M.2.2.2. Методы исследования и моделирования информационных процессов и технологий в полиграфии

M.2.2.2. Методы исследования и моделирования информационных процессов и технологий в полиграфии

Полиграфи́я (от греч. πολὺ- — «много» и γραφειν — «писать») — это отрасль промышленности, занимающаяся созданием и размножением печатной продукции.

Сегодня полиграфическая индустрия переживает пик внедрения информационных технологий. Компьютеризацией, в той или иной степени, охвачены все этапы производственного цикла, но этап допечатной подготовки издания почти невозможен без применения цифровых технологий. Это накладывает свои особенности на весь технологический процесс, сложившийся за многие столетия.

 

Тема 1. Пиксельная (растровая) графика

Аналоговый и импульсный сигналы

Органы чувств человека воспринимают сигналы в так называемой аналоговой форме. Оригиналы иллюстраций (фотографии, живопись, акварели и прочие) состоят из цветов, которые имеют плавно и непрерывно изменяющиеся параметры: цветовой тон, яркость, насыщенность и т.п. Это и есть аналоговая форма сигнала.

Пример аналогового способа передачи информации удобнее пояснить для органов слуха: музыкальный инструмент издает звук – колебания воздуха; записывают на граммофонную пластинку в виде аналогичных колебаний глубины бороздки; при воспроизведении игла заставляет колебаться мембрану, и получаются колебания воздуха – звук.

Достоинством аналогового способа передачи информации является ее естественность и непрерывность. Недостатки – способность к затуханию и чувствительность к помехам.

Для использования в компьютерных программах необходимо преобразовать сигнал в цифровую форму (иногда говорят – импульсный сигнал, а импульсы можно сосчитать). Для этого надо произвести дискретизацию аналогового сигнала, то есть разбиение аналогового сигнала на интервалы и усреднение сигналов в пределах каждого интервала. Затем следует выполнить квантование ‑ замену величины усредненного дискретного отсчета ближайшим значением из набора фиксированных уровней. Наконец производится кодирование – присвоение каждому уровню цифрового значения. Теперь цифры можно тем или иным способом передать в другое устройство или другую компьютерную программу. Но, чтобы воспринять информацию, надо преобразовать импульсный сигнал обратно в аналоговый. И здесь происходят потери информации. Аналоговый сигнал, синтезированный из цифрового сигнала может довольно значительно отличаться от исходного аналогового сигнала.

Достоинства импульсного способа передачи информации – устойчивость к затуханию и помехам и возможность контроля передаваемого сигнала на его соответствие исходному сигналу. Главным достоинством является абсолютная идентичность копий. Недостатки – ошибки при аналогово-цифровом и цифро-аналоговом преобразованиях. А именно, приблизительность при дискретизации и округление при квантовании и, как следствие, невозможность получить непрерывный и гладкий аналоговый сигнал при декодировании.

Оцифровка оригинала изображения

Дискретизация штрихового изображения

Помещаем некий "оригинал" в декартовы координаты, а фактически — просто строим сетку, линии которой образуют клетки-ячейки, т. е. независимые друг от друга дискретные элементы (если выразиться короче — "дискреты").

На изображении получаются дискретные элементы по вертикали, которые можно, например, пронумеровать и дискретные элементы по горизонтали, которые также можно пронумеровать.

Квантование штрихового изображения

На предыдущем этапе изображение было принудительно "разрезано" на элементы ("квадратики") для того, чтобы отделить один элемент от другого. При этом каждый элемент получил свое уникальное положение в сетке дискретизации.

Каждый отделенный элемент необходимо оценить в соответствии с некоторой заранее заданной шкалой — это и есть процедура квантования. Для примера выбран черно-белый штриховой "оригинал". "Штриховой" означает, что используется только два цвета: или белый, или черный.

 

Таблица квантования для штрихового изображения

Значение цвета	Коды (один двоичный разряд)
Черный
Белый

Визуализация цифрового изображения

На предыдущих этапах цифровое изображение получило форму, доступную для хранения и обработки на соответствующих электронных устройствах, но недоступную для восприятия и управления человеком.

