Реальный субтрактивный синтез
В цветной фотографии и при полиграфическом воспроизведении цветных оригиналов используется субтрактивный синтез. В полиграфии он осложнен прерывистостью частичных изображений (их растровым характером, см. раздел 15.1). Тем не менее многие закономерности процесса цветовоспроизведения в полиграфической технике (оценка цветоделительных искажений, выбор цветокорректирую-щих масок и др.) принято излагать на основе соотношений субтрактивного синтеза.Излагая основы идеального процесса цветовоспроизведения, мы исходили из двух свойств красок.
1. Каждая из них управляет строго одним зональным излучением. Поэтому мощности зональных излучений, прошедших через красочные наложения, зависят только от количеств одной краски и совершенно не зависят от количеств других.
2. Все краски подчиняются закону Бугера—Ламберта—Бера, по которому их оптические плотности (в том числе зональные) линейно связаны с поверхностными концентрациями.
Первое свойство идеальных красок делает субтрактивный синтез весьма близким аддитивному: как в том, так и в другом случае процесс сводится к дозированию зональных составляющих синтезируемых цветов. Разница заключается лишь в его средствах.
Второе свойство обеспечивает простоту дозирования составляющих: нужные значения оптических плотностей частичных изображений можно получить путем пропорционального изменения поверхностных концентраций красок.
Реальные краски не в полной мере обладают отмеченными свойствами идеальных, и это приводит к осложнению синтеза по сравнению с идеальным. Трудности, связанные с неоднозональностью красок и их неподчинением закону Бугера—Ламберта—Бера, будут рассматриваться в настоящей главе.
12.1. ОСЛОЖНЕНИЯ, СВЯЗАННЫЕ С РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ ПОГЛОЩЕНИЯ РЕАЛЬНЫХ КРАСОК ПО СПЕКТРУ
12.1.1. Триада реальных красок
Как было показано выше (рис. 4.5), реальные краски поглощают в той или иной степени по всему спектру. В практике могут использоваться комплекты красок, несколько различающиеся по спектральному распределению их поглощения и другим оптическим свойствам. Комплекты красок называются тр иадами.
Остановимся на некоторой триаде, краски которой обладают характерными особенностями всех реальных сред субтрактивного синтеза — плавностью спектральных кривых и многозональностью поглощения. Закономерности, установленные для таких красок, могут быть распространены и на другие, отличающиеся от них формами кривых. При этом должны быть учтены их особенности, например большие или меньшие вредные поглощения по сравнению с рассматриваемыми здесь.
В левой части рис. 12.1 показаны три семейства спектральных кривых выбранной нами триады, построенных при разных поверхностных концентрациях, возрастающих от меньшей к большей на первоначально взятое значение сп. В правой половине рисунка даны семейства кривых идеальных красок при том же условии. Из рисунка понятны особенности реальных сред, делающих субтрактивный синтез неэквивалентным аддитивному, усложняющие его. Это — плавность кривых и их распространение на весь спектр и, кроме того, непропорциональность монохроматических плотностей поверхностным концентрациям (т. е. отклонение от закона Бугера—Ламберта—Бера).
Распространение кривых на весь спектр означает, что реальные краски поглощают не только в тех зонах, где они, по смыслу субтрактивного синтеза, должны управлять
Рис. 12.1. Влияние поверхностной концентрации на свойства реальных (а) и идеальных (б) красок; сП1, спг, cnj, cn<—значения поверхностных концентраций
излучениями, но и в тех зонах, где управлять не должны. Поглощение в зоне, регулируемой данной краской, например, если она желтая, в синей зоне, называется полезным (см. 4.3). Поглощение в других зонах —вредн ы м. Вследствие вредного поглощения цветности идеальных и реальных красок не совпадают.
Так, желтая в случае, показанном на рис. 12.1, кроме синих, поглощает и зеленые излучения (иначе их пропускание уменьшено) и поэтому имеет оранжевый оттенок: она не желтая, а оранжево-желтая. Пурпурная в нашем примере, поглощая довольно значительно в синей зоне, краснее идеальной. Голубая из той же триады имеет синеватый цвет, обладая заметным поглощением в зеленой зоне.
