Проектирование технологии печатных процессов для переиздания книжного образца

3.8 Дизайн цветовой мишени Первый фактор, который необходимо учесть в дизайне цветовой мишени, это набор красителей и носитель. Для входных устройств, где мишень не создается как часть процесса характеризации, красители и носитель должны быть представлены теми, которые будут использоваться в устройстве. Для выходных цветных устройств, создание мишени является частью процесса характеризации, и должно осуществляться с использованием тех же красителей и носителя в окончательной цветопередаче. Еще одним фактором является выбор цветовых патчей. Как правило, они выбираются, так чтобы охватить гамму, т.е. диапазон цветов, которые будут захвачены (для входных) или воспроизведены (для выходных устройств). Учитывая пространственное расположение патчей, возможно потребуется создать мишени с теми же цветами, размноженными в пространстве. Таким образом усредненные измерения нескольких мишеней могут снизить влияние неоднородности и шума в характеристическом процессе. (Bala, 2003) Некоторые мишени были приняты как промышленные стандарты, такие как, GretagMacbeth ColorChecker и Kodak photographic Q60 для характеризации входных устройств и IT8.7 / 3 CMYK мишень для характеризации печатных устройств. 

Глава 4 4 Полутоновая цветопередача 4.1 Введение 4.2 Цифровая цветопередача 4.3 Растискивание 4.4 Моделирование полутоновой цветопередачи 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

4.1 Введение Полутоновая цветопередача, то есть воспроизведение различных цветов маленькими точками различной площади на сегодняшний день является наиболее распространенным способом получения цветных изображений в печати. На полутоновых оттисках обычно имеют место физические и оптические приращения размеров точек, что приводит к более темной печати, бросая вызов моделированию и характеризации полутоновой цветопередачи. Целью этой главы является предоставление короткого объяснения концепции цифровой цветопередачи и растискивания. Для того, чтобы способствовать пониманию последующих глав дан обзор предыдущей работы по моделированию устройства вывода полутоновых отпечатков. Хотя многие из сегодняшних устройств цифровой печати используют многоуровневую передачу, обсуждение будет ограничено двоичным представлением. 

Обзор модели использует исторический подход, основное свое внимание уделяя этапам прогнозирования результатов полутоновых отпечатков с 1930 и по сегодняшний день. Классические, хорошо известные модели представлены, наряду с их ограничениями и позже предлагаемыми изменениями и уточнениями в течение года. Более поздние подходы, такие как моделирование воспроизведения полутонов функциями распространения точек и вероятностными моделями, кратко упомянуты для полной картины наряду со ссылками для заинтересованных читателей. Обзор модели был ограничен подходами, имеющими прямое отношение к полутоновой цветопередаче, не описывая известные модели, такие как Кубелки-Мунка (Кубелка и Мунка, 1931), которая в своей общей форме имеет дело с однородными слоями красителя. 

Для того, чтобы ограничить объем обзорной части, несколько тем, которые не влияют на дальнейшие обсуждения в последующих главах были опущены, хотя и являлись важными в области полутоновой печати. К примеру, здесь не будут обсуждаться ни технологии печати, ни каких-либо автотипные методы или соображения в области полутонового дизайна. Заинтересованный читатель может обратиться к, Kipphan (2001), для печатных технологий или Кан (1999), для цифровой передачи. Кроме того, взаимодействие света-бумаги, которое имеет большое значение в цветопередаче полутонов, на самом деле гораздо более сложная тема, чем ее сделал очевидной в упрощенном варианте (Yang, 2003). Как учебник в области оптики бумаги см. Pauler (1998), а для получения подробных инструкций в области моделирования и имитации рассеяния света в бумаге Эдстрем (2007). 

4.2 Цифровая тонопередача Большинство используемых устройств печати двухуровневые, а это означает, что они способны запечатывать типографскую краску только некоторой фиксированной плотности, или оставив подложку без печати. Для того, чтобы воспроизвести непрерывное тоновое изображение на таком печатающем устройстве, оно (изображение) должно быть сначала преобразовано в двоичное изображение, обычно называемое растровым, состоящим только из нулей и единиц. Преобразование из непрерывного сигнала в двоичное растровое изображение, называется растрированием, или скринингом. Основная идея растрирования такова, что, когда точки достаточно малы, полутоновая структура не будет видна при нормальном расстоянии просмотра, но визуально интегрирована и интерпретирована как различные оттенки серого или других цветов. 

Различные подходы  к автотипии в целом можно разделить на две основные категории: амплитудной модуляции (AM) и частотной-модуляции (FM). В AM передаче, частота растровых точек постоянна, и различные тональные значения воспроизводятся путем изменения размера растровых точек. В FM передаче, размер точек постоянен, а число (и, следовательно, частоты) точек варьируется. Как правило, FM методы лучше для воспроизведения мелких деталей, в то время как метод AM лучше в воспроизведении монотонно-меняющихся тонов. Рисунок 4.1 иллюстрирует концепцию АМ передачи для различных уровней тона в случае 8×8 полутоновых ячеек (верхняя часть), и соответствующие уровни тона передающиеся с использованием FM техники (нижняя часть). 