Чтобы увидеть изображение, необходимо при помощи соответствующих программ и драйверов устройств, используя ту же самую таблицу квантования, имеющуюся матрицу представить доступными для человеческого восприятия средствами. Иными словами, визуализировать цифровое изображение, например, на экране монитора, а может и на принтере.

Процедуру оцифровки изображения (дискретизации, квантования и кодирования) часто называют растеризацией (хотя в полиграфии под этим термином понимают нечто другое).

 

Разрешение пиксельной графики

Единица разрешения — ppi

Разрешение можно определить как количество пикселов в дюйме, обычно оно обозначается как ppi (читается "пи-пи-ай"), что является сокращением от словосочетания " pixels per inch " и переводится как "пикселов в каждом дюйме".

Однако стандарты России требуют выражать разрешение в пикселах на сантиметр. Полезно помнить таблицу пересчета:

ppi	пикс./см
	28,346
	39,37
	59,055
	118,11
	236,22

Главный вопрос, связанный с использованием разрешения, состоит в правильном выборе значения разрешения.

«оригинал» разрешение Х ppi «оригинал» разрешение 2Х ppi

 

Особенность изображения треугольника состоит в несовпадении сетки дискретизации и границы между белыми и черными областями. Если использовать разрешение, ранее выбранное для квадрата, результат визуализации оцифрованного изображения приобретет вид далекий от треугольного.

Имеет смысл заново отсканировать (произвести дискретизацию) оригинала. Необходимо уменьшить размер элементов дискретизации (пикселов), а для этого, соответственно, придется увеличивать разрешение. Например, размер пикселов можно уменьшить вдвое. В этом случае в визуализированном изображении ступеньки станут в два раза меньше.

Таким образом, увеличивая разрешение (и, соответственно, уменьшая фактический размер пикселов), можно достичь такого уровня, при котором эти элементы станут неразличимыми для восприятия.

Таблица квантования тонового изображения

Таблица квантования, предназначенная для передачи непрерывного тона, состоит из 256 строк, т. е. 256 двоичных кодов: в диапазоне от 00000000 до 11111111.

Таким образом, начальному коду (то есть 0 в десятичной системе счисления) ставим в соответствие черный цвет, а конечному (то есть 255 в десятичной системе счисления) — белый цвет, остальные 254 кода будут соответствовать оттенкам серого: от очень темного, близкого к черному, до очень светлого, близкого к белому.

Кодовая таблица градаций тона "серая шкала" (grayscale).

Номер по порядку	Двоичный код	Десятичный код	Значение
			Черный
			Самый темно-серый
			Очень темно-серый
…	…	…	…
			Средний серый
…	…	…	…
			Очень светло-серый
			Самый светло-серый
			Белый

Исследования свидетельствуют, что в среднем человеческий глаз может уверенно различать около 64 градаций тона. И хотя это среднестатистический показатель (видимо, у людей с тренированным зрением этот уровень значительно выше), тем не менее "серая шкала" превышает его в четыре раза.

Глубина цвета

Вернемся к рассмотрению битовой карты. В каждую ячейку матрицы может быть помещен один бит информации, т. е. одно двоичное число (или 0, или 1).

Теперь в связи с тоновыми изображениями ситуация изменилась: каждый пиксел тонового изображения требует для своего представления не одного двоичного бита, а восьми, т. е. целого байта информации.

Сохраняя принятое определение битовой карты и условие неизменности разрешения, проблема решается за счет добавления новых битовых карт по числу дополнительных разрядов. Эти дополнительные карты располагаются как бы в пространстве, а именно в «глубину». И, соответственно, общее количество битовых карт (а по сути разрядов или двоичных цифр) определяет «глубину» таблицы квантования. В русской терминологии используется форма «глубина цвета».

Глубина цвета измеряется числом двоичных разрядов, отведенных для каждого пиксела.

