Тема лекции №14: однокрасочное растровое изображение

Общие сведения о растровом воспроизведении. Техническое оформление цветоделения в разных слу­чаях воспроизведения цветного объекта может быть раз­личным. Например, в полиграфии это – последовательная съемка оригинала через цветоделительные светофильтры. А в цветной фотографии – бесфильтровое экспонирование многослойного цветофотографического материала от объек­та – процесс, основанный на использовании разной зональ­ной чувствительности эмульсионных слоев материала. Од­нако, несмотря на внешние различия, сущность цветоделе­ния в обоих примерах одна и та же: выделение изображений, образованных зональными составляющими, для последую­щей фотографической регистрации.

Синтетическая стадия в разных способах получения изо­бражений различается уже в большей степени не только по внешним признакам, но и по сущности протекающих явле­ний. В цветной фотографии она состоит в получении совме­щенных сплошных однокрасочных изображений и в резуль­тате этого – в субтрактивном синтезе цветов. При воспро­изведении же оригинала средствами высокой и плоской пе­чати совмещаются дискретные (растровые) изображения, и цвета репродукции образуются путем так называемого авто­типного (от греческого – сам, т. е. без помощи че­ловека, и – отпечаток, форма) синтеза. Его за­кономерности связаны со свойствами растрового изображе­ния, которое получается разбиением тонового изображения на мелкие штриховые элементы.

Однако наибольшие различия между полиграфическим и собственно фотографическим воспроизведением приходят­ся на долю градационной стадии процесса. Это связано со следующими обстоятельствами. Во-первых, полиграфиче­ское воспроизведение складывается из большого числа гра­дационных стадий (собственно фотографический процесс, копирование, изготовление форм, печатание), и поэтому здесь вероятность возникновения и накопления градацион­ных искажений особенно велика. Во-вторых, сплошное изображение оригинала преобразуется в растровую репро­дукцию, а ее свойства (а также свойства промежуточных изо­бражений) подчиняются закономерностям растрового про­цесса, отличным от закономерностей обычного тонового. В связи с тем что полиграфическая репродукция растро­вая, при анализе градационной и синтетической стадий не­обходимо принимать во внимание особенности этого вида воспроизведения.

При получении оттисков высокой и плоской печати нель­зя создать градацию светлот изменением толщины красоч­ного слоя, так как краска наносится на печатную форму слоем постоянной толщины и так же переносится с формы на бумагу. Поэтому при воспроизведении изображения в полиграфии (кроме глубокой печати) светлотные переходы достигаются в результате разбиения красочного слоя на мелкие штриховые элементы. При этом размеры промежут­ков между штрихами таковы, что указанные элементы на­ходятся на границе зрительного разрешения. Поэтому поле, образованное мелкими штрихами, воспринимается зрительно как светлое, а образованное крупными – как темное. Такие мелкие штрихи будем называть микро­штрихами или растровыми элементами. Для преобразования обычного полутонового изображения в микроштриховое его фотографируют через проекционный или контактный растр (от лат. rastrum – грабли, мотыга). Проекционный растр представляет собой решетку, образо­ванную пересечением непрозрачных линий, а контактный растр – систему закономерно расположенных мелких по­лутоновых элементов, как правило, образующих также род решетки. Кроме того, существуют так называемые нерегулярные растры, решетка которых образована беспорядочно расположенными элементами.

Оптическое изображение оригинала разбивается решет­кой на растровые оптические элементы, составляющие растровое оптическое изображение. Его фотографическая регистрация дает растровое фотографическое изображение, состоящее из микроштриховых элементов, каждый из кото­рых имеет практически постоянную оптическую плотность. Растровый негатив копируют на формный материал, гото­вят печатную форму, а с нее получают растровый оттиск.

Поскольку цветное полиграфическое изображение обра­зовано наложением однокрасочных, то, прежде чем рас­сматривать автотипный синтез, необходимо изучить свойст­ва однокрасочных растровых изображений.

Фотометрия растрового изображения. Общие сведения о фотометрии растрового изображения. Свойства растрового изображения двойственны: с одной стороны, оно дискретно, состоит из отдельных элементов, с другой – должно восприниматься наблюдателем как сплошное. Дискретность дает возможность пользоваться для воспроизведения техникой высокой и плоской печати, а неразличимость элементов позволяет служить оттиску зри­тельным эквивалентом сплошного оригинала.

Двойственность требует введения двух рядов фотомет­рических величин. Свойства изображения как дискретного измеряются растровыми величинами, которые в той или иной форме выражают размеры элементов на оттиске, негативе, позитиве, печатной форме. Свойства изображения как сплошного измеряются визуальными величинами. В послед­нее время для обозначения этого понятия чаще применяют термин «интегральные величины».

Интегральные (визуальные) величины описывают сум­марное (интегральное) действие на глаз штрихов и пробелов данного участка растрового оттиска. Они аналогичны обыч­ным фотометрическим величинам – оптической плотности или коэффициенту пропускания.

В тех случаях, когда хотят подчеркнуть, что величина относится к растровому изображению, ее обозначают сим­волом D_υ или р_υ. Однако обычно в индексе нет необходи­мости, и его опускают.

Растровые величины применяются для выражения свойств главным образом промежуточных растровых изо­бражений – негативов, диапозитивов, копий, печатных форм. Градационные свойства этих изображений опреде­ляются исключительно площадями элементов, а зрительное впечатление, даваемое ими, играет вспомогательную роль (облегчает контроль изображений).

Растровые величины. Пользуются растровыми величинами двух типов – соб­ственно растровыми величинами и относительными площа­дями растровых элементов. Первые – растровый коэффи­циент пропускания τ_R, растровый коэффициент отражения ρ_R и растровая оптическая плотность D_R – формально тождественны обычным фотометрическим. Относительные площади растровых элементов обозначают буквой S.

Собственно растровые величины менее удобны, чем от­носительные площади растровых элементов. Они были вве­дены, чтобы форма оценки фотометрических свойств изо­бражения в растровых процессах была тождественна фор­ме, принятой в обычной фотометрии. Однако усложнения, связанные с этим, не компенсировались преимуществами, состоящими в единообразии формы оценки. В научной и технической литературе чаще пользуются относительными площадями растровых элементов. Тем не менее собственно растровые величины используются еще довольно широко.

Световой поток F₀, упавший на растровый участок не­гатива или диапозитива (рисунок 14.1), пропорционален его общей площади S, а пропущенный F _τ — ее части, не заня­той почернением (краской) S — S_K:

.

Это отношение называется растровым коэф­фициентом пропускания.

Растровый коэффициент пропускания (как и другие раст­ровые величины) может служить мерой площади только в том случае, если принять, что поглощение (краска) и про­пускание (пробелы) растрового участка абсолютны. В противном случае F _τ/F₀ ≠(S-S_k)/S и понятие теряет смысл.

Для характеристики растрового оттиска служит раст­ровый коэффициент отражения

Величина, выражаемая обратным десятичным лога­рифмом растрового коэффициента пропускания или отраже­ния, называется растровой плотностью:

Если рассматривать не любой растровый участок, а имеющий площадь, равную единице, то приведенные выше формулы приобретают вид

Рисунок 14.1.Схема пропуска­ния света растровым участ­ком

Рисунок 14.2.Растровая единица площади

Относительные площади растровых элементов. За еди­ницу площади растрового изображения принимается пло­щадка, заключенная между центрами расположенных рядом друг с другом растровых элементов (рисунок 14.2). Такая еди­ница площади называется растровой (а также элементом растра). При измерении площадей растро­вых элементов S_К в относительной мере (в растровых еди­ницах) из расчета исключается частота (линиатура) растра. Если, например, S_K = 0,5, то это значит, что половина площади растрового оттиска занята краской. Относитель­ная площадь S_K – наиболее употребительная растровая величина. Часто ее измеряют в процентах от общей площади.

Из формулы растровой плотности следует:

Интегральные (визуальные) величины. Интегральные (визуальные) величины выражают среднее значение коэффициента отражения или оптической плот­ности растрового участка.

Интегральный коэффициент отражения р определяется отношением светового потока F_p, отраженного от растро­вого участка (как от запечатанных его частей, так и от про­белов), к световому потоку F₀, упавшему на него. Поток F_p, отраженный от всего участка, равен сумме потоков F_K (от краски) и F₆ (от бумаги). Следовательно

Тогда интегральная плотность D равна:

Формула Шеберстова–Муррея–Девиса. Интегральная плотность, определяющая уровень зри­тельного ощущения, возникающего при рассматривании растрового участка, связана с размерами растровых эле­ментов.

