указанной cвязи, т.н. контурная емкость K_E. Перецениваемая количеством сочетаний по два из числа N ступеней тоновой шкалы, реализуемой в данной печатной системе [7.2]:

KE = N(N - 1)/2 7.2

Число ступеней здесь ограничено шумами печати. Оно будет теоретически предельным, когда дополнение шкалы еще одним полем при уменьшении перепадов между каждой парой остальных на 1/N их различия преобразует ступенчатую шкалу в непрерывное изменение тона во всем эффективном интервале, как условно показано на рис.7.9.

Рис. 7.9 В данной технологии печати N полей ступенчатой тоновой шкалы можно считать предельным, если при уменьшении различий на 1/N шкала с N+1 полем даст целиком непрерывное изменение тона

В отличие от прошлых лет создание подобных шкал со свободно примыкающими друг к другу полями и с произвольным шагом в 256-ти значениях равноконтрастного сигнала стало сегодня возможным благодаря компьютеризации допечатных процессов. Печать таких шкал является не только эффективным средством оптимизации системы растр-бумага-краска-машина, но и оперативным визуальным индикатором степени ее линейности, нормализации и стабильности, поскольку любые отклонения режима приводят к потере большего или меньшего количества полей на том или ином участке такой шкалы. Так, если с ростом уровня собственных шумов в результате использования менее гладкой бумаги какая-либо часть полей воспринимаются слитно, а остальные нет, то это указывает на необходимость создания дополнительного корректирующего файла - «профиля» нового печатного процесса. Если же все поля сливаются в новых условиях в непрерывную тоновую шкалу, то есть основания предполагать, что система осталась линейной. Объективным подтверждением этому может служить шкала, отпечатанная с меньшим числом полей и соответственно с увеличенным перепадом между ними, если все ее поля оказались различимыми.
Общую методику получения предельной шкалы поясняет примерная зависимость (см, рис. 7.10) измеренной колориметром светлоты от относительных запечатываемых площадей, назначенных полям шкалы в том или ином программном приложении. Имея подобную характеристику для конкретного печатного процесса, равноконтрасгную шкалу для него можно в первом приближении получить, разделив реализуемый интервал светлот ΔL на некоторое число равных шагов и сопоставив, как показано стрелками на том же рисунке, каждому из них соответствующее значение «программной» относительной площади. Заново отпечатанная по полученным таким образом значениям шкала будет характеризоваться равными перепадами светлот. Для получения «предельной» шкалы число полей и перепады между ними можно варьировать далее, опираясь при этом и на визуальный контроль наличия ступеней.

Рис. 7.10 Разбиение эффективного интервала светлот печати на равные доли для отыскания «программных» значений относительных площадей растровых точек для равноконтрастной ступенчатой шкалы

Здесь необходимо отметить, что оценка малых изменений (ступеней) тона логарифмами относительной яркости, оптической плотностью, светлотой в единицах стандартной (МКО) или т. н. развитой колориметрии и т. п. может быть лишь приближенной, не соответствующей визуальной различимости, поскольку эти метрики сами по себе не являются, как известно, абсолютно равноконтрастными и универсальными для разнообразных условий рассматривания. Может оказаться так, что измеренное в стандартных колориметрических значениях распределение светлоты по «предельной», а следовательно, линейной и визуально равноконтраанои шкале окажется нелинейным. Однако это и будет свидетельствовать о неадекватности использованной метрики поставленной задаче [7.9]. Более того, зная характер и степень полученной нелинейности, оказывается возможным уточнить или заменить выражение 1.1 на другое, учитывающее такие условия рассматривания отпечатанной шкалы, как тип источника света, освещенность,фон изображения, общий уровень яркостей адаптации и т. д.
Из всего сказанного выше становится очевидным, что обеспечение обсуждаемого баланса характеристик передачи многочисленных стадий репродукционного процесса применительно к реальным условиям является прерогативой технолога-полиграфиста. Достигаемая при этом точность согласования параметров находится в прямой зависимости от степени их нормализации, общей технологической культуры полиграфического предприятия и в конечном итоге определяет уровень качества иллюстрационной печати.