Сглаживание

Для тоновых изображений, которые отображаются на экране монитора (особенно преобразованных из штриховых), характерно использование сглаживания (anti-aliasing). Суть сглаживания заключается во взаимном влиянии пикселов у границы контрастных областей изображения.

Сглаживание (anti-aliasing) часто используют при увеличении разрешения тонового изображения.

 

10х10 пикселов преобразовано в 20х20

На границе белого и черного при использовании сглаживания создается полоска серых пикселов. Вследствие этого несколько уменьшается видимость ступенчатости битовой карты, но понижается резкость изображения.

Разрешение и линиатура

Печать полутоновых или цветных изображений возможна только с использованием технологии растрирования, которая обеспечивает преобразование уровней тона изображения в совокупность растровых точек определенного размера и формы, которые при общем восприятии человеческим глазом сливаются и создают иллюзию непрерывного тона.

Более светлым участкам изображения соответствуют мелкие растровые точки, более темным участкам ‑ более крупные растровые точки. Частота растровых точек в традиционном (амплитудном) растрировании в одном изображении поддерживается неизменной и измеряется числом линий на дюйм (lines per inch ‑ lpi). Частота растра поэтому иначе называется линиатурой растра. Это величина обратная шагу (периоду) растра.

Схематичное изображение вертикальная граница между белыми и серыми пикселами при печати на бумагу. Обратите внимание, что размер пикселов меньше размера растровой ячейки.

В отличии от пиксела, растровая точка состоит из субэенментов. При 100% заливки точка заполняет всю растровую ячейку, при меньшем проценте – только часть, обычно центральную. При менее 50% форма растровой точки становится близкой к эллипсу.

На границе разных оттенков растровая точка имеет произвольную форму для адекватного отображения этой границы.

Пример распечатки пиксельного изображения 150 ppi и векторного треугольника с разной линиатурой на лазерном принтере с разрешением 600 dpi.

 

При маленькой линиатуре растровая точка хорошо заметна, и видна возможность создания растровых точек произвольной формы. Для изображения с разрешением равным 150 ppi достаточно линиатуры 75 lpi, но при 106 lpi изображение выглядит лучше. А вот при слишком большой линиатуре пропадают оттенки серого.

 

Пример распечатки пиксельного изображения 300 ppi с разной линиатурой на лазерном принтере с разрешением 600 dpi.

 

Тема 2. Векторная графика

Кривая Безье (элементарная)

Теорию кривых Безье разработал П. де Кастело в 1959 году и, независимо от него, П. Безье в 1962 году. В общем случае кривая Безье — это частный случай В-СПЛАЙНОВ (NURBS-кривых), которые можно определить как взвешенная сумма п+ 1 контрольных точек, где весовыми коэффициентами являются полиномы Бернштейна.

Рассмотрим определения первых трех степеней кривой Безье.

Линейная кривая, кривая первой степени (прямая), определяется следующей параметрической формулой:

B(t) = (1 - t)P₀+t P₁ где 0 < t < 1.

Это выражение представляет собой линейную интерполяцию между двумя точками.

Квадратичная кривая, кривая второй степени, определяется формулой:

B(t) = (1 - t)²P₀ + 2(1 - t)tP₁ + t²P₂ где 0 < t < 1.

Квадратичные кривые Безье используются, например, в шрифтах TrueType при определении контуров символов.

В графике используется кубическая кривая, кривая третьей степени, которая определяется формулой:

B(t) = (1 - t)³Р₀ + 3(1 - t)²tP₁ + 3(1 - t)t²P₂ + t³Р₃ где 0 < t < 1.

Четыре опорные точки P₀, P₁, P₂ и P₃, заданные в 2-х или 3-мерном пространстве определяют форму кривой.

 

Линия берёт начало из точки P₀ направляясь к P₁ и заканчивается в точке P₃ подходя к ней со стороны P₂. То есть кривая не проходит через точки P₁ и P₂, они используются для указания её направления. Длина отрезка между P₀ и P₁ определяет, как скоро кривая повернёт к P₃.

