Автор Анна Евкова
Преподаватель который помогает студентам и школьникам в учёбе.

Методы растрирования

Содержание:

Введение

Растрирование — одно из ключевых понятий в полиграфии. Понимание механизмов растровых процессов делает дизайнера не просто профессионалом в своем деле, но и дает дополнительную возможность креативного использования этих знаний. Автор, хорошо сознающий возможности того или иного способа полиграфического воспроизведения сможет использовать преимущества, избежать «тонких» моментов и просто грамотно подготовить свою работу для получения максимально качественного результата.

Одним из камней преткновения для многих начинающих дизайнеров становится та путаница, которая поселилась в полиграфической терминологии нашей страны с началом эпохи компьютерной подготовки изображений к печати. Сумятицу внесли два однокоренных термина: растеризация и растрирование, пришедшие в нашу полиграфию в разное время из разных стран. Оба они означают процессы преобразования изображения, но весьма различные по сути.

Растеризация (комп. Rasterization) — процесс преобразования изображения с непрерывным (или условно непрерывным) тоном в дискретное тоновое изображение, состоящее из пикселов, обладающих множеством дискретных значений тона. Другими словами, уровни непрерывного тона преобразуются в пикселы того же уровня тона. Штриховое изображение будет преобразовано в совокупность чёрных и белых пикселов. Такие цифровые изображения называют однобитными, так как каждый пиксел описан только одним битом информации. Полутоновое изображение преобразуется в совокупность пикселов разных тонов. Для подготовки изображений к печати используются 8-битовые изображения. Один пиксел такого изображение может иметь от 0 до 255 различных значений тонов. Но в пространстве экрана могут использоваться и 16-битные и 32-битные изображения. Растеризация имеет место в процессах сканирования, преобразования векторных изображений и печати штриховых изображений. Термин «растеризация» можно встретить в меню программ векторной графики, где им обозначают процесс преобразования изображения, описанного кривыми (векторного) в изображение, описанное поточечно (здесь растровое, хотя минимальной единицей таких изображений является пиксел).

Растрирование (комп. Halftone Screening) произошло от немецкого raster — сетка, — процесс преобразования тонового изображения в микроштриховое (в частности — в точечное) чёрно-белое изображение, которое только создаёт условия для ощущения тонового диапазона. Другими словами, уровни тона всегда преобразуются в площади сплошных точек. При этом точки настолько малы, что при визуальном восприятии изображения в нормальных условиях их невозможно воспринимать как отдельные элементы. Растрирование имеет место только в процессах подготовки к печати полутоновых или цветных изображений и имеет прямое отношение к конечному продукту графического дизайна.

Процесс воспроизведения и размножения изображений, а также результат этого процесса называют репродукцией. Принцип растровой репродукции, применяющийся до сих пор, предложил Георг Майзенбах из Мюнхена. Ранее репродукции вырезались вручную резцами (гравюра на меди) или с использованием травления метала (офорт), в конце XIX и в начале XX века активно используется литография (травление на камне). Однако, богатые нюансами, выполненные в ручную гравюры на меди, офорты, литографии не могли быть положены в основу промышленного производства печатной продукции. В 1881 г. Георг Майзенбах заложил основы растрирования благодаря изобретению принципа автотипии. Майзенбах получил воспроизводимую растровую структуру с помощью периодической решётки. Для фоторепродукционных аппаратов были созданы решётки со структурой периодической сетки. С их помощью непрерывное изменение тонов оригинала (например, фотографии или картины) с использованием оптико-фотографических средств переводилось в различные по размеру растровые точки. Самые первые два фотоснимка, воспроизведенные в типографии, были напечатаны в «Иллюстрированной газете», выходившей в Лейпциге, в номере от 15 марта 1885 г.

Сейчас этот традиционный способ обработки полутонов производится аппаратно-программным методом (электронное растрирование) с помощью языка PostScript специалистом допечатной подготовки при генерации PostScript-файла или (чаще) на стадии вывода (создания) печатных форм (или предварительно фотоформ). Сформированная подобным способом точечная структура изображения для печати и называется растром, единица растра — точкой растра, а процесс преобразования изображения в точечную структуру — растрированием. Растровые точки можно обнаружить на запечатанной бумаге, на фотоформе (плёнке) или печатной форме, но их не увидишь на экране монитора или при сканировании.

