Михаил Кувшинов, технический директор, компания «Амос»

Интерес к использованию стохастики в офсетной печати насчитывает не один год. Различные варианты стохастических растров в своих фотонаборных автоматах (или CtF -Computer-to-Film, как сейчас модно их называть) и CtP-устройствах применяли и применяют практически все производители. Но в реальной жизни доля цветоделенных пленок, выведенных стохастикой, а соответственно, и работ ею непечатанных, ничтожна мала. С другой стороны, устройства цифровой печати: от настольного принтера за 50 долл. до устройства печати баннеров за 500 тыс. долл, не просто умеют печатать стохастикой, а используют ее как предпочтительное, если не единственное растрирование. Поэтому проблемы использования стохастики в промышленных масштабах в офсетной печати и пути их решения имеет смысл рассмотреть подробнее. Остановимся на экономических и технологических особенностях и преимуществах печати стохастикой.

Стабильность и точность

Не секрет, что при всей привлекательности стохастики главным препятствием на пути ее массового, промышленного использования в офсете является нестабильность результатов печати. И природа нестабильности, как это ни покажется удивительным, чисто геометрическая. Действительно, для того, чтобы стохастика не выглядела грубой, характерный размер печатного элемента должен быть приблизительно 20 мкм. Разные производители рекомендуют разные размеры микроточек - от 10 до 35 мкм. Примем размер в 20 мкм за средний. Много это или мало? На первый взгляд - нормально. Практически любой фотонабор дает пятно меньшего размера, а разрешение хороших формных пластин составляет 10 мкм, если не меньше. Именно поэтому стохастический растр можно вывести на пленку, скопировать на пластину и отпечатать. Но с какой точностью надо выводить эту точку в 20 мкм? Например, ±1 мкм достаточно?

Давайте сравним требования традиционного и стохастического растров. При линиатуре 150 lpi для 50-процентной точки отклонение размера лазерного пятна на 1 мкм дает нестабильность площади растровой точки на форме ±3,4%.

Для подтверждения этого приведем вычисления. Для простоты примем квадратную форму точки обычного растра (другая форма даст близкий результат). Размер растровой ячейки 25,4 / 150 = 169 мкм. Размер 50-процентной растровой точки 169 / 1,41 = 120 мкм. Если ошибка из-за нестабильного размера лазерного пятна составляет 1 мкм на сторону, то минимальная площадь нашей точки будет 118 x 118 мкм, а максимальная - 122 x 122 мкм. Диапазон относительной ошибки площади растровой точки составит (122 x 122 – 118 x 118)/ (120 x 120) = 6,7%, а отклонение от среднего - 3,4% (кстати, для стохастики при точке в 20 мкм максимальное отклонение от среднего размера при том же ±1 мкм составит уже (22 x 22 – 18 x 18)/ (20 x 20) / 2 = 20%).

Эти 3,5% - небольшая, но уже заметная величина. На рис. 1 смоделирован цветовой сдвиг при ошибке по цвету 5%. Для стохастики с точкой 20 мкм то же микронное отклонение даст уже катастрофические ±20% - печатать уже не имеет смысла. Очевидно, что 3–5% сравнительно легко компенсируется во время приладки, а с нестабильностью в 20% печатать нельзя. Для сравнения, если нам удастся обеспечить отклонение пятна в 0,2 мкм, 50-процентная точка на 150 lpi будет передаваться с точностью ± 0,7%, а стохастика в 20 мкм - ± 4%. Таким образом, для стохастического растра из простейших геометрических соображений вытекает требование к точности размера лазерного пятна на форме порядка 0,2 мкм. То есть мы получим пластину со стохастическим растром, которая ведет себя настолько же стабильно, как хорошая форма с классическим растром, если отклонение точки на пластине будет 0,2 мкм. Насколько реально добиться такой точности? Все зависит и от расходных материалов, и от экспонирующего устройства, и от стабильности внешних условий.