В декартовых координатах это означает:

X(t) = (1 - t)³X₀ + 3(1 - t)²tX₁ + 3(1 - t)t²X₂ + t³X₃

Y(t) = (1 - t)³Y₀ + 3(1 - t)²tY₁ + 3(1 - t)t²Y₂ + t³Y₃.

Для прямого построения кривой задаемся конкретным значением параметра t в диапазоне от 0 до 1 и подставляем в формулы. Получаем координаты x и y одной точки на кривой. Затем задаемся следующим значением параметра t и получаем координаты x и y следующей точки на кривой. И так далее.

В матричной форме кубическая кривая Безье записывается следующим образом:

,

 

где называется базисной матрицей Безье:

.

В современных графических системах, таких как PostScript, Metafont и GIMP для представления криволинейных форм используются сплайны Безье, составленные из кубических кривых.

Построение кривых Безье

Линейные кривые

Параметр t в функции, описывающей линейный случай кривой Безье, определяет где именно на расстоянии от P₀ до P₁ находится B(t). Например, при t = 0,25 значение функции B(t) соответствует четверти расстояния между точками P₀ и P₁. Параметр t изменяется от 0 до 1, а B(t) описывает отрезок прямой между точками P₀ и P₁.

Построение отрезка

Квадратичные кривые

Для построения квадратичных кривых Безье требуется выделение двух промежуточных точек Q₀ и Q₁ из условия чтобы параметр t изменялся от 0 до 1:

Точка Q₀ изменяется от P₀ до P₁
и описывает линейную кривую Безье. Q₀ = (1 - t)P₀+t P₁

Точка Q₁ изменяется от P₁ до P₂
и также описывает линейную кривую Безье. Q₁ = (1 - t)P₁+t P₂

Точка B изменяется от Q₀ до Q₁
и описывает квадратичную кривую Безье. B(t) = (1 - t)Q₀+t Q₁

Построение квадратичной кривой Безье

Кубические кривые

Для кубической кривой строятся промежуточные точки Q₀, Q₁ и Q₂, описывающие линейные кривые, а также точки R₀ и R₁, которые описывают квадратичные кривые: более простое уравнение p0q0/p0q1=q1p1/p1p2=bq0/q1q0

Построение кубической кривой Безье

 

Преобразование квадратичных кривых Безье в кубические

Q₀ = P₀

Q₁ = (1/3)P₀ + (2/3)P₁

Q₂ = (2/3)P₁ + (1/3)P₂

Q₃ = P₂

В декартовых координатах квадратичная кривая Безье с координатами преобразовывается в кубическую кривую Безье с координатами

 

Язык POSTSCRIPT

Язык описания страницы PostScript был создан в начале 80-х годов прошлого века фирмой Adobe. Его идеология состояла в том, что он был призван стать языком управления графическим устройством, например лазерным принтером, а не просто выполнять узкую задачу — позиционировать только черные точки, т. е. не только создавать битовую карту изображения с учетом разрешения выводного устройства (так работает язык PCL). Главная обязанность этого языка должна заключаться в передаче информации между прикладными программами (графическими редакторами, программами верстки) и устройствами визуализации (лазерными принтерами, фотонаборными автоматами и цифровыми офсетными машинами).

Поэтому формирование полной битовой карты страницы было перенесено в обязанность принтера, что вызвало необходимость включить в его состав как вычислительный блок, так и блок памяти.

В основу языка PostScript были положены следующие условия.

· Основой векторного принципа кодирования графической информации приняты кривые третьего порядка (кривые Безье). И что очень важно, эти кривые использовались для описания как графики, так и шрифта, что обусловило единые алгоритмы обработки (с некоторыми небольшими отличиями).

