На відміну від напівтонового зображення, наприклад, фотографії, картини, виконаної аквареллю або олією тощо, растровим називають зображення тонового оригіналу, складене з дискретних елементів.

Дискретизація сигналу може бути одновимірною або двовимірною. Прикладом одновимірної дискретизації є поліграфічна репродукція тонового оригіналу, виконана лінійним растром (рис. 1а).

Двовимірна просторова дискретизація властива точковому поліграфічному растру (рис. 1б).

а) б)

Рисунок 1 - Лінійна поліграфічна (а) растрова структура; точковий автотипний растр (б)

Поліграфічне растрове зображення в своїй мікроструктурі має лише дві градації, обумовлені оптичними щільностями незадрукованого паперу (пробілу) і суцільного фарбового шару (заливки).

Відтворення гами півтонів оригіналу бінарними засобами поліграфічного друку забезпечує так звана автотипія - спосіб передачі півтонів зміною відносних площ задрукованих і пробільних елементів.

Друкарські елементи можуть являти собою на відбитку лінії змінної товщини (рис. 1а) або точки різного розміру.

Центри точок можуть утворювати ортогональні (рис. 1б), гексагональні, ромбічні або інші регулярні клітинки.

В цьому випадку частота розташування друкарських елементів і, відповідно, відстань між їхніми центрами постійні по всьому полю зображення. Відповідно до зміни тону окремих частин оригіналу змінюється лише площа друкарських елементів (рис. 1в і рис.2а).

Тому, використовуючи аналогію з техніки передачі електричних сигналів, подібні структури відбитків автотипного друку називають іноді амплітудно-модульованими або AM структурами.

Рисунок 2 - Передача півтонів зміною: а) розміру друкарських елементів постійного кроку -"амплітудне растрування"; б) площі елементів і частоти їхнього розміщення - змішана "АМ/ЧМ модуляція"; в) частоти розміщення однакових елементів -"частотна модуляція"

Відносну величину задрукованої і пробільної площі можна варіювати, не змінюючи розміри елементів, а лише керуючи відстанню між ними (рис. 2в). За аналогією такі відбитки відносять до частотно-модульованих - ЧМ.

2 Лініатура і помітність растра

Основною характеристикою автотипного зображення, друкарські елементи якого розміщені в ортогональних клітинках, є частота цих клітинок або так звана лініатура растра - L, вимірювана в лін/см. Це - специфічний, традиційний для поліграфії параметр, який має розмірність просторової частоти.

Значення лініатури встановлюють з урахуванням рівня шумів конкретного друкарського процесу.

Найбільш уживані лініатури від 25 до 80 лін/см. Вони мають таке наближене призначення:

12-24 лін/см - растрові зображення принтерів;

24-48 лін/см - ілюстрації в газетах;

48-60 лін/см - журнальні ілюстрації;

60-80 лін/см - рекламні та художні видання;

80 - 120 лін/см - спеціальні видання і стереодрук.

В автотипному методі використовується властивість зору не зважати на окремі растрові точки, сприймати їх разом і відчувати світлість тих або інших частин зображення відповідно до усередненого (в межах растрових клітинок) коефіцієнта відбивання.

Значення останнього визначається відносною площею S друкарського елемента, відбиванням паперу і фарбового шару. Така властивість зору створює у спостерігача ілюзію багатоградаційного (напівтонового) зображення, незважаючи на те, що у своїй мікроструктурі воно є двоградаційним.

Для ефективної візуальної демодуляції растрового зображення, тобто для того, щоб воно сприймалося як тонове, необхідно, щоб його лініатура була вище, ніж лінійна роздільна здатність ока, величина якої залежить від відстані розглядання.

Установлено, що для якісного відтворення відстань між центрами растрових елементів може бути менше відстані між оком і зображенням приблизно в 1500 разів.

Наприклад, під час розглядання растрового зображення з відстані 30 см, відстань між елементами має бути менше 0,2 мм, що відповідає його лініатурі 50 лін/см.

Гострота зору дозволяє розрізняти лінії з частотою до 140 лін/см і, отже, усі застосовувані в широкій практиці растрові структури помітні. У відношенні до них доречно говорити не про розрізнення, а про помітність. Зір, до того ж, має властивість фільтра низьких частот, частота зрізу якого змінюється адаптивно, тобто в залежності від характеру розглянутого зображення. Дивлячись на журнальну ілюстрацію з лініатурою 60 лін/см, ми не помічаємо растрових точок.

У той самий час штахетник забору на цій ілюстрації, який має просторову частоту 2,5 лін/см і відтворений такими самими точками, сприймається як корисна інформація.

3 Оптичне розтискування

Експериментальна перевірка формули Шеберстова-Мюррея-Девіса довела, що оптична щільність растрового відбитка в дійсності виявляється дещо більшою, ніж це випливає з розрахунків з її застосуванням.

Юл і Нільсен, які вивчали цю залежність, пояснили отримане відхилення тим, що світло, яке падає на білі частини растрового елемента, не тільки відбивається ними, але і проходить у папір, розсіюється там, а деяка частина розсіяної складової поглинається фарбою растрових елементів (рис. 3).

Рисунок 3 - Причини виникнення оптичного розтискування

Вони запропонували внести виправлення в формулу Шеберстова-Мюррея-Девіса в такому вигляді:

(1)

Коефіцієнт n враховує додаткове поглинання фарбовим шаром країв растрових точок світла, що ввійшло в папір через пробіл і піддане бічному розсіюванню в товщі паперу.

