转载自微信公众号“CIFlexo丝艾柔印” ——柔印技术中容易被误解的知识点

 

原创 薛晓乐 CIFlexo丝艾柔印

 

薛晓乐，从事柔印行业20多年，2010年加入柯达柔印事业部，现就职于迈日仑（上海）贸易有限公司（柯达在2019年将整个柔印事业部全部出售给了Montagu投资公司），继续为柔印及Flexcel NX Solution产品服务。

 

 

本文解释了如何通过使用超级单元的加网方式，突破在输出分辨率受限制的情况下提高加网线数，而不会影响灰度级别；还解释了输出分辨率对最小网点的直径没有影响，并提出了更高的加网线数并不能扩大印刷品色域和提高色彩对比度。

 

先说一下为什么想写或者要写这篇文章

 

非常感谢王总编给我这个机会，在这么专业的技术平台分享我的一些经验和感受。让更多的读者了解并知道柔印的一些专业知识，减少对柔印和印刷的误解，使柔印行业有更好的发展。

 

在2010年加入柯达公司之前，我从事的大部分柔印工作是关于柔印的印前处理、制版、柔印技术应用和色彩管理等，对于软硬件的一些原理和算法并不是很清楚和理解。当有的朋友问我：“为什么只有柯达使用方形激光成像技术？为什么柯达Flexcel NX只需要2400×2400dpi的输出分辨率就可以在柔版上形成10.2μm的独立网点？”诸如此类的问题还有许多。接下来，我来分享一些比较容易被误解的话题。

 

说到这里，我应该感谢几个人，Gordon Pritchard、Stephen Zmetana、Jim Third、Steve Smith，是他们分享了一些知识和理论，让我走出了误区，并对这些原理和知识有了更好地理解。

 

 

先解释一下半色调(halftone)与灰度级别（gray level，简称灰阶)的原理。

 

什么是灰阶？

 

如图1所示的灰阶矩阵，灰阶表示图案由最暗到最亮之间不同亮度的层次级别；中间层级越多，呈现的画面效果也就越细腻。

 

图1   灰阶矩阵

 

什么是半色调？

 

半色调网点是在半色调“单元”内形成的。单元是由像素组成的网格，通过开关单元里的像素而形成网点。当单元里没有打开任何像素时为0%色调，当像素逐渐打开时，网点将增加，直到单元内的所有像素都打开并填满，即100%色调。

 

如图2所示的单元格，假定单元格的尺寸是2×2个像素组成，整个单元格内共有4个像素。

 

图2  2×2个像素组成的单元格

 

按照这样的规则，网点与像素的关系如下：

 

由此可见，单元格是2×2的网格，半色调最多只有5个阶调（灰阶），数学公式是 2×2+1=5。如果单元格物理尺寸不变，单元格里的像素数量增加了，像素也相应变小了，灰阶也随之增加。 

 

例如：

10×10个像素组成的单元格，灰阶是10×10+1=101；

16×16个像素组成的单元格，灰阶是16×16+1=257；

如果输出分辨率(dpi，Dot Per Inch)是固定的，而网线(LPI，Line Per Inch)是增加的，例如从100 LPI增加到175 LPI，那么每个点可用像素的数量减少，因此灰阶的数量减少。

 

这一理论就是经典的灰阶公式：

 

当输出设备的输出分辨率是2400dpi时，灰阶与网线的关系：

 

 

由此可见，当输出分辨率除以加网线数小于16时，有效的灰阶就低于256。这可能导致阶调在复制时不准确和不均匀，造成在渐变中出现条杠，色彩突然地从一种阶调跳阶到下一种阶调，没有自然平稳地过渡；如图1中的灰阶数越多，过渡就越自然、平滑。

 

然而，这个经典公式仅适用于由单个、孤立的半色调网点所代表的色调值，该半色调网点还是基于一个单独的半色调的网点单元，在现实的生产环境中是不会发生这种情况的。

 

