Занятие № 15

Основы цифрового растрирования
Чтобы документ, подготовленный на компьютере, мог быть напечатан на принтере, фотонаборном автомате или цифровом копире, его необходимо растрировать. Эта операция выполняет­ся автоматически печатными устройствами, однако для правильной подготовки документов будет нелишним понимать суть этого. Растрирование представляет собой разбиение изображения на ячейки так называемой растровой сеткой. Каждая из ячеек имеет сплошную заливку. Параметры растрирования зависят от обору­дования, на котором осуществляется вывод. Так, растровая сетка монитора разбивает изображение на пиксели, являющиеся эле­ментарными частицами и содержащими группу точек люмино­фора. От размера такой точки зависит качество изображения монитора (отсюда такой параметр монитора, как размер зерна). У более дорогих моделей размер зерна меньше (при равном раз­решении и площади экрана), что обеспечивает более высокое качество изображения.
Способ передачи полутонов в аналоговых (фотография) и цифровых (принтеры, типографские машины) процессах принци­пиально различен. Дело в том, что черно-белое фотоизображение строится на основе точек, расположенных случайным образом, каждая из которых может обладать своим собственным оттенком серого (всего 256 оттенков). Но при использовании цифровых методов печати физически невозможно использовать отдельную краску для передачи каждого оттенка (в этом случае для печати даже черно-белой фотографии потребовалось бы 256 красок, а для цветной - миллионы красок). Поэтому для печати черно-белых изображений используется всего одна черная краска. По­лутона при этом передаются с помощью растра - совокупности абсолютно черных точек, расположенных в определенном поряд­ке. Таким образом, воспроизведение полутоновых изображений типографским способом основано на оптическом обмане - чело­веческий глаз видит градации серого, хотя для формирования изображения используется только один черный цвет.
В том случае, если растровые точки располагаются регулярно, на одинаковом расстоянии друг от друга, растр называется типейным, а способ растрирования - амплитудно-иодучированным, или АМ-растрированием.
Если же растровые точки располагаются нерегулярно, такой растр называется стохастическим, а способ растрирования частотно-модулированным, или ЧМ-растрированием. Стохастиче­ское растрирование представляет собой альтернативу обычным методам растрирования и позволяет получать изображения, более близкие к фотографическим, причем при относительно низком разрешении печатного устройства. Такие алгоритмы растрирова­ния, в частности, используются в настольных струйных принтеpax, благодаря чему на них можно получать цветные изображе­ния фотографического качества.
Для передачи оттенков традиционными типографскими спо­собами используются растровые точки различного размера. При необходимости получения более темного оттенка для заполнения растровой сетки используются точки большего размера, а для передачи более светлого оттенка - меньшего.
В современной полиграфии чаще всего используется цифро­вое растрирование, при котором нельзя получить растровые точ­ки разного размера. Это обусловлено тем, что лазерные принтеры и фотонаборные автоматы формируют изображение лазерным лучом, который не может иметь переменный диаметр.
На качество цифрового изображения оказывают влияние- такие параметры, как форма точки, угол поворота и линиатура растра.

Разрешение печатного устройства и линиатура растра.

