周嘯 孫冰 黎達

數(shù)字半色調技術又稱數(shù)字加網(wǎng)技術，它是數(shù)字印前環(huán)節(jié)中的一項關鍵技術，其目的是將連續(xù)調圖像轉換成用于制版印刷的半色調圖像。半色調圖像由網(wǎng)點構成，網(wǎng)點是表達階調的最小單位，油墨附著在網(wǎng)點上反映原稿的色彩和階調。數(shù)字半色調技術經(jīng)過多年發(fā)展和演變，產(chǎn)生了多種多樣的方法。從最本質的原理上劃分，數(shù)字半色調技術主要包括幅度調制半色調（AM）、頻率調制半色調（FM）和復合半色調（AM/FM）三類。AM半色調通過改變網(wǎng)點尺寸表現(xiàn)原稿階調，而FM半色調通過改變網(wǎng)點密度表現(xiàn)原稿階調，它們各自存在優(yōu)缺點。為克服缺陷，保留優(yōu)勢，將二者融為一體的復合半色調應運而生。目前，這三種技術都發(fā)展到相對成熟的階段，在這三種技術基礎之上，仍然有新的技術不斷出現(xiàn)。本文在幅度調制半色調技術的基礎上，介紹了一種能夠提高印刷質量的新方法。

幅度調制半色調存在的相關問題

幅度調制半色調的4項指標包括網(wǎng)點形狀、加網(wǎng)線數(shù)、加網(wǎng)角度和網(wǎng)點面積率，其中加網(wǎng)線數(shù)對印刷質量具有決定作用，線數(shù)越高，印刷獲得的圖像越精細，質量越高。但是目前具有的印前記錄設備往往精度固定，精度越高的設備越昂貴，非一般印刷廠商所能接受，且由它決定的加網(wǎng)線數(shù)具有一定上限，不能無限制提高。一般印刷復制采用的記錄精度為1200dpi、2400dpi、2540dpi等，加網(wǎng)線數(shù)一般在133lpi和150lpi，精細印刷采用175lpi，甚至高達200lpi。線數(shù)越高，所需要的設備精度就越高，這是目前應用幅度調制半色調印刷所受到的局限。調幅網(wǎng)點按照規(guī)則的網(wǎng)角排列，原稿的不同階調控制網(wǎng)點不同的尺寸，這種四色版各自規(guī)則排列的網(wǎng)角和線數(shù)，非常容易導致莫爾干涉條紋的出現(xiàn)，使最終獲得的印刷品在視覺上出現(xiàn)撞網(wǎng)現(xiàn)象，影響印刷質量。因此四色版網(wǎng)角通常以30°交錯排列以最大限度削弱莫爾條紋影響。目前采用的方法一般形成規(guī)則玫瑰斑，視覺影響上達到最小。從上述分析可知，目前幅度調制半色調的主要問題在于，印刷質量受加網(wǎng)線數(shù)制約，提高線數(shù)需要提高記錄設備精度，莫爾條紋難以避免等。

新算法的思路和方法

針對幅度調制半色調存在的相關問題，可以從以下幾個方面思考新的思路：第一，能否在現(xiàn)有的普通印刷廠商能夠承擔的記錄設備精度條件下產(chǎn)生高線數(shù)、高質量的印刷產(chǎn)品；第二，能否有效控制莫爾條紋，至少能將其控制在已被廣為接受和認可的幅度調制半色調莫爾條紋的水平；第三，能否有效改善傳統(tǒng)幅度調制半色調的算法模型，獲得更簡便、更高效的算法。新方法圍繞這幾個方面建立算法模型。

1.加倍方法

要想提高印刷品質量，對于幅度調制半色調而言，必須提高加網(wǎng)線數(shù)。怎樣才能在不改變記錄精度的前提下提高線數(shù)呢？這需要在半色調單元內思考。在加網(wǎng)過程中，原稿圖像的一個像素對應半色調圖像的一個半色調單元，而一個半色調單元又是由多個記錄柵格組成。傳統(tǒng)幅度調制半色調在一個半色調單元中以中心為胞點生成一個網(wǎng)點，原稿有多少像素就生成對應灰度級的多少個網(wǎng)點。半色調單元中的網(wǎng)點精度和表達的灰度級有記錄設備的精度決定。保持記錄柵格的精度不變，就是保持半色調單元的精度不變，將一個網(wǎng)點等分成多個，并在半色調單元中有規(guī)則地排列，可以形成高線數(shù)模式。

將一個半色調單元分成2份、3份或4份，可以形成尺寸不同的小網(wǎng)點。圖1所示為半色調單元和網(wǎng)點四等分后形成線數(shù)加倍網(wǎng)點分布的過程。由圖可知，一個半色調單元經(jīng)過拆分，形成由4個獨立小網(wǎng)點構成的分布形態(tài)，作為黃版0°加網(wǎng)而言，這種拆分模式在沒有改變記錄設備精度的基礎上實現(xiàn)了網(wǎng)點在水平方向上的加倍，即將加網(wǎng)線數(shù)提高了一倍。

