Монологи о цветной печати

Руслан Ризванов

Обман зрения

Почему же сразу «обман»? Как вы, наверное, знаете, свет — это электромагнитное излучение, воспринимаемое рецепторами сетчатки глаза. В свою очередь рецепторы способны посылать нервные импульсы в мозг и формировать там ощущение какого-либо цвета. Как выяснилось, рецепторы бывают трех видов, и каждый из них реагирует только на «свои», определенные длины волн, соответствующие красному, зеленому или синему цвету. Сложение интенсивностей импульсов от каждого их вида в разных пропорциях дает некий промежуточный цвет. Белый, к примеру, образуется при одновременном одинаковом уровне раздражения всех трех видов.

Цвет разделяют на излучаемый и отражаемый. С излученным, думаю, все понятно — он попадает в глаз непосредственно от активного источника (лампы, огня). А вот отраженный образуется путем поглощения освещаемой поверхностью части упавших на нее световых волн и отражением остальных. Так, при дневном освещении объект имеет белый цвет, если отражает весь падающий на него свет, черный — если весь свет, наоборот, поглощает, а красный — если поглощает весь световой поток, за исключением составляющей, соответствующей красному цвету (она отражается и попадает на сетчатку глаза).

Восприятие цвета у всех людей несколько различается. Для того чтобы хоть как-то математически описать цвет, в 1931 г. Международной комиссией по освещению (CIE — Commission Internationale de L’Eclairage) была разработана система XYZ, охватывающая все цвета и оттенки, которые только может видеть человек. В дальнейшем, после усовершенствования XYZ, создается модель цветового пространства CIELab (рис. 1): по оси вверх — увеличение яркости цвета; от оси a к оси b по периметру окружности — изменение цветового тона, а по радиусу — изменение насыщенности цвета и на ее основе известные нам цветовые системы RGB и CMYK. В результате CIELab позволяет отдельно оперировать такими характеристиками, как цвет, цветовой тон, яркость, насыщенность. Надо понимать, что цветовая система описывает только некоторые цвета из общего цветового пространства. Например, изменить яркость в RGB невозможно! Вы, вероятно, возразите: мол, в Photoshop легко увеличить яркость изображения. Да, но не с помощью наращивания составляющих RGB, так как при этом изменяются исходные цвета пикселов, причем не равномерно, а путем математического пересчета цвета RGB в пространство Lab. Именно в нем и изменяется яркость цвета, а затем он конвертируется обратно в RGB.

Рис.1. Цветовая модель CIELab

Так почему же были созданы системы RGB и CMYK? Как известно, ощущение цвета у человека формируется с помощью трех цветовых составляющих: красной, зеленой и синей. В излучающих источниках, в частности в кинескопах, получить их довольно просто — надо лишь заставить светиться точки люминофора разных цветов. Если светящиеся точки красного, зеленого и синего разместить близко друг от друга, то человеческий глаз будет воспринимать их как один целый элемент — пиксел. Изменяя интенсивность их свечения в разных пропорциях, можно получать практически все другие цвета и оттенки. Значит, на экране монитора отображается цвет не отдельного элемента изображения, а триады цветовых составляющих, за счет которых наше зрение и формирует в мозге ощущение цвета того самого элемента. Этот способ называется аддитивным (от английского add — суммировать, складывать), а цветовая система на его основе — RGB.

Но как же быть с печатными изображениями и отраженным светом? Ведь нельзя же формировать цвет триадами и аддитивным синтезом — здесь необходимо получать цвет светом, отраженным от поверхности. А поскольку в основном на поверхность падает солнечный свет (т. е. белый), то требуется каким-то образом выделить из него необходимый цвет, отразить его, а все другие составляющие — поглотить. Озадачившись этим вопросом, научное сообщество в очередной раз «напрягло» комиссию CIE и получило решение в виде системы CMY (Cyan — голубой, Magenta — пурпурный, Yellow — желтый). Было установлено, что голубой поглощает только красный цвет, пурпурный — зеленый, а желтый — синий (диаметрально противоположные цвета поглощают друг друга — вот так!). Благодаря этой особенности были созданы полиграфические краски, работающие как светофильтры (рис. 2). Из света, проходящего сквозь них, вычиталось все лишнее, а нужная цветовая составляющая проходила и отражалась от поверхности бумаги. Любые иные цвета получались при наложении базовых красок CMY друг на друга в разных пропорциях. Однако возникали проблемы с «радикально черным цветом», как и у Кисы Воробьянинова из «Двенадцати стульев». Он имел оттенок, правда, не зеленый, а бурый. Вот и было решено добавить в систему отдельную черную составляющую, а чтобы не возникало путаницы (B — black могло трактоваться и как blue — синий), взяли букву K (последнюю в слове black). Назвали такой метод субтрактивным (от английского subtract — вычитать), а систему, основанную на нем, — CMYK. Но поскольку у CMYK диапазон цветности меньше, чем у RGB, то при конвертировании изображения из RGB в CMYK теряются некоторые оттенки.