В AM передаче, изображение создается из числа полутоновых ячеек, каждой, состоящей из ряда более мелких микроточек, с минимально-воспроизводимыми размерами. Линиатура или несущая частота обозначает число полутоновых клеток на дюйм, в lpi (линий на дюйм). Разрешение печати обозначает число микро точек на дюйм, в dpi (точек на дюйм). Отношение разрешение печати к линиатуре определяет количество микроточек в полутоновой ячейке, и таким образом, количество воспроизводимых оттенков серого, как:

Очевидно, что должен быть компромисс между пространственным и тональным разрешением. При фиксированном разрешении печати (в точках на дюйм), увеличение линиатуры (в линиях на дюйм) способствует увеличению пространственного разрешения, но только ценой количества воспроизводимых оттенков серого. FM полутоновые методы обычно не используют полутоновые клетки и, следовательно, только разрешение печати является актуальным, в то время как линиатура не используется в этом случае. 

4.2.1 Цветопередача Для того, чтобы воспроизводить цветное изображение, сначала его необходимо разделить на три или более цветовые сепарации. Как описано в гл. 2, субтрактивные основные цвета: голубой (Cyan), пурпурный (Magenta) и желтый (Yellow) наиболее часто используются в трехцветной печати, с дополнительным черным (Key или blacK) красителем, применяемым в четырехцветной печати. Печать трех или четырех цветов сверху друг над другом вводит дополнительные соображения, касающиеся интерференции цвета. Лишь небольшое отклонение в цветопередаче может привести к цветовым ошибкам и нежелательному низкочастотному муару. Чтобы уменьшить чувствительность к муару AM передачи, обычно используются разные углы наклона растра, с возможностью печати цветоделенных изображений под разными углами. Как правило, четыре угла соответствуют 75 °, 15 °, 0 ° и 45 ° для голубого, пурпурного, желтого и черного, соответственно. Повернутые растровые сетки снижают эффекты случайных ошибок но, с другой стороны, вводят новый тип структуры, который обычно называют розеточным узором, видимым при низком разрешении экрана, см. рис. 4.2 (а). 

В FM цветопередаче нет необходимости поворачивать растр в виду того, что розетки и муар, как правило, не возникают, так как пространственная структура уже нерегулярна и непериодична. Тем не менее, FM цветопередача может иногда иметь несколько "зернистый" внешний вид, см. рис. 4.2 (б). Как правило, различные цветовые каналы растрируются независимо друг от друга. Однако, было показано, что зависимая FM цветопередача может увеличить качество печати и в то же время уменьшить количество чернил (Gooran, 2001; 2004).

4.3 Растискивание После печати растровые точки обычно становятся больше, чем их номинальный размер в растровом изображении, в результате чего повышаются тональные значения, отличающиеся от ожидаемых. Это явление обычно называют растискиванием. Растискивание полутоновых оттисков на самом деле включает в себя два принципиально разные явления: физическое растискивание (также известное как механическое приращение точки) и оптическое растискивание (также известное как эффект Юла-Нильсена). Физическое растискивание объясняется тем, что размер печатных растровых точек отличается от номинального размера в растровом изображении. Физическое растискивание тесно связано с печатным процессом, в том числе с настройками печати, переходом чернил и установкой подачи краски. Например, источниками физического растискивания могут быть растекание чернил из-за низкой вязкости краски, плохой экспозиции пластины, или давления печатного цилиндра. 

Оптическое растискивание, с другой стороны, возникает из-за рассеяния света внутри субстрата, вызывая изменение света, который проходит различные хроматические области. В результате, площадь точки кажется больше, когда отраженный свет воспринимается/измеряется, по сравнению с физическим размером точки, и, следовательно, вызывая иллюзию более темного тона. Рисунок 4.3 дает упрощенную причину оптического растискивания, иллюстрирующий различные пути фотонов попадающих на печатный оттиск. Фотон А отражается от слоя краски, фотон B поглощается в красителе, фотон C непосредственно отражается от поверхности бумаги и фотон D иллюстрирует диффузное отражение в объеме бумаге. Причиной оптического растискивания является иллюстрация фотона Е, входящего через незапечатанный участок на бумаге, а затем рассеянный в пределах бумаги под полутоновой точкой и частично поглощенный чернилами на обратном пути. 

