DESPRE RASTERE

Catalin Serbanescu

Deşi acest subiect a mai fost atins tangenţial în articolele anterioare ale prezentei reviste, considerăm că o dezvoltare mai

detaliată a acestuia nu poate fi decât benefică, cel puţin pentru cititorii ce nu sunt implicaţi în mod direct în domeniul tipografic. Înainte însă de a trece la definirea şi clasificarea rasterelor este necesar să facem o scurtă trecere în revistă a tipurilor de echipamente folosite pentru imprimarea documentelor pe diverse tipuri de media. Şi pena rămâne în limitele trasate de titlul acestui articol, vom face această clasificare din punct de vedere al modului de depunere al cernelii sau tonerului. Astfel, putem distinge trei mari clase de echipamente de printare: contone, halftone şi hibride. Dispozitivele contone sunt acelea care pot depune straturi de grosime (volum) variabil de cerneală cu cel puţin 256 (2⁸) nivele distincte. Pentru acestea, noţiunea de screening nu are sens deoarece se poate reproduce întreaga gamă coloristică fără a se apela la artificii optice menite a induce în eroare privitorul. Sau, altfel spus, în acest caz noţiunea de liniatură (lpi – pe care o vom explica ulterior) se confundă cu cea de rezoluţie a dispozitivului de imprimare. La capătul opus se situează echipamentele halftone, specifice utilajelor de imprimare offset, pentru care cantitatea de cerneală (sau toner) este constantă, nivelurile intermediare între 100% şi 0% dintr-o anumită culoare primară (C,M,Y sau K) realizându-se prin alternarea acesteia cu albul mediei de tipărire (în speţă, hârtia), aşa cum este ilustrat în figura 1. Între aceste două „extreme” se situează dispozitivele hibride, cele ce pot depune un număr relativ mic de straturi de grosime variabilă a cernelii şi care pentru atingerea dezideratului de 256 de nuanţe disponibile pentru fiecare culoare primară se folosesc de albul mediei de tipar întocmai ca echipamentele halftone. Din acest punct de vedere, imprimantele hibride au drept caracteristică intrinsecă numărul de biţi corespunzător cuantumului de nivele de cerneală sau toner depus. Astfel, un dispozitiv hibrid la 2 biţi este capabil să imprime un număr de 2²=4 nivele, în timp ce unul de 4 este acreditat cu 2⁴=16 (figura 2). Cu alte cuvinte, echipamentele contone pot fi considerate drept dispozitive hibride la 8 biţi. Trebuie menţionat faptul că valoarea de 256 (2⁸) nivele per culoare primară este una în concordanţă atât cu cele mai uzitate formate pentru imagine (fie ele RGB sau CMYK), respectiv cu 8 biţi pe canal de culoare, cât şi cu definiţiile interne ale standardului postscript ce impun un număr de 256 de nuanţe disponibile. După această scurtă introducere, putem încerca o definire a termenului de raster (screening în limba engleză), cu referire predilectă la echipamentele halftone ca fiind cele mai potrivite pentru înţelegerea în esenţă a acestui termen. Mai mult, vom considera pentru început cazul unui utilaj de imprimare halftone monocrom, fie el o imprimantă digitală alb-negru, fie o maşină offset cu un singur grup de tipar. Extinderea conceptului pentru dispozitive color este destul de simplă, tratând fiecare dintre culorile primare utilizate ca fiind monocrome. Aşa cum aminteam anterior, acest tip de echipament (halftone) poate depune fie o cantitate fixă de cerneală (100%), fie deloc (0%), neexistând practic nuanţe intermediare precum 20% sau 75%. Aceste tonuri pot fi obţinute totuşi prin combinaţia dintre imprimarea unor puncte suficient de mici cu cerneală 100% şi albul mediei folosite pentru tipărire. Dacă dimensiunea punctelor de cerneală este suficient de mică comparativ cu distanţa de la care se priveşte produsul tipărit, se crează iluzia existenţei mai multor tonuri de culoare intermediare între 0 şi 100%, valoarea acestora fiind determinată de raportul dintre suprafaţa combinată a punctelor de cerneală de 100% şi cea a albului hârtiei. În marea majoritate a cazurilor, modul de aranjare al punctelor de cerneală este unul ordonat, într-o structură de tip matrice şi este numit raster. Relaţia dintre dimensiunea punctelor imprimate şi cea a grilei rasterului (denumită şi celulă de halftone) are drept rezultat optic crearea iluziei unui anumit procentaj de culoare (în cazul considerat de noi, a unei nuanţe de gri). Rasterul clasic, cu o structură regulată care este de obicei de formă pătrată, este caracterizat de două valori determinante: unghiul şi perioada acestuia (figura 3). Valoarea inversului perioadei rasterului se numeşte liniatură (în limba engleză screen frequency) şi se măsoară în linii per inch sau linii