Принципи управління градаційними процесами
Принципи аналізу і управління градаційним процесом фотографічного відтворення викладаються в курсі теорії фотографічних процесів, де розглядається метод управління градацією позитиву, запропонований ДЖОНСОМ.
Цей же метод прикладений і до управління градаційним процесом поліграфічного відтворення. Градаційна блок-схема в цьому випадку може бути представлена таким чином.
Оригінал
 |
Кольороподільні зображення
(фотографічні форми)
Їх копії
Друкарські форми
|
Друкарський процес
Відтиск
Кожен з блоків схеми можна розкласти на елементарні градаційні складові і зв'язати їх в систему градаційних графіків по методу Джонса.
Градаційна схема першого блоку – отримання кольороподілених зображень (фотографічних форм) – залежить від вибраної технології виготовлення друкарської форми і пов'язаною з нею технологією фотографічного процесу.
Кольороподілені зображення. При відтворенні кольорового оригіналу засобами високої і плоскої офсетному друку отримують растрові кольороподілені зображення — негативи або діапозитиви, залежно від способу копіювання на поверхню формового матеріалу. Растрування можна проводити одночасно з кольороподіленням (прямий процес), а можна спочатку отримати тонові кольороподілені негативи, а потім, застосовуючи растр, готувати з них кольороподілені растрові зображення (непрямий процес).
Прямий процес простіший за непрямий (менше технологічних операцій), проте, його застосування обмежується двома причинами. Перша пов'язана з великими втратами світла. Тільки при власне кольороподіленні втрачається енергія не менше двох третин спектру, що виходить з кривих поглинання зональних світлофільтрів. У разі прямого процесу растрування до цих втрат додається ще 75% світлового потоку, затримуваного непрозорими елементами растру.
Таким чином, при спільному застосуванні растру і світлофільтру освітленості в оптичному зображенні зменшуються, принаймні, в 12 разів в порівнянні із звичайною зйомкою. Тому для ведення прямого процесу потрібні високочутливі фотографічні матеріали. Між тим з підвищенням коефіцієнта контрастності матеріалу його світлочутливість, як правило, знижується. Растрування ж вимагає висококонтрастних матеріалів. Для одночасного кольороподілення і растрування доводиться сильно підвищувати освітленість оригіналу або збільшувати тривалість витримки.
Проте завдяки досягненням емульсійної техніки, з'явилися висококонтрастні матеріали, що мають досить високу чутливість. У зв'язку з цим намітилася тенденція до ширшого застосування прямого процесу.
Проте непрямий процес відкриває великі можливості для виправлення градаційних і кольороподільних недоліків, ніж прямій. Тому прямий процес застосовують при відтворенні порівняно простих оригіналів і при не дуже відповідальних роботах.
Для отримання форм плоского офсетного друку використовуються растрові діапозитиви. Непрямий процес в цьому випадку застосовується в скороченому варіанті, що називається іноді напівнепрямим. Він полягає в отриманні тонових кольороподілених негативів, з яких потім виготовляють растрові діапозитиви.
Забезпечення балансу кольорової репродукції досягається шляхом управління характеристиками кожного градаційного блоку так, щоб в межах можливого, визначуваних природою процесів, досягти поєднання градаційних кривих часткових зображень. У тих випадках, коли цього не можна добитися зміною умов ведення процесу (витримки, тривалість прояву, труїть друкарської форми і так далі), застосовують ручну або фотомеханічну градаційну ретуш.
Можливості управління градацією кольороподілених растрових зображень ясні з систем графіків, показаних на рис. 2.17 – 2.19.
Рис. 2.17 – Система графіків формування градації растрового діапозитиву в прямому процесі кастрування
Перша з них (рис. 2.17) ілюструє прямий процес растрування. У першому квадранті показана крива залежності Sн(DОР), отримана розрахунком на підставі напівтіньової теорії утворення растрового зображення. Вона дає досить повне уявлення про градаційні властивості кольороподіленого растрового негативу, виготовленого в результаті прямого процесу. Управління формою кривої і її положенням відносно осей координат досягається застосуванням режиму декількох діафрагм, що розглядається в курсі технології виготовлення друкарських форм. Можливості управління обговорюються в курсах технології.