Рис. 1. Сдвиг цвета при 5-процентной вариации площади 50-процентной растровой точке: а)+5%M и -5%C; б) исходное изображение; в) -5%M и +5%C

Кстати, при стохастике к нестабильности точки в ±20% на пленке при копировании на форму добавятся дополнительные искажения, которые только усугубят ситуацию. Таким образом, что получится в результате на форме, заранее предугадать вообще невозможно. Именно поэтому очень многие, помучившись со «стохастическими пленками», вскоре это занятие бросили, поскольку реально ощутить преимущества стохастики при таких больших проблемах со стабильностью практически невозможно.

Рис. 2. Влияние изменения параметров экспонирования: для материала, чувствительного к видимому свету, и термочувствительного

Каждый, кто пробовал работать со стохастикой, знает, что цвет тиражных оттисков, отпечатанных с таких пластин, получается малопредсказуемым, а о балансе по серому не стоит и мечтать. Единственное, что более или менее успешно получается - использовать стохастику в многокрасочной печати, то есть выводить CMYK обычным растром, а синий или оранжевый, не несущий важной градационной информации, - стохастикой. Постоянные неудачи со стохастикой сформировали стойкое убеждение, что печатать ее сложно, требования к печатным машинам запредельные, а кроме того, надо климатику и все параметры печатного процесса держать в таких узких пределах, что впору микросхемы делать, а не печатать. Однако, как мы только что выяснили, трудно не столько печатать, сколько сделать качественные пластины.

Дальше мы рассмотрим возможность использования CtP-технологии для получения форм со стохастическим растром, поскольку здесь как минимум исчезают проблемы копирования.

Условия получения стохастического растра на пластине

Начнем с расходных материалов. Пластины для лазерных CtP бывают видимого света (фотонные) и термальные. Пластина видимого света реагирует на увеличение засветки увеличением почернения. И хотя коэффициент контрастности у современных CtP-пластин достаточно велик, тем не менее, он заметно отличается от бесконечности, и соответственно, у пластин есть градиент перехода от пробельных элементов к печатным. Термальная пластина практически бинарна, то есть абсолютно не реагирует на нагрев до достижения порогового значения, скачком переходит в экспонированное состояние и не изменяется при дальнейшем увеличении экспонирования (рис. 2). Физика явления заслуживает отдельного рассмотрения, но очевидно, что меньшая чувствительность к вариациям экспонирования напрямую приводит к увеличению стабильности.

Рис. 3. Микрофотографии результатов экспонирования пластин видимого света (вверху) и термочувтвительных (внизу)

Как это выглядит на практике, видно на микрофотографиях. Край растровой точки на пластине видимого света изрезан, линию, где пройдет граница между краской и водой, точно указать невозможно. Термочувствительная пластина имеет резкий выраженный край растровой точки. При прочих равных она обеспечивает большую стабильность площади растровой точки, а значит, больше гарантии получить требуемую цветопередачу.

Но как бы ни была хороша пластина, ее нужно еще правильно экспонировать. Если размер лазерного пятна нестабилен, то даже для идеального материала нестабильность цветопередачи обеспечена. Заметим, что само выражение «размер лазерного пятна» достаточно условно. Для лазерного луча естественно размытое куполообразное (гауссово) распределение энергии в пятне (рис. 4).

Рис 4. Распределение энергии в гауссовом пятне, влияние изменений условий на размер точки и реальная микрофотография пластины

След на форме оставляет та часть лазерного пучка, в которой освещенность выше пороговой для данного материала (напомним, порог может быть резким - для термальной пластины и не очень - для серебросодержащей формы). Немного изменились условия - мощность лазера, чувствительность пластины, активность проявителя и т. д. - может измениться и площадь растровой точки, произойдет искажение цветопередачи. Какова геометрическая величина нестабильности точки, конечно, зависит от устройства и материала. В технических характеристиках устройств такой параметр не указывается. Можно, конечно, взять несколько пластин, номинально одинаковых, но выведенных в разные дни, и измерить. Но сложно. Порядок колебания размера пятна можно попытаться оценить по-другому. Размер пятна CtP-устройств порядка 10 мкм. Заявленные характеристики обычно 2–98% на линиатуре 200 lpi, то есть устойчивая передача - минимум 18 мкм печатного или пробельного элемента (при 1–99% - 13 мкм). Цифры близки. Если изобразить гауссову кривую в масштабе* (рис. 4), видно, что для получения ошибки в 1 мкм порог можно сдвинуть совсем немного, и точность в 1 мкм для такой системы, скорее, излишне оптимистична. Значит, выводить на такой системе обычные растры не представляет никакой сложности, а вывод стохастики потребует дополнительных усилий по стабилизации всех параметров изготовления форм. Плюс, скорее всего, потребуется компенсация вариаций цвета в процессе приладки.