· С самого начала было принято решение разрабатывать PostScript как язык программирования высокого уровня, а не просто язык линейного управления внешним печатающим устройством. Поэтому были предусмотрены все возможности, свойственные классическим языкам программирования, например циклы, ветвления, подпрограммы и т. д. Кроме того, очень важно отметить, что PostScript это язык интерпретирующего типа (программа обрабатывается по мере поступления команд). Файлы в формате PostScript сохраняются в виде обычных текстовых символов (первая половина кодовой таблицы ASCII), что позволяет "рисовать" страницы в обычном текстовом редакторе, сейчас, конечно, это не имеет значения, но в свое время впечатляло. Поэтому, в сущности, документ, написанный на языке PostScript или сгенерированный из какого-либо приложения, — это программа, которая подлежит выполнению, и этим "занимается" интерпретатор языка, входящий в состав принтера. Такая программа может быть совсем короткой, и ее передача на принтер займет не так много времени (чего, впрочем, нельзя сказать о ее выполнении), а может быть и очень значительной и ее передача на принтер может происходить не один час.

· Изображение, которое описывается с использованием языка PostScript, никаким образом не связано с разрешающей способностью конкретных устройств вывода. Процесс приспособления изображения к возможностям принтера (процессы растеризации и растрирования) происходит уже в самом принтере, тем самым добивается максимальное качество, на которое он способен.

· С точки зрения содержания язык PostScrip — это графика, основанная на кривых Безье. Кривые Безье — это воображаемые линии, которым можно присвоить обводку (stroke) и заливку (fill). Кроме того, возможны импортирование и обработка пиксельной графики.

Эти условия и их реализация вывели язык PostScript на позиции несомненного лидера и позволили ему стать основой всей области компьютерной графики и полиграфии.

Последующее развитие языка не изменило своей основы, но шло по пути интегрирования новых возможностей выводных устройств (цветная печать, систем управления цветом и т. д.).

 

Использование шрифтов

Шрифты с засечками лучше подходят для газет и печатных изданий потому, что легче читаются. Многие наши газеты об этом не заботятся, полагая, что Arial и подобные шрифты современнее и красивее, совершенно не беспокоясь о читабельности. Особенно важно использовать антикву в детских книжках, хотя и здесь есть примеры применения рубленных шрифтов.

Шрифты без засечек наоборот, больше подходят для отображения текста на компьютере. На экране монитора текст в шрифте Times выглядит угловато.

Чтобы текст корректно выглядел на любом компьютере, следует использовать один из системных шрифтов: Arial; Courier; Times. Эти шрифты Unicode (см. ниже), потому не будет проблем с отображением на экране символов и букв других алфавитов. Также можно использовать шрифты: Verdana; Tahoma; Wingdings; Comic Sans MS. Кроме того, при разработке сайтов рекомендуется задавать не один, а несколько шрифтов. Задать использование шрифта Verdana, если его нет, то Geneva и т.д., если же вообще нет ни одного из перечисленных, тогда любой шрифт без засечек.

Еще есть специфика шрифта Courier. Обычно буквы имеют различную ширину ‑ i меньше w, ь меньше ы. В шрифте Courier все буквы занимают одинаковые по ширине площадки, таким образом, легко построить таблицу, где символы точно будут попадать один под другой. Кроме того, буквы в этом шрифте не имеют острых углов.

При отображении текстов на экране векторные шрифты воспроизводятся с искажениями. Причиной этого является незначительная разрешающая способность дисплея. Для того, чтобы уменьшить эти искажения применяются различные способы.

Хинтинги или хинты ‑ набор инструкций, которые позволяют изменить (улучшить) форму символа, отображаемого на экране. Эта информация записана в файлах шрифта. (Хинтование применяется и для принтеров невысокого разрешения, например, 300 dpi.)

Монохроматическое сглаживание, подобно anti-aliasing, позволяет избавиться от «угловатости» с помощью создания на краях символа тоновых пикселов. Субпиксельное сглаживание основано на свойствах жидкокристаллических мониторов, в которых каждый пиксель разделён на три ячейки (субпиксела) разных цветов. Этими ячейками можно управлять отдельно.

Также и при печати некоторые форматы шрифтов могут иметь специальные инструкции для улучшения их отображения: например, для согласования рядом стоящих символов в шрифте может быть несколько вариантов начертания одного и того же символа, а также инструкция по использованию того или иного начертания.

