Półtony - tajny sekret dobrego druku

Na pierwszy rzut oka może się to wydawać oczywiste. Przecież wszyscy wiedzą, że wydruk jest drukowany w postaci siatki punktów, czyli tam, gdzie pojawiają się punkty na cal (dpi) lasera, atramentowego lub wizjera. Im wyższa rozdzielczość wyjściowa urządzenia, tym więcej punktów może być włączonych lub wyłączonych, czarnych lub białych, co skutkuje wyższą jakością szeryfów, wyraźniejszymi liniami i tak dalej. Strona wejściowa do skanowania czarnych lub białych linii jest równie prosta. Im więcej dpi jest w stanie rozwiązać skaner, tym więcej szczegółów można uchwycić (choć ograniczenia oka oznaczają, że nie ma skanowania punktowego przy rozmiarze większym niż 1000 dpi).

W przypadku dwuliniowych prac czarno-białych, takich jak praca tylko z tekstem lub tworzenie planów architektonicznych, istnieje stosunkowo proste mapowanie od monotonnych punktów wejściowych do monotonnych punktów wyjściowych. Jednak świat nie jest monotonny, ale składa się z ciągłych tonów (i kolorów, do których dojdziemy później) i to właśnie tutaj to proste mapowanie się załamuje. Dla danych wejściowych nie jest to tak naprawdę problem, ponieważ każdy zeskanowany piksel nie ogranicza się do reprezentowania dwuliniowej kropki włączonej lub wyłączonej, ale może równie łatwo reprezentować 256 odcieni szarości lub 16 milionów wartości RGB (dlatego zamiast dpi, rozdzielczości skanera powinny być mierzone w spi lub próbkach na cal).

Istnieje zasadnicza różnica pomiędzy bilinową czernią lub bielą a odcieniami szarości i kolorem ciągłym.

Wyjście jest jednak inną sprawą. Toner w Twoim laserze lub atrament na prasie offsetowej jest ograniczony do jednego koloru - zwykle czarnego - więc jak może produkować odcienie ciągłe, pełne spektrum odcieni szarości? Jest to kluczowa kwestia dla przemysłu poligraficznego od momentu jej wynalezienia, a rozwiązaniem jest poleganie na iluzji optycznej. Graficy zdali sobie sprawę z tego, że poprzez zastosowanie ściśle rysowanych kresek krzyżowych oko nie jest świadome poszczególnych linii, lecz uśrednia efekt, aby uzyskać wrażenie szarości. Im bliższy i cięższy jest wylęg, tym ciemniejszy jest postrzegany procentowy odcień.

Przez wieki ten ręczny system artystyczny wystarczał, ale wraz z pojawieniem się fotografii pojawiła się potrzeba automatycznego rozwiązania foto-mechanicznego. Około 1870 roku pojawiło się rozwiązanie - halftonowanie. Ten proces półtonowania działa poprzez rozbijanie obrazu o tonie ciągłym na siatkę regularnie rozmieszczonych komórek, w których znajdują się wyśrodkowane monotonne, ale różnej wielkości "półtonowe plamy". Im większe są te plamki, tym ciemniejszy jest postrzegany szary.

Zasada jest jasna, ale jak można uzyskać ten efekt? Opracowane rozwiązanie polegało na "projekcji" polegającej na ponownym sfotografowaniu obrazu o tonie ciągłym poprzez siatkę o zmiennej gęstości na filmie o wysokim kontraście, czarnym lub białym. Ilość światła odbitego dla każdej komórki ekranu określa gęstość siatki, która może być penetrowana w taki sposób, że podświetlenia wytwarzają większe plamy, a cienie wytwarzają mniejsze plamy na powstałym negatywie filmu. Negatyw ten jest następnie odwracany na prasie, aby uzyskać pożądany efekt większych półtonowych plam w obszarach cieni i mniejszych plam w rozjaśnieniach.

Halftonowanie rozbija ciągły ton na regularnie rozmieszczone, ale różnej wielkości plamy.

Zaledwie piętnaście lat temu kamery procesowe były jedynym wyposażeniem, jakie musiało posiadać studio graficzne. Obecnie oczywiście kamera została zastąpiona przez komputer, ale ten sam proces wyświetlania półtonów stanowi podstawę dzisiejszego w pełni cyfrowego podejścia, polegającego na przekształcaniu poziomów szarości lub kolorów pikseli na różne wielkości półtonów. I to właśnie te półtonowe plamki, a nie leżące u ich podstaw kropki urządzenia są tajemnicą kryjącą się za każdym obrazem, odcieniem lub kolorem, który widzisz w druku!