7.2.4 программирование тонопередачи

Как следует из схем на рис. 7.6 и 7.7, градационный преобразователь должен представлять собою звено с оперативно управляемой нелинейностью, обеспечивающей реализацию градационной задачи (график квадранта 1), поставленной из условий, рассмотренных в подразделе 7.1.
В отличие от аналоговых систем прошлых лет нелинейное преобразование значений сигнала осуществляют теперь табличным способом. В схемотехнических реализациях преобразователей входные значения N_вх используются в качестве адресов ячеек ЗУ, хранящего коды выходных значений N_вых. Простейшие аппаратные и программные градационные преобразователи используют фиксированный набор ЗУ или таблиц, обеспечивающих определенные типы нелинейности (вогнутая, выпуклая, S-образная, N-образная и т. п. кривая) и ту или иную степень нелинейности (отличия кривой данной формы от линейной). Более совершенные преобразователи оперативно перезагружаются по командам с пульта управления считывателем или при изменении формы градационной кривой на экране монитора ЭВМ с помощью манипулятора - «мыши». В этих случаях плавность и степень регулировки определяется лишь разрядностью используемого видеосигнала. Недостаточная дискретность его входных или выходных значений при существенной нелинейности преобразования может привести, как показано на рис. 5.14 (д) к шумам квантования, проявляющимся на копии в виде полос поперечных направлению плавного изменения тона на оригинале.
Форма графика в квадранте 7 на рис. 7.7 в общем случае не совпадает с кривой, заданной в квадранте 1. Пользуясь этим графиком, оператор НИС должен устанавливать, для достижения линейной тонопередачи, существенно нелинейную связь между входными и выходными значениями исходя лишь из опыта. Как видно из схемы, входной (N_вх) и выходной (N_вых) сигналы преобразователя связаны с оригиналом и оттиском через целый ряд нелинейных преобразований и напрямую не отражают параметров этих исходного и конечного изображений. Чтобы привести значения таких сигналов в прямое соответствие с указанными параметрами, в схему тонопередачи включают дополнительные, корректирующие звенья, компенсирующие нелинейности других стадий. Только при полной компенсации нелинейных искажений всех технологических этапов входной (N_вх) и выходной (N_вых) сигналы преобразователя точно отражают оптические плотности оригинала и оттиска, а график квадранта 7 оказывается полностью идентичным графику квадранта 1.
Вместе с тем очевидно, что характеристики отдельных звеньев время от времени изменяются либо в силу недостаточно строгой нормализации технологических процессов, либо в результате смены используемых материалов и оборудования. Эти изменения учитывают внесением соответствующих изменений в такие корректирующие звенья, как звено компенсации растискивания (квадрант 6), С этими целями пользователь имеет возможность загрузки, учета и хранения параметров печати в той или иной программе обработки иллюстраций как для различных печатных машин, так и для различных секций одной многокрасочной машины.
Общее согласование звеньев замкнутой полиграфической системы, т, е. системы, ориентированной на использование конкретных материалов, а также печатного и допечатного оборудования, в отношении тонопередачи может заключаться в следующем, В устройстве вывода записывают растровую фотоформу ступенчатой шкалы несколькими, например, восемью или шестнадцатью фиксированными выходными значениями N_вых, После копирования фотоформы на печатную форму и печати полученную на тиражной бумаге шкалу сканируют в устройстве ввода той же системы. Значения N_вх сигналов, считанные с полей шкалы, используют в качестве адресов ЗУ, в ячейки которого записывают выходные значения N_вых, использованные при записи этих полей на фотоформу, В компьютерном варианте такой системы аналогичным образом может быть создана таблица (матрица) перекодировки. Подобная процедура позволяет организовать дополнительное звено, компенсирующее нелинейность передачи в целом, т. е. сбалансировать характеристики передачи всех этапов. В этом смысле она соответствует построению графика в квадранте 7 схемы. Если интервал плотностей оригинала не превышает интервала растровой печати, то, например, объективная (факсимильная) передача градаций происходит далее автоматически, без вмешательства оператора.
Компенсирующее нелинейное звено или некоторый набор таких звеньев закладывается разработчиком в программное или аппаратное обеспечение электронной части репродукционного комплекса на основе типовых (предусмотренных стандартами) характеристик технологических этапов, а также используемых в них материалов и оборудования. Однако достигаемый таким образом баланс является лишь базовым или исходным и не до конца учитывает специфику конкретного производства. Известно, например, что растискивание, учитываемое в третьем квадранте схемы рис. 7.7, может отличаться не только у печатных машин одного типа, но и у разных секций данной машины. В этой связи об его оценке говорят, в частности, как о процедуре «снятия отпечатков пальцев печатного процесса» [7.8]. Кроме того, обеспеченный однажды баланс может быть нарушен и потребует соответствующей корректировки при отклонении параметров любого из этапов в связи со старением или заменой оборудования, сменой поставщика или типа используемых материалов и т. п.
В современном разомкнутом полиграфическом цикле управлениетоно-передачей является поэтапным, когда нелинейность каждого звена компенсируется по отдельности. Значением тона управляют в концепции «Воспроизведение, независящее от специфики средств отображения» (Device Independent Color). Известно, например, что значения, считанные различными сканерами, существенно отличаются. Разными оказываются также цвета, получаемые по тем же самым входным значениям на различных мониторах, в системах цифровой и традиционной печати. В указанной концепции Международный консорциум по цвету (ICC) однозначно привязывает значения восьмиразрядного двоичного кода допечатных систем к цветовым координатам т. н. связующего равноконтрастного колориметрического пространства Lab MKO. Этим обеспечивается возможность обмена иллюстративной информацией между различными компьютерными платформами, программами и периферийными устройствами. С данной целью ICC создал стандарт, связывающий Lab координаты с количествами краски в печати (CMYK) и со значениями сигналов считывающих устройств и мониторов. Разработаны также специализированные цветные шкалы, метрологические средства, программы и процедуры т. н. Системы управления цветом (CMS). Она позволяет непосредственно на производстве дополнить или заменить штатные (от изготовителя) корректирующие и согласующие звенья отдельных стадий более точными, учитывающими их индивидуальные особенности.