Плавность хода кривых приводит к тому, что отклонение цветности возрастает с увеличением поверхностной концентрации. Вредное поглощение становится более интенсивным.
Все сказанное о триаде, показанной на рис. 12.1, отн сится и к другим триадам с учетом форм их спектральных кривых. Например, можно представить желтую краску, имеющую большое вредное поглощение в красной зоне: она желто-зеленоватая.
С возрастанием поверхностной концентрации растет вредное поглощение и в третьей зоне спектра. Оно ведет к уменьшению светлоты краски, так как ее общее поглощение при этом растет, и, кроме того, к снижению насыщенности: уменьшается разница во вредных и полезном поглощениях. При очень больших вредных поглощениях краска становится серой.
Свойство красок поглощать в нескольких зонах cпектра часто называют их недостатком. Между тем оно характерно для всех тел природы, в том числе и отражающих поверхностей, покрытых краской.
12.1.2. Зональные поглощения реальных красок
Для упрощения изложения принципа синтеза аппроксимируем кривые поглощения реальных красок ломаными линиями, как это показано на рис. 12.2. Их горизонтальные части выражают средние оптические плотности , измеренные в пределах данной зоны Di. В результате аппроксимации получается график, называемый гистограммо) нале квалифицируют как избыточное выделение соответствующей краски.
О другом виде цветоделительных искажений — искажениях по недостатку краски — см. в разделе 13.5.
12.1.4. Примеры синтеза цветов и цветовой корректуры
Синтез. Возьмем приводившийся ранее фрагмент оригинала (рис. 11.1).
Положим, что он имеет следующие зональные плотности. Деталь: Dc — 1,0; Dз — 0,3; Dк = 0,1; фон: Dc = 0,3; Dз = 0,2; Dк = 1,0.
Рис. 12.4. Спектральные свойства реальных красок (триада 2518—531):
а — кривые поглощения; б — гистограммы
Выберем реальную триаду красок (рис. 12.4, а) и преобразуем ее спектральные кривые в гистограммы (рис. 12.4, б). Пользуясь законом Бугера—Ламберта—Бера, рассчитаем средние значения вредных плотностей при полезных плотностях, приведенных в табл. 12.1. Результаты расчета даны в той же таблице. Полученные данные позволяют построить гистограммы красок, взятых в требуемых поверхностных концентрациях (рис. 12.5).
В соответствии с формулами (12.1) рассчитаем зональные плотности репродукции детали:
12.1. Зональные плотности реальных красок
Зональные плотности репродукции фона: Dc = 0,57; D3 = 0,63; DK = 1,01.
Результаты расчета используем для построения гистограмм обоих участков репродукции (рис. 12.6). Из сравнения их с гистограммами оригинала видно, что репродукция, выполненная реальными красками, не служит точной копией оригинала. Для наглядности на рис. 12.7 сопоставлены гистограммы оригинала (пунктир) и репродукции, выполненной выбранной нами триадой. Чтобы получить количественную оценку результата воспроизведения, сопоставим цветовые уравнения оригинала и репродукции, пользуясь гистограммами.
Оригинал, деталь:
Ц= 10-0,1 К+10-0,3 3+10-1,0С= = 0,8К + 0,53 +0,1 С.
Оригинал, фон:
Ц =10-1,0 К +10-0,2
З+10-0,3С= = 0,1К + 0,63З + 0,5С.
Рис. 12.5. Гистограммы красок той же триады, что и на рис. 12.4, взятых в количествах, необходимых для воспроизведения оригинала: а — детали; б — фона
По формулам (4.2) и (4.3) рассчитаем показатели цветового тона кц т и насыщенности кн
(табл. 12.2).