per centimetru. Pe lângă tipurile de raster cu structură regulată mai există şi cele neregulate precum rasterele FM (cu modulaţie în frecvenţă), RS (random screening) sau ED (error-difusion). Rasterul convenţional poate fi afectat de două tipuri de efecte nedorite: moiré-ul şi devierea culorii (color shift). Efectul de moiré, exemplificat în figura 4, apare în cazul suprapunerii a două reţele cu geometrie identică, decalate una faţă de alta la un anumit unghi. În funcţie de valoarea acestuia, efectul rezultat (prezent sub forma unui model de asemenea regulat, însă de dimensiune mult mai mare decât celula de halftone şi prin aceasta sesizabil cu ochiul liber) este mai pronunţat sau mai atenuat. De altfel, acest efect este folosit pentru măsurarea cu tipometrul a valorii liniaturii unui document tipărit. Moiré-ul mai poate fi sesizat şi în cazul suprapunerii a două reţele cu geometrie diferită, chiar dacă acestea nu sunt decalate la un anumit unghi. Efectul este exemplificat în figura 5 şi apare în cazul utilizării de valori diferite ale liniaturii (lpi) pentru diverse plane de culoare. Fenomenul de deviere al culorii (color shift) apare în cazul în care două reţele regulate prezintă un decalaj liniar (nu angular) una faţă de cealaltă. În cazul oricărui proces de tipărire, fie el offset, fie digital, un asemenea decalaj nu poate fi exclus în totalitate, aceasta însemnând că există posibilitatea ca punctele de halftone aparţinând a două sau mai multe plane de culoare (separaţii) se pot suprapune total, parţial sau deloc, ceea ce duce la obţinerea unei culori diferite în fiecare dintre aceste cazuri. În figura 6 am exemplificat cazul extrem (şi doar cu scop didactic) în care avem o suprapunere aproape perfectă a planelor de cyan şi magenta, respectiv o decalare totală a acestora. Se poate observa foarte clar acest efect de deviere al culorii, mai ales dacă privim cele două ilustraţii de la o distanţă relativ mare. Modul de generare al celulelor de halftone pentru un document, precum şi modul de generare al nivelelor intermediare de culoare este prezentat schematic în figura 7. Practic, softul de rasterizare (RIP) împarte documentul de procesat în celule virtuale cu mărime corespunzătoare valorii liniaturii (periodicităţii reţelei de raster) folosite. De exemplu, pentru o valoare de 175 lpi, dimensiunea laturii celulei obţinute este de aproximativ 0,145 mm, în timp ce pentru 133 lpi avem 0,191 mm. În continuare, RIP-ul împarte mai departe fiecare celulă de halftone astfel obţinută în blocuri corespunzătoare valorii rezoluţiei echipamentului folosit pentru tipărire. Astfel, pentru 150 lpi şi un dispozitiv de printare cu rezoluţie 2400 dpi obţinem 256 de blocuri în interiorul celulei de raster, fapt ce ne permite obţinerea unui număr de 257 de nuanţe pentru o culoare primară utilizată. Din cele expuse anterior, putem deduce în mod simplu formula de calcul pentru numărul maxim de nivele de culoare în cazul unui echipament halftone:unde cu dpi s-a notat rezoluţia de printare.Bineînţeles, această formulă poate fi adaptată pentru a cuprinde şi celelalte clase, respectiv contone şi hibride, notând cu bit numărul de biţi specific echipamentului în cauză:După cum am precizat la începutul acestui articol, pentru dispozitivele contone (8 biţi) notiunea de raster nu are sens, deci în acest caz valoarea lpi este identică cu rezoluţia. Altfel spus, o imprimantă contone va necesita o rezoluţie mai mică (cu până la un ordin de mărime) decât una halftone pentru obţinerea unui nivel calitativ dat.Generarea rasterului în cazul echipamentelor color se realizează în mod identic ca în cazul celor monocrome, singura deosebire constând în faptul că planele de raster rezultate pentru fiecare dintre culorile primare utilizate (în cazul cel mai trivial – C,M,Y şi K) trebuie decalate unele faţă de celelalte cu anumite valori angulare. În practică, cea mai des întâlnită situaţie este aceea în care planele de raster C, M, Y şi K sunt poziţionate la 15°, 75°, 0° şi 45° (întâlnită sub denumirea de raster convenţional), această dispunere oferind atât o minimizare a efectului de moiré, cât şi obţinerea celor mai bune rezultate în ceea ce priveşte overprint-ul acestora. Suprapunerea reţelelor de raster convenţional corespunzătoare culorilor CMYK dă naştere la ceea ce se numeşte în terminologia offset rozetă. Aceasta poate fi de tipul clear-center (figura 8)  sau dot-center (figura 9). Rozetele de tip clear-center sunt cele dezirabile deoarece în acest caz avem o suprapunere minimă a culorilor de bază. Din păcate, acestea sunt şi cele