Рассмотрим оба метода формирования рисунка подробнее.

В первом случае, фактически, меняется частота появления растровых точек на бумаге, в зависимости от насыщенности изображения. Поэтому этот метод растрирования называется частотно - модулированным (ЧМ - растрирование, англ. FM-screening). Растровые точки, при формировании рисунка этим методом, наносятся хаотично и не упорядочено одна относительно другой (поэтому растры этого типа иногда называют нерегулярными или стохастическими).

У таких растров всего один непосредственный параметр - размер отдельно взятой точки, который определяется настройками драйвера печати и характеристиками устройства вывода - размером микропятна печатающего устройства. Минимальные значения этого параметра ограничены объемом капли, создаваемой печатающей готовкой, который на практике у современных моделей принтеров обычно колеблется от двух до нескольких десятков пиколитров. По сути, устанавливая в диалоговом окне принтера, печатающего этим растром, мы устанавливаем разрешение, или максимальную плотность нанесения точек на единицу длины печати. Эта величина, во многом определяющая качество печати, называется разрешением в точках на дюйм, и обозначается как dpi (dots per inch). Понятно, что чем мельче размер отдельно взятой капли, и чем выше разрешение в dpi, тем меньше будет заметна дискретность готового отпечатанного изображения.

Наиболее типичный и распространенный пример устройства, в котором используется нерегулярный стохастический FM - растр - это струйный принтер. С физической точки зрения сформировать такой растр достаточно просто: печатающая головка принтера просто наносит чернила на запечатываемый материал в виде множества мелких капелек более или менее одинакового размера (повторяемость размера капли определяется уже не настройками печати, а классом точности печатающего узла принтера). Изменяется только интенсивность падения капель красителя на запечатываемый материал, что и определяет относительную плотность запечатываемости каждого участка. Таким образом, сформулируем краткое определение: ЧМ - растрирование (FM - screening) - это метод получения полутонов в печатаемом изображении с использованием растровых точек одинакового размера с переменным их числом на единицу площади запечатываемой поверхности. Ниже на рисунке Вы можете посмотреть увеличенный фрагмент простого изоб! ражения, отпечатанный с помощью этой методики растрирования.

Пример нерегулярного ЧМ - растрирования

Простота формирования этого растра во многом может натолкнуть вас на мысль о простоте профессионального применения в печати этого растра. К сожалению, это не так. То, что хорошо и достаточно просто для настольного принтера, не всегда просто и достижимо в "большой" полиграфии. Как правило, использование в ней нерегулярных частотно - модулированных растров сопряжено с целым рядом практических трудностей - требуется использование значительно более высококачественного оборудования, как при печати, так и на допечатной стадии. Большинство изданий, как и журнал, в котором напечатана эта статья, печатается без использования этой технологии растрирования.

Однако полиграфисты не были бы полиграфистами, если бы ими не был уже достаточно давно придуман альтернативный способ растрирования. Этот метод, повсеместно используемый в печати, - это так называемое амплитудно-модулированное растрирование, или АМ - растрирование (AM - screening). Краткое описание этого метода растрирования таково: это метод получения полутонов с использованием растровых точек переменного размера, с неизменным их числом на единицу площади запечатываемой поверхности. В АМ - растрах используется несколько другой подход к формированию рисунка, в отличие от предыдущего рассмотренного нами метода. В зависимости от того, насколько светлым или темным является определенный участок изображения, его печать на бумаге происходит в виде растровых точек разного размера. В светлых участках точки достаточно малы и малозаметны. В полутоновой части они занимают примерно половину запечатываемой площади рисунка и формируют характерную "шахматку" (хотя это з! ависит от формы растровой точки), а в теневых участках точки становятся настолько велики, что занимают почти всю площадь запечатываемого материала, при этом промежутки между растровыми точками становятся практически не видны. Значение площади, занимаемое растровой точкой в изображении, принято называть растровой плотностью, и выражать в процентах. Например, растровая плотность в 50% подразумевает, что растровая точка занимает половину площади запечатываемого материала. Именно поэтому, например, в известном редакторе растровой графики Adobe Photoshop цветовые значения в RGB задаются как число в пределах от 0 до 255 (в рамках 256 градаций на один канал изображения), а цветовые значения в CMYK - в процентных значениях от 0 до 100. Число градаций и глубина цвета, однако, при этом остаются без изменений - на один канал CMYK - изображения по-прежнему приходится 8 бит информации (в данном случае мы не рассматриваем случаи использования повышенной глубины цвета).

Пример АМ - растрирования

Сначала читателю может показаться, что второй метод формирования изображения достаточно сложен и несколько неуклюж по сравнению с предыдущим. Однако, это только первое впечатление. Не смотря на то, что у амплитудно-модулированных растров имеется огромное число недостатков, среди которых - относительная дискретность изображения, возможность появления муара в печати или при повторном сканировании, и сравнительная трудность в реализации алгоритмов растрирования, по сравнению с FM - растрами на допечатной стадии, в целом, его значительно проще печатать, и он наиболее часто используется в "большой" полиграфии, а также в большинстве моделей "не струйных" принтеров. "Бутылочным горлышком" стохастических растров осталось высокая сложность их практического получения в профессиональной печати, нелинейность градационных показателей растра и обычно достаточно высокие требования к печатному оборудованию для его воспроизведения. Ответом печатной индустрии был отказ от ! массового применения стохастических методов растрирования, не смотря на все их потенциальные преимущества. "Стохастику" оставили чуть ли не только для "настольных струйных принтеров", а во всех остальных случаях профессиональной печати стали использовать амплитудно-модулированные растры.

