Анализ оптического растискивания и технологий растрирования как основа дипломной работы по полиграфии

В современной полиграфии задача достижения точного соответствия цвета на оттиске и в цифровом макете остается одной из самых сложных. Процесс цветовоспроизведения осложняется фундаментальными различиями в принципах формирования цвета (аддитивный синтез на экране и субтрактивный на бумаге), субъективностью человеческого восприятия и физико-химическими свойствами используемых материалов. Для стандартизации этого сложного процесса был разработан международный стандарт, такой как ISO 12647-2:2013, который регламентирует параметры печати. Одной из ключевых и неизбежных проблем, напрямую влияющих на конечное качество, является явление растискивания (dot gain) — неконтролируемое увеличение площади растровых точек, приводящее к искажению тонов, потере контраста и чистоты цвета. Цель данной работы — систематизировать знания о феномене растискивания, проанализировать его физическую природу, рассмотреть методы контроля и сравнить современные технологии растрирования как основной инструмент управления качеством печатного изображения.

Глава 1. Теоретические основы процесса растискивания в полиграфической печати

1.1. Определение и физическая природа явления растискивания

Под термином растискивание в полиграфии понимают физическое явление, при котором площадь печатного элемента (чаще всего, растровой точки) на финальном оттиске оказывается больше, чем его площадь на печатной форме или в исходном цифровом файле. Это неизбежный эффект, присущий большинству видов традиционной печати, который оказывает прямое влияние на визуальное восприятие изображения. Увеличение размера точек ведет к потемнению полутонов, что, в свою очередь, становится причиной заметного искажения тонального баланса, снижения общего контраста изображения и потери чистоты и насыщенности отдельных цветов.

Несмотря на то что растискивание воспринимается как единый процесс, его природа двойственна. Оно состоит из двух фундаментальных составляющих, которые необходимо рассматривать отдельно:

1. Механическое растискивание — прямое физическое увеличение точки.
2. Оптическое растискивание — зрительный эффект, связанный с взаимодействием света и материалов.

Понимание этих двух компонентов является ключом к эффективному контролю и компенсации их суммарного влияния на качество печати.

1.2. Механическое растискивание и факторы, на него влияющие

Механическое растискивание является результатом прямого физического взаимодействия краски, бумаги и печатного оборудования. Его природа заключается в деформации и растекании краски под давлением печатного вала, а также в ее капиллярном впитывании в волокнистую структуру бумажного листа. Краска, переносимая с печатной формы, не просто ложится на поверхность, а проникает в поры бумаги и немного расплывается по ее волокнам, увеличивая фактическую площадь печатного элемента. Величина этого эффекта не является постоянной и зависит от целого комплекса взаимосвязанных факторов.

Ключевые факторы, влияющие на механическое растискивание:

• Свойства бумаги: Пористость и впитывающая способность материала играют решающую роль. Немелованные бумаги с высокой пористостью способствуют большему растеканию краски. Гладкость и наличие мелованного слоя, наоборот, ограничивают этот эффект.
• Свойства краски: Вязкость и текучесть краски напрямую определяют ее поведение при контакте с бумагой. Менее вязкие краски более склонны к растеканию.
• Параметры печатного процесса: Давление между печатным и формным цилиндрами, скорость работы печатной машины и баланс «краска-вода» в офсетной печати оказывают существенное влияние. Чрезмерное давление, например, буквально «выдавливает» краску за пределы точки.

Таким образом, механическое растискивание — это комплексный физический процесс, управление которым требует тщательной калибровки оборудования и грамотного подбора расходных материалов.

1.3. Природа и специфика оптического растискивания

В отличие от механического, оптическое растискивание — это не физическое увеличение размера точки, а сложный зрительный эффект. Его возникновение обусловлено физикой взаимодействия света с материалами — бумажной подложкой и нанесенным на нее слоем краски. Когда свет падает на оттиск, часть его поглощается и отражается от поверхности растровой точки, а часть попадает на бумагу рядом с ней. Проникая в толщу бумаги, свет многократно рассеивается ее волокнами и частично выходит наружу, в том числе и из-под краев печатного элемента.