mai puţin prezente în situaţiile practice deoarece chiar şi cea mai mică deplasare liniară sau angulară a unuia dintre planele de raster conduce la apariţia rozetelor de tip dot-center. Bineînţeles, în mod ideal, toate culorile primare ar trebui decalate între ele la 30°, fapt imposibil de realizat în cazul CMYK, deoarece suma acestora trebuie să se încadreze în valoarea de 90° (un cadran). Din această cauză s-a ales drept valoare a unghiului pentru Y (galben) 0°, corespunzător unui decalaj de doar 15°, rezultând într-o sensibilitate mărită la apariţia moiré-ului în cazul culorilor compozite ce conţin galben, cum ar fi nuanţele pielii. Dacă reproducerea tonurilor pielii reprezintă elementul de importanţă maximă a lucrării tipografice, se poate folosi o altă poziţionare a planelor de raster pentru C,M,Y şi K – respectiv la 75°, 45°, 0° şi 15° (figura 10). În unele lucrări de specialitate se pot întâlni valori de tipul 165°, 45°, 0° şi 105°, acestea fiind echivalente cu 75°, 45°, 0° şi 15° deoarece orice reţea regulată de puncte rotită cu 90° se suprapune perfect cu ea însăşi. Şi dacă tot ne aflăm la capitolul decalajului angular între planele de raster, este momentul să aducem în discuţie conceptul de screening raţional şi iraţional. Aceste denumiri sunt derivate din matematică, chiar dacă folosirea acestor termeni în domeniul artelor grafice nu este una chiar corectă, ci mai degrabă comodă. Doar ca o mică recapitulare, un număr este raţional dacă poate fi reprezentat ca o fracţie dintre două numere întregi (de exemplu, 0,333333… =1/3). În contrast, cele iraţionale nu pot fi definite drept fracţie de numere întregi ( 2^1/2=1.414213562373095048…). În cazul nostru, putem spune că un raster este raţional (notat cu RT – rational tangent) sau iraţional (IS – irrational screening), în funcţie de valoarea tangentei unghiului acestuia. Mai mult, dacă doar un singur plan de culoare este IS, se consideră că întregul raster este iraţional, respectiv combinaţia CMYK la 15°, 75°, 0° şi 45° este IS, chiar dacă tan(45°)=1 este număr raţional. Rasterul raţional (RT) a fost utilizat în perioada de început a procesării digitale, când atât cantitatea de memorie RAM disponibilă, cât şi puterea de calcul a procesoarelor existente se situau la valori relativ modeste. În acest caz, planele de raster corespunzătoare CMYK erau poziţionate la valorile 71,6°, 18,4°, 0° şi 45° (figura 11). De fapt, valoarea exactă pentru planul de magenta este arctg(1/3)=18.43494882292… Deoarece decalajul angular dintre planele de raster este diferit de valoarea optimă de 30°, screening-ul RT, în contrast cu cel IS, se dovedeşte mai sensibil la apariţia efectului de moiré, însă se comportă ceva mai bine în ceea ce priveşte reproducerea tonurilor pielii, planul de galben fiind decalat cu mai mult de 15°. Deşi se pot spune multe despre diferenţele dintre RT şi IS, atât din cauza spaţiului finit alocat articolului, cât şi dorinţei de a nu plictisi cititorul cu prea multe date tehnice, vom trece la un alt subpunct alocat, și anume valoarea perioadei rasterului sau liniatura. Aceasta poate fi considerată drept indicator calitativ al tiparului, respectiv cu cât este mai mare ca valoare lpi, cu atât detaliile documentului original sunt mai bine reproduse. Totuşi, aşa cum am menţionat anterior, suntem limitaţi în alegerea lpi-ului de către rezoluţia disponibilă şi dezideratul obţinerii celor 256 de nuanţe pentru fiecare dintre culorile primare folosite. Pe de altă parte, în special în cazul echipamentelor digitale de tipar, fie ele cu toner sau cerneală, uniformitatea treptelor de culoare intermediare valorilor de 0 şi 100% tinde să prezinte o îmbunătăţire odată cu scăderea lpi-ului utilizat. Cu alte cuvinte, în funcţie de elementul cel mai important urmărit la printarea unei lucrări (uniformitatea sau detaliile) trebuie aleasă o valoare optimă sau de compromis pentru liniatura utilizată în procesul de tipărire. Spre finalul acestui articol, considerăm necesară aducerea în discuţie a relaţiei dintre rezoluţia pozelor dintr-un document şi valoarea lpi. Deşi am mai atins acest subiect în articolele anterioare, trebuie să facem următoarea precizare: formula (oarecum empirică) referitoare la rezoluţia optimă a elementelor de tip bitmap (imagini) este valabilă doar pentru cazul în care distanţa de la care se fac observaţii asupra calităţii tiparului este una normală (sau uzuală, dacă doriţi), cuprinsă între 20 şi 50 de centimetri. O formulă de calcul în care se ia în considerare această distanţă observator – document tipărit poate fi sintetizată astfel:

unde s-au folosit notaţiile:

R_opt= rezoluţia optimă a imaginii

lpi= liniatura de printare

k= constantă (determinată empiric) cu valori cuprinse între 0,2 şi 0,5

d= distanţa de la care se observă produsul tipărit, exprimată în metri

De fapt, formula de mai sus poate fi utilizată şi în modul următor: liniatura folosită pentru tipărirea documentului poate fi ajustată în funcţie de distanţa estimată a produsului finit faţă de observator. Astfel, dacă în cazul unei reviste utilizăm un lpi de 175, pentru acelaşi conţinut, dar destinat observării de la o distanţă de 2 metri (de exemplu, un poster pentru afişaj stradal), vom putea folosi o liniatură de 44 lpi pentru k=0,5. Altfel spus, dacă posterul respectiv nu va putea fi privit niciodată de la o distanţă mai mică de 2 metri, este o risipă inutilă tipărirea acestuia la liniaturi de valoare mare folosind implicit poze cu rezoluţie ridicată  (figura 12). Spre deosebire de rasterul clasic, ordonat geometric, în practică se mai folosesc şi cele neregulate, pentru care noţiunea de liniatură nu poate fi aplicată, cel puţin nu în modul tradiţional. În aceste cazuri, punctele de raster au dimensiune fixă şi apropiată de valoarea rezoluţiei echipamentului, parametrul variabil prin care se obţin nivelele intermediare de culoare primară fiind densitatea mai mare sau mai mică a acestora. Principalul avantaj al rasterelor neregulate (FM, RS sau ED) este reprezentat de eliminarea completă a posibilităţii apariţiei moiré-ului, în timp ce dezavantajul major este dat de prezenţa unui dot-gain mai mare decât în cazul screening-ului convenţional. Deşi suprafaţa cumulată a punctelor de raster este identică atât pentru cazul convenţional, cât şi în cel al rasterului neregulat, perimetrul total al punctelor în cea de-a doua situaţie este mai mare, fapt ce conduce inevitabil la un dot-gain mărit (bineînţeles, în condiţiile utilizării aceluiaşi substrat de tipar).În încheiere, chiar dacă nu am reuşit decât să atingem superficial teoria rasterului convenţional, putem concluziona faptul că, dincolo de performanţele de viteză sau rezoluţie caracteristice unui anumit echipament, un rol cel puţin la fel de important îl are generarea planelor de raster al documentelor. Şi nu de puţine ori calitatea produsului finit este determinată atât de opţiunile puse la dispoziţie, precum şi de acurateţea RIP-ului (raster image processor) pe care l-am ales.