Barevný tisk z počítače - Základy a teorie:

Základy

Trocha teorie o barvě

Co je to barva?

Je to elektromagnetické vlnění o vlnové délce mezi 60 - 760 nm. Lidské oko je vlastně přijímačem pro toto pásmo a přesným “laděním” oka v tomto pásmu získáváme vjem barvy. Tedy např. vlnová délka okolo 400 nm přísluší fialové, 500 nm zelené a 700 nm červené barvě. Jak záření o těchto vlnových délkách dosáhneme?

Zdrojem světla - například obrazovka, která přímo generuje viditelné záření o požadované barvě.

Odrazem - Potřebujeme externí zdroj světla (slunce, žárovka), které generuje celé viditelné spektrum (tzv. bílé světlo) a část tohoto spektra je pohlcena pigmentem, například barevný bod na papíru a zbytek záření o určité vlnové délce je odražen do našeho oka.

Tak obecně vnímáme barvy. Ve výpočetní technice používáme obě metody zobrazení barvy:

Zdrojem světla (aditivní, RGB) - Toto je princip TV obrazovek nebo počítačových monitorů. Tato metoda znamená generování tří základních aditivních barev - složek. Jsou to červená (Red), zelená (Green) a modrá (Blue), zkratka RGB. Příslušný barevný odstín dostaneme odpovídajícím dávkováním jednotlivých složek a jejich smícháním (sečtením) v jednom místě, resp. malé plošce, kterou lidské oko vnímá jako jeden barevný bod. Tedy pokud negenerujeme ani červenou, ani zelenou, ani modrou, dostaneme černou. Naopak pokud generujeme plné množství všech tří složek, dostaneme bílou.

Odraz (substraktivní, CMYK) - Toto je princip, který používají tiskárny. Tato metoda znamená interakci tří primárních substraktivních barev - azurové (Cyan), purpurové (Magenta) a žluté (Yellow). Příslušný barevný odstín dostaneme jejich vzájemným překrytím v jednom jediném tiskovém bodě. Tak dostaneme osm základních barev. Jsou to azurová, purpurová, žlutá, modrá, červená, zelená, bílá a černá. Pokud v tomto bodě nemáme žádnou ze základních barev, dostaneme bílou. Máme-li zde naopak plné množství všech tří primárních barev, dostaneme černou. A právě tento princip je použit u barevných tiskáren. Nazývá se substraktivní (odečet) proto, že zde není aktivní zdroj záření, nýbrž k vjemu barvy dochází tak, že barevný bod na papíře je osvícen z jiného zdroje a barevný pigment pohltí nežádoucí vlnové délky a odrazí (při tisku na papír a jiné neprůhledné podložky), resp. propustí (při tisku na průhledné folie) do našeho oka záření požadované vlnové délky, tedy barvy. Používáme-li pro vyjádření celého barevného spektra tří primárních barev, mluvíme o barvách CMY. Většina tiskáren obsahuje ještě separátní černou barvu (blacK) jako dodatečnou k primárním pro dosažení velmi sytého tisku černé. Pak mluvíme o barvách CMYK, (z anglického názvu pro černou je ve zkratce použito poslední písmeno).

Počítačová tiskárna nemůže dávkovat množství přenesené primární barvy do jednoho tiskového bodu - výjimkou jsou tiskárny požívající sublimaci barev a některé laserové tiskárny. V jednom tiskovém bodě máme tedy buď všechnu nebo žádnou základní barvu. Od kvalitních tiskáren požadujeme ovšem celé barevné spektrum. Tady využijeme nedokonalost lidského oka - libovolný barevný tón zobrazíme tak, že v matici tiskových bodů- například 6x6 vyplňujeme každý její bod některou z osmi základních barev - a my shluk bodů vnímáme jako bod o libovolné barvě . Tento algoritmus se nazývá polotónování, resp. rastrování. Existuje mnoho variant těchto algoritmů a většinou jsou patentově chráněny. Právě propracovanost a výkon tohoto algoritmu je jedním z nejdůležitějších parametrů barevné tiskárny.

Tisk jednoho bodu

Tak jako tradiční offsetový tisk a impresionističtí malíři i všechna zařízení pro barevný digitální tisk vytváří obrazy tiskem velmi jemných barevných bodů z nichž se ve výsledku složí finální obraz. Většina barevných tiskáren pracuje s rozlišením cca 300 x 300 adresovatelných bodů na plochu 1x1 palce, tedu dpi.

