разработка фирменного стиля, создание знаков и логотипов Студия
Графического
Дизайна GRD
 
GRD.su Студия графического дизайна, курсы дизайна
 
 
 
 
 
 
Новости
 
01.11.2017
Получить подробную информацию и записаться на курсы графического дизайна можно по телефону:
+7 916 747-0837
 
 
 
 
Теория цвета
 

1.4.1 Цвет. Теория цвета
1.4.2 Синтез цветного изображения
1.4.3 Растровые процессы. Способы растрирования
1.4.4 Контроль качества. Методы оценки
1.4.4.1 Измерения цвета
1.4.4.2 Приводка красок
1.4.4.3 Измерение глянца
1.4.5. Отделка печатной продукции
1.4.5.1 Облагораживание печатной продукции
1.4.5.2 Способы отделки

1.4.1 Цвет. Теория цвета

Цвет - это оптическое явление, чувственное ощущение, создаваемое глазом и мозгом. Цвет не является физической переменной и, следовательно, не имеет физических единиц измерения. Сами по себе предметы не являются цветными: ощущение цветности возникает как результат воздействия световых излучений. Видимый солнечный свет, который воспринимается как белый, освещает предмет и частично отражается. Следовательно, объект, который находится в красной зоне видимого спектра, воспринимаетья окрашенным в красный цвет. Объект, полностью отражающий излучение всего видимого спектрального диапазона, как правило, кажется белым, а объект, полностью поглощающий излучение, - черным.

При рассмотрении вопросов ощущения и описания цвета всегда выделяют физические и физиологические аспекты. Физические параметры определяются объективными методами, а физиологические - нет. С помощью колориметра можно определить физические характеристики цвета (цветового возбуждения), но как их интерпретирует мозг человека (восприятие цвета), можно только рассчитать. Различные научно исследовательские группы и институты работали над созданием моделей, описывающих измерительный инструмент "глаз" и восприятие цвета мозгом. До последнего времени действуют исключительно важные для описания цвета постановления CIE - международной комиссии по освещению (CIE - Commission
Internationale de l'Eclairage), принятые в 1931 г. Они регламентируют измерения цвета на основе введения эталонного наблюдателя в колориметрию.

Дальнейшее изложение не ставит целью заменить специальный учебник по теории цвета или колориметрии, а является коротким введением в проблему. Прежде всего остановимся на свойствах цвета, которые рассматриваются и играют важную роль в современной репродукционной технологии. Детальный обзор колориметрии и ее применения в полиграфии дан в [1.4-1]. Для того, чтобы легче было различать отдельные составляющие, используемые для описания цвета в системе восприятия "глаз и мозг", вводятся понятия:

  • цветового стимула как физически измеримого излучения, отражаемого наблюдаемым предметом, и
  • спецификации цветовых стимулов как результата визуального восприятия наблюдателя.

Поскольку нельзя сказать, что мозг функционирует лишь как "устройство отображения" спецификации цветовых стимулов, то восприятие цвета принято также определять как чувственное ощущение, инициированное цветом в сознании. Приборы для измерения цвета (колориметр, спектрофотометр) изначально измеряют только цветовые стимулы, по которым посредством соответствующих моделей могут быть численно выражены спецификации цветовых стимулов, а возможно также и восприятие цвета. Для этого применяются, на пример, стандартные колориметрические системы, принятые CIE как CIELAB и CIELUV.

В полиграфии и технологии репродукционных процессов цвет играет важную роль в качестве параметра, описывающего изображение. Поскольку мониторинг качества репродукций проводится на базе колориметрических измерений цвета (раздел 2.1.4.2) и привлечения системы управления цветом (раздел 3.2.10), оператору необходимы знания основ колориметрии.

Часто цвет предстает перед наблюдателем в цветном окружении. Цветовое восприятие можно описать лишь методом сравнений контрастов. Так, например, нейтрально-серое цветовое поле на красном фоне приобретает зеленоватый, а на зеленом фоне красноватый оттенок (рис. 1.4-1).

Эффект одновременного контраста; пример визуального восприятия искажения цвета одного и того же серого тона за счет окружающих цветов

Это явление и другие подобные эффекты зрительного восприятия являются факторами, оказывающими влияние на технологию обработки. Хотя практик редко обладает системным подходом в вопросах оценки цвета, он действует интуитивно верно и всегда создаст цветное изображение, кажущееся, например, нейтрально-серым на каком-то цветном фоне, хотя колориметр четко обнаружит на этом изображении наличие цветного оттенка. Следовательно, остается только отметить, что глаз человека, как правило, - исключительный инструмент сравнения цветов. Однако практически невозможно точно описать, ка-ким покажется цвет.

Исходя из этого, можно четко сформулировать цель применения теории цвета в репродукционной технологии. Все, что предназначено для решения технологических задач или применения колориметрических систем, должно быть приведено в соответствие со зрительным восприятием цвета "конечным измерительным прибором" - глазом наблюдателя. Модель зрительного восприятия цвета в соответствии с [1.4-21] изображена на рис. 1.4-14,а. На рис. 1.4-15 представлен диапазон спектра электромагнитных волн, видимых глазом человека. В современной технологии многокрасочной репродукции применяется как аддитивный, так и субтрактивный синтез цвета. Формирование яркостной составляющей с помощью сложения отдельных излучений называют аддитивным синтезом цвета (рис. 1.4-2). При субтрактивном синтезе цвета наблюдается уменьшение яркости (рис. 1.4-3). Классификации аддитивного и субтрактивного смешения цветов не существует, хотя часто полагают, что основные цвета, например, для аддитивного синтеза - это красное, зеленое и синее излучение, а для субтрактивного - голубая, пурпурная, желтая и черная краски. Важнее то, что в различных процессах синтеза наблюдается либо увеличение светлоты, либо ее уменьшение. Так, при аддитивном синтезе цвета лучи, испускание которых соответствует нескольким цветам, одновременно достигают сетчатки глаза. При этом цветовые ощущения складываются. В случае субтрактивного синтеза цвета никакого смешения цветов не происходит, а специальный состав цвета формируется последовательным наложением отдельных цветов (красочных слоев) подобно тому, как это происходит при сложении стеклянных светофильтров, формирующем кривые спектрального пропускания.

Аддитивный синтез цвета с применением трех основных излуче- ний: красного, зеленого и синего

Субтрактивный синтез цвета с применением трех основных кра- сок: голубой, пурпурной, желтой

Распределение энергии излучения абсолютно черного тела в зави- симости от температуры (К - абсолютная температура по Кельвину)

В репродукционных процессах редко встречаются чисто аддитивный или чисто субтрактивный синтез цвета. Например, в многокрасочной репродукции имеет место как аддитивный, так и субтрактивный синтез (рис. 1.4-18). При изображении цвета на мониторе наблюдается почти идеальный аддитивный синтез цвета, а при наложении различных цветных прозрачных материалов - практически идеальный субтрактивный синтез цвета.

Чтобы, например, определить основную настройку монитора, на практике часто используется термин "цветовая температура". Введение этого термина следует из того, что во многих искусственных источниках света видимое излучение получается нагреванием материала (например, раскаленная металлическая нить в лампе накаливания). В тепловых источниках энергия излучения и ее спектральное распределение зависят от температуры и поглощающей способности. Вообще считается, что чем в большей степени тело поглощает видимое излучение, тем больше энергия его излучения при данной температуре.

Теоретически наибольшую энергию излучения имеет "абсолютно черное тело", при этом энергия излучения, в свою очередь, рассчитывается как функция температуры. Теоретически черное тело, известное как излучатель Планка, часто на практике используется в качестве эталона сравнения цветовой температуры, по скольку многие реальные источники света имеют спектральный состав, подобный спектральному составу излучения черного тела. Температура абсолютно черного тела, при которой цвета излучателя Планка и реального источника наиболее близки друг другу, называется цветовой температурой или наиболее подобной цветовой температурой. Распределение излучения абсолютно черного тела показано на рис. 1.4-4. Можно видеть, что вместе с повышением температуры не только увеличивается общая энергия излучения, но также изменяется и ее спектральное распределение.

Предпринимались многие попытки описать цвет источника излучения одним числом, а именно цветовой температурой в кельвинах. В целом считается, что самые низкие цветовые температуры, например на мониторе, соответствуют красно-желтым цветам (по ощущению теплым), а высокие цветовые температуры приводят к голубоватым цветам (по ощущению холодным). Конечно, величина цветовой температуры не заменит точного описания цветовых стимулов, однако является опробованным и проверенным способом приближенного описания свойств источников излучения и источников трех основных цветов. Верно также и то, что с помощью цветовой температуры возможно описать относительно малое количество цветов.

Для более точного описания источников света CIE были введены стандартные источники света. Преждевсего, была выбрана лампа накаливания с относительно постоянными характеристиками излучения. Распределение излучения этой лампы было принято как стандартный источник А. Посредством использования стандартного светофильтра из спектра этого стандартного источника выделяют излучение, соответствующее спектральному распределению дневного света, т.е. стандартному источнику С (искусственный дневной свет). Так как свет лампы накаливания очень беден ультрафиолетовым излучением, то искусственный дневной свет стандартного источника С также характеризуется незначительной долей УФ (ультрафио-
летовых) лучей. Но так как эта УФ-часть играет решающую роль во многих процессах обеспечения цветового тождества (особенно в полиграфии), CIE дополнительно ввела стандартный источник D65 (естественный дневной свет), где число 65 означает, что цветовая температура составляет 6500 К. Поскольку стандартный источник света D65 был задан CIE только теоретически, его очень трудно смоделировать реальными осветительными приборами. Более того, в печатных и репродукционных процессах используют стандартный источник света D50 (5000 К), который также применяется для приближенного описания естественного дневного света.

Как уже упоминалось, цветовая температура не является точным описанием цвета. С целью более точного его описания была разработана международная система, построенная на известных эталонных цветах, которые также называют основными цветами.В соответствии с экспериментально установленными характеристиками среднестатистического наблюдателя в 1931 г. CIE определила кривые сложения основных цветов R, G и B (R - red, G - green, B -blue). В этой системе некоторое соотношение основных цветов соответствует каждой из длин волн видимого спектра. При этом существуют как положительные, так и отрицательные количества основных цветов. Чтобы получить только положительные значения, CIE ввела нереальные основные цвета, которые обозначают буквами X, Y и Z. Причем, X соответствует мнимому (реальноне существующему) красному, Y - мнимому зеленому Z - мнимому синему цвету. Спектральные составляющие, относящиеся к данной стандартной колориметрической системе, называют стандартными трехкомпонентными основными возбуждениями, а рассчитанные по ним цветовые координаты - стандартными цветовыми координатами. Стандартные кривые сложения X(?),Y (?) и Z (?) описывают зависимость энергии излучения от длины волны и определяют спектральную чувствительность глаза среднестатистического наблюдателя CIE (рис. 1.4-5 и 1.4-14).

Стандартные кривые сложения

Из определения стандартных трехкомпонентных возбуждений по CIE следуют некоторые особенности. Так, например, идеальный белый цвет (при идеальном освещении, т.е. энергетически равномерном, не зависящим от длины волны) имеет координаты X=Y=Z=100, а яркость можно вычислить по мнимой координате Y.

Процессов колориметрическая система XYZ представляет важное эталонное цветовое пространство. Как постановления Международного консорциума по цвету (ICC - International Color Consortium) [1.4-3], так и определение цвета на языке описания страниц PostScript [1.4-4], используют XYZ как опорное цветовое пространство при стандартном источнике D50 и угле зрения 2°.

Представления об основных цветах связаны с понятием относительных цветовых координат x, y, z, сумма значений которых равна единице. Соответственно не обязательно задавать все три значения, так как задание любой пары относительных цветовых координат достаточно для однозначного определения третьей составляющей. На основе этой колориметрической системы получается лишь новый вариант однозначного описания цвета на базе основных цветов CIE. Вместо стандартных цветовых координат X, Y и Z задаются только координаты цветности x и y, которые позволяют определить чистоту цвета и цветовой тон. Кроме того, с помощью дополнительного задания в третьем из мерении цветовой координаты Y можно определить яркость. Многообразие цветов, получаемое в соответствии с таким подходом, называют стандартной цветовой таблицей, цветовым треугольником CIE, на практике известном как диаграмма цветности CIE - "подкова" CIE. На такой диаграмме отмечают реальные цветовые координаты (вспомним, что координаты X, Y, Z соответствуют мнимым, а не реальным основным возбуждениям). В результате получают фигуру подковообразной формы, граница которой называется локусом спектральных цветов (рис. 1.4-6).

Цветовой треугольник CIE [1.4-1]

В цветовом треугольнике CIE точка с координата-ми цветности x=y=0,33 называется точкой белого. Для несветящихся тел, отражающих свет, цвет можно описать только, приняв во внимание спектральный состав падающего на них света. Для стандартного источника D65, например, относительные цветовые координаты составляют x=0,313 и y=0,329.

Чтобы наряду с чистотой цвета и цветовым тоном графически визуализировать и яркость, необходимо ввести дополнительную ось. Ось Y, проведенная через точку белого, превращает цветовой треугольник CIE в цветовое тело CIE (рис. 1.4-7). Если максимально достижимую яркость добавить к насыщенности и цветовому тону, то цветовое тело CIE будет представлять собой асимметричную "гору". Необходимо отметить, что в области желтого и зеленого цветов при высокой насыщенности можно достичь значительно большей яркости, чем в зоне синих и красных цветов. Поэтому цветовое тело CIE является явно асимметричным.

Цветовое тело, представленное на рис. 1.4-7, отображает все цвета, воспринимаемые глазом среднестатистического наблюдателя для стандартного источника света. Однако оно не позволяет определить визуальное различие между двумя цветами.

Цветовое тело CIE [1.4-8]

Численное цветовое различие между двумя цветами в колориметрической системе оценивается, как правило, в ?Е. Эта величина адекватно восприятию оценивает цветовой контраст. При оценке цветовых различий важное значение имеет вид колориметрической системы, а также формула, используемая для расчета цветового различия. Чем меньше значение ?Е, тем меньше цветовое различие. Например, расчет расстояния между двумя точками в пространстве трех векторов X, Y, Z
оценивается простой формулой Евклида: формуле Евклидагде X, Y, Z - координаты трехмерной системы. Однако оказывается, что числовые значения здесь не соответствуют зрительно-регистрируемому различию
между парой цветов.

Поэтому были предприняты различные попытки с тем, чтобы получить равноконтрастную колориметрическую систему, которая давала бы лучшее соответствие с визуальной оценкой. Решение проблемы, с одной стороны, можно осуществить посредством простых математических преобразований системы XYZ в новую колориметрическую систему (математическая аппроксимация). При этом, возможно, не будет учтен критерий идеальной визуальной равноконтрастности. С другой стороны,можно разработать отдельную систему классификации цветов, в которой преобразования отдельных значений будут осуществляться путем учета критерия визуальной равноконтрастности (табличный метод или метод атласа цветов). Наиболее известной является эталонная система Манселла "Munsell Book of Colors" 1915 г. Однако этим атласом редко пользуются.

Другое решение проблемы заключается в том, чтобы путем простых математических преобразований, получаемых посредством введения новой колориметрической системы, достичь существенного усовершенствования критерия равноконтрастности. При этом необходимо, чтобы полученные соотношения позволяли получить достаточно хорошее описаниеразличий между цветами (например, CIE94).

Теперь цветовой треугольник CIE (т.е. цвет описывается с помощью x и y) преобразуют таким образом, что выполняется первый критерий равноконтрастности (компенсация так называемых пороговых эллипсов Мак-Адама). Получают координаты цветового пространства CIELUV (рис. 1.4-8). Преобразование координат проводится с помощью линейных уравнений так, что переход к координатам u' и v' является простым. Однако при этом критерий равноконтрастности выполняется не до конца.
В схему преобразований необходимо также включить яркостную составляющую Y. В результате, по приведенным на рис. 1.4-8 уравнениям, получается тройка значений L*, u*, v* для полного описания цветовых координат в цветовом теле CIELUV.
Цветовое различие в системе CIELUV определяется по формуле Евклида

Кроме того, можно отдельно определить цветовые контрасты по осям или уровням трехмерной колориметрической системы (например, ?Еuv, ?Eu, ?Ev, ?EL).

Независимо от колориметрической системы с цветовым треугольником CIE были использованы и другие идеи создания равноконтрастных колориметрических
систем. Была получена формула для расчета цветового контраста с применением так называемой "теориидополнительных цветов" [1.4-5, с. 38 и далее].

Очевидно, что самое популярное и в настоящее время самое важное цветовое пространство, базирующееся на теории дополнительных цветов, - это пространство CIELAB (рис. 1.4.-11). В 1976 г. CIE приняла LAB-формулу для определения цветового различия. Прежде всего, она оказалась незаменимой для унификации различных LAB-моделей, появившихся до этого.

 

Цветовое пространство CIELUV [1.4-1]

Координаты L*, a*, b* можно вычислить из цветовых координат XYZ, как представлено на рис. 1.4-9. В результате преобразования цветового пространстваCIELAB оказалось невозможным представить цветовой тон и насыщенность двухмерной диаграммой цветности (по аналогии с цветовым треугольником CIE). На рис. 1.4-10 изображено цветовое тело LAB, а на рис. 1.4-11 - плоскость его сечения для определенного значения светлоты L. В цветовом круге CIELAB (рис. 1.4-9) насыщенность (chroma), а не чистота цвета (saturation) как параметр изменяется от центра к краю круга. Это приводит к тому, что в цветовом круге (в противоположность u', v'-диаграмме или цветовому треугольнику) невозможно рационально изобразить локус (границы) спектральных цветов.

Цветовой круг CIELAB [1.4-1]

Из цветового круга CIELAB простым преобразованием получается популярная форма отображения цвета, так называемая LCH. При этом насыщенность С* (Chroma) и цветовой тон h*(hue) определяют из значений a* и b* соответственно рис. 1.4-9 и 1.4-12.

На рис. 1.4-12 указаны координаты синего и зеленого, соответствующие цветам на рис. 1.4-13. Расчеты выполнены на основе спектральных кривых, показанных на том же рисунке. Спектральные кривые отражают физический состав - "отпечаток пальца" этих цветов. По этим данным методами колориметрии можно вычислить цветовые координаты, коррелирующие со зрительным восприятием. При использовании колориметрически управляемой репродукционной системы (системы правления
цветом) для неопытного пользователя значительно проще описать и отредактировать данные LAB в координатах LCH. Поэтому сегодня информация хранится преимущественно как данные LAB, а редактирование осуществляется в пространстве LCH

На рис. 1.4-14 в обобщенном виде представлено, каким образом осуществляется восприятие цвета человеком и каким образом с учетом зрительного восприятия строится физическая модель метрологически правильной оценки измерения и математического описания. Здесь же приведены ссылки на различные колориметрические системы.

В целом можно заметить, что идеальной равноконтрастной колориметрической системы на сегодняшний день не существует. Были предприняты многочисленные попытки показать основные преимущества CIELAB по сравнению с CIELUV, и наоборот. В связи с соответствующей "фактической" стандартизацией, возникшей на основе постановлений Международного консорциума по цвету (International Color Consortium - ICC), в настоящее время можно считать, что цветовое пространство CIELAB, по-видимому, является важнейшей системой колориметрической классификации.

Дальнейшая оптимизация визуальной равноконтрастности последовала с введением новой формулы цветового различия CIE94, которая основывается на параметрах LCH - варианта представления цветового пространства CIELAB [1.4-6].

Актуальным объектом исследований в области цвета является, прежде всего, включение эффектов цветовых различий (например, одновременного контраста) в систематическое описание цвета. В так называемых перцептуальных моделях описания цвета предпринимается попытка определить систематическую связь между значениями цветовых стимулов и цветовосприятием. Обобщенные итоги дискуссий приведены в [1.4-7].

Среди особых форм классификации цвета следует упомянуть каталоги образцов цвета, такие, как Pantone, HKS или RAL, которые, однако, не служат для систематического описания всех цветов, различимых среднестатистическим наблюдателем. В этих случаях применяют лишь наборы отдельных красок и используют их для визуального сравнения цветов.

Например, некоторый цвет Pantone поставляется производителем на определенном запечатываемом материале в опорной таблице с тем, чтобы сделать возможным его воспроизведение красками устройства вывода. При этом вполне возможно, что для этого цвета Pantone нельзя будет подобрать пару в цветовом пространстве CMYK реального полиграфического синтеза. Наилучшее приближение обычно достигают методом проб и ошибок или с помощью системы управления цветом.

Для измерения цвета наиболее часто используют спектральные измерительные приборы (спектрофотометры) и приборы (колориметры) измерения цвета по трем каналам, моделирующим кривые сложения (раздел 1.4.4 и рис. 1.4-48-1.4-50). С помощью денситометра (рис. 1.4-17) измерить цвет невозможно. Это можно объяснить на примере двух цветов - синего и зеленого, представленных на рис. 1.4-13. При денситометрических измерениях за светофильтром, который дает максимальное значение плотности, для обоих цветов они одинаковы: D=1,38. С другой стороны, измерения, основанные на использовании методов колориметрии, показывают цветовое различие на уровне ?Eab=39, которое реально отражает боль-
шую разницу между синим и зеленым цветами. На рис. 1.4-12 дополнительно изображены положения обоих цветов в цветовом круге CIELAB.

 

Цветовое тело CIELAB [1.4-2]

Модель цветного зрения и система колориметрических измерений в соответствии с рис. 1.4-14 вобрали в себя оба описанных ранее способа измерения цвета: спектрофотометрию и методы, основанные на трехкомпонентных возбуждениях. Основное различие между методами заключается в том, что при спектрофотометрических измерениях спектр интенсивности цвета обрабатывается посредством цифровой фильтрации, моделирующей кривые сложения. При способе измерения с помощью фотоприемников для моделирования кривых сложения фильтрация осуществляется подбором спектральных характеристик оптических светофильтров [1.4-8].

В основу спектрофотометрических измерений положен принцип, в соответствии с которым каждый цвет можно описать посредством аддитивного смешения спектральных цветов. Видимый спектр (рис. 1.4-15) разделяют на малые интервалы, а интенсивность света измеряется отдельно в каждом интервале длин волн (также рис. 1.4-50). Большинство спектрофотометров, применяемых на практике, работает в интервалах 10 или 20 нм, так что в видимой части спектра измеряются около 30 значений интенсивности света (видимый диапазон от 380 до 730 нм). При проведении специальных исследований с помощью уникальных технических
систем можно осуществить измерения со значительно меньшим шагом (до 1 нм).

Цветовое пространство (поперечное се- чение цветового тела) CIELAB [1.4-1]

Цветовой круг CIELAB с насыщенностью C*, углом цветового тона h* (координаты цветности A и B - в соответствии с рис. 1.4-13) [1.4-2] (Примечание: перед изображениями на рис. 1.4-12 и 1.4-13 не ставилась цель точной передачи цвета, они должны показать лишь принципиальную проблематику)

Данные спектрофотометрических измерений затем, как правило, подлежат обработке с использованием методов математического моделирования трех рецепторов стандартного наблюдателя CIE при заданном источнике света и определенном угле зрения. Таким образом, например, 30-канальный сигнал преобразуется в соответствии с правилами колориметрического анализа с целью определения значений X, Y и Z в системе XYZ, а также для конвертирования цветовых координат при последующих переходах в другие колориметрические системы (рис. 1.4-14). Программное обеспечение спектрального колориметрического прибора обычно позволяет производить прямой перевод спектральных данных в данные, используемой в работе, колориметрической системы и учитывает при этом уравнения соответствующего стандарта (например, CIE).

Спектральные кривые интенсивности в виде "отпечатка пальца" на примере двух цветов A и B (при одинаковой оптической плотности) [1.4-2] (Примечание: перед изображениями на рис. 1.4-12 и 1.4-13 не ставилась цель точной передачи цвета, они должны показать лишь принципы

При преобразовании спектральных данных вданные колориметрической системы среди других факторов учитывается источник света. Поэтому последующий переход к другим условиям освещения (например, от D50 на D65 или наоборот) становится евозможным или, в лучшем случае, может быть осуществлен только посредством математической аппроксимации.

Базовый принцип, положенный в систему измерения цвета по трем цветовым стимулам (кривым сложения), основан на хорошем описании CIE спектральной чувствительности трех цветовых рецепторов глаза. Соответственно цвет можно также измерять с использованием трех фотоприемников, ходкривых спектральной чувствительности которых соответствует кривым чувствительности глаза. Аналогичным образом можно представить три цветных светофильтра, которые отвечают соответствующим стандартным кривым сложения при условии, что и фотоприемник, и источник света имеют идеально выровненную спектральную характеристику во всем видимом диапазоне (рис. 1.4-49). Идея измерения цвета в соответствии с кривыми сложения кажется особенно привлекательной потому, что нужно измерить только три величины, а затем на основе полученных значений непосредственно перейти к стан-
дартным значениям CIE.

До настоящего времени в практике существуют трудности получения светофильтров, характеристики которых точно соответствовали бы стандартным кривымсложения. Подробная схема прибора дана в [1.4-2].

Спектральное распределение излучения используемого источника освещения является в особенности критическим параметром, так как оно должно соответствовать тому или иному стандартному источнику. Колориметры лишь тогда действительно совершенны, когда все условия в приборе (источник излучения, цветные светофильтры, фотоприемник, геометрия изображения) идеально отвечают стандартным условиям измерений. Только в этом случае критерии упрощения прямых преобразований стандартных цветовых координат CIE окажутся достаточно приемлемыми. С целью дальнейшего более полного описания свойств колориметра следует упомянуть, что цветовые величины, полученные в результате измерений, досто-
верны только в определенных исходных условиях (источник света и угол наблюдения обычно D50 и 20). Учитывается только интегральная мощность света по спектру. В спектрофотометре, напротив, интенсивность света измеряется в малых интервалах и, следовательно, может быть преобразована применительно к другим основным условиям, установленным CIE. По данным спектрофотометрических измерений можно рассчитать координаты CIE для различных источников света и углов наблюдения.

На практике использование спектрофотометра имеет ряд дополнительных преимуществ, так как на основе данных спектральных измерений часто можно определить некоторые цветовые эффекты, искажающие результаты измерений (например, метамерия - два цвета при одних условиях освещения могут казаться одинаковыми, при других условиях освещения различными; флуоресценция - в зависимости от освещения цвет может обнаруживать особый эффектсияния), или же можно оценить недостатки измерительной оптики. Отклонения могут быть устранены соответствующими компенсирующими пересчетами перед переводом цветовых значений в стандартные CIE. Кроме того, с помощью спектрофотометра возможно вычислить оптические плотности; при этом пропускание оптических фильтров денситометра (синий, зеленый, желтый светофильтры, фильтр видности) моделируется цифровым методом. При простом сравнении оказывается, что колориметр лучше подходит для определения цветовых различий, чем для полного измерения цвета. На практике спектрофотометры всегда рекомендуются для выполнения точных и более гибких измерений цвета.

 

1.4.2 Синтез цветного изображения


Воспроизведение цвета

В общих словах, технология цветовоспроизведения в полиграфии представляет собой такое преобразование сюжета или объекта в печати, при котором они остаются по возможности близкими к оригиналу. Часто в качестве промежуточного носителя информации используется фотография (на фотобумаге или на позитивной/негативной фотопленке). В общей технологической цепочке полиграфического воспроизведения свою роль играют фотографические процессы, а также всевозможные преобразования изображения процесс растрирования, материалы, передаточные характеристики и многие другие параметры. Что означает выражение "идеальное воспроизведение цвета" и по каким критериям можно оценить качество в технологии репродукционных процессов?

Модель восприятия и колориметрического описания цветов [1.4-2]

Параметры качества в современной технологии зависят, прежде всего, от целей репродуцирования, т.е. от того, продукцию какого качества желает видеть заказчик. Например, при печати объявлений в газетах и журналах основное правило - чтобы напечатанное объявление точно соответствовало образцу, который предоставлен рекламным агентством.В
этом случае можно говорить о точном воспроизведении оригинала.

В источнике [1.4-1] в сжатой форме описывается физически точное воспроизведение оригинала, при котором возможно идентичное воспроизведение даже его спектрального состава. В этом редко достижимом на практике случае гарантируется, что при всех условиях освещения оттиск выглядит одинаково с оригиналом. Это условие является очень важным в отношении приемлемости цветопробы для печати.

В противоположность физически точному воспроизведению в редакциях газет и журналов частопреследуют цель воспроизвести изображения так, чтобы сделать их привлекательными. В этом случае принято говорить о редакционном воспроизведении (по желанию или по замыслу). В связи с этим понятие качества репродукции по замыслу можно понимать различным образом. Предоставляемые фото агентствами диапозитивы часто имеют значительно больший цветовой охват, чем это обеспечивает ис-пользуемый способ печати. Отсюда следует необходимость в компромиссе, который должен быть найден в преобразовании изобразительной информации на оттиске (рис. 1.4-16).

Оператор сканера решает (при необходимости после переговоров с заказчиком), где находятся участкис сюжетно важной изобразительной информацией (например, рисунок), воспроизведением чего можнопренебречь, а какую часть, если необходимо, даже выделить. Особенно велики компромиссы в газетном производстве, так как в нем, с одной стороны, доступным является очень маленький цветовой охват, а с другой стороны, данные об изображении часто поставляются (например, агентствами) записанными в неадекватной цветовой метрике (чаще всего в неопределенной системе RGB). В этом примере, когда по корректным данным о цвете необходимо получить "красивое изображение", критерий оптимизации в значительной степени субъективен.

 

Видимый диапазон спектра электромаг- нитных волн [1.4-8]

При направленно оптимальном или точном воспроизведении оригинала необходимо добиться, чтобы представленные в каталогах или объявлениях материалы точно соответствовали свойствам, заявленным изготовителем. С целью удовлетворения требований, возникающих при воспроизведении дизайнерских оригиналов, часто проводят визуальный подбор по цветным образцам специальных каталогов (например, Pantone, HKS). Если, например, дизайнерские цвета (специальные цвета) не могут быть воспроизведены в достаточной степени удовлетворительно основными красками полиграфического синтеза, то добавляют дополнительные краски, которые еще называют внетриадными.

