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数字半色调技术基础

  

作者：吴进辉    2000-08-12

  

 

 

 

印刷品是如何使用单一的颜色(黑色)模仿出百余种连续灰度等级，或使用四色(青、品、黄、黑)模仿出百万种颜色的？

目前，有两种不同的技术。第一种方法是数字半色调技术(digital halftoning)，来源于一个传统的过程，即通过适当网屏对一幅图象进行照相，从而将其转换为具有不同密度网点的图案。黑白激光打印机、大多数彩色激光打印机及以Postscript为基础的激光照排机、直接制版机都可以认为是半色调设备。另一种是调频(FM)网屏技术(frequency modulated screening)，这是一个新的竞争对手。它完全抛弃了固定间距的网点图案，而使用数字推导的方法将固定尺寸的网点放置在看似随机的位置。也就是说，与上面提到的方法恰好相反，不是固定点距，变化点的大小从而产生网点疏密，而是固定点的大小，变化点距以产生网点疏密。

有关FM网屏技术，在《FM网屏技术》中继续介绍，这里先谈谈数字半色调技术。

数字半色调网屏能产生一个平滑连续调的视觉错觉，这是由调幅(AM)网屏产生的，即在一个规则的网格阵列中均匀地放置各种不同大小的网点，每个网点的中心距都是相等的，所以，较大的网点产生暗色调，而较小的网点处产生亮色调。

 

网屏频率、色调范围及细节

当激光照排机将你的作品最终输出成分色胶片之前，可以在软件中设定输出的网目频率(或称网线数)，它控制着半色调网格的精细程度。网目频率是以每英寸线数(lpi)来测量的。你可以这样理解，如果网目频率是100lpi，即是在一英寸宽窄的页面上，被横分100列，纵分100行。这样，将产生100*100也就是10000个网格。所有网格的大小都是一样的，在这10000个网格中，将根据画面的具体内容，产生不同大小的网点，从而得到画面的色调变化。可以想象，网目频率越高，网格将越细，画面的细节也就越丰富。但请注意，并非将网目频率设定得越高越好，绝对不是的！印刷类型及纸张特性限制着实际可以采用的最高网目频率。例如，你设定网目频率为175lpi，但是印刷机只能实现150lpi，那么以较高的频率印刷只会降低对比度、阴影处的细节层次，并且网点扩大将明显增加。

以目前国内的实际情况，网频高于150lpi的印刷品得到最佳的色调范围。大多数彩色期刊、杂志和广告册都采用150lpi的网频印刷。某些要求较高的印刷品则往往采用175lpi的网频。报纸印刷的网频则在65lpi至100lpi之间。

较高的印刷网线数并不能提高较差原图象的质量，它只能对原稿进行曝光。通过半色调产生的图象的细节受到原始数字图象细节质量的限制。

这里要说明一下，网目频率lpi不同于图象的分辨率dpi。当你在图象编辑软件中调整其分辨率dpi(每英寸长度上的点数)时，并没有对印刷的网目频率作任何设定。但图象分辨率与印刷网频之间确是有一定关系的。请看《网屏角度及输出分辨率》。

半色调矩阵、矩阵元素点、网点

数字半色调设备，如激光打印机和激光照排机，它们只产生固定大小的点，我们可以称之为元素点。这里必须强调一下，元素点与半色调网点、图象分辨率所指的点数，都不是一回事。元素点指输出设备所能描绘的最小点单元，它是最小单位元素，它的大小可以从输出设备的输出分辨率中看出。半色调网点是由元素点组成的，但不一定只有一个元素点。请往下看。为了模仿出各种不同大小的半色调网点，输出设备将固定大小的元素点放入每个称之为半色调矩阵的网格中，就是上面提到的由网目频率决定的网格。半色调矩阵能够再现的色调的等级数量取决于网目频率和输出设备的分辨率(即元素点的大小)。理想情况下，打印一幅灰度图象应该能够再现256级灰度等级，印刷一幅彩色图象应该能够使每种原色油墨色彩再现256级灰度。从左边的图中可以看出，网格中放置网点，而网点由元素点组成。在单位面积内，网目频率越高，网格将被分隔得越小，但元素点的大小却是一定得。所以，网目频率越高，可以组成网点的元素点数就越少。你应该这样考虑，网点的密度决定了印刷图象的色调值，如果每个网点都最大，即将网格都用元素点填满，则图象将是全黑的，也就是得到了最深色调值。而如果网格中没有一个元素点呢？得到白纸一张！从白到黑，我们能分辨出的色调级数的理想值是256级。所以，盛放网点的网格应该由多少个元素点空间构成呢？答案是16的平方即256个。再仔细看看左边的图，悟出来了吗？

下面是使用半色调网频技术的设备能够再现的每种颜色的最大灰度等级数的计算公式：

(打印机或照排机的输出分辨率 / 网目频率)2 +1=最大色调级数

举例来说，一台输出分辨率为300dpi的激光打印机，在以53lpi网线打印时，能够再现的灰度等级低于33级。如果你头脑发热，将网线数提升到75lpi，你会得到较多的细节，但是色调范围将会被压缩，图象对比度较高，因为半色调矩阵无法表现过多的不连续色调。同样道理，要使激光照排机或制版机在以150lpi网线频率输出时，能够完全再现Postscript确定的每色256级色调范围，则激光照排机或制版机的输出分辨率应该为2400dpi。用上面的公式计算一下，以175lpi输出时，激光照排机或制版机的输出分辨率应该是多少？(是2800dpi。)

 
 

本文参考书目：
《PREPARING DIGITAL IMAGES FOR PRINT》—— SYBIL IHRIG，EMIL IHRIG
《Graphic Communications:disige through puoduction》—— MARTIN GREENWALD，JOHN LUTTROPP

  

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