W związku z tym dobrze jest dokładnie zrozumieć, co jest związane z cyfrowym procesem półtonowania i jakie parametry są ważne dla jego powodzenia. Najważniejszym czynnikiem jest "częstotliwość linii" lub "reguła ekranu" półtonowego ekranu. To właśnie to ustawienie, mierzone w liniach na cal (lpi), decyduje o wielkości i rozstawie komórek w siatce półtonów. Pożądane jest, aby częstotliwość ta była wysoka, ponieważ oznacza to, że punkty półtonowe są małe i blisko siebie, więc mniej widoczne dla oka. Podczas gdy gazeta może używać linii orzecznictwa 85 lpi, na przykład, wyższej jakości druk używałby 133 lub 150 lpi.

W takim przypadku dlaczego nie zastosować wysokiej częstotliwości wyświetlania 150 lpi dla wszystkich wydruków? To sprowadza nas do tych punktów. Zawsze należy pamiętać, że półtonowa plamka nie jest kropką urządzenia - ale składa się z nich. W przypadku drukarki o rozdzielczości 600 dpi i częstotliwości odświeżania 150 lpi oznacza to, że każda komórka półtonowa składa się z kwadratu składającego się z 4 x 4 punktów urządzenia. Oznacza to, że każdy półtonowy punkt może reprezentować tylko 16 różnych poziomów szarości, od wszystkich punktów urządzenia w komórce jest wyłączony / biały do wszystkich punktów urządzenia jest włączony / czarny (OK jest rzeczywiście 17 możliwych poziomów, jeśli jesteś pedantyczny). Efektem końcowym dla naszego obrazu będzie ciężka i nieakceptowalna posteryzacja.

Liczba pikseli w każdej komórce półtonowej określa liczbę możliwych skal szarości.

Najwyraźniej musimy być w stanie wyprodukować więcej niż 17 poziomów szarości, a powszechnie przyjętym standardem branżowym jest 256, ponieważ jest to więcej niż przeciętna prasa lub oko może rozróżnić, a także jest to maksymalna liczba, którą mogą wyprodukować Poziomy Postscriptowe 1 i 2 (Poziom 3 może wyprodukować 4096 poziomów, co stanowi różnicę dla gradientów). Do stworzenia tych optymalnych 256 poziomów potrzebujemy zatem siatki 16 x 16 punktów urządzenia. Dla fotografików nie jest to zbyt duży problem, ponieważ można po prostu pomnożyć pożądaną regułę przez szesnaście, aby określić niezbędną rozdzielczość, tak że do pracy o jakości ustawionej na 150 lpi potrzebne jest wyjście 2400 dpi, podczas gdy do pracy z gazetami 85 lpi można uciec od 1400 dpi. W przypadku drukarki laserowej o rozdzielczości 600 dpi trzeba jednak znaleźć kompromis z typowym kompromisem, jakim jest częstotliwość wyświetlania 60 lpi, co daje komórkę 10 x 10 półtonową zdolną do wytworzenia 101 poziomów szarości.

To fundamentalne rozróżnienie pomiędzy punktami półtonowymi i kropkami urządzenia ma bardzo korzystny efekt domina na wejściu, ponieważ rozdzielczość Twojego ciągłego skanowania tonów nie zależy od rozdzielczości urządzenia wyjściowego, ale raczej od częstotliwości wyjściowej ekranu. Dlatego też, nawet jeśli Twoje zdjęcie jest wyświetlane na wizjerze, nie musisz go skanować z rozdzielczością 1200 lub 2400 dpi! W rzeczywistości, ponieważ rzadko używasz ekranów półtonowych o rozdzielczości powyżej 150 lpi, możesz uciec od skanowania z prędkością 150 dpi. Jednakże wymaga to mapowania jednego do jednego pomiędzy każdym pikselem a półtonem, co jest nieco niemiłe, więc zwykłą zasadą jest skanowanie na zdjęciu z dwukrotnością pożądanej wartości ekranu wyjściowego. Oznacza to, że każdy półtonowy punkt jest określany poprzez uśrednienie czterech (2 x 2) pikseli. Co ważniejsze, oznacza to, że w przypadku pracy w rozmiarze nigdy nie trzeba skanować zdjęć w rozdzielczości większej niż 300 dpi!