Имитировать различные тона с помощью точек можно по-разному. Существует два основных способа растрирования.

Традиционное, идущее ещё со времен Майзенбаха, называют амплитудно-модулированным (АМ) растрированием, создающим так называемый регулярный растр. При АМ-растрировании точки размещаются в регулярной матрице (сетке). Центры точек находятся на одинаковом, фиксированном расстоянии друг от друга. Тоновые градации достигаются за счёт изменения размера точек. Основные параметры АМ-растрирования: угол поворота, пространственная частота растра, форма точки растра.

Для большинства растровых изображений наилучшее воспроизведение достигается при печати сетки под углом 45°. При этом детали, расположенные вертикально или горизонтально, оказываются более cглаженными по сравнению с прямоугольной сеткой. Кроме того такая сетка будет менее заметна для человеческого глаза. Угол 45° наиболее всего отходит от горизонтальной линии и считается максимальным углом поворота. Его используют для однокрасочной печати изображений. В случае четырёхкрасочной репродукции растровые структуры для каждой краски повернуты друг относительно друга на 30°. При этом максимальный угол (45°) отводится самой тёмной краске (black), а минимальный (0° или 90°) — самой светлой (yellow).

Пространственная частота растра или линиатура растра (комп. frequency) — количество ячеек для размещения точек растра на единицу измерения. Измеряется в линиях на дюйм (line per inch — lpi). От количества точек зависит размер этих точек и возможность передать мелкие детали изображения. Чем выше значение линиатуры, тем менее заметна структура и качественней выглядит изображение. Однако характеристики печатного станка, материала, из которого изготовлена форма, и используемой бумаги ограничивают пространственную частоту. Использование слишком высокой для конкретных условий печати частоты растра может привести к потере деталей изображения в тенях и светлых тонах. Об этом непременно должен помнить дизайнер при подборе и подготовке изображения для того или иного способа воспроизведения. Линиатура измеряется в линиях на дюйм, а не в точках по причине поворота растровой сетки. Диагональная структура затрудняет счёт количества точек, тем более, что оно становится переменным в разных рядах, и для разных красок. Поэтому стали применять термин линии, означающий, что считают не точки, а ряды.

Форма точки легко просматривается лишь при чрезвычайно низких пространственных частотах, но с увеличением линиатуры её становится всё труднее обнаружить невооруженных глазом. В основном различают круглую, квадратную, эллиптическую и цепеобразную. В наибольшей степени выбор формы точки зависит от технологических условий печати, и его следует предоставить специалистам типографии.

Несмотря на столь долгий срок этой технологии репродукции, она имеет некоторые недостатки.

Муар, так называемые интерференционные эффекты — недостаток, возникающий именно при использовании регулярного растра (АМ). Визуально он проявляется в виде посторонних рисунков, муаровых разводов, подобных разводам на муаровой ткани. Возникает муар далеко не часто: при неудачном выборе углов поворота растра для разных красок или при наложении регулярной точечной структуры растра на изображение, также имеющее соразмерную регулярную структуру (например, ткань, филигранный узор, текстуру, полученную в цифровой форме, ранее растрированные изображения).

Растровые розетки образуются при печати CMYK из растровых точек разных красок. Использование более высоких линиатур делает эти розетки незаметными для глаза. Изменение формы этих розеток может произойти из-за нарушения приладки (совмещения) красочных форм, что так же может привести к возникновению муара.

Компьютерные технологии позволили разработать альтернативный способ растрирования, называемый частотно-модулированным (ЧМ) растрированием, формирующим так называемый стохастический растр. В этом случае точки растра имеют фиксированный размер, располагаются хаотично (со случайными интервалами), а тоновые градации достигаются за счёт изменения частоты (количества на единицу площади) точек. Основным параметрами является разрешение, измеряется в точках на дюйм (dpi) и размер точки растра. Сейчас при ЧМ- растрировании используются точки очень маленького размера, что делает их практически незаметными, а детальность изображения при этом повышается. Это метод практически исключает возникновение муара, допускает печать изображений меньшего разрешения. Наиболее широкое применение это растрирование нашло в широкоформатной цифровой печати. Однако и ЧМ-растрирование имеет свои недостатки: ступенчатость передачи градиентных заливок, невозможность использования точек маленького размера в некоторых печатных технологиях.