12.2. Характеристики цветов репродукции и оригинала
Из табл. 12.2 следует, что цветовые тона оригинала в репродукции искажаются. Цвет детали в репродукции (кцт = 2,2) оказывается более красным, чем в оригинале
Рис. 12.6. Гистограммы оригинала (а) и репродукции («)
Рис. 12.7. Цветовые свойства оригинала (пунктир) и репродукции (сплошная линия):
а — деталь; б — фон (кцт = 1,75): отношение ?К : ?3 возрастает. Это связано с тем, что вредные поглощения оригинала и репродукции в красной зоне различаются меньше, чем в других зонах. Поэтому координата 3 репродукции уменьшается сильнее, чем координата К.
Изменение цветового тона фона еще более заметно. Показатель кц.т репродукции меньше единицы. Это значит, что ДЗ стало меньше ?С, т. е. цветовой тон сместился от зеленого к синему (?С : ?3 = 1 : 0,76 = 1,32). Это смещение связано с очень большим поглощением голубой краски в зеленой зоне.
Цвет детали получился в репродукции более насыщенным, чем в оригинале. Это также видно из гистограммы: плотность репродукции в зоне наибольшего поглощения (красной) сравнительно с соответствующей плотностью оригинала изменилась мало. Остальные же плотности возросли. В частности, сильно увеличилось поглощение в синей зоне, а синяя координата в данном случае определяет насыщенность, так как она наименьшая.
Цветовая корректура. Для улучшения цветопередачи фона удалим с него пурпурную краску, которая, как было установлено в разделе 12.1. 3, в данном случае оказывается лишней, так как в зеленой зоне достаточно поглощает голубая. В результате этой операции плотности наложения уменьшатся в зеленой зоне на 0,2 и в синей—на 0,07 (рис. 12.5,6). Гистограмма наложения будет иметь вид: Dc = 0,50; D3 = 0,43; Dk
= 1,01. Тогда цвет фона выражается уравнением
Ц= 10-1,01 к+10-0,43
З+10-0,5 С = 0,1 К + 0,37З + 0,31С.
Показатели цветового тона и насыщенности кп.т
= = ?3 : ?С = 1,29; кн = 4,8.
Таким образом, в результате корректуры цветовой тон фона репродукции становится весьма близким к цветовому тону фона оригинала, насыщенность также улучшается.
Причины не совсем полной коррекции цветового тона заключаются в чрезмерно большом поглощении голубой краски в зеленой зоне.
Если бы вредное поглощение голубой краски в этой части было гораздо меньшим, чем в рассмотренном случае, то коррекция состояла бы в удалении не всей пурпурной, а только некоторой ее доли.
12.1.5. Способы цветовой корректуры
В предыдущих разделах мы продемонстрировали лишь сущность цветоделительной корректуры, но не ее технику. Удаление избытка краски с каждой цветной репродукции едва ли может быть практически целесообразным. В технике корректура проводится на цветоделенных негативах путем увеличения оптической плотности корректируемого участка.
Существуют два способа ее осуществления. Первый состоит в том, что оптическую плотность соответствующего участка негатива увеличивают путем нанесения на него краски. Это делает опытный ретушер, пользуясь анилиновым красителем или, если ретушируются мелкие участки, карандашом. Процесс называется ручной ц в е т о-корректирующей ретушью.
Говоря упрощенно, задача цветокоррёктирующей ретуши состоит в таком изменении оптических плотностей цветоделенных негативов, которое дает возможность получить реальными красками — сине-голубой, красно-пурпурной и желтой — тот же результат, который достигается использованием строго зональных (идеальных) красок. Если, например, нужно получить красный цвет, то следует наложить пурпурную краску на желтую. Если бы краски были идеальными, то требуемый цвет получился бы в результате наложения их равных количеств. А если пурпурная реальна, то желтой пришлось бы взять меньше, потому что пурпурная берет на себя ее функцию: поглощает в синей зоне (иначе, она красновата). Соответственно этому ретушер увеличивает плотность участков синефильтрового («желтого») негатива, изображающих красные участки оригинала.