Barevné tiskárny používají tzv. základní substraktivní barvy. Jsou to: Azurová (Cyan), purpurová (Magenta) a žlutá (Yellow). Tiskárna může do jednoho tiskového bodu vytisknout dvě základní substraktivní barvy - jejich vzájemným překrytím vznikají další (základní) barvy - červená, zelená a modrá. (viz. obr.) Překrytím všech tří základních substraktivních barev v jednom bodě vznikne černá. Mnoho tiskáren však tiskne černou barvu separátně, aby zajistily velmi sytou černou pro texty, plné plochy. Tomuto barevnému systému se říká CMYK ("K" je zde pro černou (blacK)).

Mimo 8 základních barev (azurová, purpurová, žlutá, červená, zelená, modrá, černá a bílá (barva papíru)) vytváří tiskárny další barvy tzv. polotónováním (rastrováním), tak, jak to dělá klasický ofset. Pro tisk např. fialové používá tiskárna kombinaci tisku purpurových a azurových bodů na velmi malé ploše. Pro tisk světlých odstínů se používá míchání s bílou, tedy určité body se ponechávají nepotisknuté.

Vedoucí výrobci počítačových tiskáren investují velmi mnoho času a kapacit do vývoje vlastních polotónových algoritmů, aby dosáhli co nejlepších výsledků na svých tiskárnách. Jejich úspěch je determinován tím, kolik barev jsou schopni reálně tisknout, jestli barevné přechody na tiscích budou plynulé či "pruhaté".

Polotónové rastrování

Typická barevná tiskárna tiskne "ve dvou úrovních": do každého adresovatelného tiskového bodu umístí malé množství základní barvy (azurová, purpurová, žlutá, červená, zelená, modrá, černá) nebo ho nechá nepotištěn. Každý bod má stejnou barevnou intenzitu.

Pro tisk různých odstínů, jako na obrázku dole, musí se použít algoritmus rastrování a to na větší ploše, než je jeden tiskový bod a je popsán v následující kapitole.

Kvalita tisku je pak posuzována rozlišením tiskárny (dpi) a takzvanou hustotou rastru (lpi), která se vztahuje k počtu řádek bodů použitých k vykreslení obrazu na papíře. Vztah mezi hustotou rastru a rozlišením tiskárny určuje jemnost a tónový rozsah. Zvyšováním hustoty rastru rozměr polotónové buňky klesá, k vytvoření polotónového bodu je použito méně tiskových bodů, čímž narůstá jemnost, ale lze reprezentovat méně odstínů.

Existuje jedna výjimka a to sublimace barev. To je jediná technologie, která umožňuje v jediném adresovatelném  bodě tisknout 16 milionů barev. Tyto tiskárny se vyznačují vynikají, fotografickou kvalitou výstupu. Bohužel ovšem i vysokými náklady na jednu stránku. Proto se používají především ve speciálních oblastech aplikací, např. DTP. 

Polotónování (nebo rastrování) je forma zpracování tiskového souboru, která hraje velmi důležitou roli v určení výsledné kvality tisku.

Sofistikované polotónování je to, co udělá z tiskárny, která umí 8 základních barev stroj, který zobrazí témeř 17 miliónů barevných odstínů. Algoritmus polotónování ovlivní, kolik barev může tiskárna produkovat (velikost tzv. barevného prostoru, gamutu), jestli výstup bude obsahovat moiré, pruhované barevné přechody místo plynulých nebo zubaté okraje barevných ploch.

Rastrování je vlastně vypůjčeno z konvenčních tiskových technik a je začleněno do produktů jako je jazyk pro popis stránky PostScript(TM) Level 2. Vedoucí firmy, při zachování kompatibility s PostScriptem, vyvýjejí vlastní algoritmy, aby dosáhly co nejlepších výsledků s vlastními barevnými tiskárnami.

Myšlenka principu polotónu je následující: simulovat tiskové body jako konvenční tiskařské techniky. Tiskárna to dělá tak, že seskupuje jednotlivé body do buněk a pracuje s nimi jako s většími tiskovými body.

Mnoho výrobců používá standardní PostScript rastrování, které vytváří buňky o velikosti 6 x 6 bodu. Tektronix typicky používá velikost matice 5 x 5, čímž získá 20 procentní zlepšení ve výsledném rozlišení a v barevných přechodech.

Ne všechny techniky tisku vyžadují rastrování. Jak již bylo zmíněno Sublimace Barev namíchá všech 16 mil. barev v jediném bodě.

Frekvenční rastrování

Tradiční polotónové rastrování používá k vytvoření stínování rozměr bodu: větší body pro tmavší odstíny, menší body pro světlejší. Rastrování kmitočtovou modulací (FM), rovněž nazývané stochastické, vyjadřuje různé odstíny odrazu regulací počtu bodů v každé ploše – více bodů vytváří tmavší plochu, méně bodů světlejší.