Кстати, оговорюсь сразу, полного отказа от этой технологии, конечно же, не произошло, в силу ряда ее преимуществ, однако, большая часть рынка все-таки использует традиционное АМ - растрирование. Мне трудно назвать конкретную цифру в процентах, чтобы четко сравнить растры по частоте их использования, но доля практического применения частотно-модулированных растров по сравнению с амплитудно-модулированными все еще остается достаточно мала.

Некоторые тонкости АМ - растрирования

При использовании AM - растров, актуален не только вопрос о размерах, но и о форме растровой точки, в отличие от предыдущего метода растрирования, где форма точки отсутствовала как таковая. Вместо нее на запечатываемом материале после печати появлялась достаточно малая капелька тонера, краски или чернил принтера, а размер точки, по сути, определялся настройками драйвера принтера (на аппаратном уровне - объемом микрокапли используемого принтера). Дело в том, что от того, каким АМ - растром будет напечатан макет, а также от формы растровой точки, во многом зависит визуальное восприятие изображения наблюдателем. Форма растровой точки (Raster dot shape) строго определена и чаще всего зависит от конкретной модели печатающего устройства, либо от программных настроек драйвера, если он позволяет выбирать форму растра среди нескольких альтернативных вариантов. Без необходимости и точного понимания того, что Вы делаете, и какой результат Вы планируете получить, меня! ть форму растровой точки не следует. К наиболее часто используемым формам растровых точек можно отнести эллиптическую, ромбовидную, квадратную и круглую точки.

Различные формы растровых точек

Многие читатели, вероятно, уже знакомы с понятием линиатуры. Этот параметр относится только к регулярным амплитудно-модулированным растрам и обозначает плотность укладки пространственных линий растра на единицу длины (обычно - дюйм). Для обозначения термина "линиатура" используется аббревиатура - lpi, расшифровывающаяся как lines per inch (число линий на дюйм). Чем выше частота укладки линий на единицу длины изображения, тем меньше заметна дискретность изображения, обусловленная его растровой структурой. Наиболее типичные значения линиатуры печати - 60, 85, 100, 120, 133, 150, 175, 200 lpi и так далее. Человек, обладающий среднестатической остротой зрения, как правило, не замечает растра в изображениях, отпечатанных с линиатурой более 133 lpi, при просмотре изображений с расстояния в 25-35 сантиметров.

Линиатура в растровом изображении

Как я уже сказал, повышение линиатуры печати в целом улучшает ощущение зрителя от просматриваемого изображения. Чем выше линиатура, тем большее число деталей изображения можно передать в печати. Однако, для печати высоких линиатур необходимо также использование высокого аппаратного разрешения печати принтера - иначе изображение, имея визуально большую степень детализации, сильно проиграет в числе доступных ему градаций печати. Ниже на приведенном рисунке показаны формы двух растровых точек одной и той же линиатуры и растровой плотности, но при различном разрешении принтера в dpi.

Правильность форм растровых точек при разных разрешениях печати

Из рисунка видно, что "аккуратность" прорисовки формы каждой отдельно взятой растровой точки находится в прямой зависимости от разрешения печати. Таким образом, если разрешение печати будет недостаточно высоко, погрешность прорисовки растровых точек будет высокой. Из-за низкого разрешения печати мы не увидим разницы между двумя растровыми точками с небольшой разницей по их плотности. Например, участки изображения с плотностью в 35 и 37% станут неразличимы. В результате, при печати могут частично пострадают градации изображения, и возникнет так называемый эффект постеризации - явление потери оттенков, что хорошо заметно на участках тонких переходов цветов и на плавных градиентах.

Из теории известно, что при глубине цвета 8 бит на канал, например, в черно-белом изображении мы можем получить до 256 различных оттенков серого. На практике, для качественной печати всех оттенков исходного изображения, мы должны обеспечить как минимум, 16-кратный запас по разрешению печати, в зависимости от текущей линиатуры. Нетрудно подсчитать, что при линиатуре печати 150 lpi (это стандартное значение линиатуры для большинства печатных изданий), для качественной передачи всех возможных оттенков изображения, мы должны обеспечить разрешение печати не менее 2400 dpi. Поскольку далеко не каждый принтер способен печатать с таким разрешением, порядок используемых ними линиатур обычно несколько меньше. В диалоговых окнах драйверов большинства принтеров обычно выбирается разрешение печати принтера в dpi, а в зависимости от него подбирается адекватное значение линиатуры, для более или менее качественных характеристик печати.