Также существуют различные гибридные способы растрирования, сочетающие в себе оба основных принципа. Например, использование точек разного размера в стохастическом растре, или использование ЧМ- растрирования в светлых областях изображения регулярного растра для избежания необходимости использования точек слишком маленьких, не соответствующих технологическим требованиям размеров. Формирование таких растровых структур стало возможным также только с внедрением программного управления процессами растрирования.

Итак, налицо совершенно разное значение двух этих однокоренных терминов. Единственное, что их объединяет — это то, что речь идет о делении исходного изображения на мельчайшие элементы с целью дальнейшего воспроизведения. При растеризации — на мониторе, при растрировании — в полиграфической печати или даже просто на домашнем принтере. Но остается понятие растровое изображение. Оно звучит вполне правомерно в отношении напечатанных изображений, это понятно. Но его же мы используем для определения вида цифрового изображения (в противовес векторным), описываемого попиксельно. Даже программы для их обработки или создания мы называем «редакторами растровой графики», термин «растеризация» уже активно используется в графических приложениях и не имеет общего корня со словом «пиксел». К тому же попытка называть растеризованные изображения пиксельными приведёт к новым недоразумениям, так как это понятие уже приобрело иное, более узкое значение. Пиксельной графикой сейчас называют изображения, создаваемые и редактируемые на уровне пикселей, мельчайших элементов цифрового изображения, так как сами изображения довольно малы. Такая графика используется на простых экранах, подобных экранам старых телефонов, а так же для имитации культуры цифровой графики на заре первых компьютерных игр.

Важно так же не приравнивать «растрово-пиксельную» структуру полиграфическому растру, хоть это и кажется привлекательной версией решения рассматриваемой проблемы. Один пиксел, как единица такой структуры содержит сложную цифровую информацию о цвете, согласно выбранной для данного изображения цветовой математической модели. В традиционном (регулярном) полиграфическом растре единицей структуры является точка растра, имеющая лишь одно значение для каждой краски, но меняющая свой размер в зависимости от значения тона в данном участке изображения. На указанном условном участке при печати CMYK содержится до четырёх растровых точек каждого цвета. То есть структура растровой сетки и структура сетки, состоящей из пикселей только на слух кажется идентичной.

Мы оказались на стыке двух языковых систем: компьютерной англо-американской и традиционной типографской, сформированной на терминах немецкого и французского происхождения, терминологий. Волей случая в практике работы с цифровыми изображениями и в процессе подготовки изображений к печати, мы используем очень морфологически схожие термины, описывающие существенно разные процессы. В сложившейся ситуации при использовании разных технологий не путать их и четко понимать их назначение, а так же при использовании этих технологий в профессиональных целях нужно учитывать много факторов которые мы рассмотрим ниже и его наставника становится чёткое уяснение этих проблем на основе знаний технологий полиграфического производства и основ цифрового изображения, чтобы при необходимости достичь максимального взаимопонимания со специалистами разных областей дизайна.

wpid-AdobePhotoshopCS5forAll_image774-min-vs.png

Процессы типографской печати требуют наличия в макете иллюстраций, обротанных специальным образом. Полутоновые одноцветные иллюстрации должны быть растрированными, а цветные еще и цветоделенными. Для типографии макет поставляется на прозрачной пленке в натуральную величину. Вывод документа на пленку осуществляется с помощью фотонаборных автоматов. В самом грубом приложении они похожи на лазерные принтеры, только лазер засвечивает не светочутвительный барабан, а фотопленку. Все фотонаборные автоматы используют язык PostScript и имеют в несколько раз более высокое разрешение печати, чем лучшие принтеры (в среднем 3600 dpi). Фотонаборные автоматы — весьма дорогостоящие и сложные устройства, покупку которых может позволить себе далеко не каждое издательство. Для вывода оригинал-макетов, как правило, прибегают к услугам сервиюро, специализирующихся на допечатной подготовке.

