第二節(jié)　階調(diào)值與階調(diào)值增加

一、階調(diào)值

在復(fù)制顏色的時候，需要不同濃淡的顏色，階調(diào)值是指圖像上，特定面積區(qū)域被半色調(diào)網(wǎng)點(diǎn)覆蓋的比率，它是一個比值，也被稱為網(wǎng)點(diǎn)面積率。顏色被復(fù)制的越淺，被半色調(diào)網(wǎng)點(diǎn)覆蓋的區(qū)域的比值越小。為了復(fù)制出不同深淺的顏色，印刷中使用特定加網(wǎng)線數(shù)的半色調(diào)網(wǎng)點(diǎn)來復(fù)制顏色，顏色的深淺依賴于網(wǎng)點(diǎn)的大小。調(diào)頻加網(wǎng)中，半色調(diào)網(wǎng)點(diǎn)的大小相同，但它們之間的距離不同。階調(diào)值通常被定義為一個百分比。

二、階調(diào)值的確定方法

1. 印刷品和膠片上階調(diào)值的確定方法

印刷品的階調(diào)值常用Murray-Davis（MD）公式計算，如下式所示：

A= （4-1）

式中，D_t為網(wǎng)點(diǎn)半色調(diào)網(wǎng)點(diǎn)處的密度值；D_s為實地密度值。

MD公式由于誤差較大，因此引入了修正系數(shù)n，即為Yule-Nielson（YN）公式：

A= （4-2）

修正系數(shù)n在取值上有很大的不確定性，因此，YN公式在業(yè)界通常不被采用。在GB/T 17934.1—1999、GB/T 18722—2002以及ISO 12647-1：2013（E）中給出了相對密度下的MD公式，如下

A= （4-3）

式中，D₀為紙張空白處的密度值。

印刷品上的網(wǎng)點(diǎn)面積率也可以采用色度值來計算。色度值的測量必須采用D50照明，CIE1931 2°觀察者，0∶45°或者45∶0°的幾何條件測量得到的XYZ值。

青色的階調(diào)值：

A=100%× （4-4）

品紅和黑色的階調(diào)值：

A=100%× （4-5）

黃色的階調(diào)值：

A=100%× （4-6）

式中，X₀，Y₀，Z₀為空白承印物的三刺激值；X_t，Y_t，Z_t為半色調(diào)網(wǎng)點(diǎn)處的三刺激值；X_s，Y_s，Z_s為實地部位的三刺激值。

對于青色階調(diào)值計算誤差較大，在ISO 10128：2009中給出了校正方法，用X-0.55Z代替X，則式（4-4）修正為：

A=100%× （4-7）

印刷品上的階調(diào)值也可以采用圖像分析的方法得到，但這個階調(diào)值只包含幾何的網(wǎng)點(diǎn)擴(kuò)大，不包含光學(xué)的網(wǎng)點(diǎn)擴(kuò)大。

2. 膠片上階調(diào)值的確定方法

膠片上的階段值可以用式（4-1）計算，但由于膠片的實地密度通常不低于3.5，達(dá)到4以上，因此，分母趨向于1，式（4-1）可以簡化為下式：

A=1-1 （4-8）

3. 數(shù)據(jù)文件中階調(diào)值的確定

大多數(shù)的數(shù)據(jù)文件中階調(diào)值可以用下面的公式來計算：

A=（）×100% （4-9）

式中，v₀為整數(shù)值，對應(yīng)0%階調(diào)值；v_p為整數(shù)像素值；v₁₀₀為整數(shù)值，對應(yīng)100%階調(diào)值。

例如，對于8位存儲的顏色其范圍為0～255，若某顏色為123，則其階調(diào)值為：

A=×100%=51.8%

4. 印版上階調(diào)值確定的方法

印版屬于小反差表面，通過密度計算的方法得到的階調(diào)值誤差太大，不適合于印版上階調(diào)值的確定，因此，印版上的半色調(diào)網(wǎng)點(diǎn)階調(diào)值的計算都采用圖像分析的方法得到。

三、階調(diào)值增加

1. 半色調(diào)網(wǎng)點(diǎn)變化過程

在膠印印刷工程中，網(wǎng)點(diǎn)從膠片通過印版和橡皮布，被轉(zhuǎn)移到承印物上，如表4-1所示。因為各種因素的影響，網(wǎng)點(diǎn)的幾何尺寸會發(fā)生變化，從而導(dǎo)致階調(diào)發(fā)生改變，這被稱為階調(diào)值增加，也稱為網(wǎng)點(diǎn)增大。階調(diào)增加值指的是印刷品上網(wǎng)點(diǎn)階調(diào)值和膠片上網(wǎng)點(diǎn)階調(diào)值的差值，對于CTP直接制版或者數(shù)字印刷，指的是印刷品上的網(wǎng)點(diǎn)階調(diào)值和數(shù)據(jù)文件中的階調(diào)值的差值。