У другому квадранті тієї ж системи показаний графік залежності площ растрових елементів діапозитива від площ негативу. Його форма виходить із співвідношення SД=1–Sн або SД= –SH+1, звідки видно, що графік – пряма з кутовим коефіцієнтом, рівним 1, що відсікає від осей координат одиничні відрізки. Ця залежність справедлива для абсолютно різких растрових елементів. Якщо тіньові елементи негативу «слабкі», тобто мають недостатню щільність, то вони копіюються і площі елементів діапозитива зростають швидше, ніж це витікає з приведеної залежності. У разі, коли світлові елементи негативу занадто ореольні, тобто просвіти «затягнуті», світлові елементи діапозитива виходять дрібнішими, ніж це вказано графіком, або взагалі не відтворюються. Обидва ці приклади відносяться до неправильного ведення процесу і при оцінці можливостей відтворення градації не повинні розглядатися.
Внаслідок розсіяння світла в емульсійному шарі копіювального матеріалу площі елементів копії залежать від витримки. При недостатній витримці вони менше просвітів копійованого зображення. При надмірній витримці, навпаки, вони розширюються. Міра зміни площі залежить від дифузійних властивостей копіювального матеріалу.
Розмір ореолу розсіяння в першому наближенні не залежить від геометричного розміру деталі. Внаслідок цього площі дрібних елементів копії збільшуються сильніше за великих. Це призводить до зниження контрасту копії в результаті підйому нижньої частини градаційної кривої – інший випадок спотворень при порушенні оптимальних умов ведення процесу. Спотворення площ також пов'язане з відношенням периметра до площі деталі: чим більше периметр, тим сильніше спотворення. Оскільки растрові елементи мають різну форму (кола, барильця, квадрати), те відношення периметра до площі для них різне. Така залежність призводить до нелінійних спотворень, на малюнку не показаним.
Пряма в третьому квадранті служить для перенесення значень з осі ординат в другому квадранті на вісь в четвертому квадранті, в якому отримана градаційна крива SД (DOP).
Градаційні можливості напівнепрямого процесу ілюструються системою графіків, показаних на рис. 2.18. У першому квадранті дана градаційна крива оптичного зображення. По осі ординат відкладені не логарифми освітленості, а логарифми експозицій (lgH= –lgЕ+lgt). Це зроблено для скорочення системи: форма першого графіку не змінюється від збільшення постійної величини (t = const).
Він тільки зміщується на Δlgt (пунктирна крива). В іншому квадранті – характеристична крива негативного матеріалу. Залежно від витримки (тобто положення першої кривої) використовується та або інша її частина. У третьому квадранті крива растрування негативу, яка має той же сенс, що і крива растрування оригіналу (рис. 2.17, перший квадрант). Таким чином, можливості зміни градації растрового діапозитива (четвертий квадрант) шляхом зміни умов проведення фотографічного процесу залишаються обмеженими, але полегшується ручна або фотомеханічна ретуш, оскільки число ланок градаційного ланцюга зростає.
Рис. 2.18 – Система графіків формування растрового діапозитиву в напівнепрямому процесі
Градаційна схема непрямого процесу наведена на рис. 2.19.
Рис. 2.19 – Система графіків формування градації растрового негативу при непрямому способі
Щоб отримати можливість представити її в чотирьох квадрантах площини, деякі елементарні графіки довелося об'єднати. Так, в першому квадранті приведена крива, яка є результат об'єднання першого і другого графіків рис. 2.18. В другому квадранті представлений графік Dн (Dд), форма якого визначається розсіянням світла в копіювальній системі, витримкою і формою характеристичної кривої позитивного матеріалу. У третьому квадранті – крива растрування. Форма градаційної кривої растрового кольороподіленого негативу (четвертий квадрант) визначається умовами проведення попередніх процесів.
Як видно, і в цьому випадку радикальні зміни в градацію можна вносити тільки на фотографічній стадії шляхом ретуші або градаційного маскування.
