5.2: Обробка растрових зображень

Процесор растрових зображень (RIP) - це основна технологія, яка виконує обчислювальну роботу для перетворення широкого спектру даних, які ми використовуємо для створення комп'ютерної графіки, в однобітові дані, які керують фізичним пристроєм зображення. Розглянемо створення єдиного символу алфавіту, або гліфа. Файл шрифту надає мову PostScript до RIP, який описує серію точок і векторних кривих між цими точками, щоб окреслити букву А. RIP має матричну сітку з роздільною здатністю пристрою виводу і обчислює, які плями на сітці вмикаються, а які вимкнені для створення. форма цієї літери A на пристрої виведення. Плями на сітці можна лише ввімкнути або вимкнути - саме так кодуються двійкові дані - або як 0, або 1. Потім сітка діє як перемикач, щоб увімкнути або вимкнути механічну частину двигуна зображення.

За допомогою технології «комп'ютер на пластину» для виготовлення літографічних друкарських форм лазер використовується для викриття емульсії на друкарській формі. Більшість платів-сеттерів мають роздільну здатність від 2000 до 3000 lspi (лазерні плями на дюйм). RIP обчислює всі плями, які потрібно ввімкнути, щоб створити графіку, яка буде зображена на друкарській формі. Якщо зображення заповнює типовий листовий прес, це (30 дюймів x 3000 lspi) x (40 дюймів x 3000 lspi) = 1,08 трлн, що займає 10 гігабайт пам'яті комп'ютера для зберігання та передачі. Друкарська форма для флексографічного друку створюється шляхом включення і виключення лазера з трохи меншою роздільною здатністю. Струменевий принтер використовує той самий процес RIP для доставки однакових однобітових даних до кожного струменевого сопла для кожного кольору чорнила в принтері. Більшість струменевих двигунів мають роздільну здатність від 600 до 1200 плям на дюйм - тому матрична сітка менша - але якщо це восьмикольоровий принтер, дані для всіх восьми сопел повинні бути синхронізовані та доставлені одночасно. Електрофотографічний (Xerox) принтер зазвичай має роздільну здатність, подібну до струменевого принтера, і використовує аналогічний процес RIP, щоб змінити сітку електростатичних зарядів на позитивний або негативний на електростатичному барабані, який є максимальним розміром носія, який машина може зобразити. Кожен колір принтера має окреме растрове зображення, яке заряджає барабан у потрібному місці, щоб залучити цей колір тонера до цього точного місця. Дані для кожного кольору повинні бути синхронізовані для одночасної доставки. Дані повинні оновлювати заряд на барабані після кожного відбитка, щоб підібрати новий тонер. Це дуже важливий факт, який слід пам'ятати, коли ми говоримо про персоналізацію друку зі змінними даними пізніше в цьому розділі.

Це базове розуміння місця RIP в комп'ютерному графічному робочому процесі має важливе значення для розуміння того, як підготувати файли до ресурсів RIP та керувати ними. Це також важливо для вирішення деяких загальних проблем, які ми бачимо в різних RIP. Коли ми порівнюємо дві технології масового виробництва зображень, літографію та флексографію, з персоналізованими технологіями візуалізації, електрофотографією та струменевими принтерами, ми можемо виявити деякі основні подібності. У літографії та флексографії потужний лазер використовується для зміни фізичної емульсії, яка є міцною і досить дрібнозернистою, щоб дозволити лазерному зображенню пляма, яке становить одну тритисячну дюйма, не зачіпаючи пляма рівного розміру поруч з ним. Ми можемо надійно зобразити цю пляму в зарубці гліфа, встановленого в одному точковому типі, або волосся на обличчі на фотографії, яка зображена за допомогою 5-мікронної частотно-модульованої (FM) схемою скринінгу. Технологія масового виробництва запевняє нас, що перший відбиток буде ідентичний мільйонному відбитку.