Обычно типографии указывают, что не допускается использование системных шрифтов (Arial, Courier New, Times New Roman, Tahoma) при верстке публикаций!

TrueType

Шрифтовой формат TrueType был разработан в середине 80-х компанией Apple, для операционной системы компьютеров Макинтош. TrueType-шрифты созданы на языке описания страниц TrueImage, для построения шрифтовых знаков в TrueType применяются квадратичные сплайны. Они рисуются на экране быстрее, чем кривые Безье, применяемые для построения знаков в PostScript-шрифтах, однако при печати дают менее точные кривые, чем кривые Безье.

Шрифты TrueType состоят из одного файла с расширением. ttf, используемого и для вывода на экран и для печати. Они спроектированы таким образом, чтобы одинаково четко выводиться на экран и печать при любом кегле. При печати шрифтов TrueType на PCL-принтерах информация, используемая компьютером передается непосредственно на принтер. При печати TrueType-шрифтов на принтере PostScript, драйвер принтера обычно преобразует их в PostScript-совместимые шрифты (например, Type 1).

Такое преобразование может привести к некоторой потере информации шрифта или небольшому его изменению, включая хинтовку и толщину штрихов. (Хинты - это команды, встроенные в контурные шрифты и позволяющие печатать их с максимальным соответствием спроектированной форме символа. Хинтовка позволяет воспроизводить (печатать, например) контурные шрифты сохраняя форму символов при низком разрешении. Так хинтовка улучшает вид мелкого текста, напечатанного на лазерном принтере с разрешением 300 dpi.)

 

Adobe Type 1

Adobe создала множество шрифтовых форматов, основанных на языке описания страниц PostScript. Самый распространенный из них - Type 1. Знаки в шрифтах Type 1 описываются с помощью кривых Безье, что позволяет более точно, чем TrueType передавать их форму на печати. Основанный на языке PostScript формат Type 1 более, чем TrueType совместим с программами Adobe, он не требует конвертации при печати на PostScript-устройствах и, как следствие, порождает меньше ошибок.

Type 1 состоит из двух компонентов: растрового (экранного) и контурного (принтерного) файла шрифта. Растровый шрифт имеет, как правило ряд вариантов размеров, созданных при генерации шрифта. На Windows все вариации экранного шрифта записываются в файл с расширением. pfm, принтерные Type 1-шрифты имеют расширение. pfb.

Шрифты Type 1 могут быть резидентными и находиться в ПЗУ принтера, что повышает скорость печати. Ранее для работы с операционной системой Type 1 требовалась программа Adobe Type Manager (ATM), которая, кроме прочего, позволяет генерировать на лету из контурного шрифта отсутствующие версии экранного.

Adobe Multiple Master

Формат Multiple Master представляет из себя PostScript-шрифт, который позволяет динамически изменять такие параметры как насыщенность, ширину, начертание и оптический размер. Данные характеристики описываются в терминах линейных осей проектирования. Названия всех Multiple Master-шрифтов содержат сочетание "MM", имя гарнитуры так же заканчивается на MM с числовыми значениями параметров осей. Для редактирования параметров ММ-шрифтов используется шрифтовая машина Type 1 — Adobe Type Manager Deluxe. После подгонки параметров вы добавляете новый шрифт с измененными значениями осей в общий список.

 

OpenType

OpenType - первый кроссплатформенный формат шрифта, он разработан совместно Adobe и Microsoft. Спецификации OpenType были выпущены в 1997 году, формат вобрал в себя все последние достижения в области шрифтовых технологий.

Кроссплатформенность OpenType достигается за счет включения в один файл и Windows и Mac OS-версий данного шрифта. Таким образом, один и тот же файл шрифта будет работать на обеих платформах.