Для иллюстрации второго способа обратимся к рис. 11.5, где показаны цветоделенные негативы. С негатива, на котором выделена краска, имеющая вредное поглощение в той зоне, по которой исправляется корректируемый негатив, делают слабый диапозитив.
В данном примере в синей зоне имеет вредное поглощение пурпурная краска. Поэтому берут пурпурный (т. е. зеленофильтровый) негатив. На диапозитиве, сделанном с него, получится темный квадрат, расположенный на прозрачном фоне. Такой диапозитив называется цветокоррёктирующей маской. Ее совмещение с исправляемым (желтым) негативом приводит к требуемому увеличению оптической плотности изображения детали и тем самым — к уменьшению количества выделенной желтой краски (рис. 12.8).
Физический смысл операции состоит в следующем. Вредное изображение в нашем случае возникает из-за поглощения пурпурной краски в синей зоне, которой должна управлять только желтая. Наложением пурпурного диапозитива, имеющего заранее рассчитанный контраст, достигается прибавление к плотности негатива как раз такой, которая нужна-для компенсации вредного поглощения пур.т пурной краски в синей зоне. Процесс называется, ц в е-токорре к тирующим (и л и ц в е т о д е л и -тельным) маскирование м.
Рис. 12.8. Схема цветокорректирующего маскирования: а — пурпурный негатив (по рис. 11.5); б — слабый диапозитив с пурпурного негатива (маска для желтого негатива); в — желтый пегатив (по рис. 11.5); г — результат совмещения желтою негатива с маской
Более подробные сведения о цветоделительной корректуре будут даны на основе дубликационной теории (глава 13).
12.2. СВЕТОРАССЕЯНИЕ В КРАСОЧНОМ СЛОЕ
Рассмотренный выше синтез реальными красками осложняется рядом явлений, из которых наибольшее значение имеет светорассеяние в красочном слое.
Отклонения от закона Бугера—Ламберта—Бера. Связь монохроматической плотности, измеренной в максимуме поглощения каждой из красок, с поверхностной концентрацией по данным рис. 12.1 показана на рис. 12.9. Из него следует, что идеальные среды субтрактивного синтеза подчиняются закону Бугера—Ламберта—Бера, а реальные нет. Их оптическая плотность в общем случае изменяется с возрастанием концентрации нелинейно.
Из рис. 12.1 видно, что максимальное значение монохроматической оптической плотности в полосе поглощения в реальном случае стремится к некоторому пределу Dпр (достигнут в случае желтой краски), после достижения которого она перестает расти. В то же время ординаты кривых D (?) в зонах вредного поглощения с увеличением поверхностной концентрации возрастают. Это означает, что насыщенность и светлота краски падают.
Отклонения от закона Бугера—Ламберта—Бера связаны со светорассеянием в красочном слое. Сущность явления ясна из рис. 12.10, где упрощенно показан разрез слоя полиграфической краски, наложенного на бумагу. Такая краска представляет собой взвесь частиц пигмента в связующем. Свет окрашивается, проходя через частицы пигмента, которые выполняют роль светофильтров. Они работают не только на пропускание, но и на отражение, имея иной показатель преломления, чем связующее. Рассмотрим картину окрашивания и рассеяния излучения.
Рис. 12.9. Графики DXmax(cn)
для идеальных и реальных красок
Рис. J2.10. Рассеяние света в красочном слое;
1 — краска; II — бумага
Направим на покрытую краской бумагу световой пучок / Его составляющие 2 и 3 отражаются соответственно от поверхности красочного слоя и поверхности частицы пигмента а. Поэтому они не окрашены. От внутренней поверхности указанной частицы отражается составляющая 4, которая в результате прохождения через пигмент приобретает слабую окраску. Составляющие 5 и 6 окрашены лучше; они прошли через две (а и б) и через три (а, б и в) частицы.
