浅述数字加网的基本构成

浅述数字加网的基本构成

项辉

（浙江科技学院轻工学院，杭州 310000 ）

摘要综述了近年来数字加网技术的研究现状，阐述了数字加网的基础构成——网点，并对其特点进行了分析。用数字方法对图像加网时，网点生成方法以及网点的构成形式与传统加网方法有不少区别，笔者将从网点栅格、网目调单元、像素值、加网线数与记录分辨率之间的关系以及数字网点的形成方法几个方面叙述。在此基础上，指出了数字加网技术应用中存在的主要问题，并展望了数字加网未来的研究方向。

关键词网点栅格；网目调单元；像素值；加网线数；记录分辨率；生长模型法

Discussion on digital screening basic component

Xiang Hui

(Zhejiang University of Science and Technology School of Light

Industry,Hangzhou 310000)

Abstract Reviews recent digital screening technology research present situation, elaborated the digital and network -- based network, and analyzes its characteristics. Digital method of image network, network generation method and network forms and traditional screening methods have many differences, the author will from dot raster, halftone unit, pixel values, screen line number and record resolution as well as the relationship between the digital dot forming method several aspects. On this foundation, pointed out that the digital and network technology application in the main problems, and prospects the future research direction of digital screening.

Key words dot grid;halftone cell; pixel values; the number of screening line; record resolution; growth model

引言

网点是印刷的最基本单元，担负着组织图像层次、轮廓及色彩的任务，网点的特性直接影响到复制图像的特性。印刷加网方式经历了从照相网屏加网、电子加网，到现在的数字加网的过程。数字加网技术是实现印前数字化的必然要求，可分为：调幅加网技术，调频加网技术，以及包含调幅加网和调频加网两种方式的混合加网技术。但是，网点是图像的基础，它决定着图像的好坏以及印品的质量。

1.数字网点的组成

1.1 网目调单元[1]

①记录栅格从数字图像转换为网目调图像通常采用象激光照排机这样的输出设备把网点逐个记录在胶片上，一个网点由有限个激光点曝光组成。

从微观上看，数字化方法产生的网目调网点图像由若干个更小的点组成。为了获得规定大小的网点，需要将一个网目调单元划分为更细小的单位，即记录设备以固定的坐标将记录平面划分为细小的网格，这个网格称为记录栅格。图像输出设备在记录网点时按一定的规则把记录平面划分为一个个小方格，这样划分后形成的小方块集合称为记录栅格。

②设备像素记录栅格中的某一个小方块被称为设备像素。显然，每一个这样的小方块的大小是相同的。

③网目调单元网目调单元是一个用于包含网点的区域，只有100﹪面积率的网点才会与网目调单元一样大。当照排机的激光束在该网目调单元的一个小方格上曝光时则该网点的网点百分比（面积覆盖率）为1﹪。如果激光束一个也没有在网目调单元中曝光，其网点百分比为0﹪；若激光束在网目调单元的每一个小方格上均曝光，则该网点为一个100﹪的网点。

图1 网点示例

Fig.1 Example of qutlets

特注[2]：网目调单元中小方格的多少决定了网点轮廓形状接近理想形状的程度。对一个同样尺寸的网点，划分的格子越多，该网点的轮廓就越接近理想形状，即该网点的轮廓形状越精细。如图2：

图2 网目调单元的精细程度决定了网点轮廓形状的精细程度示例

Fig.2 Example of fine halftone unit determines the shape of the fine points

1.2 像素与加网线数[3]

（1）像素

像素与原稿有紧密的联系,像素有两个基本属性：

①位置属性每一个像素均有确定的空间位置，具体数值决定于原稿以及扫描设备如何划分原稿。数字图像其实是一个有序排列的二维数组，像素在这样的二维数组中也有确定的位置。当数字图像在屏幕上显示时，每一像素对应于屏幕上的一个显示点。

②数值属性数值实际上代表的是某一位置上一个小区域（小方块）上的平均亮度。因此，像素的数值属性说明它具有确定的物理意义，不是抽象的数字。（2）像素值与分辨率

①像素值数字图像的像素值是原稿某一小方块的平均亮度信息，或者说是该小方块的平均密度信息。在将数字图像转化为网目调图像时，网点面积率与数字图像的像素值（灰度值）有直接的关系，即网点以其大小表示原稿某一小方块的平均亮度信息。

流行的图像处理软件通常用8位表示一个像素，像素值在0～255间，每个等级代表不同的亮度。

②分辨率单位长度内包含的像素数，单位为DPI（每英寸点数）或PPI（每英寸像素数）。

﹡图像分辨率与图像输出设备（或输入设备）分辨率有区别。

（3）加网线数[4]与加网质量因子

①加网线数（频率）如果没有特殊的情况，数字图像的每一个像素均应该输出到胶片上，即加网线数应该等于数字图像的分辨率。比如，当数字图像的分辨率为133DPI时，加网线数应该等于133LPI。

②图像加网质量因子由于四色印刷的四个印版采用不同的网线角度，加网线数等于数字图像的分辨率是不够的，在多数情况下还得提高图像分辨率。

﹡加网线数等于图像分辨率这一规则仅适合于沿水平和垂直方向加网的情况。﹡当网线角度为45°时，需将图像的分辨率提高1.414倍，取整数为1.5～2。这一数值称为加网质量因子。