Линейные растры

Растрирование применяется практически всеми цифровыми устройствами вывода: от мониторов до принтеров. Его суть заключается в разбиении изображения на маленькие ячейки так называемой растровой сеткой. При этом каждая ячейка имеет сплошную заливку.

Способы передачи полутонов в аналоговых (фотография) и цифровых (принты, типографские машины) процессах принципиально различаются. Если посмотреть на отпечатанное в типографии или на лазерном принтере изображение, то нетрудно заметить, что оно состоит из множества мелких точек, которые называются растровыми. Наиболее часто точки располагаются регулярно, на одинаковом расстоянии друг от друга, формируя линейный растр, или растровую сетку. В последнее время все большую популярность приобретает особый способ растрировия (частотно-модулированный), использующий нерегулярное расположение растровых точек. Формируемый ими растр называется нерегулярным, или стохаическим. На рисунке ниже приведено растрированное изображение.

http://x-graphics.org/img/AdobePhotoshopCS5forAll_image766.jpg

В отличие от фотографии растровая точка не может иметь какого-либо оттенка — она всегда черная. Для передачи оттенков в процессе растрирования формуются растровые точки разных размеров. Между более "жирными" точками, напечатанными в соседних ячейках растровой сетки, остается мало белого пространства. Это создает иллюзию темного оттенка цвета такой области. Наоборот, небольшие точки, напечатанные с тем же интервалом, оставляют большую часть пространства между ними белой. Это вызывает ощущение светлого оттенка (рис. 17.10).

http://x-graphics.org/img/AdobePhotoshopCS5forAll_image767-min-vs.jpg

Цифровые растры

Растрирование цифровыми методами организовано другим способом. Изображение в лазерных принтерах и фотонаборных автоматах создается лазерным лом. Луч не может иметь переменный размер, что необходимо для получения растровых точек изменяющегося размера. Поэтому процесс растрирования заключается в объединении "реальных" точек, создаваемых лазерным лучом, в группы, образующие растровые точки.

Такой растр представляет собой совокупность квадратных ячеек, на которые разбито изображение. Каждая ячейка отводится для одной растровой точки. Растровая точка, в свою очередь, состоит из группы "реальных" точек одинакового размера, создаваемых устройством вывода. Чем большая часть такой ячейки заполнена точками принтера, тем больший размер имеет формируемая ими растра точка и более темный оттенок серого она передает. Например, чтобы добиться заливки участка изображения 50% серым, программа растрирования (растеризатор) заполнит этот участок растровыми точками, каждая из которых будет представлять собой наполовину заполненную ячейку растра. При необходимости передать 25% серый ячейки растра заполняются черным только на четверть

http://x-graphics.org/img/AdobePhotoshopCS5forAll_image768-min-vs.png

Точки принтера в ячейке растра могут занимать различные положения. От этого будет зависеть форма растровой точки. В полиграфии используются различные формы растровых точек, но наиболее традиционная и широко распространенная — круглая. Несколько примеров поддерживаемых форм растровых точек приведено ниже.http://x-graphics.org/img/AdobePhotoshopCS5forAll_image769-min-vs.jpg

а) б) http://x-graphics.org/img/AdobePhotoshopCS5forAll_image770-min-vs.jpg

в) г)

а — круглая; б — эллиптическая; в — квадратная; г — линейная

Заметьте, что цифра, указываемая в паспорте принтера как разрешение (например, 600 dpi), представляет собой количество "реальных" точек, которое может напечатать принтер на единичном отрезке длиной 1 см или 1 дюйм. Количество растровых точек, приходящихся на единицу длины (шаг сетки растра), называется линиатурой и измеряется в так называемых линиях на дюйм (lines per inch, lpi) или линиях на см (lines per centimeter, lpc). Поскольку для формирования растровой точки требуется несколько реальных точек, линиатура растрового изображения всегда оказывается ниже разрешения принтера.