Na tym etapie, biorąc pod uwagę obowiązujące zasady, warto przyjrzeć się półtonowości w akcji i zobaczyć niektóre z problemów, które to rzuca. Jest to wystarczająco proste, jeśli zaczniesz od obrazu w skali szarości w Photoshopie (przekonwertowałem kopię przykładowego obrazu astronauty CMYK, a także stworzyłem czarny do białego gradient o podobnej wielkości). Jeśli następnie przekonwertujesz obraz w skali szarości na monotonne bitmapy za pomocą polecenia Image > Mode, otrzymasz okno dialogowe, w którym możesz wybrać półtonowość obrazu oraz podrzędne okno dialogowe, w którym możesz ustawić regułę, kąt i kształt. Zazwyczaj chcesz zminimalizować widoczność półtonu, ale chcemy, aby było to jasne, więc możemy ustawić surową linijkę ekranu 12 lpi, kąt 90° i kształt kwadratowej kropki. W rezultacie otrzymujemy solidny czarno-biały obraz, który jednak wyraźnie daje wygląd oryginału w odcieniach szarości. Powiększenie i półtonowe komórki i plamki dające efekt stają się jeszcze bardziej widoczne.

Od razu jednak pojawia się problem, ponieważ stałe czarne cienie w hełmie astronauty wyróżniają się jak obolały kciuk od reszty półtonu. Jest to jeszcze bardziej widoczne w obrazie nachylenia i podobnie jak w przypadku stałej bieli. Niestety jest to problem, który będzie przesadzony w prasie, gdzie najmniejsze półtonowe plamki mogą zostać "wydmuchane" i całkowicie utracone, podczas gdy większe plamki mogą ucierpieć z powodu rozprzestrzeniania się atramentu, co w racjonalnym świecie prowadzi do "dot gainu" ("spot gainu"), tak że wyróżniające się obszary stałej bieli i czerni będą się zwiększać.

Idealnym rozwiązaniem jest wykorzystanie wysokiej jakości materiałów prasowych i papierowych oraz precyzyjne dostrojenie obrazu w całym zakresie tonalnym, tak aby uwzględnić zmienność plamek. Jest jeden krok, który jest niezbędny dla wszystkich prac prasowych, a mianowicie kontrola zakresu punktowego. Zasadniczo oznacza to użycie komendy Poziomy lub Krzywe edytora zdjęć, aby przyciemnić podkreślenia i rozjaśnić cienie w skanach. Zakres ten zależy od Twojego papieru z zakresem tonalnym dla zdjęć przeznaczonych do wysokiej jakości materiałów powlekanych zmniejszonym do 5% do 95% oraz dla papieru gazetowego do 12% do 88%! Zdecydowanie zmniejsza to ogólny poziom szczegółowości i kontrastu obrazu, ale rezultaty na papierze będą korzystne.

W ten sposób rozwiązano problem litej czerni i bieli, ale jest jeszcze wiele do zrobienia, aby poprawić jakość średnich poziomów szarości. Na początek chcemy, aby ekran półtonowy był tak dyskretny, jak to tylko możliwe. Oko jest szczególnie wrażliwe na pionowe i poziome linie, więc pozorna jakość obrazu natychmiast się poprawia, jeśli ustawimy ekran pod kątem 45°.

Photoshop pozwala na badanie efektu różnych częstotliwości ekranów, kątów i kształtów punktów.

Innym problemem jest to, że kwadratowy kształt naszego półtonowego spotu jest bardzo zauważalny. Oczywiście przy znacznie wyższych częstotliwościach ekranu używanych do wydruku nie wyróżniałby się on w ten sposób, ale nadal wpływa na ogólny wygląd obrazu fotograficznego. Prowadzi to również do kolejnego zauważalnego problemu, szczególnie widocznego w obrazie gradientowym, z "skokiem optycznym", gdzie rzekomo gładkie widmo nagle staje się znacznie ciemniejsze. Spowodowane jest to w obszarach cieni, kiedy półtonowe plamy zaczynają się stykać ze sobą. Poważna poprawa następuje, gdy zmieniamy kształt półtonowej plamki na elipsę, ponieważ jej podwójna oś powoduje dwa mniejsze i mniej zauważalne skoki optyczne.

W zasadzie nie trzeba w ogóle wyraźnie ustawiać kształtu plamki półtonowej, z wyjątkiem efektów specjalnych, ponieważ lepiej pozostawić to Postscriptowi i wizjonerowi. Jest to szczególnie ważne w erze cyfrowej, ponieważ nie ma powodu, aby ogólny kształt plamki pozostał taki sam bez względu na jej rozmiar. W dzisiejszych czasach ta elastyczność kształtu może być wykorzystywana w celu uzyskania korzyści z Postscriptowego ustawienia domyślnego na "elipsę transformującą", gdzie elipsa zaczyna się jako czarna plama w białej komórce, a następnie przełącza się w 50% na białą plamę w czarnej komórce. W przyszłości, w miarę doskonalenia algorytmów półtonowania, kształt plamki może ulec radykalnej zmianie w całym zakresie tonalnym, szczególnie w przypadku nakładających się na siebie, ustawionych pod kątem ekranów półtonowych.

Dlaczego więc chciałbyś nakładać na siebie półtonowe ekrany? Odpowiedzią jest oczywiście kolor. Do tej pory mówiłem tylko o symulowaniu skali szarości, ale prawdziwe piękno półtonów polega na tym, że można je łatwo przystosować do wytwarzania koloru. System jest analogiczny do piksela ekranu, gdzie 256 poziomów czerwieni, zieleni i błękitu prowadzi do 16 milionów możliwych kolorów (256 x 256 x 256). W przypadku nadruku pierwotne kolory to cyjan, magenta i żółty. Nakładając na siebie ustawione pod kątem półtonowe ekrany drukowane tymi farbami, offsetowe półtonowe plamki tworzą maleńki wzór rozety, który oko ponownie uśrednia, dając wrażenie koloru. To jest tajemnica, która kryje się za separacją kolorów i wszystkimi kolorowymi nadrukami.

Oczywiście nie jest to takie proste. Po pierwsze, nie ma mapowania pomiędzy przestrzeniami kolorów RGB i CMY (choć to już inna historia). Co ważniejsze, choć 100% cyjan, magenta i żółć powinny dawać kolor czarny, to w rzeczywistości jest on raczej bardzo ciemnobrązowy, podlegający przecenieniu i ograniczony do rozdzielczości ekranu, a nie do rozdzielczości wyjściowej, która jest bardzo niepożądana dla czytelności tekstu. Rozwiązaniem jest oczywiście dodanie dodatkowej dedykowanej czarnej separacji i to właśnie na tym czteropłytowym, CMYK-owym systemie zbudowana jest branża wydawnicza.

Znowu warto zobaczyć ten proces w akcji i znów przydaje się Photoshop. Otwierając przykładowy obraz astronauty w jego natywnym CMYK możemy następnie zastosować filtr Pixelate>Colour Halftone o promieniu 4 pikseli. Ogólnym rezultatem jest rozpoznawalna kolorowa wersja półtonu oryginalnego obrazu, ale patrząc na obszary podświetlenia jest również jasne, w jaki sposób efekt jest tworzony z wyraźnie widocznymi dyskretnymi punktami półtonu CMY i K przesuniętymi względem siebie w celu uzyskania typowego wzoru rozety druku procesowego. Spójrz na dowolne zdjęcie kolorowe drukowane komercyjnie lub odcień pod lupą, a zobaczysz dokładnie taki sam efekt. Sprawdzając kolejno poszczególne kanały CMYK widzimy dokładnie, jak powstaje ten efekt - w efekcie filtr bitmapowy, który oglądaliśmy wcześniej, został nałożony na każdy kanał po kolei z tą samą linią i kształtem, ale pod innym kątem.

Kolorowy filtr półtonowy Photoshopa pokazuje, jak półtonowanie CMYK sprawia wrażenie koloru tonów ciągłych.

Ale pod jakim kątem? Dzięki tylko trzem kolorom łatwo jest ustawić kąt nachylenia każdej płytki pod kątem 30 stopni względem siebie (geometria siatki oznacza, że mamy do dyspozycji tylko 90°, a nie 360°), ale w przypadku czterech płytek nie ma takiej możliwości. Rozwiązaniem, które branża ustandaryzowała, jest utrzymanie najciemniejszej płyty, czarnej, na najmniej zauważalnym kącie 45°, ustawienie najjaśniejszego koloru, żółtego, na 0° stopni oraz ustawienie płyt cyjanowych i magenta w odległości 30° od czarnej na geometrycznym odpowiedniku 15° i 75°. W rzeczywistości istnieje pewna swoboda (choć niezbędna jest absolutna dokładność) w Adobe, na przykład, preferując 71,5651° i 18,4349°!

