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数字半色调浅探

资料来源:《广东印刷》2003年第2期 作者:武汉大学新闻与传播学院 王武林 更新日期:2003-05-23

数字半色调大体上和传统半色调相似,在数字半色调中用计算机代替了胶片和半色调网屏,将数字连续图像采用数字图像处理技术“搅乱”其像素从而创建半色调。基于一系列数字公式的计算机算法是将图像半色调化的核心,当然一些对应于调频网,也有一部分对应于调幅网。印刷工业在总体上是从胶片技术转到数字途径的先行者,计算机技术用于半色调领域将提供给我们更多的控制和实验的机会。

桌面出版和PostScript
科技开创了数字化图像复制的新途径,数字图像常常用扫描仪来获得,有时也来源于数码相机。当我们生产一幅半色调图像时,有两个因素起着重要的作用,即扫描仪的品质和用于最终输出的印刷机的性能。它们决定着半色调网点的大小和被创建的半色调的灰度级数量。

传统半色调的产生

需要半色调化的图像放置于照相机的拷贝扳上,让一束强光投射到它上面,图像的高光区反射更多的光线,而暗调区域吸收更多的光线。当被反射的光线通过相机被半色调网屏或接触网屏所过滤,从而将图像网点化,在胶片上形成该图像被网点化后的半色调负像。原图反射较多光线的区域形成大网点,反射较少量光的区域产生小的网点。然后将负像胶片通过印刷从而产生正像,这样就得到了半色调图像。

半色调网屏

有两种半色调网屏,旧的网屏包括两块玻璃板,上面有刻画在其中的平行线,它们被粘接在一起,那些线的相互交叉形成合适的网屏角度。但是,现在许多印刷商倾向于使用胶片制作的接触网屏,不过,其网点不同于玻璃网屏的网点。在中间区域网点的清晰度高,在边缘网点的不透明度增加。

当不同强度的反射光通过网屏时,一个以不同于大小网点形成的半色调就会被创建在每个通道上,和其他网点结合后则代表原始图像上不同的灰度范围。如果仔细检查不难得出:那些表示灰度值小于50%的网点看上去好像黑点在白色底版上,而那些表示灰度值超过50%的网点看起来就似白点出现在黑色块上。如下图(图略)所示:

网屏的频率指网屏或图像以1pi
来量度的半色调网点的线数,图像质量、网点质量和线数是成正比关系的。从下图(图略)不难得出结论很明显,高网屏线数产生包含许多细节的图像,但是由于同时受到其他因素的影响,图像质量有一定的局限。

除了网目频率要考虑外,印刷者必须考虑到网屏的角度,一般,对一幅印刷好的连续调图像,当网屏角度为45°时其视觉效果最佳。

图中所有图分辨率均为751pi
,但是在0°和20°时网屏的模块非常清晰可见,45°对于灰度半色调来说是最好的网屏角度,同时在四色印刷中黑板的角度一般为45°。

创建半色调网点模是数字半色调化的基础,数字半色调化需要考虑网屏线数1pi,但同样应该注意到打印机的输出分辨率dpi
,半色调网点模通过在输出分辨率网格上叠加网屏网格来产生,一个单一的网点模可以是线网屏格决定的任意大小,它可以分为许多输出分辨率决定的网格。

这种在半色调网点模内的分法代表了打印机可以达到的最小的精度,被称为设备的像素。随着每个半色调网点模内打印模块的增加,半色调网点的品质也会提高。半色调网点模必须是统一的并且能够比较准确的适合于其它网点模,公式的结果可能是非整数值,但其数值应该是整数,打印机的精度不能小于设备像素,所以网点模的创建依赖于设备内的PostScript
解释语言。

调幅网和调频网

过去100多年来,彩色印刷都是基于半色调网屏的,传统的半色调网点通过网点本身大小变化来表示不同的阶调值,半色调网点模内的单个点在调子变暗是增大,在调子变亮时减小,但网点的中心间距是不变的,网点放置的空间位置由网屏线数来控制。网屏线数越高,图像越趋于连续,裸眼在60l
可以看见网点,而当超过150l 时则不能看出半色调网点。

对于激光打印机来说,它用图像元素的一个矩阵来创建半色调网点,用激光打印机的分辨率除以网屏线数可以得到所要的矩阵,设备像素增大的时候半色调网点的质量就会跟着提高。输出设备的灰度级由每英寸的元素数和网屏线数来决定。例如:一个分辨率为1200dpi
的激光打印机,如果用150l
的网屏,输出后每英寸将包含64个图像元素。因此,每个网点由具有64个图像元素的半色调网点模所构成,而8×8的网点会产生64个灰度级。

有理和无理正切网屏

有理正切网屏包括一些半色调网点模,它们总是保持同一大小和形状,在整幅图像中保持调子的统一,其缺点是网屏线数和角度受输出分辨率的影响和限制。除非利用较大的网点模并且以低网线数打印,在此情况下很难避免莫尔纹人工过程的影响。

无理正切网屏利用大小和形状不统一的网点模,它们允许以任意网屏角度和网线数的组合来描述网点,预先设定的点的函数来实现不同阶调网点的安排。

传统印刷是通过将网格中的网点安排在直线上而起到体现复制品的作用,以网点大小的变化来表现不同的密度层次,每英寸的行数常被称为网频的LPI
或每英寸的线数,对于许多印刷工序而言,大面积的网点是非常重要的。因为网点的“振幅”而非“频率”不断地发生着变化。 所以有时把它们称为调幅半色调。

因为这些网点以行来安排,当在四色印刷中合成多个网屏时需要特别注意以避免产生莫尔纹或网屏门效应。

传统的网屏不仅能被旋转,它们同时可以具有不同的网点形状,如:圆形、方形、椭圆形、菱形等。不同的网点形状适合于不同的印刷工序,例如:椭圆网点在许多丝网印刷方面很有优势,而圆形网点则在柔性版印刷方面效果最佳。

簇网点不一定必须以行来安排,“半随意”半色调能够提供工序所需(如丝网印刷)的大网点。而事实证明当把网屏结合来进行彩色印刷时,这种没有以行安排的网点消除了莫尔纹。通过大幅度地减少与单纯的调频网相关的网点增益现象,这种网屏也使得彩色喷墨印刷的结果更具有可预测性。

一般地,我们用黑白图解来讨论半色调,各种各样的黑白图解说明了半色调是如何应用到单一通道的颜色中去的,我们也可以了解将CMY的彩色通道半色调化,从而展示半色调通道合成后的效果。