Копії на формовому матеріалі. Градаційні співвідношення в копіювальному процесі менш вивчені, ніж у фотографічному. Відомо, що результат копіювання залежить від різкості растрових елементів копійованого зображення. Ця залежність носить той же характер, що і при копіюванні на звичайний фотографічний матеріал. Так само впливає і витримка. Різниця полягає тільки в тому, що світлорозсіювання в копіювальному матеріалі, як правило, менше, ніж в емульсійному шарі фотографічного матеріалу: копіювальний шар прозоріший. Тому витримка впливає на результат копіювання менше, ніж при відтворенні растрового негативу на позитивній плівці.
Існують два методи копіювання: негативний (копіюється негатив) і позитивний (копіюється діапозитив). У першому випадку закономірності такі ж, що і при отриманні діапозитива з растрового негативу: елементи розширюються зі збільшенням витримки. У другому випадку при зростанні витримки відбувається зменшення площ елементів. Це призводить до падіння контрасту не в результаті відносно великого збільшення площ дрібних елементів, а внаслідок зменшення розмірів великих елементів.
Збільшення площ залежать не лише від витримки, але і від лініатури растру. Зображення, отримане растром високої лініатури, спотворюється сильніше, ніж груборастрове. Це витікає з великого відносного розширення дрібних елементів.
Для отримання стійких елементів копіюють дещо довше, ніж це необхідно для отримання тільки видимих елементів. Тому деяке розширення елементів копії відносно просвітів копійованого зображення неминуче. Проте воно невелике. Вважається, що навіть у випадку не цілком різких елементів в растрі в 48–60 лін/см приріст лінійних розмірів на копії складає близько 5%, а при растрах до 100 лін/см – близько 6–7%.
Одна з можливих градаційних характеристик копіювального процесу показана на рис. 2.20.
Рис. 2.20 – Градаційна характеристика копіювального процесу
Друкарські форми. Процеси виготовлення друкарських форм різноманітні.
Форми високого друку можуть бути отримані в результаті травлення з викриванням або ж однопроцесним способом травлення (без викривання).
Викриванням називається захист друкуючих елементів форми високого друку від бічного підтравлення, що полягає в розчиненні в кислоті бічних стінок друкуючих елементів кліше. Одночасно викривання є способом ручного управління градацією форми. Травильник закриває ті ділянки зображення, на яких площі друкуючих елементів не повинні зменшуватися. Оскільки цей процес залежить від досвіду і інтуїції травильника, вказати точний вид градаційної кривої кліше, отриманого з викриванням, в загальному вигляді не можна.
На рис. 2.21 наведена можлива градаційна крива кліше.
Рис. 2.21 – Градаційна характеристика формового процесу
При правильному веденні процесу виготовлення офсетних форм градація спотворюється трохи. Так, на формах, отриманих в результаті негативного копіювання, площі друкуючих елементів можуть збільшуватися до 5%. На формах, отриманих позитивним копіюванням, можливе зменшення площ.
Хоча з цього правила є виключення: на біметалічних формах «мідь – твердий нікель», виготовлених анодним травленням, можливе збільшення площ друкувальних елементів на 3–4%.
Друкарський процес. Можливості управління градаційними властивостями зображення в друкарському процесі також невеликі, за винятком високого друку, де до деякої міри можна регулювати градацію відбитку шляхом створення відповідного рельєфу приправи. У плоскому офсетному і глибокому друці завдання цієї стадії процесу полягає в тому, щоб зберегти градаційні співвідношення, досягнуті в результаті фотографічного процесу і градаційної ретуші.
Зупинимося на чинниках, що визначають градацію відбитку, отриманого з форми високого друку. Послідовність світлот у відбитку залежить в цьому випадку від тиску при друкуванні, кількості фарби, що подається на форму, швидкості друкування, жорсткості декеля (декель – пружний прошарок, що закріплюється на друкарському циліндрі або тиглі друкарської машини).
При занадто низькому тиску відбиток виходить нерівномірним по щільності: деякі його ділянки не друкуються. Зі збільшенням тиску відносно мінімального, що забезпечує продрукування, росте оптична щільність відбитку за рахунок зменшення площ пропусків. Фарба видавлюється за межі очка друкуючих елементів форми, і площі растрових елементів збільшуються.