Rastrování FM má proti tradičnímu rastrování několik výhod. Protože zde neexistuje žádný pravidelný vzor, nemůže docházet k moaré, které se objevuje, když nejsou rastry správně sesazeny. FM rastrování rovněž používá menší body, takže vytištěné obrazy mohou zobrazovat více detailů a jemné gradace barvy. Mezi nevýhody tohoto rastrování patří to, že plné barvy vypadají skvrnitě a že text a vektorová grafika vypadají neostré tam, kde překrývají rastrované barvy.

Z obrazovky na papír

Polotóny umožňují tiskárně produkovat milióny barevných odstínů, ale to neznamená, že ty barvy, které vidíte na obrazovce budou naprosto shodné s barvami na výtisku. Ve skutečnosti určité rozdíly jsou nevyhnutelné. Je to proto, že:

  • Vznik barvy produkované obrazovkou a barvy produkovany tiskárnou je principiálně rozdílný (viz. Trocha teorie o barvě)
  • Monitor může dávkovat intensitu jednotlivé barvy (RGB) v každém svém adresovatelném bodě na obrazovce -pixelu, což tiskárna nemůže. (Výjimkou jsou sublimační tiskárny.)
  • Pozadí jsou rozdílná - u obrazovky černé, u papíru bílé.

Pro eliminaci těchto rozdílů používají výrobci tiskáren vlastní techniky zpracování obrazu tak, aby barva vytištěná byla co nejbližší barvě viděné na obrazovce. Jak úspěšně se jim to daří je velmi důležitým kritériem při výběru tiskárny a výrobce.

Barvy správné a pradivé

Přestože rastrování v počítačových tiskárnách dává širokou paletu barev, neznamená to, že budou přesně stejné jako na monitoru nebo u tradičního ofsetového tisku.

Jak již bylo zmíněno v předchozím odstavci (Z obrazovky na papír), má to na svědomí několik faktorů.

Na rozdíl od subtraktivního CMYK barevného systému u tiskáren, barvy emitováné přímo zdrojem - monitor - jsou založeny na aditivním barevném systému RGB. (viz. obr., který znázorňuje jeden pixel) Základní aditivní barvy jsou: červená, zelená a modrá (RGB). Každý adresovatelný bod na obrazovce  (pixel) sestává ze tří partikulí RGB barevných fosforů. Příslušný barevný odstín dostaneme odpovídajícím dávkováním "bombardování elektrony" vybraných partikulí jednoho adresovatelného bodu - pixelu.  Pak tento bod má příslušný barvný odstín. Tedy pokud negenerujeme ani červenou, ani zelenou, ani modrou, dostaneme černou. Naopak pokud generujeme plné množství všech tří složek, dostaneme bílou. (viz. obr. napravo, který znázorňuje překrytí barev v jedenom pixelu monitoru) 

 

Na rozdíl od tiskáren, u počítačových monitorů je kvantum barvy každého fosforový elementu v jednom jediném bodě (pixelu) řízeno v jemných krocích. Pak dostaneme téměř libovolný odstín v jednom jediném bodě monitoru. High-end PC, Macintosh a osm bitů pro každý fosforový element jednoho bodu, tedy 24 bitů pro každý pixel.

 

Pro grafické aplikace je nesmírně důležité zachovat konzistentní reprodukci barvy nezávisle na barevném systému použitého zařízení, RGB pro monitory a skenery, CMYK pro počítačové tiskárny, pro přípravu offsetového tisku.

Prot dobré barevné tiskárny podporují systémy pro správu barev (color management systems (CMS)) např. CIE XYZ, EfiColor(TM), ColorSync(TM), ColorSense(TM) a pod. a simulaci barev podle PANTONE®.

Výkonné tiskárny

Komplexní tiskové soubory mohou hýt značně veliké, zpracování PostScriptem a rastrování vyžaduje dost značné výpočetní zdroje. Tato práce může být udělána na vašem PC, Macu, pracovní stanici nebo v tiskárně samotné.

Většina lidí raději používá svůj počítač jako počítač a než jako tiskový server pro celou síť. Není tedy překvapením, že výpočetní mohutnost (rychlost procesoru, paměť) je většinou větší, než nadupané PC.

Čím je efektivnější zpracování obrazu v tiskárně, tím dříve máte finální výtisk. Výkonné tiskárny jsou často vybaveny RISC procesory a mnoha MB paměti, používají sofistikované systémy řízení paměti pro redukování nároků na výpočetní zdroje při zpracování rozsáhlých tiskových souborů.

Inteligentní tiskárna plně podporuje PostScript Level 2, přednostně s rychlým procesorem a hardwarovým PostScript interpreterem.
 

poslední aktualizace: 27.01.1999

zpět na úvodní stránku