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 轉載自微信公眾號“CIFlexo絲艾柔印” ——柔印技術中容易被誤解的知識點

 

原創 薛曉樂 CIFlexo絲艾柔印

 

薛曉樂，從事柔印行業20多年，2010年加入柯達柔印事業部，現就職于邁日侖（上海）貿易有限公司（柯達在2019年將整個柔印事業部全部出售給了Montagu投資公司），繼續為柔印及Flexcel NX Solution產品服務。

 

 

本文解釋了如何通過使用超級單元的加網方式，突破在輸出分辨率受限制的情況下提高加網線數，而不會影響灰度級別；還解釋了輸出分辨率對最小網點的直徑沒有影響，并提出了更高的加網線數并不能擴大印刷品色域和提高色彩對比度。

 

先說一下為什么想寫或者要寫這篇文章

 

非常感謝王總編給我這個機會，在這么專業的技術平臺分享我的一些經驗和感受。讓更多的讀者了解并知道柔印的一些專業知識，減少對柔印和印刷的誤解，使柔印行業有更好的發展。

 

在2010年加入柯達公司之前，我從事的大部分柔印工作是關于柔印的印前處理、制版、柔印技術應用和色彩管理等，對于軟硬件的一些原理和算法并不是很清楚和理解。當有的朋友問我：“為什么只有柯達使用方形激光成像技術？為什么柯達Flexcel NX只需要2400×2400dpi的輸出分辨率就可以在柔版上形成10.2μm的獨立網點？”諸如此類的問題還有許多。接下來，我來分享一些比較容易被誤解的話題。

 

說到這里，我應該感謝幾個人，Gordon Pritchard、Stephen Zmetana、Jim Third、Steve Smith，是他們分享了一些知識和理論，讓我走出了誤區，并對這些原理和知識有了更好地理解。

 

 

先解釋一下半色調(halftone)與灰度級別（gray level，簡稱灰階)的原理。

 

什么是灰階？

 

如圖1所示的灰階矩陣，灰階表示圖案由最暗到最亮之間不同亮度的層次級別；中間層級越多，呈現的畫面效果也就越細膩。

 

圖1   灰階矩陣

 

什么是半色調？

 

半色調網點是在半色調“單元”內形成的。單元是由像素組成的網格，通過開關單元里的像素而形成網點。當單元里沒有打開任何像素時為0%色調，當像素逐漸打開時，網點將增加，直到單元內的所有像素都打開并填滿，即100%色調。

 

如圖2所示的單元格，假定單元格的尺寸是2×2個像素組成，整個單元格內共有4個像素。

 

圖2  2×2個像素組成的單元格

 

按照這樣的規則，網點與像素的關系如下：

 

由此可見，單元格是2×2的網格，半色調最多只有5個階調（灰階），數學公式是 2×2+1=5。如果單元格物理尺寸不變，單元格里的像素數量增加了，像素也相應變小了，灰階也隨之增加。 

 

例如：

10×10個像素組成的單元格，灰階是10×10+1=101；

16×16個像素組成的單元格，灰階是16×16+1=257；

如果輸出分辨率(dpi，Dot Per Inch)是固定的，而網線(LPI，Line Per Inch)是增加的，例如從100 LPI增加到175 LPI，那么每個點可用像素的數量減少，因此灰階的數量減少。

 

這一理論就是經典的灰階公式：

 

當輸出設備的輸出分辨率是2400dpi時，灰階與網線的關系：

 

 

由此可見，當輸出分辨率除以加網線數小于16時，有效的灰階就低于256。這可能導致階調在復制時不準確和不均勻，造成在漸變中出現條杠，色彩突然地從一種階調跳階到下一種階調，沒有自然平穩地過渡；如圖1中的灰階數越多，過渡就越自然、平滑。

 

然而，這個經典公式僅適用于由單個、孤立的半色調網點所代表的色調值，該半色調網點還是基于一個單獨的半色調的網點單元，在現實的生產環境中是不會發生這種情況的。

 

