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?

Рисунок 4.14 - Модель восприятия и колориметрического описания цветов

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 противоположность физически точному воспроизведению в редакциях газет и журналов часто преследуют 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 фотоагентствами диапозитивы часто имеют значительно больший цветовой охват, чем это обеспечивает используемый способ печати. Отсюда следует необходимость в компромиссе, который должен быть найден в преобразовании изобразительной информации на оттиске (рис. 4.16).

Оператор сканера решает (при необходимости после переговоров с заказчиком), где находятся участки с сюжетно важной изобразительной информацией (например, рисунок), воспроизведением чего можно пренебречь, 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.

Рисунок 4.15 - Видимый диапазон спектра электромагнитных волн

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 дизай-нерских 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. 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, большое 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 существенным фактором, определяющим аксимально воспроизводимый интервал плотностей, и поэтому также влияет на цветовой контраст. Обычный интервал плотностей для немелованных бумаг при наложении основных красок оставляет около 1,5 ед., а для мелованных – около 2,0 ед.

На рис. 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.

Рисунок 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 высокока-ественной 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. 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 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.

Рисунок 4.17 - Измерение оптической плотности слоя краски с помощью денситометрии (принцип измерения)

Рисунок 4.18 - 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)

Цветоделение

Цветоделение, необходимое для получения цветного изображения, 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. 4.18,а это показано на примере трехкрасочного оттиска. На рис. 4.19 представлены цветоделенные изображения и последовательное наложение красок при печати на четырехкрасочной офсетной машине.

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. действовать 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, здесь не учитываются).

Рисунок 4.19 - Цветоделенные изображения и последовательное наложение красок репродукции (в четырехкрасочной офсетной печати)

Более того, П-образные спектральные кривые всех трех красок должны идеальным образом примыкать друг к другу. Далее, участки переходов П-образных кривых необходимо выбирать таким образом, чтобы 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. 4.20. Основные краски, отвечающие перечисленным требованиям, называют также идеальными или оптимальными красками.

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. 4.21). В противоположность рис. 4.16 здесь имеет место отображение не в x,y-си-стеме, а в u’,v’-системе.

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 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 нейтральный серый цвет. Следовательно, максимально возможное количество черной краски на цветоделенном изображении можно рассчитать по наибольшему количеству основных красок. 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.

Рисунок 4.20 - Спектральные распределения (относительное отражение) для «идеальных» красок

Рисунок 4.21 - Координаты цветности основных цветов (идеальных красок согласно рис. 1.4-20) и цветов, полученных при их субтрактивном смешении («идеальная многокрасочная печать»)

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. 4.22 показаны характерные спектральные кривые реальных основных красок многокрасочного полиграфического синтеза вместе с П-образными профилями идеальных красок. Можно видеть, что реальные основные краски отражают 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. 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-серого цвета 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. 4.42). Конечно, эти данные нельзя непосредственно переносить на другие триады и способы печати, что было бы возможно при использовании идеальных красок.

Рисунок 4.22 - Спектральное распределение (коэффициент спектрального отражения) печатных красок многокрасочной печати

Оптимальное использование основных (триадных) красок обобщенно должно удовлетворять следующим требованиям:

• 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, 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. 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. 4.23) можно установить, что градационные характеристики по основным и двойным наложениям на a*,b*-диаграмме изменяются не линейно.

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.

Рисунок 4.23 - 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 система цветопробы Thermotransfer Proof System «Rainbow», Imation)

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) создавали порошковые тонеры или переводную цветную 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, 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. 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 изпод черной;

• UCA – ахроматические тона печатаются с добавлением цветной краски.

Эти процессы будут описаны ниже в примерах хроматических композиций (на рис. 4.24 приведены условные для наглядности примеры, не претендующие на метрологическую точность).

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. 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. 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.