Рис. 1.8. Линиатура растра

Цифра, указываемая в паспорте принтера как разрешение, представляет собой количество реальных точек, которые прин­тер печатает на отрезке в один дюйм (например, 600 dpi или 1440 dpi). Количество растровых точек, которые приходятся на единицу длины, называется линиатурой. Линиатура измеряется в линиях на дюйм {lineperinch - Ipi) (см. рис. 1.8).
Примечание: линиатура растрового изображения всегда оказы­вается ниже, чем разрешение принтера, поскольку для формиро­вания растровой точки требуется несколько реальных точек.
Отношение разрешающей способности принтера к линиатуре растра дает размер сторон ячейки растра, которые измеряются в точках принтера. Максимальное количество точек принтера, которые образуют растровую точку, равно квадрату стороны ячейки. Это можно рассмотреть на конкретном примере: если иниатура установлена равной 100 Ipi, а разрешение - 300 dpi, то сторона ячейки растра равна 300/100 = 3 точки. В таком случае Нормируемая ячейка растра равна 3x3 = 9 точек принтера. Для вычисления количества оттенков может быть исполь­зована следующая формула, в которой прибавленная единица соответствует белому цвету в том случае, когда растровая ячейка остается незаполненной:
К = dpi/lpif+1,
где dpi- разрешение устройства вывода;
Ipi- линиатура;
К- количество воспроизводимых оттенков серого.
Качество передачи полутонов зависит от тонального диапа­зона, однако в любом случае для этого необходимо не менее 150 оттенков серого, в то время как качественная печать требует гораздо большего количества передаваемых полутонов. Чаще всего параметры растрирования рассчитываются для передачи всех полутонов, которые дает компьютерный оригинал (при 8-битных полутоновых каналах - это 256 оттенков).
Цифровые устройства обработки полутонов, например, лазер­ные принтеры, могут создавать только точки фиксированного размера (далее - пятна, чтобы не путать с точками растра). Для моделирования точек растра переменного размера эти устройства группируют пятна фиксированного размера в матрицу, называе­мую полутоновой ячейкой. Количество потенциально возможных тонов, которые может воспроизвести данная полутоновая ячейка, зависит как от линиатуры растра, так и от разрешения печатаю­щего устройства, однако отдельная полутоновая ячейка воспро­изводит только один оттенок серого (или цвета печатной краски). Плотность этого оттенка и размер точки растра непосредственно связаны с числом пятен фиксированного размера в каждой полу­тоновой ячейке, которая, в свою очередь, определяется числовым значением (от 0 до 255), назначаемым для каждого пикселя.
В идеальном случае, напечатанное серое полутоновое изобра­жение должно воспроизводить 256 градаций серого, а цветное изображение - 256 оттенков для каждого из цветов печатной краски. Однако число возможных оттенков, которые может ото-разить полутоновая ячейка, ограничено разрешением печатающего устройства (размер его пятна или размер точки определяют, сколько точек можно разместить на горизонтальный дюйм).
Линиатура. Для более понятного объяснения термина «ли­ниатура» следует привести несколько сравнений: большинство газетных иллюстраций печатается растром в 75 lpi, журнальных -133 lpi, а иллюстрации в хороших альбомах и каталогах могут иметь линиатуру 170 lpi. При более высокой линиатуре становят­ся менее заметны образующие растр точки и, как следствие, улучшается качество изображения. В большинстве принтеров с разрешением в 600 dpi значение линиатуры растра по умолчанию установлено равным 85 lpi. При такой линиатуре количество оттенков серого равно 50. Это значение далеко от необходимого для качественной печати минимума в 150 lpi, и поэтому качество печати на офисных лазерных принтерах невысоко. Нетрудно подсчитать, что для передачи 256 оттенков серого с линиатурой 150 lpi потребуется разрешение печатающего устройства, равное 2395 dpi.
Таким образом, чем выше разрешение печатного устройства, тем больше может быть линиатура и тем больше оттенков серого можно на нем воспроизвести. В табл. 1.1 приводятся данные, позволяющие определить оптимальную величину линиатуры при заданном разрешении.