Эффект оптического растискивания зависит от соотношения длины латерального рассеяния света в подложке размеру растровых точек. Когда размер точки становится малым по отношению к латеральной длине рассеяния, оптическое приращение точки будет возрастать. Латеральная длина рассеяния в бумаге равняется как правило 0,1 мм (Арни, и др., 1996a;. Rogers, 1998b). Из-за оптического растискивания, отношение между запечатанной площадью точек и воспринимаемого/измеряемого коэффициента отражения является нелинейным, создавая сложности моделированию полутоновой цветопередачи. Однако, было показано, что наличие оптического растискивания фактически увеличивает цветовой охват, то есть диапазон воспроизводимых цветов (Густавсон, 1997; Yang, 2003). 

Благодаря различиям  в их внутренней природе, физическое и оптические растискивание необходимо рассматриваться отдельно для того, чтобы точно смоделировать результат полутоновых оттисков. Тем не менее, при измерениях отражения цвета, физические и оптические приращения размеров точек всегда сосуществуют, делая разделение одного вида из другого трудная задачей. Эта тема будет в дальнейшем рассмотрена в гл. 9. Далее, номинальная площадь точки будет обозначать подразумеваемую площадь точки, рассчитанную по бинарному изображению, отправляемому на принтер. Физическая область точки будет напечатанной площадью растровой точки, в том числе с изменением физических размеров точки. Эффективная площадь точки будет оценочной величиной, включающей влияние как физического так и оптического растискивания. 

4.4 Моделирование полутоновой цветопередачи Многие модели прогнозирования цветной печати с полутоновых оттисков были предложены, а позже доработаны и усовершенствованы начиная с 1930-х. В данной работе у меня нет намерения представлять полный обзор каждой модели когда-либо созданной, а просто коснуться исторического вопроса с упором на известных моделях, которые применялись во многих контекстах и ​​подверглись дальнейшему развитию за последние годы. Все модели описываются прогрессивной функцией, предсказывающей выходные данные цветной печати с точки зрения спектрального отражения или трехцветных значений, посылающей сигналы на вход принтера относительно площади точек соответствующих долям красителей. Из-за ограничений в инструментах доступных в то время, многие из старых моделей были впервые представлены в виде значений плотности в печати. Здесь, все они отображены в их спектральной форме, прогнозируя выходные спектральные отражения. Тем не менее, если не указано иное, модели, также применимы для прогнозирования спектрально усредненного значения отражения или трехцветных значений CIEXYZ. 

4.4.1 Модель Мюррея-Дэвиса В 1930-х годах Мюррей и Дэвис опубликовал первую модель для прогнозирования выходного отражения монохромной полутоновой печати (Murray, 1936). Среднее значение отражения, R, просто дается как линейная интерполяция отражения назапечатанной бумаги, Rp, и краски, Ri, с весовым значением относительной запечатанной площади точки, а, как: Так как отраженный свет от разных областей складывается, чтобы предсказать общий коэффициент отражения, модель Мюррей-Дэвиса (МД) учитывает эту восприимчивость и сохраняет линейность аддитивности фотонов. Рисунок 4.4 иллюстрирует принцип МД формулы, где общий коэффициент отражения определяется суммой отражения краски, Ri, с площадью «а» и отражения бумаги, Rp, площадью «(1-а)». 

Однако, хорошо известно, что применимость модели МД ограничена, и она завышает отражение, когда номинальная площадь точки используется в уравнении. Отношение R к «а» фактически нелинейное из-за рассеяния света в толще бумаги, вызывающее оптическое растискивание. Рисунок 4.5(а) показывает пример предсказанного среднего коэффициента отражения печатного оттиска (600 точек на дюйм) с FM передачей с использованием МД формулы, по сравнению с измеряемым коэффициентом отражения для переменной площади растровой точки, «а». Рисунок 4.5 (б) показывает спектральный коэффициент отражения, предсказанный МД формулой, по сравнению с экспериментальными данными, для пурпурного оттенка 50% номинальной площади точки.

Другое использование  формулы Мюррей-Дэвиса для прогнозирования эффективной площади точки, преобразуя уравнение 2 в:

Эффективная площадь  точки затем используется для вычисления общего растискивания как разница с номинальной площадью точки. Если используются спектральные данные отражения, то уравнение 4.3 чаще всего вычисляется при одной длине волны, как правило, длине волны минимального коэффициента отражения, потому что она изменяется сильнее с изменением запечатываемой площади (Wyble и Бернс, 2000). Тем не менее, надо иметь в виду, что оптическое растискивание является спектрально-зависимым (Yang, 2003), следовательно, использование только одной длины волны в уравнении 3.4 может быть недостаточным. 

4.4.2 Модель Юла-Нильсена В 1950 году Юл и Нильсен опубликовали свою знаменитую работу о проникновении света и рассеянии в бумаге (Юла & Nielsen, 1951). Именно тогда показали, что нелинейная взаимосвязь между долей площади растровой точки и коэффициента отражения может быть аппроксимирована степенной функцией. Значениям отражения в формуле Мюррей-Дэвиса добавили показатель 1/n, в виде: