18.1. Синтез цвета при полиграфическом воспроизведении

В главах 1—14 были изложены общие закономерности воспроизведения цветного объекта в цветной фотографии, кинематографии и полиграфии.

В то же время градационная и синтетическая стадии про­цесса воспроизведения цветного оригинала средствами по­лиграфии имеет характерные особенности.

Синтез цвета в полиграфии осложняется двумя явления­ми. Первое из них состоит в том, что совмещение растровых изображений может привести к появлению периодического узора, называемого муаром. Если контраст и период муара велики, качество репродукции заметно ухудшается.

Второе явление заключается в том, что образование цве­тов при полиграфическом воспроизведении подчиняется за­кономерностям не только субтрактивного, но одновременно и аддитивного синтеза. Такой субтрактивно-аддитивный син­тез более сложен, чем способы получения цветов, рассмо­тренные выше. Он называется ав тотипным.

16.1.1. Муар

Растровые элементы изображений, образованных раз­ными красками, при синтезе накладываются друг на друга по-разному. Причины этого — сложность приводки (сов­мещение изображений при печатании), неточность установ-

Рис.' 16.1. Муар, возникающий в результате наложения линейных

структур при разных углах а:

а — угол равен 5°; б — угол 15°; в — угол 30°

ки растра, деформация фотографической пленки, печатной формы, бумаги и т. д. При этом направления растровых ли­ний в изображениях, печатаемых разными красками, не вполне совпадают. Это ведет к возникновению вторичной структуры на растровом изображении, называемой муа­ром.

Проследим явление сначала на линейной структуре. На рис. 16.1 показаны две системы параллельных линий, наложенных друг на друга под некоторыми углами. Если

эти углы малы, то поперек линий возникают периодически повторяющиеся темные и светлые полосы. Это — одна из разновидностей муара. Причина его возникновения понят­на из рис. 16.2, где в увеличенном виде показан результат несовмещения двух линейных растров, угол между линия­ми которых равен а. Отрезками АА и ВВ ограничена часть системы, которая воспринимается как светлая полоса, по­тому что просветы между линиями велики. Между отрезками ВВ и СС, наобо­рот, находится часть систе­мы, в которой просветы ме­жду пересекающимися ли-ниями растров малы. Поэтому соответствующий участок воспринимается как темная полоса. Когда ширина линий пересекаю­щихся растров одинакова, полосы муара перпендику­лярны биссектрисе угла а. Количественно муар описывается двумя харак­теристиками — периодом Т_м и контрастом R_м.

Рис. 16.2. Наложение двух линей­ных растров

Периодом муара Т_м называется расстояние между осевыми линиями светлых (или темных) полос. Вы­числим его значение в зависимости от периода Т_р линей­ного растра и угла а между линиями двух линейных раст­ров, когда ширина растровых линий одинакова (рис. 16.2). Из выделенного на рисунке прямоугольного треугольника, диагональ которого равна периоду Т_М, а один из катетов — полупериоду (1/2) T_р следует:

или

(16.1)

Подставив в формулу (16.1) значение Т_р, можно опреде­лить период муара для разных углов а. На рис. 16.3 показан результат расчета, сделанного в предположении, что ширина d линии растра, равная для обычных растров полупериоду: d = T/2 = 0,1 мм. При изменении T_р график смещается соответствующим образом вверх или вниз, не меняя формы. Поэтому результат расчета имеет общее значение. Из рис. 16.3 и формулы (16.1) видна периодичность му­ара. При а = 0, т. е. при строгом совмещении линий обоих растров, период бесконечен. Это означает, что муара нет: его полосы удалены друг от друга на бесконечно большое расстояние. При небольшом несовмещении линий, когда

Рис. 16.3. Зависимость между периодом муара и углом а для ли­нейных структур

угол а мал, период конечен и его численное значение ве­лико. Отсюда следует, что муар, возникающий при недо­статочно полном совмещении частичных растровых изобра­жений, особенно заметен. С увеличением угла а период уменьшается, и при а = 90° он принимает минимальное зна­чение: Т_м = d/0,7 = 1,4T_р, т. е. становится равным диаго­нали квадрата, образованного пересечением растровых ли­ний. В этом случае муаровые фигуры практически не вос­принимаются глазом. Из рис. 16.3 видно, что углу 90° со­ответствует минимальное значение периода. Обе половины графиков, показанных на рисунке, симметричны: с увеличе­нием угла а более чем на 90° наблюдается та же картина муарообразования, но в обратном порядке: при дальней­шем увеличении угла муар возрастает.

При повороте линий растров на углы большие 180° пе­риод муара изменяется так же, как и для углов в интервале от 0 до 180°, что выражается второй кривой Т_м = f (α) (рис. 16.3). Муар, образованный линиями двух растровых структур, называется поэтому двухкратным.

До сих нор рассматривался муар, образованный систе­мами параллельных линий. Однако на практике оказы­вает помехи муар, возникающий при совмещении растро­вых изображений, полученных за обычными перекрестными растрами. В этом случае характер муара внешне изменяет­ся (рис. 16.4). Однако смысл явления остается прежним: при наложении растровых элементов образуется вторичная,

Рис. 16.4. Муар, возникающий при наложении обычных растро­вых изображений: а — розеточнын; б — квадратный

периодически повторяющаяся структура. Типичные муа­ровые фигуры, образуемые в этом случае, показаны на рис. 16.4.

Изображения, полученные за линейными растрами, име­ют одно направление линий, а полученные за перекрестны­ми — два. Поэтому рисунок муара для перекрестных раст­ровых изображений начинает повторяться при углах вдвое меньших, чем для линейных. Иначе, период муара для пере­крестных растров вдвое меньше, чем для линейных (рис. 16.5). Из рисунка видно, что муар, образованный при несовмещении растровых изображений, полученных за перекрестным растром, — четырехкратный.

Муар, образованный в результате наложения линейных структур (рис. 16.1), называется линейным. При нало­жении структур, полученных за перекрестными растрами («точечных изображений»), могут возникнуть два типа муа­ра: р о з е т о ч н ы и (розетка — от французского roset- t_e — розочка—фигура орнамента, имеющая вид стилизован­ного цветка) (рис. 16.4, а) и к в а д р а т н ы и (рис. 16.4, б). Розеточный образуется при больших углах между направле­ниями линий растра, квадратный — при малых углах. Поскольку один тип муара переходит в другой плавно, углы точно указать нельзя.

На обычных растровых оттисках муар возникает из-за того, что растровые элементы на некоторых участках изо­бражения накладываются друг на друга в большей или меньшей степени, а на других располагаются рядом. Уча

Рис. 16.5. Зависимость между периодом муара и углом а для обыч­ных растровых изображений

стки наложений оказываются более светлыми, чем те, где элементы лежат рядом. Отсюда вытекает понятие конт­раста муара k_M . Это разность максимальной и мини­мальной интегральных плотностей на данном поле, возни­кающая вследствие муара:

Контраст муара, наряду с его периодом, определяет степень влияния явления на качество изображения. Чем больше период и контраст муара, тем хуже качество ре­продукции.

Характеристика k_M зависит от светлоты накладываемых красок, их числа, а также условий их наложения. Наи­большее значение контраст муара имеет в полутонах изо­бражения, т. е. в области средних светлот. В светах и тенях он заметно снижается.

Исходя из формулы Шеберстова—Муррея—Девиса мож­но найти зависимости, связывающие контраст муара с пло­щадями растровых элементов. Т. С. Плясунова получила их для муара, образованного двумя изображениями Для случая, когда суммарная площадь S₁ + S₂, занимаемая эле­ментами, меньше растровой единицы, контраст равен

Если же суммарная площадь S₁ + S₂ больше растровой единицы, то формула приобретает вид

где S₁ и S₂₂ — относительные площади растровых элемен­тов изображений; р₁, р₂— коэффициенты отражения красок

и их наложений; р_б — коэф­фициент отражения бумаги. Зависимости (16.2) и (16.3), как и лежащее в их основе уравнение, носят идеализированный харак­тер, однако принцип явле­ния они выражают доста­точно ясно.

По данным того же ав­тора, экспериментально по­лученные графики функций (16.2) и (16.3) имеют вид, показанный на рис. 16.6. На рисунке приведены за­висимости контраста муара к_м от площадей S₁ элемен­тов, занимаемых одной из

Рис. 16.6. Зависимость контраста муара от площадей растровых элементов (по Т. С. Плясуновой):

/-S₂=10%; 2-Sj=25%; 3-S₂ = 40%; 4 — 5₂ = 50%; 5 — S₂=65%

красок. При этом площадь 5 элементов, оттиснутых другой краской, остается постоянной. На рисунке представлено семейство кривых, где параметром служит площадь S₂.

Из графиков видно, что к_м имеет максимум в средних яркостях репродукции (S₁ = S₂ = 50 %), возрастая как с уменьшением, так и с увеличением площадей S₂ растро­вых элементов.

При наложении трех и четырех изображений характер зависимости в общем сохраняется.

Возможны два пути снижения влияния муара на каче­ство цветной репродукции. Первый из них состоит в уста­новке такого угла между изображениями, который обеспе­чил бы период муара, превышающий формат изображения. Тогда при использовании этого или меньшего угла рисунок муара «уходит» за пределы репродукции. Определим этот угол. Обозначив сторону репродукции х, получим значение периода Т_м = 2х. Рассчитаем угол α/2 для репродукции, сторона которой х — 30 см. Приняв линиатуру l = 54 см-¹, найдем T_р ≈ 0,02 см. Тогда по формуле (16.1) получим 60 = 0,1/ 2sin(α/2) или sin α ≈ 0,0008, что соответствует углу α/2, близкому к 3 минутам. Установка растра с та­кой точностью невозможна, и поэтому рассмотренный путь неприменим.

Рис. 16.7. Схемы расположения растровых линий при получении цветоделенных изображений:

а — трехкрасочных; б — четырехкрасочных, первый вариант? в — четырехкра­сочных, второй вариант

Другой путь ясен из рис. 16.5. В зависимости от угла между изображениями период муара имеет минимум, вблизи которого эта величина мало критична. Этот минимум для двухкрасочного муара соответствует 45°. Следователь­но, если два обычных растровых изображения сложить под углом 45°, то муар получится минимальным. Этот принцип минимизации муара применим и к трех- и четырехкрасоч­ным муарам. На рис. 16.7 даны схемы расположения углов между растровыми линиями на трех-и четырехкрасочных ре­продукциях, применяемые на практике. В случае трехкрасоч­ных репродукций при получении цветоделенных растровых негативов растры устанавливают так, чтобы направления их линий различались каждый раз на 30°. Это достигается при­менением круглого растра, который после каждого цветоде-лительного экспонирования поворачивают на соответствую­щий угол.

При получении четырехкрасочных репродукций возмож­ны два варианта поворотов растра. В первом из них углы между линиями растра при переходе от одного негатива к другому изменяются на 22°30' (рис. 16.7, б). Во втором слу­чае углы разные: при получении желтого негатива линии растра устанавливают вертикально, при получении голубо­го растр поворачивают на 15°, а затем каждый раз на 30°. Первый вариант предпочтительнее, потому что второй по невыясненным пока причинам в некоторых случаях не гарантирует защиты отмуа­рообразования: велика ве­роятность возникновения квадратного муара.

Уменьшение муара обес­печивается соблюдением оптимальных углов пово­рота растра и повышением его линиатуры.

Муар не только ухудша­ет внешний вид репродук­ции, но и влияет на резуль­тат синтеза ее цветов. Не­точность совмещения рас­тровых структур, вызываю­щая образование муара, приводит к тому, что раст­ровые элементы на некото­рых участках изображения не накладываются друг на друга, на других наклады­ваются частично, на треть­их совмещаются полностью. Характер же синтеза (см. раздел 16.1.2) зависит от степени совмещения эле­ментов. В связи с этим цвета репродукции оказываются связанными не только с количеством красок, но и с взаимным расположением эле­ментов.

Зависимости относительных площадей красочных нало­жений от относительных площадей растровых элементов показаны на рис. 16.8. Из рисунка видно, что с увеличением растровых площадей на печатной форме площади одинарных наложений имеют максимум при 50 %-ных и равны нулю при нулевых и 100 %-ных площадях растровых элементов на форме. Суммы площадей бинарных (т. е. двойных) нало­жений и одинарных оказываются меньшими площади общей запечатки и связаны с ней нелинейно.

Рис, 16.8. Графики зависимости площадей красочных наложе­ний от относительных площа­дей растровых элементов (по В. В. Лихачеву): / — для бинарного наложения; 2 — для одинарного наложения; 3 — для пробелов; 4 — для общей запе-чаткн