Таблица 1.1.
Рекомендуемая линиатура растра

Чтобы растровая сетка могла передать 256 оттенков серого, одна сторона ее ячейки должна составлять 16 точек. Таким образом, для передачи всех тонов изображения разрешение для печа­ти должно в 16 раз превышать линиатуру.
Особенно заметна недостаточная передача оттенков при соз­дании градиентных заливок. Изначально планируя создать плав­ный цветовой переход, пользователь получает ступенчатый и далекий от совершенства отпечаток. Ступенчатость заливки в одних случаях может быть незаметна, а в других - сильно бро­саться в глаза. На это может повлиять длина цветовой растяжки, разница в используемых цветах, значение линиатуры растра, а также разрешение принтера, которым растяжка была напечатана.
Качество отпечатка зависит не только от оригинал-макета, но и от технологии печати. Бумага является менее хорошим носите­лем отпечатка, чем фотопленка. При печати реальными красками имеет место такое явление, как растаскивание точек.
Растискивание (dotgain) - это увеличение размера точек из-за впитывания краски бумагой. Для получения качественного отпе­чатка необходимо, чтобы точки растра не накладывались друг на друга. Если же линиатура растра велика, то растискивание при­ведет именно к этому эффекту, и качество отпечатка не возрас­тет, а. наоборот, ухудшится. Визуально растискивание приведет к тому, что появится «грязь» на иллюстрации в тех местах, где есть локальные уменьшения плотности бумаги - ведь даже самая ка­чественная бумага не является абсолютно однородной.
Графические редакторы имеют специальный параметр  на­стройки, призванный компенсировать этот эффект. Компенсация сводится к тому, что изображение печатается более светлым, чем требуется, и размер растровых точек уменьшается. Однако необ­ходимо заметить, что компенсация имеет и отрицательный эф­фект, который заключается в том, что ухудшается передача полу­тонов в светлых областях.
Чем более высокое качество печати необходимо обеспечить, тем большую линиатуру растра нужно использовать при печати и тем выше должно быть качество бумаги. Высококачественную печать с линиатурой 170 lpi вообще можно выполнять только на специально обработанной бумаге. Разумеется, чем качественнее бумага, тем она дороже, - этот фактор также приходится учиты­вать при ее выборе. Для выбора правильной линиатуры растра обязательно необходимо консультироваться с типографией, в которой будет производиться печать тиража. Работники типогра­фии способны назвать оптимальное значение линиатуры, исходя из сорта применяемой бумаги и возможностей оборудования.
В табл. 1.2 приводятся рекомендации по выбору бумаги для наиболее часто применяемых значений линиатуры растра.

Таблица 1.2. Рекомендуемые типы бумаги и значения линиатуры растра

Объем выделенных деталей отпечатанной иллюстрации уве­личивается с ростом линиатуры. Существует мнение, что при повышении плотности растра изображение делается более чет­ким. Это не означает, что оно лучше сфокусировано или имеет лучшую резкость, просто при более высоких значениях линиату­ры растра может быть воспроизведено большее количество дета­лей оригинала.
Следует отметить, что характеристики печатного станка и ис­пользуемой бумаги ограничивают максимальную линиатуру рас­тра, которую можно реализовать на практике. Например, если задан растр плотностью 175 Ipi, но печатная машина может обра­батывать растр 150 Ipi, то печать с более высокой линиатурой приведет вместо ожидаемого повышения качества к обратному результату: пониженному контрасту, потере деталей в тенях и кажущемуся увеличению размера растровой точки.
Напечатанные материалы обладают более низкой плотностью, чем пленочные фотографические материалы - примерами для сравнения могут служить динамический диапазон 1,5-2,0, типич­ный для печатных материалов, и диапазон 2,8-3,2, характерный для цветных слайдов. Однако, используя плотность растра более 150 Ipi, можно оптимизировать тоновый диапазон, возможный при печати, если выполняются следующие три условия:

Характеристики печатной машины, тип документа и техно­логия печати - факторы, обычно определяющие линиатуру рас­тра, которую следует использовать в каждом конкретном проек­те. При этом слишком высокая линиатура не улучшает оригинал низкого качества, а просто подчеркивает его недостатки. Реаль­ная детальность изображения, достижимая при любом методе растрирования, определяется качеством деталей в цифровом изображении.
Форма точки. Еще одной важной характеристикой цифровых растровых форм является форма точки растра. При чрезвычайно низких пространственных частотах растра (Ю-30 Ipi) форма точки легко просматривается, однако с увеличением плотности растра ее становится все труднее обнаружить невооруженным глазом.
Форма точки должна тонко подчеркивать содержание изобра­жения, не отвлекая при этом от него внимания пользователя. Следует выбирать такую форму точки, которая согласуется с формами основных тем и тональным распределением изображе­ния. Пакеты редактирования изображений и компоновки страниц предлагают множество форм точки для растрирования - круги, квадраты, эллипсы, линии, ромбы, кресты и т.д. Круглые точки часто используются для печати фотоснимков продукции, эллип­тические - для сюжетов с людьми, а квадратные - для тем, кото­рые требуют четкого рисунка. Круглые точки обычно лучше всего подходят для черно-белой печати, а эллиптические - для цветной.
Следует отметить, что эллиптические точки печатаются над­лежащим образом только в том случае, если офсетное полотно, являющееся частью печатной машины, которое контактирует с бумагой и печатает на ней, содержится в чистоте.
Большинство пакетов верстки позволяют назначать только одну группу установок растровой формы для всех изображений в Документе (единственное исключение - QuarkXPress, позволяю­щий настраивать параметры растрирования для отдельных изо­бражений, но только для серых полутоновых и черно-белых).
Иногда может потребоваться, чтобы некоторые изображения имели форму точки, линиатуру растра или атрибуты угла поворота Растра, отличающиеся от соответствующих параметров остальных изображений в документе. Для этого необходимо сохра­нить «нестандартные» изображения как файлы формата EPS с помощью используемой программы редактирования изображе­ний, после чего включить требуемые установки растровой формы в каждый файл таким образом, чтобы они не могли быть переза­писаны принтером или фотонаборным автоматом, который ис­пользуется для окончательной печати. Пробные оттиски следует печатать на том же оборудовании, которое будет использовано для печати всего тиража. Следует отметить, что процессоры рас­тровых изображений (RIP) некоторых фотонаборных автоматов не распознают заказные растры, и вместо них для формирования растра используют значения, установленные по умолчанию.
Угол поворота растра. Угол поворота растра является чрез­вычайно важным фактором полутонового растрирования. Именно углы поворота определяют, останется ли незаметной иллюзия, созданная растровой структурой, или она будет бросаться в глаза. Углы также влияют на объем данных, которые должно содержать изображение для получения высокого качества иллюстрации. Ниже будут рассмотрены основные особенности использования углов поворота растра, а также их применение для печати цифро­вых изображений.
При печати оцифрованных полутоновых изображений растро­вая структура всегда разворачивается на некоторый угол. Для серых полутоновых изображений заданный по умолчанию угол -45°. Для цветных изображений четыре печатные формы системы CMYK поворачиваются на разные углы- на 105° для голубой печатной формы, 75° для пурпурной, 90° или 0° для желтой и 45° для черной. При печати формы надлежащим образом совмеща­ются, четыре цвета сводятся вместе, и точки формируют неболь­шие кластеры, напоминающие по форме розу, - так называемые розетки. Рациональное объяснение этой традиционной методики связано со способом восприятия углов человеческим глазом, с подмеченными особенностями восприятия цветов нашим зрени­ем, а также со способом, которым печатные краски различных цветов взаимодействуют с бумагой на печатной машине.
Человеческий глаз остро реагирует на угол поворота, если он совпадает с горизонтальной или вертикальной линией (0 или 90°, соответственно). Совершенная диагональ (45°) находится посере­дине между этими значениями и, следовательно, обеспечивает наиболее приемлемый компромисс. Этим объясняется тот факт, что растры для серых полутоновых изображений и черной печатной формы изображений CMYK обычно печатают с использова­нием угла 45°.
Имеется одно важное исключение из правила, требующего выводить на печать полутоновые изображения с углом поворота растра 45°. Если содержание изображения подчеркивает диаго­нальные линии, то угол 45° может приводить к возникновению грубых интерференционных структур, чего следует избегать.
Относительная яркость цветов системы CMYK определяет, на сколько градусов следует повернуть каждый растр относительно горизонтальной или вертикальной линии. Черный цвет самый темный, и поэтому его растр повернут на максимальный угол относительно растров прочих цветов. Растры голубого и пурпур­ного цветов повернуты на 15° относительно вертикали, но в про­тивоположных направлениях. Самый светлый цвет, желтый, можно растрировать с использованием углов 0 или 90°, не опаса­ясь видимых проявлений. Если часть изображения содержит большие объемы интенсивного желтого, то в этом случае угол поворота желтого растра меняется на угол поворота растра дру­гого цвета, а затем подчеркивается желтый.