Линиатура и количество градаций серого

Отношение разрешающей способности устройства вывода к линиатуре растра дает размер стороны ячейки растра, измеренный в точках принтера. Максимальное количество точек принтера, образующих растровую точку, равно квадрату стороны ячейки. Так, например, если линиатура растра установлена в 100 lpi, а разрешение принтера — 600 dpi, сторона ячейки растра будет равна 600/100 = 6 точек. При этих условиях растровая точка формируется из 6 6 = 36 точек принтера.

От линиатуры растра также зависит видимое качество иллюстраций. Чем выше линиатура, тем менее заметны образующие растр точки, и отпечаток ближе к фотографическому оригиналу. Как видите, полученные нами 50 lpi — очень небольшое значение. Если отпечатать с такой линиатурой иллюстрацию размером с почтовую марку, вряд ли вы сможете определить, что же на ней изображено. Ведь каждая растра растровой сетки будет содержать всего 50 точек.

При печати на офисном принтере для увеличения линиатуры растра приходится жертвовать количеством передаваемых оттенков серого. В большинстве 60 точечных принтеров значение линиатуры растра по умолчанию равно 85 lpi. При такой линиатуре количество оттенков серого на изображениях не превышает (600/85)2 + 1 = 50. Это в три раза меньше минимума, определенного в 150 оттенков. Отсюда невысокое качество печати изображений на офисных лазерных принтерах.

http://x-graphics.org/img/AdobePhotoshopCS5forAll_image771-min-vs.jpg

а б в

отпечатанное с линиатурами: а — 50 lpi; б — 85 lpi; в — 100 lpi

Цветоделение и растрирование

Цветные документы представляют более сложный случай растрирования. Оригинал-макеты для них должны быть представлены в виде нескольких пленок: по одной для каждой наносимой краски. Разделение цветного изображения на отдельные краски (компоненты) называется цветоделением. Простейшим случаем является использование плашечных цветов, когда каждый из них выводится на отдельную пленку. Концепция полутонового растра позволяет пользоваться оттенками при работе с плашечными цветами. Более общим случаем является цветоделение полноцветных документов, где для представления всех цветов используются четыре краски модели CMYK, называемые также триадными. Следовательно, полнветные документы выводятся с помощью фотонаборного автомата на четыре пленки, соответствующие базовым цветам этой модели.

http://x-graphics.org/img/AdobePhotoshopCS5forAll_image772.pnghttp://x-graphics.org/img/AdobePhotoshopCS5forAll_image773.png

http://x-graphics.org/wp-content/uploads/2014/08/wpid-AdobePhotoshopCS5forAll_image774-min-vs.png

15° Голубой 15°

75° Пурпурный 80°

0° Желтый 0°

45° Черный 55°

Углы наклона растров базовых цветов при печати триадными красками и схема возникновения муара

Каждый цвет растрируется отдельно с различными углами наклона растровой сетки. Традиционно угол наклона при печати монохромных документов и печати

плашечными цветами составляет 45— это значение проверено временем и обеспечивает наилучшую маскировку линейной структуры растра.

С разными углами наклона растра приходится иметь дело почти исключительно при печати триадными цветами. Одна из причин заключается в том, что нанести триадные краски на лист без изменения угла наклона растра просто невозможно — в противном случае цветные точки, соответствующие базовым цветам, будут печататься поверх друг друга.

Углы наклона растров для базовых цветов подбираются таким образом, чтобы были видны все точки, — без этого цвета не смогут визуально смешиваться внутри человеческого глаза, образуя нужный цвет. В конечном счете углы наклона растров должны быть такими, чтобы точки базовых цветов группировались в виде розеток (см. верхнее левое изображение на рисунке). Каждую такую розетку можно рассматривать как некую метаточку цветного растра, образующую цвет в данной точке изображения.

Правое верхнее изображение на рисунке иллюстрирует еще одну причину, по которой углам наклона растров базовых цветов при печати триадными цветами приходится уделять столь существенное внимание. Если эти углы не согласованы, на изображении появляется муар — грязноватые волны. Муар — часто встречается брак цветовоспроизведения.