2.四色版方向上的線數(shù)加倍

根據(jù)常規(guī)加網(wǎng)，網(wǎng)角設置在0°、15°、45°和75°時莫爾條紋控制到最小，因此本文提出的方法也基于相同的網(wǎng)角設置。傳統(tǒng)幅度調制半色調采用PS語言編程，對具有加網(wǎng)角度的網(wǎng)點排列實行重復編號循環(huán)記錄網(wǎng)點出現(xiàn)的位置，從而生成網(wǎng)點。本文通過模板法編程能夠直接生成半色調圖像。首先需要設計制作四色版四個網(wǎng)角方向的模板。圖2所示為CMYK四個網(wǎng)角方向模板網(wǎng)點示意圖。根據(jù)模板網(wǎng)點排列，可以形成如圖3所示的網(wǎng)點分布。

根據(jù)記錄設備和半色調單元精度，設計的模板由n×n像素構成，因此分色圖像對應的半色調圖像像素數(shù)量為分色圖像的n×n倍。設計好0～256灰度級模板后，根據(jù)讀取的所有分色圖像像素灰度級填充模板，生成半色調圖像。利用圖2所示的模板填充形成的半色調圖像可以同時實現(xiàn)以下要求：第一，不改變記錄設備的精度；第二，加網(wǎng)線數(shù)加倍；第三，網(wǎng)角排列與傳統(tǒng)幅度調制半色調相同，形成類似莫爾條紋。

3.半色調模擬對比

利用傳統(tǒng)幅度調制半色調算法排列四色分色圖像的網(wǎng)點，獲得四色分色半色調圖像疊加的網(wǎng)點效果圖，如圖4（a）。再利用本文的新方法排列四色分色圖像的網(wǎng)點，獲得四色分色半色調圖像疊加的網(wǎng)點效果圖，如圖4（b）。兩圖的比例相同。

從圖4可以看出，傳統(tǒng)幅度調制半色調算法四色版網(wǎng)點疊加后形成了規(guī)則的玫瑰斑，這種玫瑰斑在印刷圖像上對視覺的影響較小，可以作為能夠接受的莫爾條紋。本文算法形成的四色版網(wǎng)點疊加圖，形成了與傳統(tǒng)方法近似的玫瑰斑，但網(wǎng)點尺寸明顯比傳統(tǒng)算法減小3/4，形成在對應網(wǎng)角上線數(shù)加倍的模式。因為線數(shù)加倍、網(wǎng)點尺寸減小，所以能夠獲得比傳統(tǒng)算法更加精細的印刷效果，而這種印刷效果的獲得是在不改變記錄設備精度的條件下獲得的，普通印刷廠商都能夠接受。

算法評價與研究方向

雖然該方法具有一定優(yōu)勢，但它本質上仍然是具有網(wǎng)線排列的幅度調制半色調算法。將四色版網(wǎng)點排列在相差30°的網(wǎng)角上，也只能將莫爾條紋降低至最小，不能完全避免。頻率調制半色調通過改變網(wǎng)點分布的密度來表現(xiàn)階調，網(wǎng)點分布隨機，四色版網(wǎng)點疊印時不會產(chǎn)生莫爾條紋。將幅度調制半色調和頻率調制半色調的優(yōu)勢融合在一起，同時避免二者存在的問題，是復合半色調算法的思路。在本文算法的基礎上，如果能夠實現(xiàn)網(wǎng)點的隨機分布，那么就可以打破幅度調制半色調網(wǎng)角排列的局限，形成類似頻率調制半色調的網(wǎng)點分布，從而完全消除莫爾條紋。

從生成的網(wǎng)點上看，本文算法的網(wǎng)點尺寸是傳統(tǒng)幅度調制半色調的1/4，相同灰度等級下網(wǎng)點總周長有很大程度增大，導致壓印網(wǎng)點擴大嚴重，因此該方法印刷得到的圖像近似于頻率調制半色調效果，但沒有頻率調制半色調的印刷色彩那么濃重。但通過擬合印刷階調復制曲線和擬合曲線，就可以有效調節(jié)和控制網(wǎng)點擴大。針對網(wǎng)點尺寸問題，可以將本文算法拆分的網(wǎng)點進行一定程度的整合，使拆分后尺寸縮小3/4的網(wǎng)點融合成較大的網(wǎng)點，如原網(wǎng)點尺寸的1/2。整合后的較大網(wǎng)點不會帶來過于苛刻的印刷難度，同時可以生成隨機分布的網(wǎng)點以形成頻率調制半色調的印刷效果。或者直接利用幅度調制半色調的網(wǎng)點，形成在整幅半色調圖像空間區(qū)域內的隨機分布，即可實現(xiàn)網(wǎng)點容易控制、消除莫爾條紋的印刷效果。這些優(yōu)勢融合、消除缺陷的新思路和新方法，都是今后研究的方向。