Растрова сітка однобітових даних, які виробляє RIP, повинна бути доставлена на барабан зображення або струменевий сопло для кожного зображення, яке виробляється за допомогою струменевого принтера або електрофотографічного двигуна. Це те, що дозволяє нам зробити кожне зображення різним і персоналізувати його для людини, якій ми доставляємо зображення. Це також робить процес повільнішим і менш надійним для масового виробництва. RIP створює растрову сітку з нижчою роздільною здатністю, тому деталі на фотографіях та формах букв не такі точні. Ми можемо мати дані відкидання RIP, якщо у нас занадто багато деталей для растрової сітки, яку він створює. RIP не робить хорошої роботи з інтерполяції більшої кількості даних для отримання додаткової деталізації у фотографії або графічній формі, якщо ця інформація відсутня для початку.

Це підводить нас до вивчення ресурсів, які повинен мати RIP, щоб створити ідеальний растр для кожної графічної форми, яку він рендерить, і для кожного кольору, який відтворюється. Ресурс, який споживає RIP, - це дані. У галузі графічних комунікацій ми всі повинні носити футболки з написом «Свині для даних!» щоб відрізнити нас від наших медіаколег, які виробляють комп'ютерну графіку для електронних носіїв. Якщо ми думаємо про RIP як про автоматичну складальну лінію, яку ми подаємо частинами у вигляді файлів у різних форматах даних, це допоможе нам зрозуміти, як зробити RIP більш ефективним. Якщо ми подаємо занадто багато деталей на конвеєр, легше викинути деякі деталі, ніж зупинити та відтворити деталь, яка відсутня. Якщо ми подаємо конвеєру в п'ять разів більше деталей, необхідних для виготовлення автомобіля, все одно ефективніше викинути деталі, ніж зупинити та відтворити відсутню частину.

Якщо застосувати цю аналогію до роздільної здатності зображення, ми можемо вказати на приклади, коли дизайнери регулярно перепрофілюють зображення з веб-сторінки для використання на обкладинці книги або друку плакатів. Веб-сторінка повинна швидко доставити фотографію через мережу, і потрібно лише заповнити типовий екран комп'ютера достатньою деталізацією, щоб представити фотографію. Типова роздільна здатність фотографій, щоб зробити це правильно, становить 72 пікселів на дюйм. Тепер пам'ятайте, що растрова сітка для літографічного друкарського верстата, який буде друкувати обкладинку книги, становить 3000 lspi. Нашому RIP потрібно набагато більше даних, ніж зображення веб-сторінки містить! Більшість фотографій, які ми відтворюємо сьогодні, фіксуються електронними пристроями — цифровими фотоапаратами, телефонами, сканерами або ручними пристроями. Більшість зберігають дані з певним стисненням, щоб зменшити дані, які пристрій повинен зберігати та передавати. Однак ці ефективності зупиняються на RIP, оскільки цей обчислювальний двигун повинен розпакувати дані перед тим, як застосовувати їх до графічної сторінки, яку він растеризує. Це як розбити рульове колесо до проводів, болтів та пластикових рукавів, які ефективно вписуються в упаковку доставки на один дюйм квадратний, і покласти це кермо «меблів IKEA» на автоматичну виробничу лінію, щоб збирач мав справу за дві точки-дві хвилини!

З іншого боку, ми можемо захопити цифрову фотографію зі швидкістю 6000 пікселів на дюйм (ppi) і використовувати її на сторінці, масштабованій до половини початкового розміру. Це схоже на упаковку готового керма в 10 ярдів бульбашкової плівки та встановлення його на конвеєрі в дерев'яному транспортному ящику! Тому дизайнерам важливо звернути увагу на роздільну здатність кінцевого пристрою зображення, щоб визначити роздільну здатність, яку RIP буде виробляти з графічних файлів, які він обробляє.