Існує деякий інтервал допустимих тисків. Нижня межа тиску – той, який забезпечує рівномірну щільність відбитку, верхній – допустиме розширення його елементів. Допустимий інтервал тисків залежить від жорсткості і гладкості паперу, властивостей декеля і лініатури растру.
Ореол навколо растрового елементу, викликаний витискуванням фарби, при цьому тиску пов'язаний з гладкістю паперу. На гладкій він рівномірний і вузький, на шорсткій виходить широким і безформним внаслідок розпливання фарби і її вбирання в пори паперу. В цьому випадку верхня межа допустимих тисків знижується. Крім того, міра розпливання фарби, подібно до відміченого вище світлорозсіювання в копіювальному шарі, пов'язана з відношенням площі відтворної деталі до її периметра. Ця залежність призводить до погіршення форми градаційної характеристики: графік стає не лінійним, а опуклим.
При жорсткому декелі зменшується втискування форми в папір (оборотний рельєф, або натиск) і, отже, зменшується ореол. Це дає основу збільшити максимально допустимий тиск.
Чим вище лініатура растру, тим помітніше впливає ореол на градацію відбитку і, отже, тим нижче мінімальний допустимий тиск.
Кількість фарби, що подається на форму. Збільшення товщини барвистого шару призводить до таких же результатів, що і підвищення тиску. Зі збільшенням товщини барвистого шару росте оптична щільність фарби (до межі, визначуваної її підпорядкуванням закону Бугера-Ламберта-Бера). Одночасно збільшується ореол витискування.
Важливе практичне значення має розщеплювання барвистого шару – розподіл його на поверхневий і втиснутий в пори паперу. Ця друга частина барвистого шару сильно розсіює світло, що викликає зростання відхилень від закону Бугера-Ламберта-Бера. Зі зменшенням кількості фарби, що проникла в пори паперу, збільшуються щільність і насиченість відбитку. Запечатаний папір вбирає фарбу менше, ніж незапечатана. Тому кольори двох- і трьохфарбових ділянок відбитків більш насиченіші кольорів одноколірних.
На перенесення фарби впливають швидкість друкування і тиск. При зростанні швидкості перенесення фарби зменшується, а при збільшенні тиску росте. Чинник швидкості сильніше впливає на результат, чим чинник тиску. Хоча з ростом швидкості кількість фарби, перенесеної на папір, зменшується, але це відбувається головним чином за рахунок її частини, що вбирається в пори, що мало впливає на щільність зображення і призводить до підвищення насиченості відбитку.
Типова градаційна крива високого друку показана на рис. 2.22. При раціонально підібраних режимах – тиску, кількості фарби, швидкості друкування – спотворення у світлоті і тінях відбитку невеликі. Значно зростає щільність тільки в середніх тонах відбитку, і тим сильніше, чим більше натиск, який пов'язаний з чинниками, вказаними вище, і, зокрема, з периметром растрових елементів.
Рис. 2.22 – Градаційна характеристика друкарського процесу
Плоский друк. Наклад з форм плоского друку отримують, як правило, із застосуванням офсетного способу. Властивості паперу роблять якісно такий же вплив на щільність відбитку і розміри растрових елементів, як і у випадку, розглянутому вище.
При підвищеному поглинанні і шорсткості паперу відбувається розпливання растрових елементів. До того ж ефекту приводить і збільшення товщини фарбового шару. Оптимальна товщина барвистого шару на формі залежить від властивостей металу, на якому утворені друкуючі елементи, точніше, від його фарбозатримуючої здатності (найменша – у цинку, найбільша – у міді).
У офсетному друці можливе емульгування фарби, що веде до тінення форми. Емульгування полягає в тому, що друкарська фарба утворює із зволожуючим розчином емульсію фарба – вода. Емульсія змочує пробільні елементи форми, що призводить до забивання пробільних елементів фарбою. Відбувається тінення форми. Градаційна крива офсетного друку при раціонально обраних режимах, як і крива високого друку, опукла. Проте витискування фарби за межі друкарського елементу в середніх тонах менше, ніж при високому друці (рис. 2.22). При відхиленні режимів від оптимальних – підвищенні тиску і товщини фарбового шару – в першу чергу зменшуються площі пропусків в тінях, що призводить до втрати тіньових деталей.