大約在1989年，一種新的算法開始被采用。這種方法是基于這樣一個事實，即我們不再關注單獨的半色調網點，更關注的是區域所呈現的階調，這就是所謂的“超級單元” (Supercell)技術。超級單元是通過“抖動”獨特的半色調網點，在某個特定的區域來實現非常精準的色調值，并虛擬任何分辨率。

 

例如，我們在印刷中希望得到17.5%網點的色調值。如果受到經典公式的限制，對單個、獨立的半色調加網方式，我們不可能呈現17.5%的網點。但我們仍然可以通過交替使用17%和18%的網點來創造17.5%網點的值(這被稱為抖動，Dithering)；眼睛(和儀器)整合了17%和18%的交替點，結果就是平均值，在這個例子中17.5%網點是我們想要的色調值。另一種方法是:如果我們將半色調單元限制在16×16像素的矩陣中，那么無論單元內的點是如何排布的，我們都會在某一個區域中擁有257個灰階。然而，如果我們基于多個半色調單元創建一個色調區域——“超級單元”，我們就可以繞過經典公式所建議的灰階限制，創造更多的灰階。

 

通過圖3可以清楚地看到，超級單元技術在2400dpi×2400dpi的輸出分辨率下，加網線數150LPI時，可以輕松地再現10.0%、10.1%、10.2%、10.3%、10.4%，10.5%等網點。相當于將10%與11%再分成10個灰階，而從0%-100%就達到了1000位灰階。

 

圖3  超級單元形成的1000位灰階

 

超級單元(Supercell)加網方式，是著眼于色調的區域(這是關健)而不是單個的獨立網點，并超越了經典公式對灰階的限制。自1995年以來，幾乎所有廠商針對調幅（AM）加網方式都采用了超級單元的加網技術。例如：愛克發(Agfa)-ABS，海德堡(Heidelberg)-HDS，柯達(Kodak)-MaxTone等等。大多數RIP通常將此功能設置為1024位灰階，這樣就可以滿足最高質量印刷機的色調需要了。

 

沒有超級單元功能的用戶，必須通過增加輸出設備的輸出能力和分辨率、使用較低網線、限制縮放的尺寸來解決灰度級問題。但是，高分辨率的設備(例如4000dpi或5080dpi)其實是不必要的，高分辨率的位圖文件更大、處理速度更慢，并影響成像設備的輸出速度。對于商業印刷，大約在2400dpi左右是最佳的性能質量比。

 

早在2000年的芝加哥GrapExpo展會上，克里奧(Creo)公司就使用了2400dpi的激光機(CTP)輸出了1697 LPI的印版，同時印刷了一個幅招貼畫，并獲得了“他們說這不可能做得到(They said it can't be done)”的大獎。直到今天，我們所熟悉的膠印、凹印通常的輸出的網線是175LPI或200LPI，CTP仍然使用2400dpi或2540dpi分辨率輸出，并沒有使用4000dpi或者5080dpi的分辨率。可以看出，輸出的分辨率和輸出的網線并不存在絕對關系，對灰階也沒有直接影響。

 

另外，絕大部分的數碼照片都是8位編碼，個別數碼相機可以達到12或14位編碼(如圖4所示)。我們常用的用于處理圖片的軟件Photoshop，在用于商業印刷時，也基本上使用8位通道。對于8位編碼的圖片，256位灰階也是圖片可以達到的最高級別了。如果想達到更高的灰階（1000灰階），只能在Illustrator這樣的矢量軟件中創建一些圖形，來實現大于256位灰階了。這也是為什么有時候，某些比較長的漸變看起來有跳階的問題，一方面是圖片的分辨率過低（建議是加網線數的1.5～2倍），另一方面或者是放大倍數過高。這些圖片由于本身分辨率不高，當輸出的網線較高時，圖片原始的灰階無法滿足輸出要求；而在使用Illustrator制作較長的漸變和相關圖形，就不會出現類似的問題。使用了Supercell技術的RIP軟件并沒有限制256位灰階。

 

圖4  數碼相機編碼倍率

 