7.2.5 равноконтрастное представление сигнала

Сигнал, формально пропорциональный на выходе ФЭП световому потоку, а значит, коэффициенту отражения или яркости оригинала, преобразуют в считывателе в равноконтрастный сигнал либо путем логарифмирования, либо в соответствии с выражениями типа 1.1. В первом случае это делает его напрямую связанным с оптическими плотностями, а во втором - со светлотами L и параметрами цветности а и b равноконтрастной системы Lab MKO. Естественно, что при этом учитывается и определенная нелинейность световой характеристики того или иного считывателя. Поскольку в конечном итоге, на выходе полиграфической системы, снова используется сигнал, напрямую связанный с количествами краски (площадями печатных элементов), а значит, с отражениями оттиска, необходимость в подобном преобразовании может показаться, на первый взгляд, неочевидной и нуждается в пояснении.
Представление сигнала изображения равноконтрастными, т. е. наиболее близко связанными со зрительным восприятием, значениями делает его более устойчивым к помехам, сопутствующим функциональным преобразованиям этого сигнала. Шумы (помехи) сопутствуют каждой стадии преобразования изображений. В аналоговой части видеотракта они порождаются темновым током ФЭП, флуктуациями тока р~п переходов диодов и транзисторов, а в цифровой - прежде всего ошибками квантованияпри аналого-цифровом и цифро-аналоговом преобразованиях. Подобные ошибки сопутствуют и тем способам растрирования, в которых печатные элементы формируют из дискретных еще более мелких элементов.
Из теории передачи информации известно, что наиболее поражающее воздействие оказывают сосредоточенные шумы или ошибки канала связи. Для изображения это означает, чтопри той же результирующей мощности они могут оказаться наиболее заметными, еслисконцентрированы на каком-либо его участке, в одной из областей градационного диапазона или спектра пространственных частот.
Шумы воздействуют на изображение аддитивно, складываясь на каждой из последующих стадий с накопленными на предыдущих. Поэтому сигнал приводят к равноконтрастным значениям в самом начале видеотракта, где уровень шумов еще относительно мал и определяется лишь темновым током ФЭП. Воздействие шумов репродукционного процесса на изображение, представленное таким сигналом, равномерно по интервалу воспроизводимых светлот и менее сказывается на качестве получаемых копий. В ином случае оно оказывается сосредоточенным в тенях и ведет к заметной потере градаций.
Поясним сказанное на примере логарифмирования видеосигнала, которое в обязательном порядке применялось с указанной целью еще в аналоговых электронных репродукционных системах. На рис. 7.11 (а) представлена осциллограмма напряжения, получаемого в нагрузке ФЭП при считывании равноконтрастной ступенчатой тоновой шкалы (см. рис. 7.11, г), соседние поля которой одинаково отличаются по оптической плотности. Ступени осциллограммы, в отличие от представляемого ею изображения, неравномерны, поскольку это напряжение, как уже отмечалось, напрямую связано с коэффициентами отражения полей. Часть градаций, как условно показано на рис. 7.11 (б), на выходе видеотракта окажется неразличимой, «потонет» в помехах, уровень которых может значительно возрасти в результате накопления шумов, сопутствующих последующим функциональным преобразованиям. И, напротив, из рис. 7.11 (в) видно, что при том же уровне результирующих шумов все поля шкалы различимы одинаково, если сигнал изначально равноконтрастный.

Рис. 7.11 Осциллограммы сигнала ФЭП (а) и выхода видеотракта для неравноконтрастного (б) и логарифмированного (в) видеосигнала пятиступенной равноконтрастной шкалы (г)

Актуальность преобразования значений яркости в оптические плотности или светлоты повышается с ростом интервала полутонов оригинала. Поэтому сигнал считывателя кодируют в 10-ти и более разрядных АЦП. Запас разрядности (шкалы квантования) во входном сигнале нелинейного преобразователя, каковым и является, например, логарифматор, необходим, чтобы все из 256-ти уровней его стандартного восьмиразрядного выходного видеосигнала оказались информационно значимыми. Если, например в рекламе, указывается, что сканер 30-ти разрядный, то каждый из его трех исходных сигналов, полученных за соответствующим спектрозональным фильтром, квантуется в его АЦП по шкале квантования из 2¹⁰ = 1024 уровней. При последующем переходе от яркостей к светлотам на участке характеристики с градиентом 4/1, для каждого выходного восьмиразрядного значения найдется, благодаря этому запасу, как минимум одно десятиразрядное входное (см. рис. 5.13).
В профессиональных считывающих устройствах, использующих ФЭУ и способных анализировать оригиналы с интервалом плотностей порядка 4 ед. и более, применяют и 16-ти разрядные АЦП, в качестве альтернативы которым логарифмирование осуществляли ранее на аналоговом сигнале, используя для этой цели нелинейность начальногоучастка вольт-амперной характеристики полупроводникового диода.