Півтоновий скринінг

Тут важливо зупинитися на обговоренні про напівтоновий скринінг, який RIP застосовує до фотографій та графіки для представлення рівнів сірого або тональних значень у графічному елементі. Ми описали, як RIP створює сітку однобітових даних, але графіка не просто чорно-біла — вони мають тональні значення від 0% (нічого) друку до 100% (твердого) друку. Якщо ми хочемо візуалізувати тональні значення між ними з кроком піввідсотка, нам потрібно 200 адрес для запису різних значень. Комп'ютерні дані записуються в бітах, двох значеннях (включення і виключення) і байтах, які представляють собою вісім біт, нанизані в один комутатор. Кількість значень, які може записати байт, становить 256 - кількість комбінацій увімкнення та вимкнення, які можуть висловити вісім бітів у байті. Комп'ютер записує байт даних для кожного основного кольору (червоний, зелений та синій — RGB) для кожної деталі фотографії, як піксель (елемент зображення), який керує люмінофорами на електронних пристроях зображення. RIP повинен перетворити восьмібітні значення RGB у чотири основні кольори друкарської фарби (блакитно-пурпуровий, жовтий та чорний — CMYK). Тут є два різних кроки: (1) перетворення з даних безперервного тону RGB в CMYK (24 біт RGB до 32 біт CMYK); і (2) алгоритми безперервного тону в однобітові алгоритми екранування. Ми повинні бути у вихідному колірному просторі, перш ніж ми зможемо застосувати однобітове перетворення. Він перетворює восьмибітні тональні значення в однобітові дані, розділяючи область на комірки, які можуть відображати різні розміри та форми точок, повертаючи та вимикаючи плями в комірці. Клітинка з сіткою, яка 10 лазерних плям шириною 10 лазерних плям глибоко може надати різні 100 розмірів точок (10 х 10), від 1% до 99%, включивши все більше і більше лазерних плям для друку. Якщо ми згадаємо про встановлення пластин для виготовлення літографічних пластин, ми знаємо, що він здатний стріляти лазером від 2000 до 3000 разів на дюйм. Якщо клітини, що складають наші друкарські точки, мають 10 квадратних точок, ми можемо зробити розміри точок, які мають роздільну здатність від 200 до 300 півтонів екранованих крапок в один дюйм. RIP має алгоритми скринінгу (створення точкових комірок), які перетворюють дані, доставлені в пікселі RGB зі швидкістю 300 пікселів на дюйм, у кластери лазерних плям (точок) для кожного основного кольору друку (CMYK).

Цей опис того, як RIP обробляє фотографічні дані з цифрової камери, може допомогти нам зрозуміти, чому важливо захопити та забезпечити достатню роздільну здатність RIP. Він повинен розробити детальне уявлення фотографії в півтоні екранованої точки, яка використовує всі доступні лазерні плями. Основне правило: Необхідний PPI = 2 х рядків на дюйм (LPI) при кінцевому розмірі. Отже, якщо вам потрібно щось надрукувати зі швидкістю 175 рядків на дюйм, воно повинно мати роздільну здатність 350 пікселів на дюйм при остаточному масштабованому розмірі відтворення. Скористайтеся цим правилом, якщо постачальник послуг друку не надав явних вказівок. Ви можете використовувати стандартне значення 400 ppi для FM-скринінгу, де lpi не є актуальним.

WYSIWYG

Важливо знати, що кожного разу, коли ми переглядаємо комп'ютерну графіку на екрані нашого комп'ютера, це зображення екрану за допомогою процесу RIP. RIP може змінюватися від однієї програмної програми до іншої. Ось чому деякі PDF-файли виглядають інакше, коли ви відкриваєте їх у програмі попереднього перегляду, що постачається з операційною системою Apple, ніж при відкритті в Adobe Acrobat. Графіка обробляється за допомогою двох різних RIP. Те ж саме може статися і при обробці зображення через два різних принтера. Завдання полягає в тому, щоб послідовно передбачити, як буде виглядати надруковане зображення, переглянувши його на екрані комп'ютера. Ми використовуємо акронім WYSIWYG (те, що ви бачите, що ви отримуєте), щоб посилатися на зображення, які будуть відтворюватися послідовно на будь-якому пристрої виведення. Дизайнери зіткнулися з трьома значними проблемами, намагаючись досягти WYSISYG з моменту появи настільних видавництв на початку 1980-х років.

