Растрирование

Термин растрирование тесно связан с таким понятием, как полутоновое изображение – то есть изображение, имеющее множество значений тона, его непрерывное и плавное изменение. Иллюстрация, нарисованная при помощи красок, будет содержать плавные градации тона: от самых темных – до самых светлых оттенков. Печатные машины и принтеры не являются полутоновыми устройствами, они состоят из ограниченного количества красочных секций и не способны одновременно наносить тонер/краситель с разной интенсивностью. Обычно существует только два режима переноса тонера/краски: печатный, когда тонер переносится, и непечатный, когда бумага остается белой. Но печатать полутоновые изображения надо. И здесь на помощь приходят особенности человеческого зрения, что и легло в основу растрирования: разрешающая способность человеческого глаза составляет конечную величину, и на определенном расстоянии человек перестает различать отдельные точки и воспринимает их как сплошные элементы.

То есть печатать тоновые переходы можно не сплошной краской, а отдельными маленькими точками, размещенными на некотором расстоянии друг от друга. Эти точки и составляют полутоновый растр изображения. Характеристики этих точек (форма, размер, количество, расположение) и будут определять визуальную плотность получаемого изображения. Современные технологии печати позволяют делать размер отдельных точек и расстояний между ними настолько малыми, что с близкого расстояния они не различимы для человеческого глаза, и мы видим непрерывные градации цвета и плавные тоновые переходы.

Таким образом растрирование в полиграфии – это процесс преобразования изображения в набор точек, которые используются при печати для создания иллюзии непрерывных плавных тональных переходов.

Печатающее устройство наносит на бумагу мельчайшие точки краски или тонера – печатные точки, располагая их в узлах регулярной прямоугольной растровой сетки. Разрешение печати dpi (dot per inch), указанное в технических характеристиках принтера или печатной машины – это и есть количество печатных точек, которые машина способна воспроизвести на отрезке в один дюйм.

Соседние ячейки растровой сетки объединяются в полутоновые ячейки (halftone cells). При выводе на печать пиксели изображения будут представляться не печатными точками принтера, а именно полутоновыми ячейками, в зависимости от заполнения которых печатными точками и получают различную градацию тона.

Из полутоновых ячеек образуется линейный растр.

Процент заполнения полутоновой ячейки печатными точками принято называть растровой плотностью.

• Амплитудно-модулированное растрирование (англ. amplitude-modulated screening, AM-screening) – интенсивность тона регулируется за счет формирования печатными точками принтера в центрах полутоновых ячеек так называемых растровых точек различного размера: чем темнее изображение – тем больше размер растровой точки и тем большую площадь полутоновой ячейки она занимает. Расстояние между центрами полутоновых ячеек остается неизменным, поэтому растровые точки распределяются с определенной периодичностью. Данный метод также называют регулярным растром.
• Частотно-модулированное растрирование (англ. frequency-modulated screening, FM-screening) – интенсивность тона регулируется за счет изменения расстояния между печатными точками одинакового размера. Размер точки остаётся неизменным, но меняется их количество: чем темнее изображение – тем большее количество печатных точек содержит полутоновая ячейка, а расстояние между ними уменьшается. Точки расположены в бессистемном (хаотичном) порядке, поэтому данный метод также называют стохастическим или нерегулярным растром.

Отдельно можно выделить гибридные растры. В данном случае в зависимости от содержания цифрового оригинала может применяться сочетание различных типов растрирования: светлые и темные тона передаются частотно-модулированным растрированием, а остальной диапазон полутонов воспроизводится амплитудно-модулированным растрированием.

К наиболее часто используемым формам растровых точек можно отнести круглую, квадратную, эллиптическую и ромбовидную формы.

Форма растровой точки может влиять на окончательное восприятия изображения. Например, при использовании круглой растровой точки в 50% плотности, когда края отдельных точек соприкасаются с краями смежных точек, визуально напоминая «шахматную доску», возникает так называемый тоновый скачок, то есть ощущение резкого потемнения тона в данной области. Для его минимизации современные выводные устройства используют более сложные алгоритмы синтеза растровой точки – изменение ее формы в зависимости от процента растровой плотности. Это хорошо иллюстрируется на примере растровой точки эллиптической формы: в светлых тонах и тенях точка будет иметь овальную форму, а в полутонах (около 50%) – ромбовидную.

Форма растровой точки чаще всего зависит от конкретной модели печатающего устройства или используемого сервера печати – RIP (Raster Image Processor – процессор растровых изображений). Изменять форму растровой точки, если это позволяют программные настройки, следует, только если вы точно понимаете, какого результата хотите добиться.

Типичные значения линиатуры растра, применяемые для различных видов полиграфии:

• для печати на газетной бумаге: 75–133 lpi
• для печати на офсетной и мелованной бумаге: 133–175 lpi
• для печати на высококачественной мелованной бумаге: 200 lpi

Линиатура является одной из основных характеристик печати. Чем больше растровых точек на единицу длины, то есть чем выше линиатура – тем меньше заметна дискретность изображения и тем более мелкие детали можно воспроизвести при печати.

Однако высокие линиатуры труднее воспроизводить: они требуют большего времени на обработку цифрового изображения, увеличивают размер файла, а также более чувствительны к виду и качеству бумаги из-за растискивания (увеличение площади на оттиске по сравнению с оригинал-макетом) растровой точки.