Рис.2 Одинарное и двойное наложение красок

Печатное дело

А теперь посмотрим, как практически теория цвета воплощается в жизнь и как современные печатающие устройства формируют изображение на бумаге. Лет 10—15 назад никто и представить себе не мог, что в домашних условиях с помощью аппарата размером с хлебницу можно будет делать полноцветные распечатки фотографического качества. В то время их удавалось получать только на громоздких и дорогостоящих полиграфических машинах. Одним из самых быстрых и качественных способов печати считался офсетный. Он используется и по сей день (например, этот журнал также напечатан офсетным методом), а технологии печати на персональных лазерных и струйных принтерах в свое время создавались именно на его основе. Вобщем, суть этого метода заключается в том, что сначала делается цветоделение печатаемого изображения, т. е. оно раскладывается на четыре изображения, каждое из которых соответствует интенсивностям базовых цветов CMYK в исходном (рис. 3). Далее они выводятся на четыре отдельные негативные фотопленки (самые светлые области прозрачны, а самые темные — нет). Потом изображения переносятся на алюминиевые печатные офсетные пластины, у которых с одной стороны нанесен полимерный слой.

Рис.3 и 4. Разложение на цвета и печать изображения

Пленки размещаются на этих пластинах и экспонируются, т. е. освещаются лампой с ультрафиолетовым излучением. Через темные участки лучи не проходят, а через светлые — проходят и разрушают располагающийся под ними полимер. Затем разрушенные участки полимерного слоя вымываются, и получается некоторое рельефное изображение, аналогичное тому, что было на пленке. Когда пластины для каждой из четырех цветовых (CMYK) составляющих исходного изображения подготовлены, то они устанавливаются в печатную машину на отдельные барабаны. Подаваемые туда соответствующие краски удерживаются лишь углублениями на полимерном слое пластин (откуда был вымыт разрушенный полимер) и через систему валиков переносятся с вращающихся барабанов на бумагу, где снова совмещаются в одно полноцветное изображение (рис. 4). Вы спросите: «А что же общего здесь с принтерами?!» Ответ дается в следующей части статьи. В ней пойдет речь о растрировании, GDI и PostScript, а также о некоторых проблемах, связанных с формированием цвета при печати на принтерах для дома и малого офиса.

Растрирование

Рис. 1. Формирование изображения точками разного размера

Цветоделенное изображение выводится на пленки на специальном оборудовании. Сами пленки черно-белые, и принцип построения изображения на них такой же: или черный непрозрачный элемент, или же абсолютно прозрачный. А как быть с полутонами, как сделать, например, полупрозрачные участки? И здесь на помощь пришли аддитивный синтез и некоторые особенности зрения человека. Оказалось, что если располагать на пленке черные точки на одинаковом и очень малом расстоянии друг от друга, то, изменяя их размеры, можно получать так называемые регулярные растровые области, воспринимаемые человеческим зрением как сплошные элементы с более светлыми серыми тонами (рис.1). При печати на бумаге получался тот же эффект.

Объясняю, как, допустим, можно получить 50%-ный серый цвет. Для этого возьмем некоторую растровую ячейку размерами 16х16 клеточек (итого 256 максимально возможных градаций одного цвета) и в ее середине нарисуем черную точку. Чтобы получился 50%-ный серый, она должна занимать 50% растровой ячейки, т.е. 128 клеточек. Теперь, разместив эти ячейки равномерно на некоторой площади, мы и получим желаемый цвет (рис.2). Такой вид растрирования называется регулярным с амплитудно-модулируемым (AM) растром. Применяется он в офсетной печати, а также в лазерных принтерах. Причем в этом случае на бумаге получается изображение с двумя способами формирования цвета: сплошные участки образуются наложением красок друг на друга (субтрактивный синтез), а полутона и оттенки выходят благодаря очень близкому расположению точек одного или нескольких цветов, создающих иллюзию сплошной поверхности некоторого суммарного цвета (аддитивный синтез). Поэтому для получения качественных фотографических распечаток рекомендуется устанавливать разрешение не менее 1200 тнд.