Связь между плотностями и площадями растровых элементов для идеализированного растрового процесса была найдена В. И. Шеберстовым и независимо от него американскими исследователями Мурреем и Девисом.

Это формула Шеберстова–Муррея–Девиса. Отсчитав плотность краски от плотности бумаги (т. е. приняв 10^-Dб = 1), получим ее более употребительную форму:

При бесконечно большой оптической плотности краски

где S_n – площади растровых элементов позитива.

Установим форму графика, выражающего функцию Ше­берстова–Муррея–Девиса. Для этого вспомним, что кри­вая у = lg х при 0 < х ≤ 1 расположена в четвертом квадранте плоскости (рисунок 14.3 сплошная линия). При за­мене аргумента на 1 – х кривая зеркально перевернется (штриховая линия). Если, заменив аргумент, изменить знак перед логарифмом на обратный, то отрицательные значе­ния функции станут положительными и получится график, симметричный предыдущему, но находящийся в первом квадранте.

Рисунок 14.3.Логарифмические кривые при 0<x≤1

Подставив в выражение y=lgx вместо у значения D, а вместо х значения S, найдем, что при бесконечно большой оптической плотности краски, когда D = –lg (1 – S_K), т. е. 10^-Dк = 0, формула Шеберстова–Муррея–Девиса выражается верхней кривой семейства, показанного на рисунке 14.4. С уменьшением плотности краски член – S_K (1 – 10^-Dк) становится меньше, и кривая опускается.

Наибольшие значения интегральной плотности оттис­ка D равны D_K.

Эффект Юла–Нилсена. Экспериментальная проверка формулы Шеберстова–Муррея–Девиса показала, что оптическая плотность раст­рового оттиска в действительности оказывается большей, чем следует из этой формулы. Юл и Нилсен, изучавшие за­висимость между D и S_K, объяснили экспериментально на­блюдаемое отклонение тем, что свет, упавший на пробельные участки оттиска, не только отражается ими, но и про­ходит в бумагу, рассеивается там, и некоторая доля этой рассеянной составляющей поглощается краской растровых элементов.

Рисунок 14.4.Графическое выражение функции Шеберстова – Муррея – Девиса

при разных оптических плотностях краски

Эффект дополнительного поглощения света краской иногда называется краевым, так как он особенно заметен вблизи границы пробела с запечатанным участком.

Юл и Нилсен предложили ввести в формулу Шеберсто­ва–Муррея–Девиса поправку в виде коэффициента п, учитывающего краевой эффект светорассеяния, а также не­которые другие явления, и в частности поглощение света в толще бумаги. Формула, предложенная Юлом и Нилсеном, имеет вид

Коэффициент п, стоящий перед знаком логарифма, по­казывает, как возрастает плотность растрового участка вследствие краевого эффекта светорассеяния, а входящий в показатель степени – уменьшение оптической плотности краски из-за того, что она пропускает часть рассеянного света. Во втором случае этот коэффициент меньше влияет на интегральную плотность участка, чем в первом, так как площадь S_K входит в сумму, находящуюся под знаком ло­гарифма.

Так как действие светорассеяния сказывается главным образом вблизи границы бумага–краска, то эффект Юла–Нилсена влияет на значения интегральных плотнос­тей сильнее при воспроизведении с помощью высоколиниатурных растров, чем при низколиниатурных. Следователь­но, коэффициент п, называемый коэффициентом Юла–Нилсена, возрастает с увеличением линиатуры растра. С другой стороны, степень светорассеяния зависит от рыхлости бумаги. С уменьшением рыхлости он падает.

Для мелованной бумаги коэффициент имеет наименьшее значение. Меловой слой мало прозрачен и не дает свету глу­боко проникнуть в бумагу. Юл и Нилсен считают, что зна­чение п колеблется от 1,3 до 3 и зависит от линиатуры растра и типа бумаги.

Основная литература: 1[241-250]

Контрольные вопросы:

1 Общие сведения о растровом воспроизведении

2 Авто­типный синтез

3 Микро­штрихы или растровые элементы

4 Проекционный, контактный инерегулярные растры

5 Фотометрия растрового изображения

6 Общие сведения о фотометрии растрового воспроизведения

7 Растровые величины

8 Относительные площади растровых элементов

9 Интегральные (визуальные) величины

10 Формула Шеберстова–Муррея–Девиса

11 Эффект Юла–Нилсена

Тема лекции №15:

Дата добавления: 2014-12-08