Рис 5. Распределение энергии в пятне SquareSpot, влияние изменений условий на размер точки и реальная микрофо- тография пластины

Промежуточный вывод неоптимистичен. Получается, что необходима точность в 0,2 мкм, а лазер дает на порядок ниже. Более того, материалы для видимого света вносят дополнительные искажения. Для решения проблем со стохастикой требовалось что-то иное, и такое решение было предложено еще в 1995 г. компанией Creo - технология SquareSpot.

Сама технология заслуживает отдельного рассмотрения, выходящего за рамки статьи. По сути: излучение нескольких лазеров смешивается в единый пул, из которого многоканальным оптическим ключом вырезаются сотни независимо модулируемых лучей. В результате для каждого из этих лучей распределение энергии в пятне имеет в координатах X-Y-освещенность форму прямоугольного параллелепипеда, а не гауссоида вращения, как в других системах.

Пусть не покажется рекламой, но решение отмечено GATF, реализовано в тысячах работающих по всему миру устройств и по сей день не имеет аналогов. Четверка ведущих производителей в своих печатных машинах с прямым экспонированием форм в машине использует экспонирующие головки и технологию именно Creo SquareSpot: Heidelberg SM 74DI, Roland DICOweb, KBA 74Karat, Komory Project-D.

SquareSpot переводится как «квадратная точка» (рис. 5). И действительно, используемая точка лазера квадратная. Но гораздо важнее другое - ровный характер распределения энергии в пятне с очень крутым фронтом. В результате предельная нестабильность размера точки на пластине и составляет те самые 0,2 мкм. Это хорошо и для традиционного растрирования, а для «промышленной стохастики» просто необходимо. Практика это подтверждает. Множество зарубежных типографий использует построенную на фундаменте SquareSpot стохастику Creo Staccato для печати большей части тиражей. И при этом у них нет никаких проблем со стабильностью. Да и никаких специальных усилий для приладки и настройки машины не требуется. То же самое было подтверждено и нашими экспериментами на выставке «ПолиграфИнтер 2002» на машине Polly 474, а также в типографии Diton в С.-Петербурге. Попробуйте повторить эксперимент с выводом пластин с любой другой реализацией стохастики под заранее неизвестную печатную машину. И оцените результат.

Преимущества стохастики

Причина большинства полезных эффектов, возникающих при использовании нерегулярных растров, одна и является геометрической. Для всех видов растрирования на печатном элементе пластины создается линзообразная капелька краски, тонкая с краю и толстая в центре. Однако традиционные растровые точки неодинаковы по размеру и в среднем велики. Поэтому слой краски в центре точки значителен. Стохастические точки малы, и даже для растров второго порядка средняя толщина слоя краски существенно меньше. Как это влияет на процесс печати?

• Стабильность цветопередачи при изменении плотности плашки. Увеличение подачи краски приводит к увеличению толщины краски в центре растровой точки. Эта краска механически растискивается, что вызывает серьезные цветовые сдвиги и потерю контраста в тенях, где точки просто сливаются. Эффект крайне неравномерен по тоновому диапазону - слаб в светах, где точки малы, выражен в средних тонах и очень силен в тенях, где точки велики. Стохастический растр с его малыми точками ведет себя подобно светам традиционного по всему тоновому диапазону. В результате уменьшается время, необходимое на приладку, сокращается количество макулатуры, уменьшается разнооттеночность в тираже. Кроме того, на результат воспроизведения меньше влияет неточность регулировки машины.
  