Внетриадная краска, как правило, не учитывается при цветоделении и применяется исключительно для оформления отдельных элементов.

В случае точного цветовоспроизведения оригинала сегодня широко применяются процессы автоматической обработки (раздел 3.2.10). При получении репродукции, оптимизированной по желанию, чаще всего неизбежно ручное вмешательство квалифицированных специалистов по обработке изображений. Методы автоматического анализа и оптимизации изображения развиваются лишь в течение нескольких последних лет и, как правило, еще не могут заменить ручную корректировку.

Другие факторы, которые определяют качество цветной репродукции, зависят, прежде всего, от свойств печатных красок, запечатываемого материала, применяемого способа печати, условий проведения печатного процесса, вида оригинала и параметров цветоделения. Колориметрические характеристики используемых печатных красок и запечатываемого материала оказывают значительное влияние на воспроизводимый цветовой охват. Так, например, боль шое значение имеет то, какой пурпурный пигмент применяется в краске. Относительно дорогой родамин пурпурный расширяет цветовое пространство, прежде всего, в области синих и пурпурных цветов.

Запечатываемый материал также является суще ственным фактором, определяющим максимально воспроизводимый интервал плотностей, и поэтому также влияет на цветовой контраст. Обычный интервал плотностей для немелованных бумаг при наложении основных красок составляет около 1,5 ед., а для мелованных - около 2,0 ед.

В дополнение к пояснениям по измерениям цвета (раздел 1.4.1), где было описано применение спектральных методов, основанных на колориметрии, на рис. 1.4-17 кратко дается денситометрия. В сущности, здесь происходит измерение толщины красочного слоя посредством оценки оптического поглощения света для краски известного цветового тона. Измерения производятся с помощью светофильтра, спектральная характеристика которого позволяет получить максимальные измеряемые значения и, следовательно, обеспечить высокую чувствительность измерений.

Рис. 1.4-16 Цветовые пространства в системе CIELAB для различных способов репродуцирования: а цветная фотография (диапозитив); б высококачественная офсетная печать; в газетная печать

Следующий фактор, влияющий на качество воспроизведения, это применяемый способ растрирования. Линиатура при традиционном, амплитудно-модулированном растрировании зависит от размера наименьшей, надежно передаваемой точки (в офсетной печати от 10 до 20 мкм). Это позволяет обеспечить в офсетной печати передачу значительно меньших деталей, чем в других способах (например, флексографской или трафаретной печати). Обычно линиатура растра составляет при изготовлении высококачественной продукции 60-80 лин/см (период находится в пределах 125-167 мкм). Такая линиатура растра оптимальна, конечно, только для "нормального" расстояния рассматривания от 25 до 30 см. Большие иллюстрированные плакаты воспроизводятся грубыми растрами, так как их обычно рассматривают с соответственно больших расстояний.

Измерение оптической плотности слоя краски с помощью денситометрии (прин- цип измерения)

Когда необходимо воспроизвести цвет определенного объекта (например, автомобиля), на процесс репродуцирования оказывают влияние освещение объекта при фотосъемке, возможные отражения, контрасты и цветовая температура источника света. В этом случае при решении задач репродукционного процесса фотография служит лишь промежуточным носителем информации. С появлением цифровой фотоаппаратуры (раздел 3.2.3) в комбинации с системами цифровой печати (например, NIP-системы) стало возможным создание полностью цифровых репродукционных систем, технологический процесс в которых начинается фотографированием оригинала, а заканчивается выходом отпечатанной репродукции.

Важнейшим фактором, определяющим качество цветной репродукции, является собственно цветоделение. При этом нужно учитывать, что в преобладающем большинстве случаев многоцветная печать - это трехцветный репродукционный процесс, т.е. все цвета получают смешением трех основных красок. Даже, когда на практике в качестве четвертой краски добавляется черная, это не изменяет того факта, что в полиграфическом репродукционном процессе все многообразие цветов получают посредством трех основных красок. При этом имеет принципиальное значение, насколько при цветоделении, необходимом для изготовления цветоделенных изображений, используемые светофильтры соответствуют печатным краскам, чтобы получить максимально точное цветовоспроизведение. Если светофильтры подобраны не оптимальным образом, то становятся необходимыми дополнительные преобразования цвета (управление цветом изложено в разделе 3.2.10).

Цветоделение

Цветоделение, необходимое для получения цветногоизображения, рассчитано на субтрактивное смешение цветов, несмотря на то, что цветовой синтез в полиграфии является по существу автотипным синтезом цвета. Растровые точки в многокрасочной печати располагаются как отдельно одна от другой, так и одна поверх другой. На печатном оттиске имеют место два вида смешения: субтрактивное (последовательное наложение растровых точек для разных красок) и аддитивное (объединение рядом стоящих разноцветных растровых точек глазом наблюдателя). На рис. 1.4-18,а это показано на примере трехкрасочного оттиска. На рис. 1.4-19 представлены цветоделенные изображения и последовательное наложение красок при печати на четырехкрасочной офсетной машине.

 

Автотипная многокрасочная печать (микрофотографии оттиска), расстояние между растровыми точками около 167 мкм: а равномерный участок цветного изображения (3-красочный оттиск); б мелкая деталь цветного изображения (4-красочный оттиск)

Достаточно мелкие, лежащие непосредственно одна рядом с другой растровые точки соответствуют аддитивному синтезу цвета, подобно тому, как это происходит в случае возбуждения элементов люминесцентного покрытия цветного монитора. На репродукции в сравнении с этим растровые точки (окрашенные участки) освещаются, и рассеянный (отраженный) свет попадает в глаз наблюдателя, где соответствующие цветовые раздражения складываются.

Красочные слои, наносимые на запечатываемый материал, должны быть прозрачными, т.е. действо вать как цветные светофильтры для того, чтобы осуществлялся физический принцип субтрактивного синтеза цвета.

Исключительно субтрактивный синтез цвета наблюдается при последовательном наложении красок на больших по размерам запечатываемых участках. В чисто субтрактивном синтезе яркость цвета убывает с толщиной красочного слоя.

В автотипном процессе при многокрасочной репродукции растровая структура и регулировка приводки красок при их последовательном наложении неизбежно приводят к появлению сложного, изменяющегося сочетания субтрактивного и аддитивного смешения цвета. Отсюда следует важное требование к спектральным свойствам печатных красок. Это требование сводится к тому, что как при синтезе цвета за счет расположения окрашенных растровых точек на запечатываемой поверхности одна рядом с другой (аддитивный синтез), так и при размещении этих точек одна поверх другой (субтрактивный синтез) цветовая смесь должна восприниматься наблюдателем как один и тот же цвет.

Это требование к идеальным основным печатным краскам выполняется только тогда, когда их спектральные кривые соответствуют П-образным, при этом значения спектральных величин находятся между 0 и 1, и не должно быть более двух скачков функции (особые эффекты, проявляющиеся в растровой репродукции, такие, как поглощение света [1.4.9], здесь не учитываются). Более того, П-образные спектральные кривые всех трех красок должны идеальным образом примы кать друг к другу. Далее, участки переходов П-образных кривых необходимо выбирать таким образом, что бы получить максимально возможный цветовой диапазон по сплошным красочным слоям. Различные опыты показали, что первый идеальный перепад должен быть между 489 и 495 нм, а второй - между 574 и 575 нм. Соответствующие спектральные распределения изображены на рис. 1.4-20. Основные краски, отвечающие перечисленным требованиям, называют также идеальными или оптимальными красками [1.4-1].

Цветоделенные изображения и последовательное наложение красок репродукции (в четырехкрасоч- ной офсетной печати)

Спектральные распределения (относительное отражение) для

Координаты цветности основных цветов (идеальных красок согласно рис. 1.4-20) и цветов, полученных при их субтрактивном смешении (

Расчет многокрасочного репродукционного процесса для идеальных красок был бы достаточно простым. В качестве печатных красок используют пурпурную, голубую и желтую, а красный, зеленый и синий цвета получают субтрактивным синтезом основных красок. Если отметить на u',v'-диаграмме координаты цветности идеальных основных красок и синтезируемые ими субтрактивные цвета первого порядка (красный, зеленый, синий), то окажется, что цвета основных
красок лежат точно на линиях, соединяющих точки смешанных цветов. Ахроматическая точка (Е) получается соединением лежащих друг напротив друга основных и смешанных цветов. Смешение в одинаковых соотношениях количеств основных красок дает идеальный нейтральный серый цвет. Расположение и величина треугольника на u',v'-диаграмме характеризуют цветовой охват (рис. 1.4-21). В противоположность рис. 1.4-16 здесь имеет место отображение не в x,y-системе, а в u',v'-системе (как описано в разделе 1.4.1, эти отображения равнозначны, так как могут быть однозначно преобразованы друг в друга).

Для идеальных красок преобразование значений RGB в СМY становится действительно несложной операцией. В соответствии с данной простой моделью спектральных кривых печатных красок в первых версиях языка описания страниц PostScript [1.4-4] метод преобразования цвета базировался на соотношениях:

голубой=1,0-красный,
пурпурный=1,0-зеленый,
желтый=1,0-синий.

Черный цвет (обозначают буквой "К", от "Key Color") воспроизводится, как известно, смешением или наложением красок: красной (R), зеленой (G), синей (B) или голубой (C), пурпурной (M), желтой (Y). Создатели PostScript считали, что одинаковые количества трех основных красок должны давать идеальный ней тральный серый цвет. Следовательно, максимально возможное количество черной краски на цвето деленном изображении можно рассчитать по наибольшему количеству основных красок (раздел [1.4-4]). Эти допущения были настолько далеки от практики, что при использовании в технологии многокрасочной репродукции систем PostScript первого поколения результаты цветовоспроизведения оказались неудовлетворительными. Это было исправлено в дальнейших версиях системы.

По аналогии с выбором идеальных основных красок для репродукционных процессов осуществляется подбор идеальных цветоделительных светофильтров, которые должны быть согласованы с основными красками. Это требование, по меньшей мере, приложимо к аналоговому фотомеханическому репродуцированию, в котором невозможны другие глубокие преобразования цвета (такие, например, как в системе управления цветом). Тем не менее, поскольку приближение к идеальным основным краскам не реализуется на практике, теоретическое рассмотрение идеальных цветоделительных светофильтров можно этим и ограничить.

В действительности, применяемые на практике печатные краски - лишь несовершенное приближение к идеальным. На рис. 1.4-22 показаны характерные спектральные кривые реальных основных красок многокрасочного полиграфического синтеза вместе с П-образными профилями идеальных красок. Можно видеть, что реальные основные краскиотражают или поглощают не в отдельной части спектра; имеются также нежелательные побочные спектральные эффекты. Из этого следует, что в многокрасочной репродукции теоретически возможный цветовой охват недостижим. Кроме того, аддитивное и субтрактивное смешение дает на репродукции неодинаковый цвет, что ведет к дисбалансу в автотипном (растровом) синтезе изображения. Фактом является и то, что нейтральный серый цвет нельзя получить одинаковыми количествами основных цветов (в цветоделенных изображениях), а значения RGB нельзя перевести в значения CMY простым преобразованием.

Спектральное распределение (коэффициент спектрального отражения) печатных красок многокрасочной печати [1.4-1]

На практике оказалось, что определенная комбинация неравных частей основных красок в стандартизированной офсетной печати дает нейтральный серый (например, в плоской офсетной печати относительные площади растровых точек цветоделенных фотоформ для относительно темно-серогоцвета составляют: голубая - 70%, пурпурная - 60%, желтая - 60%, или для более светло-серого цвета: голубой - 24%, пурпурный - 18%, желтый - 18%). Эти данные принимаются во внимание как характерные колориметрические свойства реальных печатных красок и полезны для контроля специфического параметра - баланса по серому (рис. 1.4-42). Конечно, эти данные нельзя непосредственно переносить на другие триады и способы печати, что было бы возможно при использовании идеальных красок.

Оптимальное использование основных (триад-ных) красок обобщенно должно удовлетворять следующим требованиям [1.4-1]:

  • спектральные свойства, относящиеся к отражению или поглощению основных красок, должны максимально приближаться к свойствам идеальных красок;
  • цветовые координаты основных красок должны выбираться так, чтобы получить возможно наибольший цветовой охват;
  • равные количества основных красок должны давать при аддитивном и субтрактивном смешении цвета в печати ахроматические тона, которые бы максимально приближались к нейтральному серому (при идеально белом запечатываемом материале);
  • цвета, получаемые в результате смешения первого порядка (дополнительные), должны находиться в цветовом круге как можно ближе к середине отрезков, соединяющих точки цветов основных красок в цветовом круге (цветовом пространстве).

Репродукционный процесс

В технологии многокрасочной репродукции наряду с выбором идеальных основных красок и цветоделительных светофильтров главное значение имеет согласование технологических стадий и применяемых материалов. Когда реальный сюжет посредством промежуточного фотографического процесса переносится на печатный оттиск, то речь идет о многоступенчатой цепи передачи информации. Участки сопряжения звеньев и параметры этой цепи, как правило, могут контролироваться и управляться направленными действиями оператора.

Если некоторые свойства процесса преобразования изображения (репродукции) являются практически неизменными (статическими), как константы режима работы машины, то другие управляемые звенья передаточной цепочки должны быть подстроены под эти константы. Так, например, в печатных красках могут использоваться лишь определенные реальные пигменты. Однако их спектральные характеристики сильно отличаются от характеристик идеальных красок. Следовательно, цветоделительные светофильтры, которые используются при изготовлении цветоделенных фотоформ (раздел 3.1.3.6), должны быть в соответствии с оптимальной схемой технологического процесса и подобраны таким образом, чтобы компенсировать эту неидеальность.

Испытанный на практике способ согласования отдельных модулей в репродукционной технике - это преобразование градационных или характеристических кривых (раздел 3.1-3 и рис. 3.1-15). Действительно, у пользователя едва ли остается другая возможность точного согласования компонентов в аналоговой информационной цепи. Именно по этой причине на практике особенно распространено использование уже цветоделенных данных СМYК.

Несмотря на то, что обработка изобразительной информации в цветовых системах RGB или Lab, с точки зрения теории информации, дает значительные преимущества (например, обеспечивает более широкий цветовой охват), опытный специалист по репродуцированию предпочитает выбирать для обработки цветовую систему конечных цветов печати (чаще всего СМYК), так как здесь он имеет прямой доступ к конечным градациям основных красок. И напротив, почти невозможно без использования системы управления цветом с помощью градационных преобразований значений RGB направленно воздействовать на результат репродуцирования красками СМYК.

Опыт реализации современных репродукционных процессов ведет к предположению, что градаций основных красок достаточно для удовлетворительного отображения градационных характеристик репродукционной системы. Это предположение неверно лишь для случая, предполагающего использование несоответствующих технологий конечного вывода (например, офсетная печать и другие традиционные способы, но, прежде всего, бесконтактная печать). В действительности градации синтезированных цветов изменяются непропорционально градациям основных красок.