Рис. 2. Получение серого цвета

Существует еще один способ растрирования — стохастический с частотно-модулируемым (FM) растром. При высоком разрешении печати он позволяет получать более реалистичные оттенки, четкие края контрастных элементов изображения, но поскольку он применяется в основном в струйных принтерах, то очень требователен к качеству бумаги. Интенсивность цвета здесь зависит от плотности точек одинакового размера, наносимых случайным (нерегулярным) образом на единицу площади. Сейчас минимальный размер точки в струйных принтерах достигается выбросом из дюзы печатающей головки чернильной капли объемом всего 2 пл! Естественно, потребуется много времени, чтобы заполнить ими большую площадь, поэтому некоторые производители используют технологию капель переменного размера, при которой мелкими каплями печатаются полутона и градиенты, а более крупными — сплошные области (см. «Мир ПК», №12/03, с.10). Также бывает, что для расширения цветового охвата помимо стандартных CMYK-картриджей в фотопринтерах устанавливаются дополнительные с более светлыми красками CL (Cyan-light) и ML (Magenta-light).

Цветные проблемы

Если вы возьмете увеличительное стекло и внимательно присмотритесь к распечаткам, сделанным на каком-либо недорогом струйном принтере, то увидите там «цветной мусор». Такой эффект особенно заметен в равномерных серых областях при печати из RGB-исходника. Дело в том, что серый цвет должен печататься за счет необходимого процента одной только черной краски. Однако тот же черный цвет в системе RGB не эквивалентен черному в CMYK, что обусловлено особенностями формирования цвета вообще: в RGB — это отсутствие свечения точек экрана (все составляющие равны 0), а в CMYK черный цвет получается либо смешением в определенных пропорциях базовых красок CMY, либо, что более правильно, при условии отсутствия CMY - красок, но со 100%-ным наложением четвертой специальной (действительно черной) краски Black. Поэтому при конвертировании изображения из RGB в CMYK будет получаться композит (рис. 3). При печати он приведет к тому, что для образования черного или серого цвета на бумаге краски всех четырех цветов будут накладываться друг на друга примерно в том процентном отношении, какое указано на рис. 3.

Рис. 3. Перевод цветовых компонент черной точки из RGB в CMYK

Контролировать CMYK-составляющие можно только на этапе подготовки изображения, изначально работая в CMYK-системе, причем в фотографиях или RGB-изображениях это в принципе невозможно. Кроме того, нужно, чтобы печатающее устройство поддерживало или хотя бы эмулировало язык описания страниц PostScript, а также имело свой аппаратный или программный растровый процессор (RIP), а не GDI (графический интерфейс, позволяющий выполнять растрирование на ЦП компьютера. — Прим. ред.). Без удовлетворения последних условий манипуляции со CMYK невозможны, ибо GDI перед печатью успевает сконвертировать все в RGB и не будет никакого толку от последующего преобразования драйвером картинки в систему CMYK, удобную для принтера.

Здесь следует отметить, что существуют Windows-принтеры (недорогие струйные и некоторые лазерные), использующие для работы ресурсы компьютера, к которому подключены, а для растрирования — графическую систему Windows GDI (Graphic Device Interface) или какой-либо программный RIP, функционирующий только в среде упомянутой ОС. Оснащенные собственными RIP-процессорами, они более предпочтительны для профессиональной работы, так как не тормозят компьютер и могут применяться вообще без непосредственного подключения к нему, т.е. в качестве сетевых принтеров. В них также возможна поддержка специальных языков, в том числе языка программирования графики PostScript. С его помощью операторы, т.е. программы, из которых производится печать (например, Word), создают описания страниц, где векторные объекты (в том числе и шрифты) представляются с помощью математических формул или данных о расположении их контрольных точек, растровые — битовой матрицей, а также имеются сведения о цвете, формате макета и проч. Затем подготовленное описание расшифровывается интерпретатором языка PostScript и подается на печать в виде команд управления печатающим устройством. Такой подход позволяет получать публикации с точной передачей установленных параметров независимо от используемой платформы и печатающего устройства.

Возможно, вы замечали, что при печати на лазерном принтере даже с разрешением 300 тнд текст имеет четкие ровные края, хотя на графике и виден растр? Оказывается, все дело в шрифтах TrueType. Они векторные, контурного типа, значит, у них есть векторные описания контуров символов и цветов заливки. При растрировании встроенные в шрифт наборы инструкций указывают RIP, как «разумно» сглаживать контуры, чтобы не нарушать пропорций символов. При этом заливка все равно выходит с установленным разрешением. В недорогих струйных устройствах печать производится с виртуального контекста воспроизведения Windows, т.е. так же, как и обычное растровое изображение, а четкость линий обеспечивается высоким разрешением. Кроме того, следует печатать с детализацией более 1200 тнд и именно на той бумаге, которая рекомендуется для данного печатающего устройства, чтобы минимизировать визуальный эффект «цветного мусора».

В общем, тема печати и работы с цветом огромна, и в одной статье ее не рассмотреть. Надеюсь, приведенная здесь информация поможет вам усвоить суть цветной печати, чтобы потом вы сумели понимать и разрешать возникающие проблемы с помощью имеющегося подручного арсенала средств — графических редакторов, настроек драйвера принтера и проч.