還有一個值得關注的問題是，超過1000的灰階也只能通過某種特殊設備進行測量，人類的肉眼根本分辨不到很高的灰階。對于商業印刷來講，超過256位灰階，完全是過度的、無意義的。

 

總之，大家沒有必要通過更高的輸出分辨率來獲得更高的灰階，256位灰階是商業印刷的最高級別，除了某些特種行業（防偽、3D光柵等），高分辨率才有意義。

 

 

近些年來，柔印在不同印刷領域的加網線數，有著不同程度的提高。從100LPI提升到175LPI，甚至更高，主要的目的也是為了再現更小的網點，提高印刷的精細程度。

 

但是，通過表1數據和圖5的比較可以看出，在同樣的網線、最小網點是2%時，輸出的分辨率不管是4000×4000dpi還是2400×2400dpi，最小網點的直徑都是27μm；通過表2數據和圖6的比較可以看出，網點是20%時，不同的分辨率下的網點直徑都是85.5μm。

 

表1  不同輸出分辨率時的150LPI的2%網點

(點擊表格可放大)

 

圖5  2400×2400dpi（左）與4000×4000dpi（右）分辨率150LPI的2%網點比較

 

表2  不同輸出分辨率時的150LPI的20%網點

(點擊表格可放大)

 

圖6  2400×2400dpi（左）與4000×4000dpi（右）分辨率150LPI的20%網點比較

 

當在使用柔性版激光雕刻機時，如果希望在柔性版上獲得更小直徑的網點，通過提高激光機的輸出分辨率，在理論上講是沒有什么意義的。也就是說，2400dpi/4000dpi/5080dpi等輸出分辨率對于最小網點的再現是沒有區別的。只有當網線變得更高，最小網點百分比變得更小時，最小網點的直徑才變得更小。

 

但是，輸出分辨率越高，形成的圓形網點就越圓，鋸齒就越少，如圖6所示。換句話講，激光雕刻的時間更久了，激光雕刻的速度更慢了，只是將小的圓形網點灼燒的更圓。相比低分辨率雕刻的最小網點，網點與網點之間看起來更均勻，大小一致；最終在柔性版上形成的最小網點，也會比低分辨率的要好一些。

 

分析其原因比較復雜，激光雕刻機屬于精密儀器，需要定期進行校正及保養。當激光機的誤差超過了標準范圍時，低分辨率由于雕刻速度比較快，再加上柔性版厚度變化有相應的誤差，最小網點就看起來大小不一致了。所以，想要獲得高品質、穩定的柔性版，定期對激光雕刻機進行專業保養是非常有必要的。低分辨率雕刻的網點同樣可以獲得理想的網點，柯達Flexcel NX激光機在2400×2400dpi的輸出分辨率下，完全可以在柔版上形成直徑為10.2微米的平頂網點。

 

由于網紋輥技術的限制，柔版的最小網點也不可太小，應根據相應的網紋輥進行匹配。直徑小于網紋輥網穴的網點很容易侵入到網穴內，獲得更多的油墨，從而導致臟版。具體數據如表3所示。

 

表3  網紋輥線數與柔性版加網線數之間的關系

(點擊表格可放大)

 

不過，高分辨率對于形成實地微孔（如柯達的DigiCap NX）是非常重要的。更高的分辨率可以在實地表面雕刻更小的像素（如圖7所示），柯達的實地微孔采用了4800×2400dpi的分辨率；這些微孔在柔版表面形成不同的圖案，用于匹配不同線數和載墨量的網紋輥，從而在印刷過程中改變油墨的流動性，使得油墨在承印物表面更均勻，在不改變印版材料的同時，提高油墨的反射密度。

 

圖7  柯達實地微孔(DigiCap NX)

 

柯達NX激光機通過更加細分化地改變步進電機和鼓的旋轉，從而達到更高輸出分辨率。當然，激光機的軟硬件都需要支持高輸出分辨率的要求。有趣的是，柯達NX激光機在使用4800×2400dpi的實地微孔時，雕刻速度比普通的2400×2400dpi更快，而其它品牌的激光機當使用高輸出分辨率時，速度則變慢。