Следовательно, от красочного слоя, наложенного на бумагу, всегда отражается смесь неокрашенного (поверхность), слабо окрашенных (слои, близкие к поверхности) и хорошо окрашенных излучений. Неокрашенные, а также слабо окрашенные составляющие отраженного излучения снижают насыщенность цвета краски. Таким образом, светорассеяние приводит к снижению насыщенности. Рассеивающие краски также называются мутными, а нерассеивающие — прозрачными.
В цветной фотографии применяются краски, представляющие собой раствор красителя в желатине. В их слоях происходит светорассеяние на мицеллах желатины. Доля рассеянного света в этом случае невелика, и краски считаются нерассеивающими, прозрачными, хотя это верно лишь в первом приближении.
В мутных средах направленный пучок проникает только на некоторую глубину. Его рассеянные составляющие распространяются во все стороны, в том числе и в сторону, с которой пришел пучок, и выходят из верхних уровней красочного слоя. Увеличение толщины слоя сверх той, на которую проникает свет, не приводит к повышению оптической плотности краски. Это видно из рис. 12.1 на примере желтой краски. Увеличение ее количества сверх сП4
не приводит к возрастанию плотности. Это явление начинает сказываться и при меньших концентрациях: приращение плотности отстает от приращения толщины, и график D?мax (сп) искривляется.
Цвета наложений рассеивающих сред получаются иными, чем прозрачных. Мутная краска, наложенная на прозрачную, закрывает ее в большей или меньшей степени. Если при этом она сильно рассеивает, то свет до нижней не доходит и наложение имеет цвет верхней. Если же верхняя рассеивает не полностью, то ее цвет преобладает в суммарном. Например, наложение «желтая—голубая» выглядит желто-зеленым в случае рассеивающей желтой и зеленым при прозрачной. Если рассеивающая краска находится внизу, толщина ее слоя используется лишь частично и цвет в большой степени зависит от верхней прозрачной краски.
Как видно из рис. 12.9, плотности рассеивающих красок растут медленнее, чем их концентрации. Так как цветоделение состоит в регистрации зонального поглощения оригинала, определяемого поверхностной концентрацией вещества, вызывающего его окраску, то при воспроизведении цветов рассеивающими красками большие плотности репродукции не получают нужного значения. Применение рассеивающих красок приводит к осветлению репродукции.
Сильно рассеивающие краски называются к р о ю щ и- м и. Примером служат малярные краски, которые полностью закрывают закрашенную ими поверхность, делая невидимыми, например, пятна на ней. Для субтрактивного синтеза они непригодны.
На рис. 12.11 показана схема недостатков сред субтрактивного синтеза на примере желтой краски. Смещение ее спектральной кривой в соседнюю зону приводит к отклонению цветности от заданной принципами субтрактивного синтеза. Невозможность достижения больших зональных
Рис. 12.11. Схема, иллюстрирующая особенности реальных красок, приводящие к искажению цветовоспроизведения плотностей из-за светорассеяния равноценна примеси белого — «разбеленности» краски. Наконец, возникновение оптической плотности в третьей зоне, связанное с плавностью кривой, равноценно примеси черного к «чистой» краске — «серости» краски.
Вследствие всех этих недостатков число цветов, воспроизводимых реальной триадой, оказывается ограниченным. Оно называется — цветовым охватом триады. Так, красноватые краски не дают возможности воспроизводить чисто-пурпурные цветовые тона, синеватые—чисто-голубые и оранжевые — чисто-желтые. Разбеленность и серость красок ограничивают охват по насыщенности.
Выше было сказано, что цветности красок изменяются с изменением их количеств. Кроме того, из-за светорассеяния оптические плотности красочных наложений оказываются связанными с поверхностными концентрациями красок нелинейно. Эти явления приводят к нелинейности многих зависимостей теории цветовоспроизведения. Будем их аппроксимировать линейными, оговаривая всякий раз приближенность получаемых результатов.
Со светорассеянием в красочных слоях связана весьма существенная особенность процесса цветовоспроизведения. Рассеивающие краски не позволяют получать большие оптические плотности даже при их тройном наложении. В связи с этим теневые участки репродукции, синтезированной ими, получаются недостаточно темнымы.
