Профессиональная струйная печать: как попасть в цвет *

Широкое распространение печатных технологий поставило множество людей перед проблемой ошибок в цветопередаче. Поэтому один из самых актуальных вопросов современной полиграфии: «Как заставить печатающие устройства правильно преобразовывать и воспроизводить цвет?»

Интересное определение цвета дали в своей книге Джадд и Вышецки: «…объяснение цвета не сводится к исключительно физическим или психологическим понятиям. Цвет — характеристика световой энергии (физика), оцениваемая путём зрительного восприятия (психология)».

Все объекты окружающего мира мы видим потому, что они либо сами излучают видимый свет, либо отражают его. Взглянув на небо, можно увидеть Солнце, звёзды, метеоры и туманности (излучающие объекты); Луну и другие планеты (отражающие объекты).

Художники для описания цвета часто прибегают к его словесному описанию, которое носит исключительно качественный характер. Полиграфисты же используют количественные характеристики цвета, опирающиеся на реальные физические модели процессов его формирования. Таковых два типа: схемы для излучаемого света (аддитивные, основанные на сложении цветов) и отражённого (субтрактивные, основанные на вычитании).

Аддитивные схемы

В природе не встречаются, ибо это реальность мира техники. Сложение световых пучков излучающих источников происходит в месте их пересечения. Однако увидеть его можно лишь с помощью рассеивающей свет поверхности, на которую пучки падают. Вспомните огни рампы: в месте сложения лучей театральных софитов общий цвет становится светлее, ярче. По тому же принципу сложения цветовых компонент работает монитор. Если через увеличительное стекло рассмотреть его поверхность, можно заметить светящиеся элементы красного (Red), зелёного (Green) и синего (Blue). Именно они формируют любой цвет RGB-палитры. Смешение спектральных максимумов всех трёх даёт белый светоцвет, а полное отсутствие свечения формирует чёрный (отсутствие любого светоцвета).

Субтрактивные схемы

Здесь цвет образуется вычитанием (поглощением) из спектра падающего света (в первую очередь солнечного) его определённой части — от объекта отражается лишь часть спектра. Так формируется видимая окраска природных объектов.

В струйной печати чернила прозрачны для тех цветов, в которые они «окрашены». Жёлтая краска на самом деле пропускает зелёную, жёлтую, оранжевую и красную области спектра, а синюю и фиолетовую поглощает. Белую поверхность она окрасит в жёлтый цвет, красную сделает темнее. Будучи напечатанной поверх голубой, превратится в зелёную, ибо исходная окраска поглотит оранжевую и красную области спектра, а синюю и фиолетовую «съест» жёлтая.

Именно так при смешении красок получают новые оттенки. Смешение базовых цветов в субтрактивной схеме позволяет создать оттенки серого. Лучше всего эту особенность иллюстрирует наложение прозрачного лака: чем больше слоёв, тем «глубже», насыщеннее и темнее цвет.

В полиграфии для формирования цвета используют триаду: голубой или бирюзовый (Cyan), пурпурный (Magenta) и жёлтый (Yellow). Но поскольку при их смешении на бумаге получается не чёрный, а грязно-коричневый оттенок, используется четвёртый, чёрный ахроматический цвет (Black). Так сформировалась цветовая схема CMYK. По какой бы схеме ни синтезировался цвет, всегда требуется его описание. В языках народов мира есть слова, обозначающие и предмет, и цвет одновременно. Английское orange — апельсин и оранжевый цвет. В русском сплошь и рядом встречаются морковный, кирпичный, салатный и др. В классической полиграфии, индустрии отделки тканей, трафаретной и цифровой печати без стандартов описания цвета не обойтись. Они получили название цветовых моделей, определяющих набор количественных характеристик цвета.

Базовые стандарты CIE

В 1900 г. на Международном газовом конгрессе в Париже была создана Международная комиссия фотометрии. Её задачей было установить правила фотометрических измерений осветительных газовых горелок. В 1911 г. Международный электротехнический конгресс в Турине предложил сформировать Международную комиссию по освещению (CIE), объединив её с существующей комиссией фотометрии, что и было сделано в 1913 г. Новая комиссия разработала несколько моделей цвета, основанных на свойствах человеческого глаза и предназначенных для наиболее точного отражения его особенностей восприятия цвета. Модели используются для определения т. н. аппаратно независимых цветов, правильно интерпретируемых устройствами любого типа: мониторами, принтерами, печатными машинами. Они активно применяются, ибо описывают широкий диапазон оттенков, их легко использовать в компьютерных программах.

Модель стандартного наблюдателя XYZ

Основана на экспериментальных данных, независимо полученных Гилдом и Райтом. Пространство цветов стандартного колориметрического наблюдателя CIE 1931 г. было сформировано путём перенесения системы координат базовых цветов R (700 нм), G (546,1 нм) и B (435,8 нм) в абстрактную систему координат трёх воображаемых цветов X, Y и Z. Модель официально признана во всём мире, но имеет ряд недостатков. При длине волны 380–460 нм суммы цветовых координат слишком малы. После дополнительных исследований CIE в 1964 г. приняла новую XYZ-модель стандартного наблюдателя. Так как представляемые в ней данные хорошо коррелировались со старыми, было решено рекомендовать обе модели: старую для оценки небольших по размеру цветовых образцов (приблизительный угол поля зрения 2°) и новую для больших образцов. Цветовую модель XYZ также можно использовать для нахождения цветностей различных источников света и стандартных световых излучателей.