Управління процесом відтворення. На рис. 2.23 зображено ланцюг елементарних градаційних графіків, кожен з яких вносить вклад у формування градаційного графіку відбитку.
Рис. 2.23 – Ланцюг графіків формування градації одноколірного відбитку
Елементарні графіки – ланки ланцюга – розташовані уздовж прямої, нахиленої під кутом 450 до координатних осей. Сенс цієї прямої – діагоналі – проілюструємо на прикладі її верхньої ділянки, що знаходиться поблизу графіку I. Перенесемо вісь Sн в положення, вказане пунктиром. Це – вісь ординат нового графіку. На його осі абсцис відкладатимемо також значення Sн. Тоді отримаємо графік залежності Sн від Sн. Це – пряма, нахилена під кутом 450 до осей координат. Відповідний сенс мають і інші відрізки діагоналі.
Такі допоміжні графіки дають можливість переносити значення величин з осі ординат одного елементарного графіку на вісь абсцис іншого, як це зроблено стрілками, зображеними суцільними лініями.
Виберемо на графіці I довільну точку 1. Вона показує площу растрового елементу S1н, який утворюється, якщо щільність поля оригіналу рівна D10р. Користуючись графіком II, знаходимо, що елемент негативу площею S1н передається на копії майданчиком S2к.
У свою чергу, цей елемент копії передається на формі майданчиком S3ф(графік III), а на відбитку (графік IV) — S4отт. Користуючись кривою Юла-Нілсена (графік V), знаходимо, що площа, зайнята елементами розміру S4отт, має оптичну щільність D5отт.еф. Отже, зіставляючи графіки I, V і VI, знаходимо, що щільність оригінала D1ор в результаті цієї сукупності елементарних градаційних процесів передається оптичною щільністю D5отт.еф. Знаходячи подібним же чином достатнє число точок градаційної кривої відбитку, отримаємо графік цієї залежності. Зміна положення і форми будь-якої з елементарних градаційних кривих призводить до зміщення градаційної кривої відбитку або зміни її форми. Це показано на прикладі зміщення точки 4 кривий друк в положення 4'. Застосовуючи приведену вище побудову (штрихова лінія – дрібні штрихи), знаходимо, що в результаті такої зміни градаційна крива змістилася з положення 6 в положення 6'.
Міклашевський розробив метод управління градацією відбитку. Дослідник розділив ланки градаційного ланцюга на керовані, форму і положення яких можна змінювати, і некеровані, форма яких незмінна. До некерованих ланок в нашому прикладі відносяться градаційні графіки II – крива копіювання і V – крива Юла-Нілсена.
Керовані криві ланки – крива растрування I, форма якої залежить від умов проведення проекційного растрування або структури контактного растру, крива друку IV, форму якого можна до деякої міри змінювати, застосовуючи силову приправу. На стадії формового процесу (крива III) також в деяких випадках можна управляти градацією. Це відноситься, наприклад, до виготовлення кліше з викриванням.
Принцип управління градацією відбитку показаний на прикладі растрування (крива I). Нехай вимагається перемістити точку 7 градаційній кривій відбитку в положення 7. Рахуватимемо процеси, що описуються графіками II – IV незмінними. Управління полягає в пред'явленні вимог до керованої ланки (випадок I), задоволення яких призводить до заданого результату. З рисунка видно (штрихові лінії з довгими штрихами), що зміщення точки 7 у положення 7 може бути досягнуто зміщенням точки 8 кривій I в положення 8. Воно (а також зміщення інших точок) досягається відповідним вибором режимів растрування або характеристик контактного растру.
Можливе використання декількох керованих ланок. Процес в цьому випадку аналогічний тільки що розглянутому.
На рис. 2.23 показана схема управління градаційною кривою одноколірного відбитку. Завдання управління при багатобарвному відтворенні зводиться до вибору таких умов ведення елементарних процесів і управління ними, які забезпечили б збіг кривих Dотт.еф (Dор) для кожної з фарб.