表4-1　網(wǎng)點(diǎn)在印刷過程中的轉(zhuǎn)移過程

要預(yù)測印刷中的一些問題是否會改變網(wǎng)點(diǎn)的階調(diào)值是很困難的，因此，要注意印刷過程中網(wǎng)點(diǎn)發(fā)生的一些變形情況，如圖4-5所示。

圖4-5　網(wǎng)點(diǎn)轉(zhuǎn)移過程中的變形

網(wǎng)點(diǎn)縮小：印刷品上的階調(diào)值與膠片或者數(shù)字圖像上相比較變小。

網(wǎng)點(diǎn)變形：印刷過程中，當(dāng)印版滾筒相對于橡皮滾筒或者橡皮滾筒相對于印張發(fā)生位移時，通常會發(fā)生網(wǎng)點(diǎn)形狀的改變，比如圓形的網(wǎng)點(diǎn)變成了橢圓形。印刷品上的網(wǎng)點(diǎn)形狀有兩種情況：一種是印刷方向上的變形，也稱為周向變形；另一種為垂直印刷方向上的變形，稱為軸向變形，當(dāng)兩個方向上都發(fā)生變形時，變形就出現(xiàn)在對角線方向上。

重影：印跡出現(xiàn)雙重輪廓，通常因為油墨轉(zhuǎn)到下一個橡皮布上套印不準(zhǔn)導(dǎo)致的。

2. 網(wǎng)點(diǎn)增大的分類

網(wǎng)點(diǎn)增大分為兩種：幾何增大和光學(xué)增大。幾何增大是在力的作用下網(wǎng)點(diǎn)尺寸產(chǎn)生擴(kuò)張的現(xiàn)象。在制作分色片中、在曬版中都會產(chǎn)生網(wǎng)點(diǎn)增大，在印刷中，如果油墨、紙張的特性及其他印刷條件發(fā)生變化也會引起網(wǎng)點(diǎn)增大。在印刷中，

幾何網(wǎng)點(diǎn)增大在網(wǎng)點(diǎn)的周邊上發(fā)生。由于印刷故障造成的網(wǎng)點(diǎn)增大也可能是不規(guī)則的，如重影和滑版造成的網(wǎng)點(diǎn)增大就是這樣。

如果入射到空白部位和網(wǎng)點(diǎn)部位的光被反射后，仍分別從各自的入射面出射，這并不引起光學(xué)增大。只有當(dāng)一些光線由網(wǎng)點(diǎn)之間的空白區(qū)域射入，在紙張中發(fā)生散射，從紙張中反射到油墨層，被油墨吸收，使得印刷表面看起來比實際物理上暗一些，目視或者測量的網(wǎng)點(diǎn)尺寸比實際的幾何尺寸大一些，就是所謂的光學(xué)增大現(xiàn)象，也被稱為“光陷”。由圖4-6可以得知，造成光學(xué)增大的原因主要是紙面入射的光線被油墨層吸收，光學(xué)網(wǎng)點(diǎn)擴(kuò)大發(fā)生在靠近網(wǎng)點(diǎn)和紙面交界線的地方。

圖4-6　網(wǎng)點(diǎn)光學(xué)增大機(jī)理圖

網(wǎng)點(diǎn)增大值為印刷品上的網(wǎng)點(diǎn)面積率與膠片或者數(shù)字圖像上網(wǎng)點(diǎn)面積率的差值（稱為數(shù)據(jù)）。不同階調(diào)處的網(wǎng)點(diǎn)增大值是不同的，因此，當(dāng)我們談到網(wǎng)點(diǎn)增大時，應(yīng)說明是哪個階調(diào)處的網(wǎng)點(diǎn)增大。圖4-7中表示了不同階調(diào)處的網(wǎng)點(diǎn)增大值，例如，40%的階調(diào)處印刷品上的網(wǎng)點(diǎn)面積率為55%，其網(wǎng)點(diǎn)增大為15%。算出每個階調(diào)處的網(wǎng)點(diǎn)增大值后即可以繪制出網(wǎng)點(diǎn)增大曲線，如圖4-8所示，橫坐標(biāo)為膠片（數(shù)據(jù)）值，縱坐標(biāo)為印品階調(diào)值減去膠片（數(shù)據(jù)）上的值。