Этот процесс рассеивания света, известный как эффект Юла-Нильсена, приводит к тому, что граница между запечатанной и незапечатанной областями становится менее резкой. Человеческий глаз и измерительные приборы (денситометры) воспринимают эту зону рассеянного света как часть печатного элемента. В результате точка кажется визуально крупнее, чем ее реальный геометрический размер. Этот эффект особенно заметен на полупрозрачных и матовых бумагах, где свет способен проникать глубже и рассеиваться активнее. Оптическая составляющая вносит значительный вклад в общее растискивание и является неотъемлемой частью процесса формирования изображения на непрозрачных носителях.

1.4. Денситометрический контроль и формула Мюррея-Девиса для оценки растискивания

Для управления любым технологическим процессом необходимо уметь его измерять. В полиграфии основным инструментом для количественной оценки растискивания служит денситометрический контроль. Он основан на измерении оптической плотности — величины, показывающей степень поглощения света запечатанной поверхностью и, соответственно, характеризующей толщину красочного слоя. Измерение производится с помощью специального прибора — денситометра.

Математической основой для вычисления растискивания по денситометрическим данным является формула Мюррея-Девиса. Логика этого метода заключается в сравнении оптических плотностей двух участков на оттиске:

1. Сплошного поля, запечатанного 100% краски (плашки).
2. Растрового поля с номинальной относительной площадью точек (например, 50%).

Формула вычисляет эффективную (визуально воспринимаемую) относительную площадь растровых точек на оттиске, исходя из предположения, что оптическая плотность растрового поля пропорциональна доле запечатанной площади. Разница между полученным значением и номинальным значением из файла и есть величина растискивания (dot gain), выраженная в процентах.

Этот метод является отраслевым стандартом благодаря своей простоте и воспроизводимости. Он позволяет оперативно контролировать печатный процесс и строить компенсационные кривые. Однако стоит отметить, что формула Мюррея-Девиса не лишена ограничений и дает наиболее точные результаты для традиционных АМ-растров, тогда как для стохастических растров ее применение может быть менее корректным.

Глава 2. Технологии растрирования как инструмент управления качеством печати

2.1. Амплитудно-модулированное (АМ) растрирование. Его принципы, преимущества и недостатки

Амплитудно-модулированное (АМ) растрирование — это классическая и наиболее распространенная технология воспроизведения полутоновых изображений. Ее основной принцип заключается в изменении размера (амплитуды) растровых точек при их строгом, упорядоченном расположении на регулярной сетке. Темные участки изображения формируются крупными точками, а светлые — мелкими. Расстояние между центрами точек при этом остается постоянным.

Ключевыми параметрами АМ-растра являются:

• Линиатура (lpi — lines per inch): плотность или частота расположения точек на сетке. Чем выше линиатура, тем мельче детали можно воспроизвести, но тем сложнее печатный процесс.
• Угол поворота растра: для многокрасочной печати растровые сетки для каждой краски поворачиваются на определенный угол (например, 0°, 15°, 45°, 75°) во избежание интерференции.
• Форма растровой точки: может быть круглой, эллиптической, квадратной, ромбовидной, что влияет на плавность тоновых переходов.

Главным недостатком АМ-растрирования является проблема интерференции растровых сеток. При их наложении возникает паразитный узор — муар. Хотя правильные углы поворота минимизируют его заметность, они приводят к появлению другого артефакта — так называемой «розетки», регулярной структуры из точек разных красок. Именно для АМ-растров проблема компенсации растискивания стоит особенно остро, так как увеличение точек на регулярной сетке быстро приводит к потере деталей в тенях и искажению тона.

2.2. Частотно-модулированное (FM) растрирование. Суть стохастического подхода к формированию изображения

Частотно-модулированное (FM) или стохастическое растрирование предлагает принципиально иной подход к формированию полутонов. В отличие от АМ-метода, здесь размер растровых точек является постоянным и, как правило, минимально возможным для данной печатной технологии. А передача тональности достигается за счет изменения частоты (густоты) расположения этих точек: в темных областях они располагаются плотно, а в светлых — редко. Их размещение на листе носит псевдослучайный, хаотичный характер, что и дало технологии название «стохастическая».