Першим завданням було зображення типографіки за допомогою шрифтів PostScript. Другим було керування кольорами комп'ютерних екранів та пристроїв виведення з профілями ICC. Третя і поточна проблема полягає у візуалізації прозорих ефектів передбачувано від одного пристрою виводу до іншого. Проблеми зі шрифтами як і раніше є найпоширенішою причиною помилки при обробці клієнтських документів для всіх технологій обробки зображень. Давайте розглянемо цю проблему в глибині, перш ніж вирішувати інші дві проблеми в досягненні WYSIWYG.

Управління шрифтами

Розробка комп'ютерної мови PostScript була першопрохідцем компанії Adobe у створенні перших файлів шрифтів, незалежних від пристрою. Цей винахід дозволяє споживачам набирати власні документи на персональних комп'ютерах і зображувати свої документи на лазерних принтерах в різних дозволах. Щоб досягти WYSIWYG на екранах персональних комп'ютерів, файли шрифтів потрібні дві частини: екранні шрифти та шрифти принтера. Екранні шрифти були растровими зображеннями, які зображували форми літер (гліфи) на екрані комп'ютера. Шрифти принтера представляли собою векторні описи, написані в коді PostScript, які повинні були оброблятися RIP з роздільною здатністю принтера. Гліфи виглядали значно інакше, коли зображувалися на лазерному принтері 100 dpi, ніж вони робили на принтері 600 dpi, і обидва були дуже відрізнялися від того, що графічні художники/друкарі бачили на екрані свого комп'ютера. Це не дивно, оскільки фігури були зображені абсолютно різними комп'ютерними файлами - одним растром, одним вектором - через різні процесори RIP, на дуже різних пристроях. Багато графічних дизайнерів досі не розуміють, що коли вони використовують архітектуру шрифту типу Adobe, вони повинні надати як шрифт растрового екрану, так і векторний шрифт PostScript на інший комп'ютер, якщо вони хочуть, щоб документ, який використовує цей шрифт, оброблявся через RIP належним чином. Це була така поширена проблема з першими користувачами шрифтів Adobe, що Microsoft зробила це першою проблемою, яку вони вирішили при розробці архітектури шрифтів TrueType, щоб конкурувати зі шрифтами Adobe. Шрифти TrueType все ще містять растрові дані для малювання гліфів на екрані комп'ютера, а також векторні дані PostScript для доставки до RIP на друкарському рушії. Однак файл шрифту TrueType є одним файлом, який містить як растрові, так і векторні дані. Шрифти TrueType отримали широке поширення з усім програмним забезпеченням Microsoft. Microsoft також поділилася специфікаціями для архітектури шрифтів TrueType, щоб користувачі могли створювати та розповсюджувати власні шрифти. Проблеми зі збереженням файлів шрифтів екрану з файлами шрифтів принтера пішли, коли творці графіки використовували шрифти TrueType.

Якість шрифтів зайняла ніс занурення, оскільки все більше людей розробляли та розповсюджували власні файли шрифтів, не знаючи, що робить хороший шрифт, і що може створити хаос у RIP. Сьогодні існують тисячі безкоштовних шрифтів TrueType, доступних для завантаження з безлічі веб-сайтів. Так як же дизайнер ідентифікує хороший шрифт від поганого шрифту? Найпростіший спосіб - встановити деякі складні гліфи в програмі, наприклад Adobe InDesign або Illustrator, і використовувати функцію «перетворити на контури» у програмі. Це покаже вузли і криві Безьє, які створюють гліф. Якщо між ними багато вузлів з невеликими прямими відрізками, шрифт може спричинити проблеми в RIP. Пам'ятайте, що PostScript мав бути масштабованою мовою програмування, незалежною від пристрою. Якщо погано зроблені гліфи масштабуються занадто малі, RIP повинен обчислити занадто багато точок з позицій вузлів і в кінцевому підсумку усуває багато точок, які є більш тонкими, ніж роздільна здатність растрового зображення. З іншого боку, якщо гліф масштабується занадто великим, прямі лінії між точками роблять плавні криві фігури квадратними та подрібненими. Ці шрифти зазвичай створюються шляхом ручного малювання форм букв, сканування малюнків та автоматичного відстеження їх у програмі, як Illustrator. Тест «перетворити на контури» одразу виявляє автоматичне трасування, і непогано шукати інший шрифт для подібного шрифту з більш авторитетного ливарного заводу шрифтів.