W przypadku większości druków komercyjnych jest to proces półtonowania, ale co się stanie, jeśli trzeba będzie wydrukować dodatkowe klisze? Dla większości płyt z kolorem spotowym można ustawić kąt 45°, ponieważ rzadko zdarza się łączyć kolor spotowy z odcieniami czerni. Jeśli jednak to zrobisz, na przykład w celu uzyskania obrazów duotonowych, kolor spotowy musi być ustawiony na jeden z pozostałych kątów. Z dodatkowymi płytami uderzeniowymi sytuacja oczywiście się pogarsza. I jest jeszcze jeden poważny czynnik komplikujący. Jeśli któryś z ekranów nie jest idealnie zarejestrowany, plamki półtonowe będą się ścierać, wzór róży zniknie i pojawią się zauważalne zakłócenia lub "mory".

Potencjalny problem mory jest jeszcze gorszy w przypadku koloru "hi-fi", gdzie zamiast tradycyjnych czterech płyt CMYK może być nawet do ośmiu płyt. Najczęstszym przykładem koloru hi-fi jest heksachrom Pantone, który jak sama nazwa wskazuje używa sześciu kolorów, z dodatkowymi zielonymi i pomarańczowymi płytami ustawionymi pod tymi samymi kątami co magenta i cyjan. Jeśli jakakolwiek płyta jest nawet 1° poza rejestracją, Twój wysokiej jakości wydruk może zostać zniszczony.

Wyraźnie widać, że przekraczamy granice podejścia półtonowego, więc czy jest jakaś alternatywa? Odpowiedzią jest badanie stochastyczne, które całkowicie rezygnuje z podejścia półtonowego. Zamiast stwarzać wrażenie szarości i kolorów poprzez zmianę wielkości regularnie rozmieszczonych półtonów, sito stochastyczne tworzy efekt poprzez kontrolę rozmieszczenia nieregularnie rozmieszczonych, ale jednakowo dużych punktów. Im bardziej skoncentrowane są kropki, tym ciemniejszy jest postrzegany kolor.

Ponownie można zobaczyć system w akcji za pomocą programu Photoshop. Jeśli otworzysz lub stworzysz obraz w skali szarości, a następnie przekonwertujesz go do trybu Bitmapy Dwuliniowej, jedną z opcji, z którą masz do czynienia, jest dyfuzja. Efektem końcowym jest znacznie bliższe zbliżenie do oryginalnego obrazu niż to, które osiągnęliśmy przy półtonowaniu. Powiększ, a zobaczysz jak efekt został uzyskany poprzez manipulację pojedynczymi pikselami, a nie poprzez tworzenie siatki półtonowych punktów.

Ekran stochastyczny wykorzystuje koncentrację punktów, a nie wielkość plamki, aby stworzyć wrażenie szarości.

W przypadku druku komercyjnego korzyści płynące z przesiewania stochastycznego są ogromne: brak kątów rozpraszających i kształtów półtonów, brak mory i skoków optycznych, mniej problemów z błędną rejestracją i zmiennością plamek, ogólnie wyższa jakość druku CMYK z większym zakresem tonalnym i szczegółowością oraz znacznie łatwiejsza droga do uzyskania ogromnego przyrostu jakości koloru hi-fi. System nie jest idealny, znacznie trudniej jest go dokładnie zweryfikować i istnieje wyraźna ziarnistość obrazów, która może być szczególnie rozpraszająca w najważniejszych punktach, ale nie ma wątpliwości, że jest to technologia przesiewania przyszłości.

Ostatecznie, w przypadku przesiewania stochastycznego, różnica między półtonową plamą a kropką urządzenia może naprawdę zniknąć. W międzyczasie jednak kluczowe jest, aby rozpoznać i zrozumieć główną rolę, jaką odgrywa niedoceniany półtonowy punkt. Halftoning jest tajemnicą druku komercyjnego od ponad stu lat i tak będzie jeszcze przez wiele lat.