大约在1989年，一种新的算法开始被采用。这种方法是基于这样一个事实，即我们不再关注单独的半色调网点，更关注的是区域所呈现的阶调，这就是所谓的“超级单元” (Supercell)技术。超级单元是通过“抖动”独特的半色调网点，在某个特定的区域来实现非常精准的色调值，并虚拟任何分辨率。

 

例如，我们在印刷中希望得到17.5%网点的色调值。如果受到经典公式的限制，对单个、独立的半色调加网方式，我们不可能呈现17.5%的网点。但我们仍然可以通过交替使用17%和18%的网点来创造17.5%网点的值(这被称为抖动，Dithering)；眼睛(和仪器)整合了17%和18%的交替点，结果就是平均值，在这个例子中17.5%网点是我们想要的色调值。另一种方法是:如果我们将半色调单元限制在16×16像素的矩阵中，那么无论单元内的点是如何排布的，我们都会在某一个区域中拥有257个灰阶。然而，如果我们基于多个半色调单元创建一个色调区域——“超级单元”，我们就可以绕过经典公式所建议的灰阶限制，创造更多的灰阶。

 

通过图3可以清楚地看到，超级单元技术在2400dpi×2400dpi的输出分辨率下，加网线数150LPI时，可以轻松地再现10.0%、10.1%、10.2%、10.3%、10.4%，10.5%等网点。相当于将10%与11%再分成10个灰阶，而从0%-100%就达到了1000位灰阶。

 

图3  超级单元形成的1000位灰阶

 

超级单元(Supercell)加网方式，是着眼于色调的区域(这是关健)而不是单个的独立网点，并超越了经典公式对灰阶的限制。自1995年以来，几乎所有厂商针对调幅（AM）加网方式都采用了超级单元的加网技术。例如：爱克发(Agfa)-ABS，海德堡(Heidelberg)-HDS，柯达(Kodak)-MaxTone等等。大多数RIP通常将此功能设置为1024位灰阶，这样就可以满足最高质量印刷机的色调需要了。

 

没有超级单元功能的用户，必须通过增加输出设备的输出能力和分辨率、使用较低网线、限制缩放的尺寸来解决灰度级问题。但是，高分辨率的设备(例如4000dpi或5080dpi)其实是不必要的，高分辨率的位图文件更大、处理速度更慢，并影响成像设备的输出速度。对于商业印刷，大约在2400dpi左右是最佳的性能质量比。

 

早在2000年的芝加哥GrapExpo展会上，克里奥(Creo)公司就使用了2400dpi的激光机(CTP)输出了1697 LPI的印版，同时印刷了一个幅招贴画，并获得了“他们说这不可能做得到(They said it can't be done)”的大奖。直到今天，我们所熟悉的胶印、凹印通常的输出的网线是175LPI或200LPI，CTP仍然使用2400dpi或2540dpi分辨率输出，并没有使用4000dpi或者5080dpi的分辨率。可以看出，输出的分辨率和输出的网线并不存在绝对关系，对灰阶也没有直接影响。

 

另外，绝大部分的数码照片都是8位编码，个别数码相机可以达到12或14位编码(如图4所示)。我们常用的用于处理图片的软件Photoshop，在用于商业印刷时，也基本上使用8位通道。对于8位编码的图片，256位灰阶也是图片可以达到的最高级别了。如果想达到更高的灰阶（1000灰阶），只能在Illustrator这样的矢量软件中创建一些图形，来实现大于256位灰阶了。这也是为什么有时候，某些比较长的渐变看起来有跳阶的问题，一方面是图片的分辨率过低（建议是加网线数的1.5～2倍），另一方面或者是放大倍数过高。这些图片由于本身分辨率不高，当输出的网线较高时，图片原始的灰阶无法满足输出要求；而在使用Illustrator制作较长的渐变和相关图形，就不会出现类似的问题。使用了Supercell技术的RIP软件并没有限制256位灰阶。

 

图4  数码相机编码倍率

 