Строение шрифта формата OpenType. Шрифты OpenType бывают двух типов. Первые ‑ основанные на языке TrueImage (т.е. содержащие TrueType шрифты для Макинтош и Windows) и вторые ‑ базирующиеся на языке PostScript. Первые разрабатываются и распространяются Microsoft, они имеют расширение. ttf. Второй тип разрабатывается Adobe, он может включать все типы шрифтов, основанные на PostScript, прежде всего Type 1 и Multiple Master. Этот тип OpenType имеет расширение. otf. Для использования.otf-шрифтов операционная система требует Adobe Type Manager (ATM) или наличия встроенной поддержки PostScript-шрифтов (новые Windows). Для отличия в списках шрифтов программ, все имена шрифтов OpenType (по крайней мере разработки Adobe) имеют в своем составе слово "Pro".

Поскольку OpenType основан на Unicode, один файл шрифта может содержать до 65 тысяч знаков.

 

Другие типы шрифтов Adobe

Adobe Type 3

Спецификация шрифта Type 3 была создана Adobe, однако, сделав ее доступной для независимых производителей, сама Adobe шрифтов Type 3 никогда не распространяла. Формат проще в разработке, не сохраняет параметры хинтовки, и, как следствие, выводится с меньшей точностью и детализацией. Type 3 требует больше памяти компьютера и принтера для работы с ним.

Шрифты Type 3 называют также шрифтами, определяемыми пользователем. Обычно они применяются для описания сложных графических фигур (таких как логотипы).

Adobe Type 4

Формат Adobe PostScript Type 4 представляет из себя шрифт Type 1 преобразованный и сжатый утилитой Adobe Font Downloader для загрузки на PostScript-принтер.

Adobe Type 42

Type 42 - шрифты TrueType, содержащие PostScript-код. Формат генерируется во время печати драйвером PostScript-принтера. Type 42 позволяет интерпретатору принтера PostScript передавать информацию о шрифте интерпретатору TrueType не преобразуя шрифт TrueType в PostScript.

Цветовые модели

Цветовая модель (или цветовое пространство) — это не более чем способ описания цвета с помощью количественных характеристик. В этом случае не только легко сравнивать отдельные цвета и их оттенки между собой, но и использовать их в цифровых технологиях.

В цветовой модели (пространстве) каждому цвету можно поставить в соответствие строго определенную точку. В этом случае цветовая модель — это просто упрощенное геометрическое представление, основанное на системе координатных осей и принятого масштаба.

Однако цвет, как сложное физическое и психофизиологическое явление, не укладывается в единственную и простую модель, поэтому в области цветоведения создано множество моделей, исходя из разных практических требований. В цифровых технологиях используются, как минимум, четыре основных модели: RGB, CMYK, HSB в различных вариантах и Lab.

Модель RGB описывает излучаемые цвета. Цвета получаются сложением базовых. Модель называется аддитивной. Цветовая модель CMYK – субтрактивная, в отличие от RGB описывает поглащаемые цвета.

Автотипия — способ воспроизведения цветных и полутоновых изображений средствами печати с помощью растрирования. Хотя для получения изображения используются желтый, пурпурный и голубой красители (плюс черный), помимо образования цвета по субтрактивному механизму, имеет место также образование цвета и по аддитивному механизму за счет сложения световых потоков, отраженных от растровых элементов изображения. В полиграфической литературе метод получения цветного изображения по подобному механизму именуется автотипный синтез цвета.

Для нужд полиграфии разработаны также многочисленные библиотеки плашечных цветов, расширяющих цветовые охваты стандартных полиграфических триадных систем.

Цветоделение

При печати пиксельных файлов (TIFF, JPEG) на офисных принтерах и в сервисных центрах, их надо оставить в модели RGB.

Необходимость работы в модели CMYK возникает при подготовке к печати документов передаваемых в других форматах и на другое оборудование. Преобразование (ковертация) в CMYK собственно и есть цветоделение.

Характеристики красок

Важнейшей характеристикой заказного рабочего пространства являются краски печати. Для выбора и настройки красок следует воспользоваться ресурсами раздела Ink Options диалогового окна Custom CMYK. Пользователь может выбрать один из двенадцати стандартных наборов типа SWOP (Specification for Web Offset Publication - стандарт рулонной офсетной печати), Eurostandart или Тоуо. Каждый из этих типов имеет вариант, рассчитанный на мелованную (coated), немелованную (uncoated) и газетную бумагу. Кроме того, на основе стандартного набора красок можно создать сочетание красителей с новыми свойствами. Для этого следует воспользоваться пунктом Custom (Заказной) списка Ink Colors (Краски).