Зі зменшенням абсолютних розмірів точок цей вплив зростає, оскільки ширина контуру, що захоплює дифузно відбивану частину світла, не залежить від діаметра точки.

Тому з ростом лініатури растра від 25 до 120 лін/см значення коефіцієнта збільшують від 1 до 3. Коефіцієнт Юла-Нільсена п залежить від властивостей фарби, паперу та лініатури растра і деякі його значення наведені в табл. 1.

Таблиця 1 - Приклади значень показника Юла-Нільсена п в залежності від лініатури растра і типу паперу

Лініатура растра, см-1	Коефіцієнт Юла-Нільсена
	для крейдованого паперу	для некрейдованого паперу
24	1,3	2,0
60	1,8	-
120	3,0	-

Обернений розрахунок площі растрової точки S за трьома вимірюваними щільностями

(2)

дає значення так званої удаваної площі точки, оскільки включає оптичне розтискування, що мало місце під час виміру DOTT.

І, навпаки, фізичну площу точок і їхні фактичні розміри визначають, виходячи з залежності 1, відповідно до виразу

(3)

4 Ефективний інтервал щільностей

У загальному випадку інтервал оптичних щільностей друкарського процесу визначається різницею щільностей фарбового шару і паперу

Така оцінка не враховує властиву автотипному методу специфіку передачі тонів оригіналу змінами площ друкарських і пробільних елементів. Більш точну величину інтервалу дає різниця оптичних щільностей растрових полів з мінімальними чітко відтвореними в тиражі пробілом і друкарським елементом (рис. 4):

Рисунок 4 - Співвідношення інтервалів оптичних щільностей у репродукційному процесі

Якщо найтемніші частини чорного костюма передані на портреті суцільним фарбовим шаром, то може виявитися неможливим відтворити на відбитку інші близькі за тоном деталі яскравості.

Такими, цілком помітними на оригіналі, деталями можуть виявитися, наприклад, лацкани: їхні яскравості лише незначно відрізняються від зазначеного фона в один-два або навіть частку відсотка.

Відтворення таких пробілів на відбитку неможливо через розтискування, затікання фарби й інших причин, тому найтемнішу і найяснішу частини оригіналу "прив'язують" до щільностей і для того, щоб передача тону оригіналу зміною площ растрових точок була керованою.

Абсолютні розміри мінімальних пробілу і друкарського елемента різні навіть у одному способі друку.

Будучи еквівалентом рівня власних шумів репродукційного процесу, вони визначаються гладкістю паперу, типом друкарської машини, властивостями форми і фарби, специфікою взаємодії останньої з формою і папером у друкарському процесі. Частоти растрових структур, інтервали значень відносних площ точок і їхній мінімальний діаметр для характерних умов і технології друку наведені в табл. 2

Таблиця 2 - Частоти растрових структур, інтервали значень відносних площ точок і їхній мінімальний діаметр для різних технологій друку

Вид друку	Лініатура растра, лін/см	Мінімальна растрова точка, мкм	Інтервал відносних площ растрових точок
Акцидентний офсетний друк (Європа)	60	20	3% - 97%
Акцидентний офсетний друк (Японія)	70	20	3% - 97%
Рулонний офсетний друк газет у США (стандарт SWOP)	52	20	2(4)% - 97%
Газетний друк(офсет)	34 - 48	25 - 40	3% - 85%
Друкування формулярів	52 - 60	20	5% - 95%
Глибокий друк	70	-	5% - 95%
Флексографський друк	40 - 60	30	3% - 94%
Трафаретний друк	30 - 40	80	3% - 97%

5 Вибір значення лініатури

Зі зростанням лініатури поліпшується чіткість і різкість зображення, зменшується помітність растра на ньому. Разом з тим зменшується кількість відтворених градацій і плавність тонопередачі, якщо лініатура підвищена без адекватного зменшення рівня власних шумів формного та друкарського процесів.

Правильним можна в більшості випадків вважати вибір значення лініатури, що забезпечує оптимальне співвідношення між такими різними показниками якості, як чіткість зображення і плавність тонопередачі. Кількісним виразом цього компромісного співвідношення є значення відносних площ мінімальних точок і пробілів.

Рисунок 5 - До розрахунку значення лініатури растра

Якщо в основу вибору для "середньостатистичного" оригіналу покласти, наприклад, чотиривідсоткову растрову точку квадратної форми (рис. 5), то лініатура дорівнює зворотній величині п'яти її мінімальних розмірів

лін/см. (4)

Забезпечення на відбитку друкарських елементів і пробілів найменшого розміру - базовий критерій оптимізації процесу растрового друку зображень.

Разом з тим, оригінали часом істотно відрізняються за своїм змістом. На одних переважають і мають основне значення дрібні деталі і контури, а протяжні (фонові) місця практично відсутні.

На інших, навпроти, дрібний рисунок виражений несуттєво, а важливою є достовірна (без помітних стрибків) передача великих частин тону, що змінюється незначно.

Очевидно, що для зображень першого типу переважно використовують лініатуру більш високу, ніж передбачає наведена вище зразкова методика, тобто деякою мірою нехтуючи вимогами плавної тонопередачі. І навпаки, для "м'яких" зображень доцільно її трохи знизити, прагнучи за можливістю збільшити кількість відтворюваних відтінків.