Этот подход предлагает ряд весомых преимуществ:

• Полное отсутствие муара и розеточной структуры, так как нет регулярных сеток, способных интерферировать друг с другом.
• Высочайшая степень детализации и возможность точной передачи тонких текстур, сравнимая с качеством фотографии.
• Более плавные и естественные тоновые переходы, без резких скачков в средних тонах.

Однако у FM-растрирования есть и существенные недостатки. Оно предъявляет повышенные требования к стабильности всего печатного процесса. Малейшие колебания в подаче краски, качестве форм или давлении могут привести к появлению «зерна» или пятнистости на плашках и плавных градиентах. Из-за малого размера точек они более подвержены влиянию растискивания, что требует очень точной калибровки оборудования.

2.3. Гибридные технологии растрирования как способ объединить преимущества AM и FM методов

Поскольку и классическое АМ-, и стохастическое FM-растрирование обладают как сильными сторонами, так и серьезными ограничениями, логичным шагом в эволюции полиграфических технологий стало создание гибридных систем. Гибридное растрирование — это технология, которая стремится объединить лучшие качества обоих подходов, чтобы минимизировать их недостатки.

Логика гибридного метода заключается в избирательном применении разных типов растра к разным участкам тонового диапазона в рамках одного изображения. Типичная схема выглядит следующим образом:

• В светах (1-10%) и глубоких тенях (90-99%), где АМ-растры склонны к обрыву тона (исчезновение самых мелких точек или их слияние в сплошную плашку), применяется стохастический (FM) принцип. Это позволяет сохранить мельчайшие детали и обеспечить плавный переход к белому и черному.
• В средних тонах (10-90%), где АМ-растры обеспечивают максимальную стабильность и гладкость, используется регулярная структура. Это предотвращает появление «зерна», свойственного FM-растрам на однородных заливках.

Такой синтез позволяет добиваться высочайшей детализации, близкой к FM-печати, но при этом сохранять стабильность и предсказуемость печатного процесса, характерные для АМ-технологии. Гибридные растры позволяют безопасно использовать очень высокие линиатуры (например, 240 lpi и выше) без риска появления артефактов, что делает их мощным инструментом для высококачественной печати.

2.4. Практические аспекты компенсации растискивания на этапе допечатной подготовки

Осознание теоретических основ растискивания и выбор оптимальной технологии растрирования должны подкрепляться практическими действиями по калибровке оборудования. Ключевой этап управления этим явлением — это его компенсация, которая в подавляющем большинстве случаев производится на этапе допечатной подготовки. Этот процесс реализуется с помощью программного обеспечения растрирующего процессора (RIP — Raster Image Processor).

Процедура строится на основе данных, полученных с тестовых оттисков. Сначала печатается специальная тестовая шкала, содержащая растровые поля с разной номинальной плотностью (от 0% до 100%). Затем эти поля измеряются с помощью денситометра или спектрофотометра, и для каждого значения вычисляется реальное растискивание. На основе этих измерений строится так называемая компенсационная кривая. Эта кривая вносится в настройки RIP, и процессор начинает работать с упреждением: он автоматически изменяет размеры растровых точек в цифровом файле. Например, если для получения 50% тона на оттиске нужно задать в файле 44%, RIP выполнит эту коррекцию. Таким образом, он заранее уменьшает точки ровно на ту величину, на которую они, предположительно, увеличатся (растиснутся) в процессе печати, обеспечивая соответствие итогового результата целевым значениям стандарта.

Заключение. Синтез выводов и перспективы развития

Проведенное исследование подтверждает, что управление растискиванием является критически важной задачей для обеспечения высокого качества современного полиграфического производства. Работа показала, что это явление имеет дуальную природу, складываясь из механической компоненты (физическое растекание краски) и оптической (эффект рассеивания света в подложке). Для его количественной оценки стандартом де-факто является денситометрический контроль с использованием формулы Мюррея-Девиса.