Ще один хороший тест - подивитися на значення кернінгу, які запрограмовані у файлі шрифту. Пари кернінгу - це форми гліфів, яким потрібно, щоб простір між ними затягувався (зменшувався), коли вони з'являються разом. Хороший шрифт зазвичай має від 600 до 800 значень кернінгової пари, запрограмованих у його файл. Найпоширенішою парою, яка потребує кернінгу, є верхній регістр «T» у парі з нижнім регістром 'o' (To). Гліф 'o' повинен бути підтягнутий під перекладиною T, що робиться шляхом програмування негативного простору літер у файлі шрифту, щоб мати менше втечі, коли механізм обробки зображень рухається від рендеринга першої форми до того, коли він починає візуалізувати другу фігуру. Якщо ми встановимо пару літер і помістимо курсер в простір між ними, в інструменті кернінгу має з'явитися негативне значення кернінгу. Якщо значення кернінгу не відображається, шрифт зазвичай є поганим і спричиняє проблеми з інтервалом у документі, в якому він використовується.

Ще одна поширена проблема виникла при об'єднанні шрифтів Adobe Type 1 зі шрифтами TrueType в одному документі. Adobe була творцем мови програмування PostScript, і хоча копіювати її код і створювати схожі шрифти було досить легко, Adobe зберегла досить жорсткий контроль над ліцензуванням механізмів інтерпретації PostScript, які визначають, як код PostScript візуалізується через процесор растрових зображень. RIP зберігає форми гліфів у файлі шрифту в матриці, до якої можна швидко отримати доступ під час візуалізації гліфів. Кожному гліфу присвоюється адреса в матриці, а кожній матриці шрифту присвоюється унікальний номер, щоб RIP міг призначити унікальну матрицю рендеринга. Adobe може відстежувати власні ідентифікаційні номери шрифтів, але не могла контролювати ідентифікатори шрифтів, які були призначені шрифтам TrueType. Якщо шрифт TrueType мав той самий ідентифікаційний номер шрифту, що і шрифт Adobe Type 1, який використовується в документі, RIP встановлюватиме матрицю гліфів з першого обробленого шрифту та використовуватиме ту саму матрицю для іншого шрифту. Таким чином, документи були надані з одним шрифтом замість двох, і гліфи, інтервал слів, закінчення рядків і розриви сторінок були всі порушені і винесені неправильно. Здебільшого ця проблема була вирішена зі створенням центрального реєстру для номерів ідентифікаторів шрифтів; однак у всесвіті Інтернету все ще є старі файли шрифтів TrueType, які будуть генерувати конфлікти ідентифікаторів шрифтів у RIP.

Adobe, Apple та Microsoft продовжували конкурувати за контроль над ринком настільних видавництв, намагаючись вдосконалити архітектуру шрифтів, і, як наслідок, багато заплутаних систем розвивалися і були відкинуті, коли вони викликали більше проблем у RIPs, ніж вони вирішили. Існує поширена помилка шрифту, яка все ще викликає проблеми, коли дизайнери використовують шрифти Adobe Type 1 або шрифти TrueType. Більшість з цих шрифтів мають лише восьмибітну адресацію і тому можуть містити лише 256 гліфів. Окремий файл шрифту потрібен, щоб встановити жирний або курсивний варіант шрифту. Деякі програми верстки сторінок дозволять дизайнеру застосовувати до гліфів атрибути жирним або курсивом, а також штучно візуалізувати жирні або курсивні фігури в документі на екрані комп'ютера. Коли документ обробляється в RIP, якщо шрифту, що містить жирні або курсивні гліфи, немає, RIP або не застосовує атрибут, або замінює шрифт за замовчуванням (зазвичай Courier), щоб попередити коректорів про помилку шрифту в документі. На закінчення рядків та розриви сторінок впливає помилка - і друкарська форма, вивіска або роздруківка, що генерується, стає сміттям за великі витрати для галузі.