圖4-7　網(wǎng)點(diǎn)增大

圖4-8　網(wǎng)點(diǎn)增大曲線

網(wǎng)點(diǎn)增大受許多因素的影響，比如印刷壓力、印刷墨量以及加網(wǎng)線數(shù)。加網(wǎng)線數(shù)對網(wǎng)點(diǎn)增大的影響如圖4-9所示。當(dāng)網(wǎng)屏線數(shù)由每英寸（1in=2.54cm）65線增加到每英寸150線時，網(wǎng)點(diǎn)增大量逐漸增加，65線時網(wǎng)點(diǎn)增大僅2%，120線時增大量為15%，150線時達(dá)28%。這說明隨著網(wǎng)屏線數(shù)的增加，網(wǎng)點(diǎn)增大量隨之增加。

圖4-9　加網(wǎng)線數(shù)對網(wǎng)點(diǎn)增大的影響

3. 印刷特征曲線

根據(jù)印刷品上的網(wǎng)點(diǎn)面積率和數(shù)據(jù)中的網(wǎng)點(diǎn)階調(diào)值的偏差可以繪制出一條曲線，這條曲線通常被稱為印刷特征曲線，這條曲線可直接用于優(yōu)化復(fù)制的質(zhì)量。這條曲線只對特定的紙張、油墨、印刷機(jī)的組合有效，如果印刷條件改變，則曲線也會改變。如圖4-10所示，特征曲線1為一條理想的45°直線，表示印刷品上測量的階調(diào)值和文件中的數(shù)據(jù)值完全一致。特征曲線2表示印刷品上測量的真實階調(diào)值。特征曲線2和特性曲線1之間的區(qū)域表示網(wǎng)點(diǎn)增大。從特征曲線上可以看出，中間調(diào)處的網(wǎng)點(diǎn)擴(kuò)大最明顯，因此一般使用中間調(diào)處的網(wǎng)點(diǎn)擴(kuò)大值表示印刷的網(wǎng)點(diǎn)擴(kuò)大。CTP或者照排機(jī)中通常使用特征曲線2對系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置，從而對印刷過程進(jìn)行校正，使得印刷品獲得標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)點(diǎn)擴(kuò)大。

圖4-10　印刷特征曲線

輸出時，首先要對制版機(jī)進(jìn)行線性化，線性化的目的是使得印版上的階調(diào)值和發(fā)送給印版的數(shù)據(jù)值完全一致，也就是說數(shù)據(jù)文件中的階調(diào)值為50%的話，印版上的網(wǎng)點(diǎn)階調(diào)值也必須為50%。第二步做過程校正，目的是對數(shù)據(jù)值進(jìn)行調(diào)整使得印刷出來的值和標(biāo)準(zhǔn)的印張上的階調(diào)值一致。在基礎(chǔ)的RIP中，有的系統(tǒng)中線性化和過程校正被合成了一條曲線。這意味著線性化和過程校正互相影響。

過程校正的方法及原理如圖4-11所示。首先用當(dāng)前CTP制版機(jī)輸出灰梯尺，并印刷得到印品，測量梯尺上每個色塊的網(wǎng)點(diǎn)百分比，記為當(dāng)前設(shè)備印品百分比，得到實際的印刷特征曲線。

圖4-11　印刷過程校正示意圖

下面以梯尺50%網(wǎng)點(diǎn)處為例，介紹一下校正曲線的生成原理：

① 從橫坐標(biāo)上50%階調(diào)值處出發(fā)作垂線，與標(biāo)準(zhǔn)特征曲線相交于A點(diǎn)；

② 從A點(diǎn)作水平線，與實際印刷特征曲線相交于B點(diǎn)；

③ 從B點(diǎn)作垂線與45°理想復(fù)制曲線相交于C點(diǎn)；

④ 從C點(diǎn)作水平線，與A點(diǎn)和x軸50%處連線相交于D點(diǎn)，則D點(diǎn)即為在梯尺網(wǎng)點(diǎn)50%處要得到期望值曲線上A點(diǎn)所需要的校正值。

同理，可得一系列校正點(diǎn)，將所有校正點(diǎn)全部連起來，構(gòu)成的曲線叫過程校正曲線。

校正的原理就是在50%處我們期望的印刷品上的網(wǎng)點(diǎn)面積率為A，要想在自己的設(shè)備上獲得A，則輸出印版對應(yīng)的數(shù)據(jù)網(wǎng)點(diǎn)面積率為B點(diǎn)對應(yīng)的橫坐標(biāo)值。所以校正值就是將50%處的網(wǎng)點(diǎn)面積率修正為B點(diǎn)對應(yīng)的橫坐標(biāo)值。圖4-11中校正過程的所用數(shù)據(jù)列在表4-2中。

表4-2　印刷過程校正所需數(shù)據(jù)