Вид печатного оттиска зависит не только от выбранного набора красителей, но и от типа бумаги. К сожалению, в программе недоступна информация о том, для какого конкретного сорта бумаги предназначены стандартные краски. Наличие мелованного покрытия (или его отсутствие) слишком общая характеристика для точного определения подходящей марки бумажного носителя.

Тип цветоделения

Теоретически смешение в равных долях красок Cyan, Magenta и Yellow должно дать черный цвет. На практике эта операция приводит к получению темно-коричневого цвета с заметными грязевыми включениями. Для получения подлинного черного цвета и его оттенков добавляют черную краску. Без этого очень трудно получить чистый тон в темных областях изображения.

Существует два основных способа добавления черной краски в цветоделенное изображение: UCR (Under Color Removal - удаление нижележащего цвета) и GCR (Gray Component Replacement - замещение серого компонента).

В процессе цветоделения по методу GCR во всех областях не серого цвета краски Cyan, Magenta и Yellow, формирующие серую составляющую, заменяются черной краской. Дополнительные количества этих красителей остаются без изменений. Например, если некоторая область имеет в целом нейтральный тон с розоватым оттенком, то можно сделать вывод о повышенном содержании пурпурного красителя, который своим избытком формирует искомый оттенок. В методе GCR результирующий цвет будет создан при помощи черной краски с небольшим добавлением пурпурного красителя. Общая схема работы метода следующая. Выполняется анализ цвета на наличие серой компоненты, при обнаружении таковой первичные цвета Cyan, Magenta и Yellow заменяются соответствующими количествами черной краски.

Пример перерасчета цвета в RGB в цвет модели CMY при 256 градациях

 

Тот же цвет в модели CMY в процента: теоретически; в программе Corel и в программе PhotoShop

Пример генерации черной краски (из CMY в CMYK) при установки «Среднее» и «Максимальное» параметра «Содержание черного»

 

Метод GCR используется в Photoshop по умолчанию. По сравнению с UCR он дает лучший баланс цвета, но требует настройки большего количества параметров. Кроме того, при замещении серого компонента уменьшается общий расход красителей.

Для улучшения результатов метода GCR используется прием, обозначаемый аббревиатурой UCA (Under Color - добавление неосновных цветов). В самых темных областях изображения уменьшается вклад черной краски и увеличиваются процентные составляющие красок CMY. Это делается для создания темных и насыщенных теневых областей, которые невозможно получить при помощи одной черной краски. Уровень замены задается в поле UCA Amount диалогового окна Custom CMYK. Значение этого поля подбирается экспериментально или по рекомендации типографии.

Главное отличие UCR от GCR состоит в том, что в первом случае черная краска заменяет краски CMY только для формирования областей серого тона. Цветоделение по методу UCR хорошо подходит для изображений, не содержащих темных и насыщенных тонов, во всех остальных случаях следует отдать предпочтение методу GCR.

 

Многие специалисты весьма скептически относятся к идеи внедрения системы управления цветом. Они вполне серьезно предлагают использовать метод «научного тыка», то есть идти путем проб и ошибок. Совершенно объективно, точно подогнать оттиск печатной машины под оригинал нет никакой возможности.

Идеология, ориентированная на спецификацию IСС, на сегодняшний день обеспечивает только стабильность и повторяемость результата, который может быть сравним лишь со средним, в лучшем случае, с хорошим качеством сканирования. Не более. Управление цветом ‑ дело дорогое и не может производиться в «дешевой» типографии. Должен быть серьезный уровень техники и квалификации персонала на всех этапах.

Самый простой способ не иметь проблем с цветовыми профилями – не использовать их вовсе. (Полезные рекомендации есть в книге Дэна Маргулиса о цветокоррекции в Фотошопе.)