Для понимания проблемы полезно обратиться к равноконтрастной системе (например, CIELAB). Для этого с помощью колориметра определяют цветовые координаты (относительная площадь растровых точек 100% при определенной толщине красочного слоя) основных красок - голубой, пурпурной, желтой, а также цветов двойных наложений - красного, зеленого, синего и, наконец, цветовые координаты незапечатанной бумаги. Получают семь координат в плоскости a*,b*-диаграммы Lab. Определяют также реальные координаты Lab для шести градаций (растровых тоновых шкал) и получают шесть кривых, которые выходят из точки белого (цвет бумаги) и заканчиваются в точках для плашек. На примере репродукционных характеристик термосублимационного печатающего устройства (рис. 1.4-23) можно установить, что градационные характеристики по основным и двойным наложениям на a*,b*-диаграмме изменяются не линейно.

Градационные кривые при изменении относительного раз- мера растровой точки (от 0 до 100%) для основных цветов CMY и получаемых из них дополнительных цветов RGB при наложении красок в системе CIELAB (термопереводная сис- тема цветопробы Thermotransfer Proof System

При предположении, что передача градации в системе Lab является равноконтрастной, можно сделать вывод, что система градационных кривых по основным цветам не полностью отображает характеристики репродукционного процесса. Эти характеристики свойственны для систем вывода (подобные данные получаются и в плоской офсетной печати). Соответственно вызывают сомнения возможности улучшения качества изображения путем градационных преобразований. За отсутствием подходящих методов их использование оправдывает себя в аналоговых репродукционных процессах и, разумеется, едва ли оправдано в цифровой обработке информации. Это подтверждается практическим опытом. Специалисты по репродуцированию при градационной коррекции действуют чаще интуитивно, чем на основе числовых данных.

Приведение в соответствие отдельных модулей обработки аналоговых и цифровых репродукционных систем посредством градационных кривых можно назвать "связью по градационным кривым". Она
может осуществляться с помощью денситометра или посредством другой подобной оценки (например, в программах обработки изображений). Строго говоря, это возможно только там, где:

  • в обоих отдельных модулях используется одно и то же цветовое пространство (например, CMYK);
  • цветовые координаты основных красок одинаковы;
  • оба отдельных модуля имеют тождественные градационные характеристики.


Только при выполнении всех перечисленных требований возможно добиться соответствия оборудования по градационным кривым. Во всех других случаях должны проводиться более сложные преобразования цветового пространства (например, могут использоваться многомерные таблицы или функции). Для определения параметров подобного преобразования цветового пространства, как правило, требуется колориметр.

Использовать градационные кривые для управления процессом можно лишь тогда, когда имеются две одинаковые цветовые системы. Это первое требование обычно обеспечивается соответствием фотоформы печатной форме или печатной формы печатному процессу, так как здесь речь идет о четырех отдельных каналах, а переход к цветовому пространству CMYK печатной системы произошел еще раньше, на допечатной стадии. В этом случае цветовые координаты основных красок не изменяются. При управлении цифровыми печатными системами, например из массивов данных PostScript, чаще имеет место другая ситуация. Когда принтер управляется с помощью данных RGB, нельзя перейти к СМYК только заданием информации о градациях - первое требование по соответствию через градационные кривые не выполняется.

Даже если цветовое представление в обоих модулях информационной цепи одинаково, не всегда возможно обеспечить согласование на основе градационных кривых. При настройке, например, цветного копировального устройства (электрофотография с сухим тонером) под процесс офсетной печати, хотя системы вывода и основаны на СМYК, но цветовые координаты их основных красок заметно отличаются, т.е. не выполняется второе требование.

При разработках способов аналоговой цветопробы (например, Cromalin, Matchprint; раздел 3.1.6) создавали порошковые тонеры или переводную цвет ную фольгу, для которых цветовые координаты основных красок соответствовали бы координатам стандартных триадных красок, измеренным при стандартном источнике света. К тому же эти красители должны иметь те же самые характеристики (эффект растискивания), как и обычные печатные краски. За отсутствием подходящего красящего материала или пигмента были найдены лишь наиболее близкие заменители печатных красок. Поэтому, строго говоря, эти материалы также не отвечают всем требованиям идентичности градационных характеристик. Тем не менее подобные приближенные решения широко применяются на практике.

В современных цифровых системах цветопробы, основанных на бесконтактном способе печати (глава 5), больше не пытались подбирать колориметрические градационные характеристики под соответствующий способ печати с помощью выбора
наиболее подходящего красящего вещества. Здесь для обеспечения соответствия оборудования проводят многомерные преобразования цвета при помощи систем управления цветом и методов колориметрии.

Черная краска

Выше черная краска упоминалась лишь как составная часть цветовой системы CMYK, но не были даны конкретные сведения, касающиеся получения цветоделенного изображения для черной краски (рис. 1.4-19). Черная краска в основном используется в многокрасочной репродукции для того, чтобы уменьшить технологические издержки печати тремя цветными красками для получения черных или серых тонов. Для формирования ахроматической шкалы непосредственно используется черная краска, что позволяет экономить дорогостоящие цветные и стабилизировать печатный процесс, т.е. сделать его менее чувствительным к колебаниям количества отдельных красок.

Существует много способов управления цветоделенным изображением для черной краски, т.е. замены сочетания голубой, пурпурной и желтой четвертой краской - черной:

  • UCR - хроматическая комбинация с вычитанием цветных красок в темных участках;
  • GCR - ахроматические тона печатаются либо полностью, либо частично вычитанием цветных красок из под черной;
  • UCA - ахроматические тона печатаются с добавлением цветной краски.

Эти процессы будут описаны ниже в примерах хроматических композиций (на рис. 1.4-24 приведены условные для наглядности примеры, не претендующие на метрологическую точность).

 

Примеры получения цветоделенного изобра- жения на примере коричневого цвета в много- красочной печати: а хроматическая композиция; б хроматическая композиция с вычитанием цветных красок из-под черной (UCR); в ахроматическая композиция (с полным вычитанием ахроматической составляющей GCR); г ахроматическая композиция с добавлением цветных красок (UCA). Примечание: изображение служит для объяс- нения принципов и не является метрологиче- ски точным [1.4-8]

Хроматическая комбинация. В этом случае все цветовые оттенки получают цветными красками: голубой (C), пурпурной (M) и желтой (Y). Черная краска (К) также может использоваться для улучшения передачи градации в тенях изображения и для лучшей проработки контуров. Темные цветовые тона получают смешением трех основных цветных красок.

Если, например, необходимо получить более темный голубой оттенок, то добавляют в соответствии с необходимой степенью потемнения определенное количество пурпурной и желтой красок. Однако их количество должно быть заметно меньше, чем голубой. Это количество пурпурной и желтой красок, добавленных к определенному количеству голубой, придает голубому участку темный оттенок. Дополнительные пояснения можно дать с помощью примеров. Коричневый цвет, изображенный на рис. 1.4-24,а, был получен с помощью 70% голубой, 80% пурпурной и 90% желтой красок. Суммарное количество красок составляет 240%. Черная краска не используется. Однако из-за большого количества
цветных красок достаточно трудно стабилизировать баланс по серому.

Коричневый цвет, показанный на рис. 1.4-24,а имеет хроматическую и ахроматическую составляющие. Ахроматическая составляющая сформирована голубой, пурпурной и желтой красками, взятыми в количестве 70% каждая. При наложении эти краски дают цвет, близкий к серому. Оставшееся количество пурпурной (10%) и желтой (20%) красок образуют хроматическую составляющую.

Хроматическая комбинация с вычитанием цветных красок. Вычитание цветных красок (UCR - Under Color Removal) - это один из вариантов хроматической комбинации, в которой ахроматическую составляющую частично заменяют черной краской. Предположим, что на данном (рис. 1.4-24) примере должно быть проведено 30%-ное вычитание цветных красок для получения коричневого цвета. При этом ахроматическая составляющая, состоящая из голубой, пурпурной и желтой красок, по отношению к 70, 80 и 90 уменьшается на 30% и заменяется соответствующим количеством черной краски. В результате общее количество красок составляет не 240%, как ранее, а лишь 180% при сохранении цветового тона. Это существенным образом облегчает работу печатника, так как уменьшается риск отмарывания (перехода краски на оборотную сторону от тиска в стопе, раздел 1.7) и становится легче поддерживать цветовой баланс (рис. 1.4-24,в). Ахроматическая комбинация. В противоположность рассмотренному выше случаю вся ахроматическая составляющая заменяется черной краской (GCR - замена ахроматической составляющей). Таким образом, темные цвета формируются не за счет использования дополнительных красок, а исключительно посредством черной краски. В приводимом примере коричневый цвет при использовании этой технологии образован только пурпурной, желтой и черной красками (рис. 1.4-24,с). Общее количество красок составляет 100%. В результате значительно уменьшается количество голубой, пурпурной и желтой красок по всему изображению, печатный процесс становится стабильнее, закрепление краски значительно улучшается.

Ахроматическая композиция с добавлением цветных красок. Добавление цветных красок (UCA - Under Color Addition) - вариант ахроматической композиции. Если плотность черной краски недостаточна для усиления нейтрально-серых теней изображения, в ахроматическую составляющую вновь вводят голубую, пурпурную и желтую краски. При этом уменьшают количество черной краски (например, на 25%, как показано на рис. 1.4-24,г). Эта технология сегодня широко распространена и оправдала себя на практике. При использовании данного метода качество печати соответствует качеству изображения.

Многокрасочная HiFi-репродукция
Для расширения цветового охвата в многокрасочной печати с целью максимального приближения к охвату, который доступен зрительному восприятию человека, а также к охвату цветного высококлассного монитора или цветной фотографии, в некоторых случаях вдобавок к голубой, пурпурной, желтой и черной (C, M, Y, K) применяют краски дополнительных к ним цветов, т.е. красную, зеленую и синюю. Печать, полученную, например, в семикрасочной листовой офсетной машине, называют HiFi-репродукцией (высококачественной многоцветной репродукцией). На рис. 1.4-25 для сравнения в стандартизированном цветовом пространстве CIE показан достижимый при использовании данной технологии цветовой охват (рис. 1.4-6, 1.4-16). Использование даже шести красок, т.е. двух дополнительно к голубой, пурпурной, желтой и черной, приводит к заметному увеличению цветового охвата. Поэтому к HiFi-репродукции относится также и технология "Hexachrome", использующая такие специальные краски, как оранжевая и зеленая.

 

Цветовой охват HiFi-печати на диа- грамме цветности CIE (x, y, z) (сис- тема: голубой, пурпурной, желтой + красной, зеленой и синей красок в сравнении с охватом обычной мно- гокрасочной печати). Примечание: изображение служит для принципиального объяснения и не является метрологически точ- ным [1.4-8]

1.4.3 Растровые процессы. Способы растрирования

Потребность сопровождать текст иллюстрациями стара, как и сама полиграфия. По мере совершенствования печатных процессов возникла потребность воспроизводить и полутона. Первоначально эти желания и требования выполнялись только частично. В Средние века деревянные клише позволяли передавать только крупные черные и белые штрихи и участки. Последующее развитие репродукционных процессов, как, например, гравюры на дереве и меди, позволило воспроизводить более мелкие детали. Богатые нюансами гравюры на меди, офорты, литографии и фототипии стали использоваться как выразительные художественные средства. Однако они не могли быть положены в основу промышленного производства печатной про
дукции, не получили широкого применения.

Около 150 лет тому назад, после изобретения фотографии, возникли идеи разработки новых способов воспроизведения непрерывных переходов (полутонов) средствами полиграфии. Однако в существовавшей в то время технологии высокой печати не умели воспроизводить полутона.

Такое положение сохранялось вплоть до 1881 г., когда Георг Майзенбах заложил основы растрирования благодаря изобретению принципа автотипии, который используется до настоящего времени. Майзенбах получил воспроизводимую растровую структуру с помощью периодической решетки и, таким образом, осуществил передачу полутонов.

Работа Майзенбаха по дискретизации изображения была принята технологией репродукционных процессов и развита дальше. Для фоторепродукционных аппаратов были созданы решетки в форме стеклянных растров со структурой периодической сетки. В них не прерывное изменение тонов оригинала (например, фотографии или картины) с использованием оптико-фотографических средств переводилось в различные по размеру растровые точки (растровые величины), т.е. печатные элементы (разделы 3.1, 3.5).

Таким образом, в процессе растрирования осуществлялось преобразование полутонового оригинала в черно-белую (двухградационную) информацию (элементы изображения, растровые точки), пригодную для получения формы (фотоформы или печат- ной формы). В этом случае, как правило, имеются только два состояния в передаче краски (печать или не печать), а зрительное ощущение светлого/темного создается за счет изменения размера растровых точек. Если растровые структуры с расстояния рассматривания изображения кажутся достаточно мелкими, то благодаря интегрирующему действию глаза это изображение "размывается", и, следовательно, на блюдатель воспринимает растровое изображение как непрерывное тоновое, что визуально соответствует оригиналу с его полутоновыми переходами. Чем больше растровых точек на единицу площади, тем естественнее выглядит изображение. Близость растровых точек друг к другу определяется так называемой линиатурой растра (или растровой частотой). Глаз при наблюдении растровой структуры с линиатурой 60 лин/см (соответствует расстоянию между растровыми точками w = 1/L = 0,167 мм) с нормального расстояния (приблизительно 30 см) не способен различать отдельные растровые точки (рис. 1.4-26).

Различимость линейных структур глазом человека при нормальных условиях рассматривания (расстояние около 30 см): а относительная различимость изменений яркости (определение); б чувствительность глаза человека к линейным структурам/решеткам

С годами в технологии растрирования произошли заметные изменения. Благодаря использованию компьютера исходные ручные растровые процессы на базе научных, математических методов были переведены на электронную основу. Сегодня стало доступным растрирование с помощью компьютерных средств. При этом сохранился принцип дискретизации изображения на различные по площади растровые точки при одинаковом расстоянии между ними.
Первыми устройствами электронного растрирования были записывающие и выводные сканеры (фотовыводные устройства барабанного типа). Запись изображения на фотопленку в них производилась очень точно сфокусированным лазерным излучением. При этом отдельные растровые точки различной величины образовывались совокупностью лазерных пятен (элементов изображения, пикселей). Согласно этому принципу работают практически все лазерные экспонирующие устройства.

Растрирование цветоделенных изображений

Для получения многокрасочных иллюстраций оригинал сначала разлагают на цветоделенные изображения (раздел 1.4.2.) для четырех основных красок печатного синтеза: голубой, пурпурной, желтой и черной, а затем, как описано выше, на отдельные печатающие элементы. Каждое цветоделенное изображение растрируют со своим углом поворота растра. При ненадлежащей ориентации растровых структур может возникнуть интерференция, так называемый муар, который значительно ухудшает впечатление от репродукции (рис. 1.4-27).