Рис. 1.9. Влияние углов наклона растра на формирование растрового узора

При печати в цвете с поворотом всех форм на печатной ма­шине на одинаковый угол полученные цвета будут чрезвычайно «грязными». С другой стороны, увеличение размера растровой точки приведет к размыванию точек печатной краски, из-за кото­рого отпечатанные изображения будут казаться темнее, чем на мониторе. Смещение растров для каждого цвета позволяет со­хранить хороший внешний вид составной иллюстрации.
Одна из главных проблем цифрового растрирования состоит в оптимальном выборе углов поворота растров. Любые факторы — от сюжета изображения и использованных предварительно ска­нированных изображений до нарушения совмещения печатных форм в ходе вывода изображения или печати - могут привести к тому, что незаметные розетки превратятся в значительно более очевидные структуры (см. рис. 1.9).
Муар - это раздражающая глаз видимая растровая структура, которая отвлекает зрителя от сюжета изображения. Обычно за муар ответственны углы поворота растров, которые приводят к формированию точек неправильной формы, но причины этого явления могут быть самыми различными, например:

Примечание: эксперименты с изменением параметров растриро­вания, как правило, дают худший результат по сравнению с ис­пользованием значений, заданных по умолчанию, поэтому изме­нять их следует только после консультаций с печатниками.
Разрешение растровых изображений
Одним из вопросов, который чаще всего задают начинающие дизайнеры, является: как правильно определить разрешение рас­тровых изображений. Этот вопрос отнюдь не праздный: от вы* бранного разрешения очень сильно зависит объем файла, зани­маемый им на диске, скорость обработки документа в программе редактирования изображений и время вывода на печать.
Разрешение, с которым изображение должно быть отправлено на окончательное устройство вывода, называется выходным раз­решением и определяется пространственной частотой растра. В области допечатной подготовки цифровых изображений суще­ствует эмпирическое правило, которое заключается в том, что выходное разрешение должно быть равным удвоенной линиатуре растра (например, 300 ppi для растра с линиатурой 150 lpi).
В действительности, для большинства типов изображений идеальное отношение выходного разрешения к пространственной частоте растра, известное также как коэффициент растрирова­ния, или коэффициент качества, намного ближе к 1,5:1, чем к 2:1, т к. разрешение при сканировании (сканера или цифровой камеры) всегда измеряется при нулевом горизонтальном угле. Однако, когда фотонаборный автомат или другое печатающее устройство, поддерживающее PostScript, генерирует цифровые полутона или цветоделения, то растровую форму (или растры) поворачивают на некоторый угол, чтобы глаз наблюдателя не чувствовал растровой структуры.
Это расхождение между нулевым углом относительно горизон­тали, характерным для разрешения при сканировании, и углами поворота растровых форм имеет большое значение, поскольку оно влияет на объем информации, необходимой для формирования каж­дой точки растра в описании PostScript. Теоретически, один пиксель должен содержать всю информацию, необходимую, для генериро­вания одной точки растра, для которой идеальным является отноше­ние 1:1. На практике этого не получается, потому что при повороте горизонтального отрезка данной длины на 45° его горизонтальная проекция значительно уменьшается. Чтобы компенсировать это кажущееся «уменьшение», необходимо увеличить длину горизон­тального отрезка в 1,41 раза относительно его исходной длины, чтобы подогнать протяженность диагонального отрезка.
Таким образом, для генерации одной точки растра процессору Растровых изображений (RIP) печатного устройства, использую­щему язык PostScript, требуется эквивалентный объем данных, состоящий приблизительно из 1,41 пикселей изображения, а не i двух пикселей, как часто полагают (для углов поворота голубых, пурпурных и желтых растров это отношение даже меньше, чем 1,4:1, но значение 1,41:1 соответствует худшему случаю - углу поворота растра для черной краски).
R1P усредняет все значения тона внутри каждой области по­лутоновой ячейки, получая единое значение, на основании кото­рого генерирует одну точку растра. Если изображение содержит много избыточной информации (ситуация с отношением разрешение линиатура, равным 2/1), то RIP усредняет множество цве­тов или градаций серого, сводя их к единому значению, что в конечном итоге негативно сказывается на контрасте и деталях изображения.
Избыточные данные в файле изображения только повышают требования к средствам хранения и увеличивают издержки выво­да, не повышая качество напечатанной иллюстрации, в результа­те чего качество вывода может даже ухудшиться. В большинстве случаев коэффициент растрирования, равный 1,5, достаточен для оптимального воспроизведения деталей и контраста. Единствен­ным исключением из этого правила могут быть чрезвычайно детализированные изображения типа архитектурных чертежей.
ЧМ-растрирование
Как было отмечено выше, углы поворота растра и необходи­мость сохранения жесткой, регулярной структуры растра при цифровом растрировании часто не позволяют поддерживать оп­тическую иллюзию непрерывного тона при печати. В результате , поиска альтернативных решений появилась относительно новая технология - частотно-модулированное (ЧМ) растрирование,! которое приобрело популярность как реальная альтернатива традиционному растровому представлению полутонов.
Если при стандартном цифровом растрировании используются точки переменных размеров, расположенные через фиксированные  интервалы сетки, то в технологии ЧМ-растрирования используются точки фиксированного размера (а в некоторых версиях стохас­тического растрирования - точки переменного размера), разделен­ные случайными  интервалами.  Этот  метод  размещения  точек позволяет устранить распознаваемые глазом растровые структуры и муар. Области изображения с повышенной плотностью точек кажутся более темными, а участки с меньшей плотностью точек  более  светлыми.
Преимущества ЧМ-растрирования. Данная технология пред­лагает существенные выгоды для некоторых приложений печати высокого класса, особенно при печати изображений с многораз­рядным цветом, широким динамическим диапазоном, гладкими переходами между тонами и сложными деталями. Особенности реализации преимуществ ЧМ заключаются в следующем:

Следует отметить, что поскольку ЧМ-растрирование позволяв прорабатывать детали лучше, чем полутоновое, рекомендуется использовать выходные разрешения, равные или большие, чем использовались бы для АМ-растрирования. Чтобы оптимальным образом использовать потенциальные преимущества ЧМ-растрирования выводе изображений высокого разрешения, следует печатать мелованной бумаге и на листовой печатной машине.
ЧМ-растрирования. При всех потенциальных выгодах в области ЧМ-растрирования существует также ряд про­блем Некоторые программные решения уже существуют, другие в настоящее время находятся в стадии разработки. Качество ре­зультатов зависит также от опыта работы с новой технологией, которым обладает сотрудник типографии. Ниже перечислены некоторые из потенциальных проблем:

Переход к ЧМ-растрированию. Хотя несколько проблем в ЧМ-растрировании остаются частично нерешенными, есть мно­жество приложений, в которых эта технология может оказаться очень полезной. Следующие рекомендации помогут пользовате­лю решить, будет ли ЧМ-растрирование полезным для создавае­мых проектов.
¦     Непосредственная   обработка   печатных   форм   -   для управления размером точки при ЧМ-растрировании необходимо уделять  повышенное  внимание  качеству  окружающей среды в производственном помещении. Исполь­зование устройств разработки или систем непосредствен­ной обработки печатных форм уменьшает число техноло­гических этапов в процессе получения отпечатанных страниц и, следовательно, помогает поддерживать ста­бильный размер точки.

Таким образом, в данном разделе были рассмотрены техноло­гии растрирования, которые являются основой печати изображе­нии, а также причины возникновения многих проблем при созда­нии безупречных иллюстраций. Однако следует иметь в виду, что увеличение размера растровой точки и муар - не единственные проблемы, существующие в отпечатанных изображениях. Сдвиги
цвета, нарушение баланса цвета, сжатие тонов, чрезмерное уве­личение четкости, избыточное или неадекватное разрешение, недостаточный треппинг, образование полос и недостаток ин­формации относительно установок печатных машин также могут приводить к одинаково раздражающим дефектам.