  
• Экономия краски. Понятно, что на маленьких точках средняя толщина красочного слоя меньше. Поэтому краски уходит меньше. Реальная экономия зависит от бумаги и на практике составляет 5–15%. Необходимо особо подчеркнуть, что экономия краски не означает изменения требований по плотностям (измеряемым денситометром) плашек как сплошных, так и полутоновых.
  
  
• Быстрое высыхание оттисков. Меньший расход краски и меньшая толщина красочного слоя приводит к ускорению высыхания. Расход краски уменьшается в основном в тенях, где слой обычно более толстый. То есть скорость высыхания выше, чем просто от уменьшения подачи количества краски при традиционной технологии. Результат - повышение производительности и уменьшение брака из-за отмарывания.

Рис. 6. Увеличение чистоты бинарных наложений за счет уменьшения отражения от слоя бумаги

Вторая группа преимуществ связана с повышением качества печати за счет преодоления традиционных проблем классического растрирования, таких как муар и растровая розетка.

• Отсутствие растровой розетки дает фотографическое качество на растровых картинках. Небольшие несовмещения вызывают разрушение растровой розетки в традиционных растрах и значительную деградацию изображения. Эффект от несовмещения существенно менее заметен на стохастическом растре. В итоге уменьшается количество брака.
  
  
• Во многих случаях удается заменить дополнительные краскопрогоны триадными цветами. Стохастическая смесевая плашка выглядит как напечатанная одной краской, значит можно сэкономить на краскопрогонах. Особенно это актуально при печати упаковки.
  
  
• Отсутствие объектного муара. Такие сюжеты, как ткани, черепичные крыши, кирпичная кладка и т. п. интерферируют с традиционными растрами. Возникающие дефекты известны как объектный муар. Стохастика - единственный способ его подавления. В результате уменьшается количество брака, особенно опасного тем, что возникает он только при печати всего тиража. Стохастика обеспечивает качественное воспроизведение муароопасных объектов, например, в журналах мод (ткани). В частности, для оригинального французского издания Vogue применение Staccato обязательно.
  
  
• Увеличенный цветовой охват. Тонкие оптические эффекты рассеивания света в слое бумаги и поглощения света краской обеспечивают небольшое, но четко видимое увеличение чистоты полутоновых бинарных наложений (зеленый, синий, красный). Цвета положенного рядом традиционно растрированного оттиска выглядят «грязноватыми».

Как показано на рис. 6, падающий на оттиск свет частично попадает на пробельные участки, рассеивается в слое бумаги и выходит наружу. Бумага, даже мелованная, в массе слегка окрашенная. Рассеянный в ее слое свет тоже окрашивается. Для стохастического растра относительно большая доля этого паразитно окрашенного света при отражении выходит через краску, поэтому цвет выглядит чище и насыщеннее. Более того, при традиционном растре велико значение перекрытия растровых точек, в результате из-за неидеальности красок происходит заметное количество ненужного (паразитного) поглощения света, который усиливается при наложении. При стохастическом растре наложений краски друг на друга меньше, и как следствие, цвет становится более чистый.

Что в итоге?

Преимущества печати стохастикой многочисленны и в большинстве своем очевидны. В конце концов, в окружающей нас действительности АМ-растрирование не встречается, а вид большинства объектов определяется именно случайно расположенными маленькими точками. При желании можно назвать стохастическим растром то, что мы видим в лупу на цветной фотографии. Неудивительно, что стохастика хорошо подходит для воспроизведения изображений. Целью этой статьи было рассмотреть, при каких условиях с применением стохастики результат печати будет стабильным и предсказуемым и какие (в цифрах) характеристики должны иметь оборудование и материалы. Да, большинство преимуществ теоретически могут быть получены в случае печати другими стохастическими растрами, а не Creo Staccato. Но заплатить за это придется нестабильностью процесса. А уверенность в стабильности процесса - обязательное условие для промышленного использования технологии, которая позволит получать экономические и технологические преимущества.