Эффект интерференции (муар) при наложении двух периодиче- ских структур под малым углом друг к другу

В традиционной технологии репродуцирования цветоделенные изображения для трех хроматических красок (как объяснено в разделе 3.1.3.6) развернуты друг к другу на 30°. При четырехкрасочной печати для самой светлой краски, т.е. желтой, оптимальным углом наклона является 15° по отношению к пурпурной или голубой краскам (рис. 1.4-28,а). Тем самым можно почти полностью предотвратить возникновение видимой муаровой сетки, причиной которой является периодическая структура цветоделенных изображений. Однако муар, возникающий из-за взаимодействия растровой структуры с периодической структурой самого изображения, невозможно полностью исключить как помеху для зрительного восприятия репродукции.

images/enciklopediya/1.4/1.4-28.gif

Несмотря на оптимальные углы поворота, уменьшающие интерференционные эффекты (муар), на цветных участках равномерного тона все же возникают розетки (рис. 1.4-28,в). Образование розеточной структуры зависит также и от позиционирования цветоделенных изображений относительно друг друга. Колебания приводки краски в печатном процессе могут приводить к изменению формы розеток. Также верно и то, что чем выше линиатура растра, тем структура муара становится менее заметной. В современной цветной репродукции в большинстве работ используется линиатура 60 лин/см.

Для оригиналов с четко выраженной тонкой собственной структурой (например, ткань или филигранный узор) возможно появление объектного муара, который практически невозможно устранить. Высоколиниатурные растры (до 150 лин/см), которые иногда применяются для воспроизведения супермелких деталей, хотя и позволяют уменьшить эффект муара, но все же не всегда могут его предотвратить. Использование высоколиниатурных структур связано с высокими требованиямик технологии репродуционных процессов и печати.

Формы растровых точек

Во времена использования обычной аналоговой технологии репродуцирования в целях стандартизации, уменьшения непрогнозируемого растискивания растровых точек, оптимизации стабильности цветовоспроизведения экспериментировали с различными формами растровых точек. В основном различают следующие формы растровых точек:

  • круглая;
  • квадратная;
  • цепеобразная;
  • эллиптическая.

Было практически невозможно установить идеальную форму растровой точки, так как условия ее использования и технологические возможности часто не совпадали. Может оказаться, что растрирование с использованием квадратных растровых точек, выполненное в системе А, приведет к лучшему результату в печатном процессе, чем растрирование по системе В. Однако система В создает лучшую систему цепеобразных точек. Отличия в качестве репродукции являются не только следствием применяемых алгоритмов растрирования, базирующихся на различном программном обеспечении, используемом в цифровых процессах растрирования. Отличия в полученном качестве связаны также и с техническими характеристиками компонентов аппаратного обеспечения, применяемого для экспонирования растровых изображений.

Способы растрирования
Имитировать полутона можно по-разному. Используют различные способы модуляции.

Амплитудная модуляция. При так называемом растрировании амплитудной модуляцией (автотипном растрировании с применением периодической структуры) отдельные растровые точки расположены на одинаковом расстоянии друг от друга, однако имеют различный диаметр (или различную площадь растровой точки при другой ее форме). Этот подверженный муару способ растрирования уже был описан выше.

Частотная модуляция. При растрировании с использованием частотной модуляции (ЧМ) отдельные растровые точки имеют одинаковый диаметр и расположены на различном расстоянии одна от другой (растрирование с формированием нерегулярной структуры). При преобразовании полутонов оригинала по методу частотной модуляции количество и размер точек (в так называемой растровой ячейке) и расстояние между ними должно устанавливаться. Это можно осуществить по различным алгоритмам. Обычно для определенного уровня тона расстояние от точки к точке разное и распределено по случайному закону. По этой причине ЧМ-растрирование называется случайным или стохастическим растрированием.

На рис. 1.4-29 представлены оба способа - АМ- и ЧМ-растрирование. Пример однокрасочного изображения, приведенный на рис. 1.4-30, показывает, что при использовании растровых точек одинаковой формы и минимально возможных размеров ЧМ-
растрирование обеспечивает лучшую передачу мелких деталей, чем АМ-растрирование. При этом в технологическом процессе должно быть обеспечено надежное воспроизведение всех без исключения растровых точек малых размеров.

 

Воспроизведение полутонов при амплитудно-модулированном (АМ) и частотно-модулированном (ЧМ) растрировании

Сравнение амплитудно-модулированного и частотно-модулиро- ванного растрирования: а амплитудно-модулированное (автотипное) растрирование; б частотно-модулированное (стохастическое) растрирование (IFRA, [1/4-11])

Сравнение АМ- и ЧМ-растрирования представлено на рис.1.4-31 на примерах воспроизведения полутоновых изображений. Очевидно, что ЧМ-растрирование обеспечивает получение более высокого разрешения. Благодаря использованию случайного, стохастического растрирования можно избежать возникновения розеток.

Деталь цветной фотографии при ее обычном (АМ) и стохастическом (ЧМ) растрировании в многокрасочной печати (AGFA)

Физическое описание методов амплитудного и частотного модулирования дается на рис. 1.4-32. При автотипном растрировании информация об изображении передается посредством амплитуды, т.е. размером растровой точки (модуляция является амплитудной, поскольку информация об изображении кодируется амплитудой периодической пространственной частоты). При стохастическом, или частотномодулирован
ном, растрировании информация об изображении кодируется изменением частоты следования импульсов, т.е. расстояниеи между растровыми точками.

 

Способ комбинированного растрирования: комбинация АМ- и ЧМ- растрирования (способ Samba-Screen, Barco)

Гибридное растрирование. Существует также гибридная технология растрирования полутоновых оригиналов. При этом как АМ-, так и ЧМ-растрирование применяются в зависимости от сюжетного содержания оригинала. Возможный алгоритм базируется на решении, в соответствии с которым воспроизведение очень светлых и очень темных тонов осуществляется с использованием ЧМ-растрирования, а остальной диапазон полутонов воспроизводится посредством АМ-растрирования (рис.1.4-33).

Способ комбинированного растрирования: комбинация АМ- и ЧМ- растрирования (способ Samba-Screen, Barco)

На рис.1.4-34 приведены основные варианты различных распределений и комбинаций растровых точек.

Модуляция интенсивности. Выше считалось, что передача полутонов осуществляется исключительно изменением площади растровых точек и/или расстояния между ними и что толщина красочного слоя на поверхности запечатываемого материала во всех точках одинакова (не считая небольших технологических отклонений в печати). Для способов печати, в которых количество краски, переносимой на бумагу, можно изменять от точки к точке, значение градации варьируется также толщиной красочного слоя, его оптической плотностью. Величина градации зависит от площади растровой точки и толщины красочного слоя. Это возможно в глубокой печати с изменением глубины печатных элементов или в бесконтактных способах, таких, как электрофотография или струйная печать. В противоположность показанному на рис. 1.4-29, данный метод иллюстрируется рис. 1.4-35.

Варианты точечных структур и воспроизведение ступеней градации

Модуляция оптической плотности посредством изменения толщи- ны красочного слоя

Комбинируя АМ- или ЧМ-растрирование с модуляцией интенсивности, возможно расширить цветовой охват репродукции, а сочетание ЧМ-растрирования с модуляциями плотности оптимизирует процесс в отношении передачи мелких деталей и цветовоспроизведения.

Цифровое растрирование Под цифровым растрированием понимают алгоритмический процесс воспроизведения полутонового изображения малыми бинарными точечными элементами. Как следствие, такие современные технологии, как "Компьютер - фотоформа", "Компьютер - печатная форма" и "Компьютер - печать" (раздел 4.1), действительно, не имеют ограничений, связанных с использованием разнообразных растровых структур. В цифро-
вом растрировании растровые точки состоят из отдельных малых элементов (элементы изображения - "пикселы"). Рис. 1.4-36 поясняет цифровое представление растровых точек. Чем выше разрешающая способность выводного устройства (фотовыводное устройство "Компьютер - фотоформа", оборудование для технологии "Компьютер - печатная форма" или для системы "Компьютер - печать"), тем точнее можно воспроизвести форму растровой точки.

Только с развитием цифровых технологий обработки изображений появилась возможность широкого использования ЧМ-растрирования. Наименьший элемент,который позволяет сгенерировать и позиционировать выводное устройство, может служить, например, точкой для ЧМ-растрирования. Значение тона в этом случае формируется расстоянием между точками в предеах растровой ячейки (рис. 1.4-37). Согласно алгоритму ЧМ (стохастического) -растрирования, отдельные точки в различном их количестве и различными способамиобъединяются в группы (кластеры).

На рис. 1.4-38 приводится другой пример сравнения АМ- и ЧМ-растрирования. На обоих рисунках растровые точки строятся цифровым методом и состоят из отдельных элементов при одном и том же разрешении.

В фотомеханическом растрировании количество градаций серого, приходящееся на растровую ячейку, зависит от воспроизводимости изменений размеров растровых точек. Для структуры с линиатурой 60 лин/см можно предположить, что имеется приблизительно от 70 до 100 различных размеров/площадей (это означает, что диаметр точек изменяется с шагом, примерно, от 1 до 2 мкм).

Когда растровая точка составляется из отдельных пикселей, количество уровней градации определяется размером растровой ячейки, внутри которой воспроизводятся уровни градации оригинала (при линиатурерастра L в линиях на сантиметр или линий на дюйм), а также разрешением А (в dpi, т.е. точках на дюйм), с которым можно позиционировать отдельные элементы.

Согласно рис. 1.4-39, количество элементов N на растровую ячейку (уровней серого) определяется линиатурой растра L и адресностью А. N=(А/L)2 (например, N=64 для L=150 dpi и А=1200 dpi).

Структура "цифровых" растровых точек: а моделирование аналоговой растровой точки из пикселей цифровым способом с различным разрешением в записи в (dpi)); Толщина красочного слоя б передача градаций

Поскольку растровая ячейка может содержать максимально N пикселей, а также с учетом значения тона "пробела" (незапечатанной ячейки), можно считать, что всего в диапазоне от 0 до 100% возможно сформировать N + 1 уровень градации (т.е. при N = 64 интервал оптических плотностей составляет 1,56). При этом предполагается, что отдельные элементы растровой ячейки полностью пропечатываются и имеют только два состояния - запечатанное и незапечатанное, т.е. черное или белое.

 

Цифровое растрирование: а 12,5% - растровая величина при АМ- и ЧМ- растрировании (разрешение 1200 dpi); б 25% - растровая величина при различных алгоритмах для ЧМ-растрирования (указаны производители и наименования продукции, а также диаметр отдельной точки) (IFRA, [1.4-11])

Пример, в котором отдельные растровые точки можно передавать разной оптической плотностью (рис. 1.4-35), в частности не двумя, а пятью ее уровнями (g = 5), показан на рис. 1.4-39. Таким образом, значительно увеличивается число градаций, передаваемых элементарной растровой площадкой. Растрирование с линиатурой 150 lpi (линий на дюйм) и разрешением вывода 1200 dpi при бинарной записи (g=2) обеспечивает передачу 65 градаций (g=65). Однако, в случае записи каждого элемента пятью уровнями градаций (g=5), общее число, приходящееся на растровую ячейку, становится равным 257, что значительно улучшает воспроизведение тонового диапазона. Если в структуре изображения нет слишком мелких деталей, то возможно выполнять обработку изображения при меньших разрешениях. При работе с пятью уровнями (g = 5) возможно при разрешении лишь 600 dpi получить такое же число уровней градации на растровую ячейку (64), как и при разрешении 1200 dpi и использовании только двух уровней (g = 2) на элемент.

В процедуре доминирующего в полиграфии языка описания страниц PostScript (см. раздел 3.2-9) для амплитудно-модулированного растрирования указываются три рассмотренных выше параметра: линиатура, поворот растровой структуры и форма растровой точки. Форма растровой точки описывает я "функцией точки" и исходно принимается круглой. Теоретически при частотно-модулированном растрировании площадь изображения не разделяется на элементарные растровые площадки. Из практических же соображений при ЧМ-растрировании элементарные площадки часто определяются в самой компьютерной системе, при этом распределение отдельных точек в отдельных ячейках является случайным.

 

Сравнение амплитудно-модулированного растрирования (АМ) с частотно-модулированным (ЧМ) (AccuTone, R. R. Donnelley)

Связь между линиатурой, адресностью и числом градаций при цифровом растрировании и построении изображения

Чтобы избежать сложного математического анализа окрестных значений градации и, таким образом, сократить затраты машинного времени, формируют элементарные отдельные растровые площадки со случайным распределением точек. Однако периодичность обуславливает опасность возникновения муаровой картины [1.4-10].

Важнейшей качественной особенностью способа ЧМ-растрирования, возможно, является наличие в растровом изображении более естественных, плавных градационных переходов. При случайном расположении элементов отдельных точек не возникают нежелательные скопления точек (конгломераты), которые могут восприниматься глазом наблюдателя как помехи. Действительно, отдельные элементарные точки при нормальном расстоянии рассматривания являются достаточно мелкими и для большинства наблюдателей невидимыми. И наоборот, отдельные конгломераты точек в большинстве случаев немедленно детектируются глазом и выглядят как ложные узоры.

В век цифровых экспонирующих устройств АМ-растрирование с формированием точек больших размеров из маленьких отдельных элементов можно рассматривать как реликт из мира аналоговой фотографической репродукционной технологии. Именно ЧМ-растрирование следует рассматривать как идеальный способ современной цифровой репродукционной технологии. Однако на практике еще пока преобладает АМ-структура изображения. Это позволяет, например, при копировании печатных форм работать с растровыми точками максимально возможных размеров и вести формный процесс со значительно большими допусками. Из-за малых размеров растровых точек ЧМ-структура более чувствительна к влиянию помех.ЧМ-структура изображения обычно приводит к улучшению плавности передачи полутонов, однако из-за использования отдельных точек уменьшенных размеров эти изменения могут оказывать отрицательное влияние на стабильность кривых гра дационной передачи. Преимущество ЧМ-растрирования заключается в том, что колебания приводки красок, в особенности на равномерных многокрасочных участках, предотвращают цветовые отклонения или делают их пренебрежимо малыми.

1.4.4 Контроль качества.

Методы оценки Качество печати в большой мере зависит от подготовки, выполненной на допечатной стадии, способа печати, применяемого оборудования, а также свойств материалов, используемых для изготовления печатной продукции, в первую очередь от характеристик бумаги и красок. Качество конечной печатной продукции зависит и от послепечатной обработки.Качество оттиска (одно- или многокрасочного) или печатного оттиска, содержащего растровое, штриховое изображение и текст одновременно, определяется точностью цвето- и тоновоспроизведения, передачи мелких деталей, а также точностью приводки в многокрасочной печати и свойствами поверхности отпечатанного изображения всей печатной полосы или печатного листа (рис. 1.4-40).

На нем представлены процессы, технологические параметры и факторы, влияющие на качество печати. Эти параметры должны быть определяемыми и измеряемыми. В метрологическом контроле используются соответствующие измерительные приборы. Большинство таких приборов применяется со специальными тест-объектами (оценочными тест-объектами/шкалами), полученными на оттиске вместе с основным изображением.