Передача многоцветных рисунков с помощью растра

Технологически все достаточно просто, когда при печати используется всего одна краска, как в черно-белых принтерах. Сложнее формируется рисунок, если используется несколько базовых красок или чернил.

Например, струйный принтер, c набором чернил базовых цветов, формирует цветное изображение путем нанесения определенного числа точек чернилами того или иного цвета в разные участки запечатываемого изображения. Для получения цветов, которые отсутствуют среди базовых, используется некоторое их сочетание. Так, например, зеленый цвет получается при нанесении голубых (Cyan) и желтых (Yellow) точек, красный - при нанесении пурпурных (Magenta) и желтых (Yellow). Аналогичным образом получаются все многообразие остальных цветов. Но, как я уже говорил раньше, струйный принтер печатает нерегулярным растром из-за относительной простоты его физического формирования. Амплитудно-модулированные растры несколько сложнее, и схемы получения многоцветных изображений с их использованием используются иные. Дело в том, что для растровых точек разных цветов необходимо использование различного их геометрического положения друг относительно друга. Это оптически позволяет наблюдат! ь нам более чистые цвета в светлых участках изображения, а также избежать появления раздражающих глаз интерференционных картин, возникающих иногда в отрастрированных изображениях (об этом еще будет сказано ниже). Геометрический смысл взаимного смещения растровых точек относительно друг друга состоит в том, чтобы повернуть растровые структуры, а значит и каждую растровую точку в отдельности, на некоторое число градусов. Таким образом, еще один параметр амплитудно-модулированных растров - это угол его наклона. Угол наклона растра (Screening angle) - это величина относительного угла поворота растровых точек друг относительно друга и относительно общей оси изображения. Этот параметр принимает особое значение при цветной печати, так как печать каждой краски осуществляется с использованием разных углов наклона растра для каждой из использованных красок. Ниже на рисунке показан пример растра с углами наклона в 15, 0 и 45 градусов.

Различные углы наклона растра

Значения углов наклона растра стандартизированы, и без особой надобности менять их местами не рекомендуется. Для голубой краски стандартным значением является угол в 15 градусов, для пурпурной - 75, для желтой 0, для черной - 45. Кроме того, используется этот же набор углов наклонов растра, с дополнением угла наклона растра 90 градусами (например, для голубой краски можно использовать угол в 105 градусов вместо 15 и т.д.). Нельзя использовать одни и те значения угла наклона растра для разных красок одновременно - это вызовет сильнейшие искажения изображения, проявляющиеся в изменении цвета и появлении интерференционной периодической структуры, возникшей из-за наложения двух периодических растровых структур. Эти паразитные, периодические структуры называются муаром и в случае их появления, как правило, являются 100%-м браком для отпечатанного изображения. Таким образом, муар (moire) - паразитный, раздражающий глаз эффект, возникающий в неверно отрастриро! ванном или повторно отрастрированном изображении.

Переназначать углы наклона растра способен далеко не каждый принтер. Обычно, для возможности переназначения углов наклона растра требуется использование PostScript - принтера, или же специализированного программного обеспечения. Использование различных углов наклона растра также влияет на наше восприятие изображения. Кроме того, например, при печати на черно-белом принтере, угол наклона растра единственной используемой черной краски или тонера, как правило, составляет 45 градусов. Выбор этого угла не случаен, так как именно при этом его значении изображение визуально минимально "разбито" дискретностью растровой структуры.

В профессиональной полиграфии используются растры, создающие различные по форме и зрительно-оптическим свойствам растровые розетки. Розетки растра (raster rosette) - это элементарные ячейки изображения, состоящие из набора растровых точек, формирующих это изображение. Это простые, геометрически правильные узоры, образуемые на бумаге целыми группами растровых точек различных цветов. Понятие розетки растра имеет смысл только при рассмотрении цветной печати. Расположение растровых точек в розетке растра не случайно, и выбрано путем долгих экспериментов полиграфистов-теоретиков в тесном содружестве с полиграфистами-практиками.

Растровая розетка при 20% и 50% растровой плотности

Кроме всех упомянутых в статье технологий, существуют еще и некоторые "гибридные" технологии, использующиеся на практике. Это так называемые комбинированные растры. Комбинированные растры - это растры, одновременно обладающие достоинствами АМ и FM - методов растрирования, рассмотренных выше и лишенные некоторых их недостатков. Соответственно, у них может изменяться как число точек на единицу площади запечатываемого материала, так и размер точек. В настольных принтерах они применяются относительно недавно, и ее поддержка в драйвере имеется далеко не во всех моделях. В профессиональной "большой" полиграфии они используются еще реже.

И, в завершение этой небольшой статьи, хотелось бы добавить, что в этом обсуждении мы затронули только наиболее фундаментальные и важные понятия, использующиеся в профессиональной и "настольной" полиграфии, касающиеся формирования полутоновых изображений на бумаге. Далеко не все нюансы технического и технологического процесса формирования изображения были рассмотрены. Но все это уже темы для отдельного, обстоятельного разговора.

Статья впервые опубликована в журнале "Компьютеры + программы" в июне 2003 года.