Стандартные излучатели CIE

Особое значение для колориметрии имеет стандартный источник света E с равноэнергетическим спектром излучения, который не существует в природе и соответствует идеальному гипотетическому источнику белого света. Его цветовые координаты (x = 1/3; y = 1/3) обозначаются на графике CIE т. н. точкой белого цвета. Остальные излучатели, поскольку их спектр не является строго линейным, располагаются вокруг неё.

Цветовые модели Luv, Lab и HCL

Один из существенных недостатков цветового пространства CIE XYZ — одинаковым изменениям численных координат цвета не соответствуют равнозначные изменения цветовых ощущений. То есть визуальная разница между двумя цветами, находящимися в одной области графика, будет не так ощутима, как между двумя цветами в другой.

Серия опытов Мак Адама с целью выяснить пороги цветовых различий показала, что области визуально одинаковой цветности на графике XY имеют форму не окружностей, а эллипсов разного размера и наклона осей (названы в честь первооткрывателя). Когда для решения проблемы были предложены варианты преобразований координат CIE XY, выяснилось, что полностью избежать нелинейности модели невозможно. После долгих дискуссий в 1960 и 1974 гг. были проведены ревизии модели XYZ путём модификации переменных и утверждены две новые модели L*u*v* и L*a*b*. Параметр L (светлота) в обеих интерпретируется как показатель ощущения яркости (в отличие от коэффициента яркости Y, являющегося показателем энергетической яркости).

В основу L*u*v* легло равноконтрастное преобразование системы CIE XYZ, а в основу L*a*b* — криволинейное. Потому прямые линии в координатах XY соответствуют прямым в координатах u*v*, но в координатах a*b* они искажаются. Последние уже не являются независимыми координатами цветности, поскольку в формулы для их определения включён коэффициент яркости Y0 белого света.

Оба цветовых пространства строятся откладыванием значений L*, u*, v* и a*, b* на осях взаимно перпендикулярных координат, центральная ось которых (L*) представляет собой равноконтрастную шкалу ахроматических цветов, для которой значения цветностей a* и b* равны нулю. Координата a* описывает изменение цветности от зелёного (ось отрицательных значений) до красного (положительные значения), а b* — от синего (отрицательные) до жёлтого (положительные). Достоинство модели L*a*b* (сокращённо CIE Lab) — описание цвета моделирует представление цвета человеческим глазом. А так как она эффективно решила проблему разработки равноконтрастного цветового пространства, то и нашла широкое использование в колориметрии и промышленности. Для удобства использования в некоторых отраслях была предложена её модификация, выполняемая трансформацией прямоугольных координат a* и b* в полярные координаты цветового тона (H°, угол наклона радиусного отрезка из начала оси L*) и насыщенности (C*, величина радиусного отрезка из начала оси L*), отражающих психофизические характеристики цвета.

Модель нашла широкое применение в текстильной промышленности и ПО для проектирования макетов изображений и колорирования тканей.

Цветовая модель HSB

Интуитивно понятная и удобная в работе модель, ибо описывает цвета как по аддитивной, так и по субтрактивной схемe. Методика работы с цветами аналогична действиям художника, который, чтобы сделать краску светлее, добавляет белил, а чтобы затемнить — сажи. Базовые компоненты модели — цветовой тон (Hue), насыщенность (Saturation) и яркость (Brightness). Цветовые тона характеризуют положение энергетического максимума излучения в спектре и представляются в виде круговой диаграммы, на которой нулевому значению соответствует красный цвет, величина тона остальных характеризуется углом относительно красного и может изменяться от 0 до 360°. Для чистых спектральных цветов цветовой тон (Hue) — характеристика исчерпывающая, но цвет может быть осветлён (уменьшена насыщенность) или затемнён (уменьшена яркость).

Насыщенность — мера чистоты цвета. Чем ближе излучение к монохроматическому, тем выше его насыщенность, достигающая максимума для чистых спектральных цветов. Чем меньше насыщенность, тем светлее цвет. При достижении её нуля чистый спектральный цвет становится белым.

Яркость характеризует энергию излучения. Чистые спектральные цвета имеют максимальную яркость (100%, или 255 градаций). При её снижении цвет темнеет. Когда яркость равна нулю, любой цвет становится чёрным. Уменьшение яркости цвета можно сравнить с добавлением к нему чёрной краски.

Несмотря на интуитивную ясность и удобство, HSB используется как вспомогательная модель, чему есть серьёзные причины. Математически она основана на компонентах RGB, что делает представление цвета неточным, поскольку модель RGB аппаратно зависима. Кроме того, HSB неверно трактует яркость пикселей. В этой модели расчёт исходит из предпосылки, что основные аддитивные цвета имеют одинаковую яркость. Итоговая яркость точки оценивается по формуле:

Y = Red/3 + Green/3 + Вlue/3,

где каждый из компонентов вносит в неё одинаковый вклад. Но так как базовые цвета имеют разную воспринимаемую яркость, формула не отражает реального положения вещей.

Тем не менее в ряде приложений ущербность модели не играет существенной роли, в то время как её интуитивно-понятный механизм помогает быстро подобрать требуемый цвет.

Об авторе: Александр Чайкин (alexch@smart-t.ru), к. т. н., руководитель научного отдела компании «Смарт-Т».