Кроме этого, качество репродукции контролируется визуально. Для проведения визуального контроля установлены минимальные требования к условиям освещения и рассматривания (ISO 3664). Субъективная визуальная оценка привносит в суждение о качестве изображения психологический момент. В зависимости от назначения оттисков, содержания изображения и его структуры используют различные критерии оценки. Только инструментальная оценка обеспечивает объективное и по возможности автоматизированное управление качеством печати. Одним из важнейших параметров качества является цветовоспроизведение. Цвет репродукции измеряется для того, чтобы едва заметные различия между оригиналом, пробным и
тиражным оттисками свести к минимуму или обеспечить постоянство качества в пределах всего тиража.

 

Факторы и параметры, влияющие на качество печати

1.4.4.1 Измерения цвета
Для измерения цвета в полиграфии применяются денситометрические и во все большей степени - колориметрические методы и приборы. В то время как (раздел 1.4.1 и рис. 1.4-14) колориметрические измерения базируются на учете зрительного восприятия, денситометрические измерения основаны на оценке толщины красочного слоя, а обработка измеренных значений согласуется со зрительным восприятием/чувствительностью по светлоте/насыщенности.

Измерение оптической плотности широко распространено. Для этой цели существуют надежные измерительные приборы. Так, денситометром определяются не только оптические плотности, но также и параметры растровой печати, такие как растискивание и относительный контраст печати. Тот факт, что посредством измерений возможно определить красковосприятие (захват) краски материалом, имеет исключительное значение в технологии многокрасочной печати.

Денситометрия
В многокрасочных машинах краскоподача в каждой печатной секции должна контролироваться и регулироваться отдельно. Так как в растровом изображении имеет место наложение нескольких красок, то визуальная и инструментальная оценки отдельных красок на самой репродукции относительно сложны. На сигнал, измеряемый от одной краски, влияют другие краски, что ограничивает точность измерений. Поэтому, наряду с основным изображением, на обрезном поле печатного листа принято печатать цветные шкалы, измерительные поля которых соответствуют определенным краскам (рис. 1.4-41). Такие контрольные шкалы получили широкое применение на практике и наносятся по всей ширине печатного листа, при этом отдельные поля располагаются так, что соответствуют зонам подачи краски. Это обеспечивает возможность целенаправленного управления ее подачей. Плотности полей шкал на оттиске контролируют посредством денситометра. По значениям плотностей легко могут быть определены изменения в подаче краски. Как показано на рис. 1.4-42, тест-объект содержит элементы со сплошными и растровыми полями, шкалу контроля баланса по серому цвету и цвету двух-, трехкрасочных наложений красочных плашек.

Контрольная шкала печатного процесса с полями для измерения цвета

Контрольная шкала печатного процесса с полями для измерения цвета

Примеры полей для измерения цвета (размер поля, например 5х6 мм)

Оптическая плотность D определяется логарифмическим соотношением (рис. 1.4-43):

D = log 1/? = log I0/I .

Коэффициент отражения ? равен отношению интенсивности света I, отраженного от красочного слоя, к отражению I0 от участка незапечатанной бумаги. С увеличением толщины красочного слоя коэффициент отражения ? уменьшается. Для того, чтобы получить данные измерений пропорциональные изменению толщины красочного слоя, при расчете оптической плотности сначала находят обратную величину 1/?, а затем вычисляют ее логарифм. Как известно, отрицательный логарифм отражения (пропускания)моделирует нелинейность зрительного восприятия.
На рис. 1.4-43 приведен пример изменения оптической плотности от толщины красочного слоя.

 

Перед началом работы измерительный приборкалибруется обычно по подложке (белая бумага) для установки нулевого значения плотности ("0"). Для "абсолютной" калибровки используют специальный стандартизированный эталон, например, сульфат бария. Он применяется для того, чтобы можно было производить сравнения измерений, выполненных на различных устройствах, независимо от запечатываемых материалов.

Для измерений на оттисках, выполненных различными цветными печатными красками, на пути ходалучей от данного источника света в денситометре размещают светофильтры. Цветные фильтры согласованы со спектральными характеристиками триадных красок (СМYК). Максимум пропускания цветных светофильтров должен находиться в зоне, соответствующей минимуму отражения измеряемой краски. Таким образом, светофильтры пропускают свет, дополнительный к цвету выделяемой краски (например, синий светофильтр - для желтой краски, зеленый - для пурпурной, а красный - для голубой краски). Это приводит к высоким значениям измеряемых величин и к оптимальной чувствительности приемника к изменениям толщины красочного слоя. Светофильтры, установленные в различных измерительных приборах, стандартизированы. Денситометрические измерения цвета привели к появлению термина "цветоделенная плотность" в противоположность известному "оптическая" плотность, которая оценивается без использования светофильтров (преимущественно измеряются черные краски). Но и здесь очень часто работает так называемый фильтр видности, или зеленый светофильтр, применяемый дляпурпурного цвета. Для специальных (внетриадных) красок в денситометре не предусмотрено никаких подходящих светофильтров. Остается проводить измерения за светофильтром, дающим наибольшее значение плотности.

На рис. 1.4-44 приведены характерные для многокрасочной офсетной репродукции кривые изменения плотности красочного слоя реальных печатных красок в зависимости от его толщины.

Денситометры пригодны также для измерения спектральной плотности. С этой целью они снабжаются специальными узкозональными светофильтрами (например, с шириной полосы 30 нм), что улучшает сопоставимость показаний различных приборов именно по спектральной плотности. Обычно при денситометрическом считывании используют измерительную апертуру (отверстие) диаметром порядка 3 мм.

Рис. 1.4-43 Принцип построения денситометра для измерения оптической плотности

Действие поляризационных фильтров. С помощью денситометров можно измерять как сухие, так и еще сырые красочные слои. Для последних характерна относительно гладкая, глянцевая поверхность. При высыхании красочный слой в какой-то мере принимает неравномерную шероховатую структуру поверхности бумаги и теряет первоначальный глянец. Если провести измерения сначала по сырому, а затем по сухому слою, то результаты измерений будут различными (величина измеренной плотности по сырому слою будет выше, чем по сухому слою).

 

Оптические плотности печатных красок при различной толщине красочного слоя

Для того, чтобы компенсировать такое рассогласование, на оптическом пути устанавливаются два линейных поляризационных фильтра со скрещенными плоскостями (рис. 1.4-43). Из распространяющихся во всех направлениях световых волн поляризационные фильтры пропускают волны только одного направления. Часть световых лучей, прошедших через первый поляризационный фильтр, зеркально отражается красочным слоем, т.е. без изменения направления их распространения. Второй поляризационный фильтр повернут по отношению к первому на 900, так что зеркально отраженные световые лучи им не пропускаются (рис. 1.4-45). Зеркально отраженный свет, таким образом, из измерений исключается. Однако, если лучи света проникают в красочный слой и отражаются либо от него, либо от запечатываемого материала, то они теряют свою поляризацию. Следовательно, эти лучи частично пройдут через второй поляризационный фильтр и попадут на фото приемник (рис. 1.4-43). Таким образом, путем исключения части света, зеркально отраженной от слоя сырой краски, достигают примерного равенства результатов измерений "по сырому" и "по сухому". Другими словами, сырой слой невысохшей краски с большим глянцем дает такие же показания, как если бы он был уже сухим. Благодаря поглощению поляризационного фильтра на фотоприемник попадает уменьшенная отраженная составляющая, что приводит к несколько более точным измеряемым значениям.

Относительная запечатываемая площадь (растровые величины)

Достоверная цветопередача растрового изображения очень критична к изменению размера растровых точек, поскольку эти отклонения приводят к сдвигам втоно и цветопередаче. Имеется множество факторов, которые оказывают влияние на градационную передачу при растрировании, и поэтому они должны контролироваться в целях стандартизации. В репродукционном процессе самой простой контролируемой величиной градационной передачи является относительная площадь растровых точек на полях цветных контрольных шкал, размещаемых по краям оттиска (рис. 1.4-41 и 1.4-42). Относительная площадь растровых точек (FD) на оттиске (т.е. площадь, занятая покрытыми печатной краской растровыми точками на поле контрольной шкалы) может быть измерена денситометром. Относительная площадь растровых точек (в процентах) рассчитывается по из значений интенсивности света, отраженного от плашечного красочного слоя и растрового поля, как уравнение Мюррея - Девиса

где

?R - отражение растрового поля;
?V - отражение плашечного слоя.

При этом предполагается, что красочный слой на растровых точках и плашке имеет одну и ту же толщину.
Таким образом, подставляя измеренные значения оптической плотности в приведенную выше формулу, относительную площадь растровой точки вычисляют так:

уравнение Мюррея - Девиса

где

DV - оптическая плотность плашки;
DR - оптическая плотность растрового поля.

При денситометрической оценке оптической плотности растровых полей измеряемые значения соответствуют не геометрической относительной площади растровых точек (т.е. соотношению площадей, занятых растровыми точками и незапечатанной бумагой), а "оптически эффективной запечатанной площади". Различие между геометрической и оптически эффективной запечатанной площадью возникает из-за того, что как при рассматривании, так и при денситометрических измерениях часть света, падающего на пробелы, рассеивается в толще бумаги и, попадая под растровую точку, поглощается ее красочным слоем (рис. 1.4-46).

 

Оптические плотности печатных красок при различной толщине красочного слоя

Действие поляризационных фильтров, исключающее зеркальное отражение гладких поверхностей при измерении оптической плотности

Поглощение света, поступающего от пробела, участком окрашенной поверхности бумаги

Этот эффект "поглощения света" приводит к тому, что растровые точки оказываются оптически несколько большими, чем в действительности. Таким образом, оптически эффективная относительная запечатываемая площадь складывается из  геометрической площади, определяемой из оптического растискивания. Математически это учитывается, например, посредством коэффициента Юла-Нильсена, вводимого в уравнение Мюррея-Девиса.

Растискивание

При оценке репродукционного процесса с учетом свойств используемых материалов относительная площадь растровых элементов оттиска становится важнейшей измеряемой величиной и основной количественной характеристикой. При растискивании увеличение растровых точек (Z) рассчитывают из относительной площади растровых точек на фотоформе (FF) как оригинала для изготовления печатных форм и их конечной относительной площади на оттиске (FD), полученной на запечатываемом материале в печатном процессе:

Z[%]=FD[%] - FF[%]

На цветных контрольных шкалах (содержащих измерительные поля, показанные на рис. 1.4-42) относительная площадь точки, например, по голубой краске (равной 55%) получается посредством измерения плотностей плашки и поля тоновой шкалы с относительной площадью растровой точки фотоформы 40%. Таким образом, прирост относительной площади точки к известному ее размеру (40%) на фотоформе составляет 15 %. Приращение обычно положительно, так как резиновое полотно увеличивает точку при ее передаче на бумагу. Предполагается, что относительная площадь при переходе от фотоформы к печатной форме изменяется незначительно. В общем случае это зависит от того, изготавливается печатная форма на пластине позитивным или негативным копированием. Изменение градации, происходящее в печатном процессе, должно быть учтено при цветоделении и изготовлении фотоформ.

Исходя из практических соображений, в стандартизированном позитивном копировальном процессе изготовления печатных форм растровые точки с фотоформы копируются на печатную форму с несколько уменьшенными размерами. При стандартных условиях ведения печатного процесса площади растровых точек снова увеличатся.

На рис. 1.4-47 показана типичная градационная кривая печатного процесса. Растискивание в значительной степени зависит от свойств поверхности бу
маги и ее впитывающей способности, реологических свойств красок, характеристик резинотканевого полотна (декеля), давления при печати и т.д.

Градационная кривая печатного про- цесса и растискивания

При разработке стандартов офсетной печати были нормированы значения растискивания от фотоформы до оттиска. Эти данные по растискиванию служат печатнику нормами для соответствующего выбора материалов и необходимых регулировок пе-
чатного оборудования.

Дополнительные показатели качества

Другие параметры качества печати могут быть получены посредством денситометрических измерений. Вособенности это относится к краскопереносу для растровых и плашечных красочных полей (относительный контраст печати или просто контраст), а также наложению красок плашечных полей одна на другую (красковосприятие/захват краски).

Контраст. Относительный контраст печати рассчитывается по значениям оптических плотностей заливки Dv и растрового поля DR. Значение DR измеряется предпочтительно на уровне 3/4 растровой шкалы, на пример, на 70%-ном поле шкалы контроля печатного процесса, как показано на рис. 1.4-41. Значение К[%] определяется как

Значение K

Красковосприятие. Красковосприятие рассчитывается по оптическим плотностям плашечных полей приих одно-, двух- и трехкрасочных наложениях с учетом их последовательности. Примеры соответствующих полей измерительных шкал представлены на рис. 1.4-41 и 1.4.-42. Рассчитанные по следующим формулам величины красковосприятия говорят о том, сколько процентов одной краски переходит на другую, причем для сравнения используются однокрасочные поля, восприятие которых принимается за 100%.

При наложении двух красок справедливо выражение:

Наложение двух крсаок

где

D1+2 - оптическая плотность двухкрасочного наложения;
D1 - оптическая плотность первой краски;
D2 - оптическая плотность (второй) поверх нанесенной краски.

Все значения оптических плотностей должны измеряться за светофильтром для второй краски.
Соответственно для трехкрасочного наложения справедливо уравнение

Наложение трех красок

где

D1+2+3 - оптическая плотность поля, полученного наложением всех трех красок;
D3 - оптическая плотность последней нанесенной краски.

Значения всех оптических плотностей измеряют за светофильтром третьей последней краски.

 

Денситометрическая система измерений

Ручные денситометры хорошо подходят для контроля качества до тех пор, пока на одном печатном листе производят лишь несколько измерений. Типичным примером использования ручных денситометров является выборочный контроль значений плотностей с целью стандартизации офсетной печати. Для постоянного контроля тиража в печати или для непрерывного регулирования подачи краски в печатной машине необходимо большее число измерений. Для этой цели были созданы автоматизированные системы измерений.

Сканирующие денситометры были первоначально разработаны для офсетной печати, чтобы считывать контрольные шкалы, печатаемые по краю, например, всего печатного листа.

Регулировку красочных зон в печатных секциях многокрасочной печатной машины желательно производить по значениям оптической плотности. Так как для каждой красочной зоны необходимо получить свои данные, денситометр должен перемещаться вдоль контрольной шкалы, сканируя лист под прямым углом к направлению его движения.

Данная задача может решаться в режиме off-line (вне печатной машины) посредством денситометра, который сканирует лист, снятый с печатной машины. Обычно контрольную полосу располагают на обрезном поле листа. Объекты, которые необходимо измерить (плашки, растровые поля и другие контрольные элементы), располагаются на контрольной шкале в определенной последовательности (рис. 1.4-41). Поскольку невозможно достаточно надежное автоматическое распознавание элементов шкалы, для получения правильныхоценок в измерительную систему предварительно вводят данные о типе контрольной шкалы (и следовательно, последовательности элементов). Далее оговаривается геометрия расположения тест-объекта относительно проводки печатного листа в машине (например, посередине листа) таким образом, чтобы каждое отдельное измерение на печатном листе относилось к соответствующей регулируемой зоне подачи краски.