Для вирішення цієї проблеми компанія Adobe фактично співпрацювала з Microsoft і Apple в розробці нової архітектури шрифтів. Шрифти OpenType мають адресацію Unicode, що дозволяє їм містити тисячі гліфів. Цілі сімейства шрифтів можуть бути пов'язані між собою, щоб дизайнери могли безперешкодно застосовувати кілька атрибутів, таких як стиснений жирний курсив до шрифту, і RIP обробляє документ дуже близько до того, що друкарі бачать на екрані свого комп'ютера. PostScript також є внутрішньою мовою більшості програмного забезпечення макета сторінок, тому ті самі файли шрифтів OpenType використовуються для растеризації гліфів на екрані, як RIP принтера використовує для генерації кінцевого результату. У програмному забезпеченні RIP можуть бути суттєві відмінності, але багато проблем зі шрифтами вирішуються за допомогою шрифтів OpenType для створення документів.

Одна поширена помилка шрифту все ще зберігається в індустрії графічних комунікацій, що гостро підкреслює різницю між створенням документа на комп'ютері одного користувача, але обробкою його через робочу станцію виробника зображень. Дизайнери зазвичай володіють певним набором шрифтів, які вони використовують для всіх документів, які вони створюють. Виробник намагається використовувати точний файл шрифту, який кожен дизайнер постачає разом з документом. Проблема знову пов'язана з ідентифікаційним номером шрифту, оскільки кожен файл шрифту, активований в операційній системі, кешується в оперативній пам'яті, щоб зробити процес RIP-to-Screen швидше. Таким чином, файли шрифтів, які отримує виробник, можуть бути різними версіями одного і того ж шрифту, створеного в різний час, але присвоєно однаковий ідентифікаційний номер шрифту. Наприклад, один дизайнер використовує версію шрифту Adobe Helvetica 1995 року, а інший використовує версію 2015 року, але два шрифти мають однаковий ідентифікаційний номер шрифту. Операційна система виробника не буде перезаписувати першу матрицю шрифтів, кешовану в оперативній пам'яті, тому це перший файл шрифту, який відображає документ на екрані і буде відправлений в RIP. Зазвичай помітних змін у формах гліфів мало. Але для ливарних заводів шрифтів зазвичай коригувати значення кернінгу між парами літер від однієї версії до іншої. Отже, якщо виробник має неправильну версію файлу шрифту, кешованого в оперативній пам'яті, документ може мати зміни в кінці рядка і перекомпонування сторінок. Це важко зловити помилку. Існують програми та процедури, які виробник зображень може реалізувати, щоб очистити кеш оперативної пам'яті, але багато разів генерується більше «сміття», перш ніж проблема діагностується. Сучасне створення PDF зазвичай включає створення пакету підмножини шрифтів з унікальними тегами, який містить лише гліфи, що використовуються в документі. Унікальний ідентифікатор підмножини шрифту дозволяє уникнути потенційних конфліктів ідентифікаторів шрифту.

Управління шрифтами на одному комп'ютері користувача має свої проблеми, і Apple включила Font Book зі своїми операційними системами, щоб допомогти керувати шрифтами в додатках на ОС Apple. Adobe пропонує Typekit з найновішим програмним забезпеченням Creative Cloud, щоб забезпечити більший доступ до широкого спектру шрифтів з надійного ливарного цеху. Сторонні програми управління шрифтами, такі як Чемодан Fusion, також допомагають графічним художникам керувати своїми шрифтами для ефективного перепрофілювання своїх документів. Окремі оператори все ще несуть відповідальність за те, як використовувати шрифти у своїх документах. Вони також повинні переконатися, що шрифти ліцензовані та упаковані для доставки в інші комп'ютерні системи, щоб вони могли керувати багатьма різними RIP на найрізноманітніших пристроях виведення.