Так, стандартное значение линиатуры для большинства печатных изданий при офсетной печати – 150 lpi для офсетных бумаг, при этом для мелованных бумаг может применяться линиатура 175 lpi, а для невпитывающих материалов – 133 lpi. В цифровой печати в качестве базовой часто используется линиатура 200 lpi.

Например, для передачи всех 256 градаций серого (все цвета от белого до черного) при печати с линиатурой 150 lpi необходимо разрешение печатающего устройства 2400 dpi. Это объясняет, почему невозможно получить качественное полутоновое изображение, распечатанное на офисном принтере, в большинстве случаев обладающим разрешением 600 dpi.

А что будет происходить с доступным числом градаций тона при разрешении печати 2400 dpi и линиатуре выше 150 lpi?

При линиатуре 200 lpi растровая точка меньше, чем при 150 lpi, и соответственно увеличивается количество деталей, которые можно передать при печати, но при этом уменьшается количество градаций. При разрешении печати 2400 dpi размер полутоновой ячейки будет равен 12х12 печатных точек, таким образом можно передать 145 градаций (учитывая ноль, т.е. отсутствие растровой точки, что соответствует цвету бумаги).

При линиатуре 300 lpi количество градаций уменьшается еще сильнее. При разрешении печати 2400 dpi размер полутоновой ячейки будет равен 8х8 печатных точек, а доступное чсило градаций - 65. При разрешении печати 2400 dpi и такой высокой линиатуре получить плавные тональные переходы или равномерный градиент не получится. Однако высокие линиатуры подходят для печати векторной графики и мелкого текста, требующих высокодетализированной проработки.

Печать полноцветных изображений осуществляется с использованием нескольких базовых цветов. Оригинал-макеты цветного изображения вначале разлагают на отдельные цветоделенные изображения для четырех цветов модели CMYK (Cyan, Magenta, Yellow, Black), а затем только растрируют на отдельные печатающие элементы. При этом каждое цветоделенное изображение растрируется со своим, строго определенным углом наклона растровой сетки.

Угол поворота растра или угол наклона растра – это угол между осью растра и горизонтальной осью изображения.

Нанесение триадных красок при печати без изменения угла поворота растра невозможно – базовые цвета будут наноситься поверх друг друга. При этом углы поворота растра должны быть подобраны таким образом, чтобы были видны все точки, образующие при «визуальном» смешивании требуемый цвет. В данном случае всегда будет присутствовать частичное перекрытие точек друг другом, и в областях наложения они будут образовывать характерный рисунок растровой розетки – геометрически правильной ячейки, состоящей из набора растровых точек различных цветов.

Оптимально подобранные углы поворота растра позволяют уменьшить заметность линейной структуры растра, а также минимизировать проявление муара – интерференционной периодической структуры, вызванной наложением нескольких периодических растровых структур друг на друга.

При полноцветной печати триадными красками в системе CMYK характерными значениями углов поворота растра являются следующие:

• Cyan (голубая) – 15 (или 105) градусов
• Magenta (пурпурная) – 75 (или 15) градусов
• Yellow (желтая) – 90 (или 0) градусов
• Black (черная) – 45 (или 135) градусов

Растровая розетка строится на оси в 90 градусов, поэтому в скобках указаны соответствующие им симметричные значения.

Данные значения выбраны не случайно. Принципы, согласно которым рекомендуется устанавливать углы поворота растра, описаны в стандарте офсетной печати ISO 12647-2:2004, которому соответствует российский ГОСТ Р 54766-2011:

• Стандарт рекомендует растрировать под углом 45^о или 135^о наиболее заметный и бросающийся в глаза цвет, так как именно при 45^о растровая структура становится наименее заметной для человеческого глаза. И чаще всего это черная краска. Если доминирующим цветом в изображении является цвет кожи, то под 45^о может ставиться пурпурная краска (Magenta), если преобладает цвет зелени или воды – то голубая (Cyan).
• Растровые точки наиболее заметны, когда угол растра составляет 90^о, поэтому для желтой краски, как самой светлой и наименее заметной, стандартным является угол 0^о или 90^о (угол наклона желтой краски отличается на 15^о от двух остальных).
• Остальные цвета устанавливаются под углом в 30^о к доминирующей краске (угол растра составляет 15^о и 75^о соответственно).

Стохастический растр – тип частотно-модулированного растрирования, при котором рассчитывается число точек, необходимое для отображения требуемой насыщенности тона, после чего они распределяются внутри полутоновой ячейки на различных («случайно вычисленных») расстояниях друг от друга.

Регулярная структура растра внутри полутоновой ячейки (да и у изображения в целом) отсутствует, поэтому у стохастических растров всего один непосредственный параметр – размер точки, минимальное значение которой ограничивается характеристиками конкретного печатного устройства. По сути разрешение печати – это и есть максимальная плотность нанесения точек на единицу длины печати (dpi, dots per inch /точек на дюйм). Чем выше разрешающая способность печатающего устройства и мельче размер отдельно взятой точки – тем меньше будет заметна дискретность отпечатанного изображения.

Примером использования стохастического растра является струйный принтер, печатающая головка которого наносит (распыляет) краску в виде множества мельчайших капель одинакового размера. При изменении интенсивности нанесения капель на бумагу – меняется и интенсивность тона.