Особенно часто при печати упаковочной продукции цветные участки запечатываются специальными (внетриадными, оформительскими) красками, применение которых связано с очень малыми допусками. Часто на печатном листе не хватает места для размещения полного набора элементов контрольного тест-объекта. Но отдельные элементы можно разместить, например, между повторяющимися фрагментами печатного листа. Специальные сканирующие денситометры с двухкоординатной системой измерений позволяют автоматически перемещать измерительную головку в любую точку листа, где необходимо произвести измерения. Перед началом сканирования все координаты измерений должны быть запрограммированы.

Многочисленные новейшие устройства для измерения цвета (ручные или автоматические системы), пригодные для сканирования печатного листа, построены уже на методах спектральных измерений. Наряду с определением колориметрических величин (раздел1.4.1) такие приборы, на основе измерений спектрального отражения (путем, например, цифровой фильтрации), могут также показывать величину оптической плотности. Внешне эти приборы мало чем отличаются от денситометров. На рис. 1.4-51 представлен ручной измерительный прибор, а на рис. 1.4-52 - сканирующее измерительное устройство.

Существуют системы измерения цветовых характеристик, встроенные в рулонные печатные машины. Они позволяют осуществлять непрерывный контроль и даже управлять печатным процессом, однако данный тип систем экономически неоправдан для листовых печатных машин (раздел 2.1.4). Спектральное измерение цвета Корректное сравнение цвета плашек на различных оттисках измерением оптических плотностей возможно лишь при наличии стандартных опорныx значений для типовой бумаги и краски. Поэтому денситометрические измерения весьма подходят для контроля качества при печати тиража. Однако при сравнении цветопробных и тиражных оттисков эти методы менее приемлемы, поскольку для по лучения этих изображений используются различные материалы. Эти проблемы в денситометрии решаются измерением цвета, учитывающим особенности зрительного восприятия. Это делает возможным вести настройку печатной машины по колориметрическим значениям цветопробы и отрегулировать печатную машину под заданный цвет в пределах весьма малых допусков. Как описано в разделе 1.4.1, измерение цвета основано на методах колориметрии. Принципиальная схема цветоизмерительного прибора приведена на рис. 1.4-48.

Спектральные измерения цвета

проводятся либо с помощью трех специальных светофильтров, моделирующих восприятие цвета глазом человека (колориметра на рис. 1.4-49), либо непосредственным измерением спектральных распределений коэффициентов отражения и последующей цифровой фильтрацией, как показано на рис. 1.4-50 (спектрофотометр).

 

Блок-схема построения прибора для измерения цвета

Фотоэлектрический колориметр; опти- ческое разделение цвета на три зо- нальные составляющие с помощью фильтров

Спектрофотометрические принципы измерения спектрального отражения: а принцип револьверной головки; б принцип монохроматора; в принцип дифракционной решетки

На рис. 1.4-51 показан пример ручного прибора измерения цвета. Сканирующий спектрофотометр, использующий дифракционную решетку, показан на рис. 1.4-50,в. Его применяют в оборудовании контроля и управления цветом (рис. 1.4-52).

Примеры ручных приборов для измерения цвета: а спектрофотометр SPM 100 (Gretag); б спектроденситометр 938 (X-Rite)

Примеры ручных приборов для измерения цвета: а спектрофотометр SPM 100 (Gretag); б спектроденситометр 938 (X-Rite)

Сканирующий спектрофотометр для контроля качества печати (CPC 21, Heidelberg)

Система, показанная на рис. 1.4-53, осуществляет анализ запечатываемого листа в одном направлении при размере считывающей апертуры, равном 2х3 мм2. Для сканирования печатного листа используется оптическое многоканальное развертываю щее устройство. Спектральные измерения в конкретной точке основаны на работе дифракционной решетки, как это производится в устройстве, показанном на рис. 1.4-52. Такая система наряду с измерениями полей контрольной шкалы и внетриадных красок может также выполнять измерения на самом изображении. Последние всегда желательны для печатника, потому что в конце концов качество изображения - это решающий фактор оценки тиража заказчиком. Измерения по всей площади листа облегчают оценку при наличии изображений разного типа, оцениваемых по различным критериям и опорным значениям. Становятся возможными оценки контрольных шкал, многокрасочных наложений, плашечных слоев внетриадных красок и т.п. С помощью специальных программных алгоритмов на печатном листе автоматически распознаются элементы, подходящие для измерений. Это существенно облегчает приладку, особенно при печати упаковки. Более того, контроль, выполняемый путем сканирования площади всего печатного листа, например, контроль наличия искажений и дефектов репродукции, осуществляется посредством использования монитора или других средств.

Измерительная и регулировочная система для измерения цвета и проверки изображения на печатном листе: а измерительное устройство; б показания на дисплее (Image Control CPC 24, Heidelberg)"

Измерительная и регулировочная система для измерения цвета и проверки изображения на печатном листе: а измерительное устройство; б показания на дисплее (Image Control CPC 24, Heidelberg)

На основе спектральных измерений рассчитываются значения любых оптических плотностей и их роизводные величины, такие как относительная площадь растровых точек, красковосприятие и т.д. Таким образом, колориметрические измерения метрологически поддерживают традиционные методы контроля. С другой стороны, колориметрические измерения в процессе печати являются также предпосылкой эффективного использования методов управления цветом.

Измерение оптической плотности напрямую связано с толщиной красочного слоя, что позволяет использовать измерения отклонений плотностей для регулирования подачи краски в отдельных печатных секциях машины. Сравнение измеренных и заданных значений путем колориметрии позволяет оценить локальные отклонения цвета для регулировки красочного аппарата по толщине красочного слоя триадных красок на оттиске. В разделе 2.1.4 содержится дополнительная информация по данному вопросу.

Контроль изображения

В глубокой, флексографской и рулонной трафаретной печати бумажное полотно обычно запечатывается в непрерывном режиме. Пройдя секцию сушки, оно снова сматывается в рулон (в рулонном офсете "бесконечная" печать до сих пор является исключением). В этих случаях для контроля качества печатную машину необходимо останавливать, так как на движущемся полотне контроль затруднен. Поскольку в процессе печати тиража могут появляться дефекты, на движущемся полотне для контроля разработаны встроенные (in-line) системы.

В зависимости от постановки задачи конфигурация систем контроля на рулонном полотне существенно различается. Чаще всего они используются для визуального контроля заметных дефектов и больших искажений по цвету или приводке. Достоверный контроль цвета в течение печати всего тиража может быть обеспечен только посредством денситометрических или колориметрических измерений, производящихся по движущемуся полотну. Самым простым средством визуального контроля движущегося полотна является стробоскоп. Здесь используются периодические вспышки света, синхронизированные со скоростью движущегося полотна так, что оно кажется наблюдателю неподвижным. Высококачественный контроль изображения обеспечивается оптической системой с вращающимся зеркалом. Статическое изображение также предоставляет возможность оператору печатной машины обнаруживать отклонения в цветопередаче.

Возрастает использование видеоконтрольных систем, отличающихся расширенными возможностями обнаружения как дефектов структуры, так и довольно заметных искажений цветопередачи. Преимущество видеонаблюдения заключается в цифровом анализ изображения с автоматическим распознаванием искажений. Точность определения цвета ограничена технологическими характеристиками видеокамеры и качеством изображения, которое не гарантирует из мерение оптической плотности или даже цвета. Подобные системы подходят поэтому для общего анализа изображения с использованием компьютерной поддержки, но не для метрологических измерений цвета и осуществления контроля при малых допусках на отклонения параметров печати.

 

1.4.4.2 Приводка красок

Точное размещение изображений без геометрических сдвигов на лице и обороте запечатываемого листа традиционно называется приводкой. Допустимые отклонения составляют примерно 0,1мм. Существенным фактором получения высококачественной многокрасочной репродукции является высокая точность наложения отдельных цветоделенных изображений для голубой, пурпурной, желтой и черной красок. Точность приводки красок должна быть в пределах нескольких сотых миллиметра. Возможность обеспечения приводки красок на печатной машине по образующей цилиндра и направлению движения бумажного листа достигается регулированием совмещения красок относительно друг друга с шагом 1/100 мм. Регулировка незначительных отклонений в приводке может выполняться с пульта управления. Посредством поворота и перемещения отдельного формного цилиндра можно выполнять коррекцию приводки по его окружности и в осевом направлении. В некоторых моделях машин возможна диагональная регулировка приводки (вращение изображения). Она достигается перемещением формного цилиндра (идеальным вариантом был бы поворот самой печатной формы на формном цилиндре). Для того, чтобы ускорить и упростить процесс приводки в печатной машине, были разработаны системы оценки и контроля приводки, большинство из которых базируется на анализе специальных меток, нанесенных на запечатываемый материал.

Самым простым способом проверки совмещения красок является рассматривание определенного участка изображения в лупу (рис. 1.4-54,а). Если лупа оснащена измерительной шкалой, то печатник может оценить величину несовмещения и, насколько требуется, отрегулировать неприводку по окружности и в осевом направлении. С целью упрощения процесса контроля вдоль изо бражения на оттиске печатают специальные приводочные метки, которые копируются на печатные формы
таким образом, что при точном совмещении всех линий/меток для отдельных печатных красок/цветоделенных изображений эти мини-метки ложатся одна на другую или формируют определенные структуры - приводочные метки, кресты (рис. 1.4-54,б). Отклонения определяются визуально посредством лупы и далее учитываются при настройке печатной машины.

 

Автоматизированные устройства измерения приводки красок могут распознавать отклонения, количественно их оценивать и отображать для печатника на мониторе. Кроме этого, такие устройства могут передавать данные для коррекции приводки непосредственно в систему настройки печатной машины.

На рис. 1.4-55 представлен и описан подобный ручной измерительный прибор. На рис. 1.4-56 показан специальный увеличитель, содержащий передающую камеру, генерирующую растровое изображение на мониторе.

Для измерения совмещения красок непосредственно в процессе печати (in-line) используют измерительные системы, которые устанавливают как на листовых, так и на рулонных печатных машинах. Измерение ведется преимущественно по приводочным меткам, отпечатанным по периметру основного изображения. В разделе 2.1.4 об этом рассказывается подробнее.

Отклонения совмещения цветов: а растровое изображение; б приводочная метка

Ручное устройство для измерения от- клонений совмещения красок и авто- матической регулировки машины: а устройство для считывания приводочных крестов на пульте управления листовой офсетной печатной машины; б ручное устройство (электронная лупа с индикацией для регулировки приводки красок); в приводочная метка для 6 красок на печатном листе (CPC 24, Heidelberg)

Видеолупа для оценки совмещения при многокрасочной печати (MAN Roland)

Принцип измерения глянца: а рассеяние света шероховатой поверхностью; б измерение глянца при заданных углах измерения

 

1.4.4.3 Измерение глянца

Глянец поверхности может оцениваться ее отражательной способностью. Принцип измерения основывается на изменении угла рассеяния света в зависимости от структуры поверхности (зеркальном или более или менее диффузном отражении). Посредством гониофотометра можно весьма точно измерить в трехмерном пространстве направленное рассеяние света (индикатрису рассеяния, рис. 1.4-57,а). Но эта сложная измерительная техника, к сожалению, пригодна только для лабораторных исследований, а не для оценки качества оттиска в процессе печати. Приборы для измерения глянца ограничиваются измерениями отраженного света в нескольких выбранных направлениях, как показано на рис. 1.4-57,б (например, 25°, 45° и 75° при освещении образца под углом 45°).

 

1.4.5 Отделка печатной продукции

Облагораживание многих видов печатной продукции непосредственно в листовых и рулонных печатных машинах или в послепечатных процессах приобретает все большее значение. Облагораживание поверхности служит следующим целям:

  • получение оптических эффектов, особенно глянца;
  • улучшение защиты запечатанной поверхности от механических повреждений, таких как истирание и царапины;
  • обеспечение защиты запечатанного материала от проникновения жидкостей и газов;
  • оптимизация последующей послепечатной обработки.

Возрастающей тенденцией в листовом офсете является оснащение печатных машин секциями лакирования, так как нанесенный слой лака значительно повышает качество печатной продукции. Облагораживанием достигают желаемой степени глянца, которого невозможно добиться при печати одними печатными красками. Благодаря высокоглянцевому лакированию получается почти фотографическое качество изображений на оттиске. Зрительное впечатление от репродукции существенно зависит от контраста. Для ряда задач послепечатной обработки желаемый эффект достигается при использовании некоторых видов матовых лаков.

Для большинства заказов, в первую очередь, важен не столько глянец поверхностного слоя, сколько улучшение механических свойств поверхности: защита от трения и определенная устойчивость к истиранию. Такая печатная продукция, как складные картонные коробки или переплеты книг, подвергается в этом плане особенно сильным нагрузкам. Использование специальных защитных лаков, устойчивых к истиранию, позволяет повысить устойчивость поверхности продукции к механическим повреждениям.

Для повышения срока службы пищевой упаковки особенно важным является лакирование, которое повышает ее сопротивляемость воздействию влаги и жира, а также обеспечивает получение желаемой степени газопаронепроницаемости.

При изготовлении складных картонных коробок, лаки, устойчивые к трению, играют особенно важную роль. Их применение позволяет оптимизировать поведение коробок в последующих послепечатных операциях. Лакированные оттиски на выводе из печатной машины в меньшей степени обрабатываются противоотмарывающим порошком, что положительно сказывается на ускорении послепечатной обработки, а также в достижении требуемого глянца.

1.4.5.1 Облагораживание печатной продукции

Оптические эффекты/глянец
Глянец придает печатной продукции лучшее общее впечатление, привлекая к ней внимание. Высокоглянцевые оттиски выглядят более насыщенными по цвету, т.е. более красочными и одновременно несколько более темными. Цветовые эффекты глянца можно доходчивее пояснить следующим образом: глянцевый черный выглядит более темным, чем матовый черный, а глянцевый красный - интенсивнее и темнее, чем матовый красный.

Эффект глянца создается отраженным от поверхности светом, когда угол отражения основного потока совпадает с углом его падения. Глянец - это свойство поверхности материала. Отраженный поток от поверхности стекла, например, перекрывается световым потоком от находящегося за стеклом цветного изображения и таким образом зрительно увеличивает цветовой охват. Такое же влияние оказывает на внешний вид печатного оттиска глянец цветной красочной пленки или лакированного слоя.

При осмотре глянцевых печатных оттисков или упаковки положение рассматривания должно быть таково, чтобы свет, отраженный от глянцевой по верхности, не попадал в глаза. Полуматовое лакирование поверхностей, приводящее к более рассеянному отражению света, в меньшей степени связано с направлением рассматривания и менее подвержено отрицательным эффектам зеркального отражения.

В листовом офсете невозможно достичь идеально глянцевой поверхности, так как цветная красочная пленка имеет более или менее полуматовый характер. Матовую поверхность можно облагородить последующим лакированием или ламинированием.

На рис. 1.4-58 схематически представлено зеркальное и диффузное отражение, возникающее на запечатанной и лакированной поверхности.