Анализ технологий растрирования выявил их ключевые различия. Классическое АМ-растрирование обеспечивает стабильность, но ограничено артефактами муара и розетки. Стохастическое FM-растрирование дает высочайшую детализацию без муара, но требует исключительной стабильности печатного процесса. Гибридные технологии успешно решают эту дилемму, объединяя преимущества обоих методов и являясь сегодня одним из самых передовых инструментов. Главный вывод работы заключается в том, что осознанный выбор технологии растрирования и ее точная калибровка через построение компенсационных кривых являются не просто опцией, а фундаментальной основой управляемого и предсказуемого процесса цветовоспроизведения.

В качестве перспективы дальнейшего развития следует отметить смещение акцента с денситометрических методов контроля на более точные колориметрические, которые оценивают не просто плотность краски, а непосредственно цвет. Интеграция таких методов в системы управления печатью позволит еще точнее контролировать и компенсировать растискивание, максимально приближая результат на оттиске к эталону.

Список использованной литературы

1. Борисенко Е.А., Виноградов Е.Л. Оценка качества полиграфических продуктов: измерение параметров увеличения тона оттисков методом рефлектометрии // Научно-технические ведомости Cанкт-Петербургского государственного политехнического университета. 2013. N 3(178). C. 287-293.
2. Гемайнхард Ю. Коррекция градационной передачи в растровом процессоре CtP // PrintCom Russia. 2009. N7/8.
3. Гудилин Д. Гибридные растры, или «Мичуринские» опыты в полиграфии // КомпьюАрт. 2005. N 4 [Электронный ресурс] // http://www.compuart.ru/article.aspx?id=8704&iid=357 (дата обращения: 02.04.2016).
4. Домасев М.В., Гнатюк. С.П. Цвет, управление цветом, цветовые расчеты и измерения. СПб.: Питер, 2009. – 224 с.
5. Кузнецов Ю.В., Узилевский В.А. Электронное растрирование в полиграфии. М.: Книга, 1976. — 144 с.
6. Кузнецов Ю.В. Технология обработки изобразительной информации. СПб.: Изд-во «Петербургский ин-т печати», 2002. – 312 с.
7. Кузнецов Ю.В. Электронный гравер. Прорабатываем детали. Новый способ растрирования // Курсив. 2005. N 3.
8. Непривычное растрирование, или шаг к повышению качества печати // ФОРМАТ. 2005. N 9 [Электронный ресурс] // http://www.kursiv.ru/kursivnew/format_magazine/archive/14/8.php (дата обращения: 02.04.2016).
9. Самарин Ю.Н. Точка, точка… и еще раз точка // КомпьюАрт. 2011. N 10 [Электронный ресурс] // http://www.compuart.ru/article.aspx?id=22555&iid=1035 (дата обращения: 02.04.2016).
10. Стефанов С. Аддитивный и субтрактивный синтез цвета // Полиграфист и Издатель. 2002. N 8. С. 24 26.
11. Филин В.Н. Растрирование для флексографии и других способов печати // Флексо Плюс. 2000. N4 (16) [Электронный ресурс] // http://www.flexoplus.ru/archive/index.html (дата обращения: 02.04.2016).
12. Щеголев И.В. Растискивание: что с ним делать. И нужно ли? // ФОРМАТ. 2005. N 5 [Электронный ресурс] // http://www.kursiv.ru/kursivnew/format_magazine/archive/10/6.php (дата обращения: 02.04.2016).
13. ГОСТ Р ИСО 12647-1-2009. Технология полиграфии. Контроль процесса изготовления цифровых файлов, растровых цветоделений, пробных и тиражных оттисков.
14. Happel K., Walter M., Urban P., Dorsam E. Measuring Anisotropic Light Scatter within Graphic Arts Papers For Modeling Optical Dot Gain // 18th Color Imaging Conference Final Program and Proceedings. 2010. P. 347-352
15. Lawler B.P. Know thy enemy: understanding dot gain and its effects // imaging-resource [Электронный ресурс] // https://www.imaging-resource.com/TIPS/LAWLER/DOTGAIN.PDF (дата обращения: 02.04.2016).
16. ISO 12647:2013 Graphic technology Process control for the production of half-tone colour separations, proof and production prints.