还有一个值得关注的问题是，超过1000的灰阶也只能通过某种特殊设备进行测量，人类的肉眼根本分辨不到很高的灰阶。对于商业印刷来讲，超过256位灰阶，完全是过度的、无意义的。

 

总之，大家没有必要通过更高的输出分辨率来获得更高的灰阶，256位灰阶是商业印刷的最高级别，除了某些特种行业（防伪、3D光栅等），高分辨率才有意义。

 

 

近些年来，柔印在不同印刷领域的加网线数，有着不同程度的提高。从100LPI提升到175LPI，甚至更高，主要的目的也是为了再现更小的网点，提高印刷的精细程度。

 

但是，通过表1数据和图5的比较可以看出，在同样的网线、最小网点是2%时，输出的分辨率不管是4000×4000dpi还是2400×2400dpi，最小网点的直径都是27μm；通过表2数据和图6的比较可以看出，网点是20%时，不同的分辨率下的网点直径都是85.5μm。

 

表1  不同输出分辨率时的150LPI的2%网点

(点击表格可放大)

 

图5  2400×2400dpi（左）与4000×4000dpi（右）分辨率150LPI的2%网点比较

 

表2  不同输出分辨率时的150LPI的20%网点

(点击表格可放大)

 

图6  2400×2400dpi（左）与4000×4000dpi（右）分辨率150LPI的20%网点比较

 

当在使用柔性版激光雕刻机时，如果希望在柔性版上获得更小直径的网点，通过提高激光机的输出分辨率，在理论上讲是没有什么意义的。也就是说，2400dpi/4000dpi/5080dpi等输出分辨率对于最小网点的再现是没有区别的。只有当网线变得更高，最小网点百分比变得更小时，最小网点的直径才变得更小。

 

但是，输出分辨率越高，形成的圆形网点就越圆，锯齿就越少，如图6所示。换句话讲，激光雕刻的时间更久了，激光雕刻的速度更慢了，只是将小的圆形网点灼烧的更圆。相比低分辨率雕刻的最小网点，网点与网点之间看起来更均匀，大小一致；最终在柔性版上形成的最小网点，也会比低分辨率的要好一些。

 

分析其原因比较复杂，激光雕刻机属于精密仪器，需要定期进行校正及保养。当激光机的误差超过了标准范围时，低分辨率由于雕刻速度比较快，再加上柔性版厚度变化有相应的误差，最小网点就看起来大小不一致了。所以，想要获得高品质、稳定的柔性版，定期对激光雕刻机进行专业保养是非常有必要的。低分辨率雕刻的网点同样可以获得理想的网点，柯达Flexcel NX激光机在2400×2400dpi的输出分辨率下，完全可以在柔版上形成直径为10.2微米的平顶网点。

 

由于网纹辊技术的限制，柔版的最小网点也不可太小，应根据相应的网纹辊进行匹配。直径小于网纹辊网穴的网点很容易侵入到网穴内，获得更多的油墨，从而导致脏版。具体数据如表3所示。

 

表3  网纹辊线数与柔性版加网线数之间的关系

(点击表格可放大)

 

不过，高分辨率对于形成实地微孔（如柯达的DigiCap NX）是非常重要的。更高的分辨率可以在实地表面雕刻更小的像素（如图7所示），柯达的实地微孔采用了4800×2400dpi的分辨率；这些微孔在柔版表面形成不同的图案，用于匹配不同线数和载墨量的网纹辊，从而在印刷过程中改变油墨的流动性，使得油墨在承印物表面更均匀，在不改变印版材料的同时，提高油墨的反射密度。

 

图7  柯达实地微孔(DigiCap NX)

 

柯达NX激光机通过更加细分化地改变步进电机和鼓的旋转，从而达到更高输出分辨率。当然，激光机的软硬件都需要支持高输出分辨率的要求。有趣的是，柯达NX激光机在使用4800×2400dpi的实地微孔时，雕刻速度比普通的2400×2400dpi更快，而其它品牌的激光机当使用高输出分辨率时，速度则变慢。