Рассеяние света на различных поверх- ностях оттисков: а рассеяние света на зеркально-гладкой и шероховатой поверхностях; б индикатрисы рассеяния на поверхностях с различной шероховатостью; в рассеяние света на гладкой и шероховатой запечатанных бумагах, а также на лакированной поверхности печатного изображения

Защита от истирания
Качеству высококачественной продукции могут нанести значительный ущерб царапины. Чем интенсивнее цвет, запечатанный с высоким значением оптической плотности, тем заметнее они становятся. Поверхность подвергается физическим воздействиям как в процессах отделки, так и при транспортировке. Для повышения защиты участков печатного листа от истирания, помимо лаков, используют защитные пасты. Царапины на покрытии менее заметны, чем на красочном слое.

Сохраняемость
Для такой продукции, как упаковка, этикетки и плакаты, необходимы особые свойства для защиты от воздействия окружающей среды. Складные коробки, картонажные изделия, сумки и бумажные мешки часто, например, подвергаются воздействию
влажности. Все волокнистые вещества имеют склонность к поглощению влаги и, как следствие, к короблению. Лаки, которые наносятся на поверхность запечатываемого материала, замедляют проникновение в него влаги из воздуха. Однако при дли-
тельном воздействии все же теряют к ней устойчивость. Большая устойчивость к воздействию воды достигается лишь лаками, которые проникают в волокнистый материал.

Многие виды упаковки должны защищать продукт от водяных паров, предотвращать влагообмен с окружающей средой. Например, печенье не должно размягчиться при действии влаги на его упаковку. Лаки, наносимые на волокнистые материалы, часто могут увеличить на определенное время срок хранения товара, обеспечив его достаточную защиту от диффузии влаги. Но абсолютная защита от проникновения в товары паров влаги может быть обеспечена только при использовании упаковки из пленки (стекла, жести) или при ламинировании волокнистых упаковочных материалов фольгой.

Лаки служат для защиты от загрязнения изделий, чистота поверхностей которых особенно важна, например, для упаковки пищевых продуктов и бумажных скатертей. Жиры, масла и водные дисперсии проникают в волокнистые материалы, придавая им непривлекательную и пятнистую окраску. Лаками различного состава защищают в том числе гофрированный картон и бумагу. Картонную упаковку для печенья от проникновения жиров обычно защищают пленочным покрытием.

Декоративные предметы, такие как гирлянды или воздушные змеи, должны быть защищены от возможного возгорания. Бумага, покрытая специальными лаками, менее воспламеняема.

Совершенствование послепечатной обработки

Коэффициент трения поверхности запечатанных материалов играет важную роль для проводки в отделочных машинах и настройки их узлов. Например, высеченные оттиски для изготовления складных коробок истираются при перемещении их транспортирующими лентами в клеевой машине. Запечатанная поверхность имеет другое значение коэффициента трения, чем незапечатанная. Покрытие выравнивает коэффициент трения всей поверхности оттиска. Регулировку проводки лакированных запечатанных материалов в отделочных машинах значительно легче осуществить, чем проводку печатной продукции с неравномерной шероховатой поверхностью. Благодаря лакированию улучшаются условия производства продукции и повышается ее качество.

Противоотмарывающий порошок в листовой офсетной печати, способствующий отделению листов наприемном устройстве и закреплению краски, в дальнейшем приводит к загрязнению отделочных машин. Лакированные листы могут стапелироваться совсем без применения противоотмарывающего порошка или при его минимальном количестве. Большинство заказов, напечатанных офсетным способом, лакируются только для того, чтобы уменьшить расход порошка и
сократить время прохождения работ на всех стадиях послепечатной обработки.

В области гибкой упаковки можно использовать при необходимости максимально гладкие поверхности специальных пленочных материалов. Так, например, пластиковые мешки можно легко сложить в стапель. При покрытии специальными лаками поверхности бумажных листов коэффициент поверхностноготрения уменьшается настолько, что достигается хорошая способность к стапелированию.

 

1.4.5.2 Способы отделки

Лакирование
Выделяют следующие важнейшие виды лаков, в особенности для использования при печати офсетным способом:

  • водный лак (дисперсионный лак);
  • печатный лак;
  • УФ-лак.

Различные лаки подробно описаны в разделе 1.5.3.

Лак в секции лакирования печатной машины наносится валиками или с форм непосредственно, или через промежуточный цилиндр (например, лак передается с печатной формы через резинотканевое полотно на бумагу). Для дозированного нанесения лака предусмотрены системы валиков и ракелей (главным образом камерный ракель в сочетании с растровыми валиками). Примеры построения секций лакирования печатных машин (в линию и автономно) приводятся в разделе 2.1.2.7.

Нанесение лака. Лак должен наноситься непосредственно после печати, образовывая по возможности равномерную гладкую пленку на оттиске. После нанесения лака поверхность еще сырая, и необходимо некоторое время для его растекания. На впитывающих поверхностях лак после нанесения начинает проникать в поверхностный слой запечатанного материала, и глянец исчезает. Оптимальный глянец получается при обеспечении достаточного времени между печатным процессом и высыханием.

Качественные различия возникают в тех случаях, когда лак наносится на еще сырой красочный слой или на уже высохший. В глубокой и флексографской печати после каждой красочной секции расположено сушильное устройство, так что результат не зависит от того, лакируется ли материал в линию или нет. Однако в листовом офсете печатные краски сохнут в результате окислительной полимеризации и до выхода из машины еще не закрепляются окончательно. В этом случае лакируется не высохший красочный слой. Водные лаки (в противоположность печатному лаку на воде) смачивают сырой красочный слой хуже, чем высохший. Поэтому однородная глянцевая лаковая пленка самого высокого качества получается только при нанесении лака на сухой слой краски (и запечатываемый материал). Это возможно осуществить при сушке в линию (УФ-краски) или при автономном лакировании.

Печатный лак состоит в значительной степени из непигментированной офсетной краски. Лакирование может осуществляться в одной из красочных секций печатной машины или в специальных секциях, имеющих красочный ящик, раскатную систему валиков, формный и офсетный цилиндры. Качество глянца при лакировании в линию не столь высоко, так ка кпечатный лак частично смешивается с еще свежей краской. Следует иметь в виду, что лак склонен к пожелтению. Для печатной продукции с длительным сроком службы предпочтительнее водные лаки.

При нанесении водных лаков в красочных секциях используют неочувствленную, т.е. обычную гидрофильную формную пластину (например, алюминиевую поверхность). Однако качество лакирования в этом случае ниже по сравнению с достигаемым в отдельной лакировальной секции, вследствие нанесения в печатной машине более тонкого лакового слоя. Имеется также опасность высыхания лака на протяжении длинного раскатного пути на валиках, что приводит к дополнительным затратам на их чистку.

В листовом офсете можно не достичь желаемого качества лакирования нанесением только одного слоя лака. Это связано с впитывающими свойствами бумаги. Заметно повысить качество можно путем предварительного грунтования запечатываемого материала (нанесением грунтовки - праймера). Применение двойных лакировальных секций в листовом офсете проистекает из необходимости сначала наносить праймер, затем проводить промежуточную сушку и в заключение наносить лак. Двойные лакировальные секции используются для нанесения водных лаков. Лаком предварительной запечатки (праймером) заполняются капилляры бумаги. На поверхности мелованной бумаги после дующее лакирование обеспечивает получение са-
мых высоких значений глянца. Вторая область применения грунтовки охватывает УФ-лакирование. В листовом офсете

УФ-лаки могут наноситься на обычные, закрепляемые в результате окислительной полимеризации печатные краски после того, как они уже высохнут. Нанесение УФ-лака выполняется относительно без проблем. При оптимально оснащенных производственных процессах УФ-лакирование должно выполняться в линию, т.е. непосредственно после многокрасочной печати. В этом случае лак наносится на невысохшую краску, поэтому хорошие результаты лакирования достигаются только с помощью применения предварительной грунтовки, которая повышает адгезию между УФ-лаком и краской на основе масел. Высыхание краски на запечатываемом материале не подвержено влиянию наложенного слоя лака. УФ-лаки. В отличие от других видов УФ-лаки имеют то преимущество, что возможно их нанесение толстыми слоями на запечатываемую поверхность и образование однородной лаковой пленки. Эффект нанесения этих лаков соответствует практически ламинированию.
УФ-лаки в противоположность водным лакам не содержат летучих составных частей, поэтому слой высыхает равномерно. Впитывание лака бумагой настолькомало, что им можно пренебречь. Благодаря толстому слою (до 8 мкм) обеспечивается значение глянца, не достигаемое при использовании водного лака (при толщине слоя до 3 мкм).

Лаки со специальными эффектами. Применение лаков со специальными эффектами требуется не только для глянцевания. Необычный результат может быть достигнут благодаря красочному лакированию при бледном цветном фоне. Эти лаки, содержащие абсорбируемые цветные пигменты, могут также включать пигменты, отражающие свет. Имеются лаки с группой металлизированных пигментов для золотого (бронзовый пигмент), серебряного (алюминий) и других "металлических" цветов. В сочетании с водным эти лаки позволяют достичь таких высоких значений глянца, которые невозможно получить красками на основе фирнисов. С помощью перламутровых пигментов при различных способах окрашивания лакового слоя можно получить отражение света от поверхности, которое заметно отличается от обычного, на цветных оттисках.

При высоких значениях толщины слоя лака, достигаемых, например, в трафаретном способе печати, проявляется поверхностная структура изображения. Это особенно важно для создания рельефа при кодировании информации на оттиске шрифтов Брайля или формирования отличительных признаков ценных бумаг. Особый интерес вызывает применение "чеканных" тисненых структур поверхности в декоративной печати. Например, при печати обоев использование сравнительно дорогих инструментов для тиснения может быть заменено намного более дешевым способом создания рельефа путем нанесения лака. Так называемые "тисненые обои" изготавливаются с использованием специальных трафаретных красок и лаков, устройств сушки с горячим потоком воздуха. Ранее достичь подобного рельефа можно было только средствами тиснения - особыми ин-
струментами.

Выборочное лакирование. Выборочное лакирование используется для того, чтобы элементы изображения в противоположность нелакированной области были матовыми или глянцевыми, что приводит к возникновению особого цветового эффекта. При этом можно получить очень эффектные изображения, например украшений и аксессуаров, путем высокоглянцевого лакирования в матовом окружении. Фрагменты изображений при печати и лакировании должны быть точно наложены одно на другое. Несмотря на незначительный контраст наносимого полупрозрачного лака, самые малые несовмещения при печати воспринимаются как значительные дефекты. Требования к совмещению лаковых форм сравнимы с требованиями совмещения красок при офсетной печати. Совмещение изображений на формах при использовании печатного лака не вызывает проблем, так как печатный лак в офсете воспринимается формой как краска. Водные и УФ-лаки наносятся с помощью
флексографских форм, а также эластичных форм высокой печати, которые могут деформироваться при размещении их на цилиндрах секций лакирования. Формы, экспонируемые непосредственно на формном цилиндре в соответствии с типом печатной машины, повышают точность наложения лакового слоя на фрагменты изображения.

Для улучшения стабильности печати эластичные формы для лакирования наклеивают на металлический цилиндр. Акцидентная продукция лакируется по всей поверхности без пробелов. Для более быстрой обработки складных картонных коробок необходимо наличие пробелов (свободных от лака участков поверхности листа) на местах склеивания, благодаря чему нагреваемый до определенной температуры клей быстрее проникает в волокнистый материал. Данное условие выполняется путем сохранения пробелов на форме в виде вырезов (например, на офсетном полотне, флексографской форме).

Ароматизированные лаки. Дополнительно к визуальному восприятию информации, передаваемой лакированной многокрасочной печатной продукцией, используют и способы передачи информации посредством обоняния. Для этого в лак добавляют микрокапсулированные частицы ароматических веществ. Эти ароматические вещества активируются при трении или касании мест расположения данных частиц на поверхности, в результате чего распространяется запах.

Горячее каландрирование лаков. Все виды лаков, за исключением УФ-лаков, наносятся ограниченной толщиной от 5 до 8 мкм и поэтому никогда не достигают значения глянца и степени защиты, характерных для продукции, ламинированной пленкой (толщинадо 200 мкм). Ламинирование печатной продукции пленкой ограничивает возможность вторичной обработки и повышает стоимость изготовления. Горячее каландрирование позволяет получить гладкую по верхность, которая немногим отличается от ламинированной пленки. Лак (термопласты) подается между двумя нагретыми полированными каландрами (валами) и разравнивается. Он образует значительно более тонкую качественную пленку по сравнению с получаемой ламинированием. Несмотря на все качественные преимущества, горячее каландрирование можно применять только в некоторых случаях, так как оно является дополнительным отделочным процессом. Стоимость печатной продукции, обработанной каландрированием, значительно выше изготавливаемой при лакировании в процессе печати. Ламинирование пленкой

Ламинирование пленкой позволяет получить самые высокие показатели глянца и защищенности продукции. При необходимости ламинируют пленкой, имеющей структуру поверхности, для получения особых эффектов. Ламинирование пленкой не зависит от способа печати. Нет также необходимости в согласовании цвета пленки и отделываемого материала, как это требуется при лакировании. Ламинирующие материалы наряду с поверхностным облагораживанием придают новые свойства продукции. Так, при упаковке напитков и жидкостей при ламинировании достигают упрочения картона в сочетании со способностью пленки не пропускать влагу или запахи.

Тиснение
Тиснение считают необходимым и эффектным видом облагораживания. Эффект тиснения достигается деформацией материала посредством рельефного клише. Его можно сочетать с нанесением фольги. Измененный рельеф поверхности обеспечивает иное отражение лучей света от структуры тисненного изображения.

В листовой печати изготовление клише для тиснения связано с большими издержками. В рулонной ротационной печати оно также дорого по стоимости. Использовать эту технологию следует только для высокотиражной, регулярно повторяемой продукции (например, обоев, упаковки для сигарет и др.). Горячее тиснение фольгой. Зеркально-гладкие элементы поверхности металлов и материалов цвета золота, серебра, меди, алюминия наносятся путем тиснения горячей фольгой запечатанного материала. Такая фольга состоит из окрашенного слоя и слоя термоклея  (адгезионного слоя). Клише (форма высокой печати) может "передавать" изображение под давлением и при высокой температуре. В качестве устройств для
тиснения могут использоваться тигельные печатные машины и машины высокой печати.

Горячее тиснение фольгой применимо для разнообразной листовой продукции, такой, как упаковка для косметики, кондитерских изделий и напитков, а также для переплетов книг. В узкорулонных флексографских машинах тиснение выполняется главным образом ротационным путем в линию. Голограммы переносятся подобным же образом на печатную продукцию в машинах путем горячего тиснения фольгой. После тиснения их затем покрывают слоем лака. Голографическая фольга, как, например, золотая, переносится с повторяющимся рисунком на материал с помощью специального оборудования.

 
 
 
 
 
студия графического дизайна
Студия Графического Дизайна GRD.su
Москва, ул. Гостиничная д. 9
E-mail: grdsu@mail.ru
контакты студии и курсов дизайна в москве +7 916-747-0837
   
 
 
created in graphic design
studio
графический дизайн, верстка, допечатная подготовка каталогов, буклетов, листовок, рекламных материалов