1.3 记录分辨力与网点层次

①记录分辨力输出设备的记录精度，以SPI（Spot Per Inch）或DPI 表示记录设备的分辨力。

﹡照排机的分辨力DPI与扫描仪分辨力不同，扫描仪的每一个像素可用于产生一个Dot，激光照排机的是由有限个激光光点来组成一个数字网点。因此，从实际尺寸来看，照排机的一个激光光点要远小于数字图像的一个像素所代表的物理尺寸。

②最小网点直径输出设备记录分辨力的倒数（即扫描记录光点的直径）等于加网图像的最小网点直径。

如设输出设备（激光照排机）的记录分辨力为2400 DPI，则记录光点的直径为1/2400英寸。若设网目调单元由16×16个记录栅格组成，则该网目调单元的宽

度（或高度）为16×1/2400英寸，这说明当需要表达出图像中每一像素的全部256个灰度等级时，如果输出设备的记录分辨力为2400SPI，那么该设备可为150LPI的印刷品加网，此时最小网点的面积率（仅一个设备像素曝光）为

1/256=0.39﹪，对应的网点直径为0.01058mm。

③记录分辨力与网点形状的关系

﹡同一加网线数，输出设备的记录分辨力越高，则表示构成网点的点阵密度可以越大；一个网点能反映的灰度等级增加，网点的轮廓（边缘）将更加细腻和光滑。﹡可以更方便地改变加网角度

﹡激光照排机的记录分辨力只能分成有限的级数。因此，加网线数的改变只能通过改变网目调单元的密度（大小）来实现。

④记录分辨力与网目调单元的关系

﹡记录分辨力与用多少个设备像素来组成一个网目调单元有关

﹡原则上，网目调单元越小，加网线数就可以取得越高。但应注意网点层次的问题。

1.4 记录分辨率与加网线数的关系

（1）像素映射为网点

传统照相加网：如图3

图3 传统照相加网示例

Fig.3 Example of traditional photographic screening

数字加网[5]：由记录分辨率、加网线数匹配生成网点，如图4过程

图4 数字加网过程

Fig.4 digital screening process

例如，对于256个灰度等级而言，当像素的灰度值为127时，产生的是50％面积率的网点，这是其相对大小。

网点的绝对尺寸还和记录栅格的大小有关。

1.5 调频网点和调幅网点的比较

在印刷过程中，连续调和半色调图像都是由网点的疏密来进行调整表现的。而通过将CMYK四色的网点混合，则可以表现出无穷多的颜色。

目前在印刷工艺[6]中使用的网点主要有两种不同的类型：调幅网点（AM）和调频网点（FM）。

（1）调幅网点

调幅网点是目前使用的最为广泛的一种网点。它的网点密度是固定的，通过调整网点的大小来表现色彩的深浅，从而实现了色调的过渡。在印刷中，调幅网点的使用主要需要考虑网点大小、网点形状、网点角度、网线精度等因素。

①网点大小

网点大小是通过网点的覆盖率决定的,也称着墨率。一般习惯上喜欢用“成”为衡量单位，比如10％覆盖率的网点就称为“一成网点”、覆盖率20％的网点称为“二成网点”另外，覆盖率0％的网点称为“绝网”，覆盖率100％的网点称为“实地”。

印刷品的阶调一般划分为三个层次：亮调、中间调、暗调。亮调部分的网点覆盖率为10％～30％左右；中间调部分的网点覆盖率为40％～60％左右；暗调部分则为70％～90％。绝网和实地部分是另外划分的。

②网点形状

印刷中的网点形状不只是大家想象中的单单圆形一种，以50％着墨率情况下网点所表现出的形状来划分，可以分为：方形、圆形、菱形三种。

方形网点在50％覆盖率下，成棋盘状。它的颗粒比较锐利，对于层次的表现能力很强。适合线条、图形和一些硬调图像的表现。

圆形网点无论是在亮调还是在中间调的情况下，网点之间都是独立的，只有暗调的情况下才有部分相连。所以对于的采层次的表现能力不佳，四色印刷中比较少采用。

菱形网点综合了方形网点的硬调和圆形网点的柔调特性，色彩过渡自然，适合一般图像、照片的表现。

③网点角度

印刷制版中，网点角度的选择有着至关重要的作用。选择错误的网点角度，将会出现干涉条纹。

常见的网点角度有90 度、15 度、45 度、75 度几种。45 度的网点表现最佳，稳定而又不显得呆板；15 度和75 度的的角度稳定性要差一些，不过视觉效果也不呆板；90 度的角度是最稳定的，但是视觉效果太呆板，没有美感了。两种或者两种以上的网点套在一起，会有相互的干涉，当干涉严重到影响图像美观时，就出现俗称的“龟纹”了。

一般来说，两种网点的角度差在30 度和60 度的时候，整体的干涉条纹还比较美观；其次为45 度的网点角度差；当两种网点的角度差为15 度和75 度的时候，干涉条纹就有损图像美观了。

④网点线数

网线数的大小决定了图像的精细程度,类似于分辨率.常见的线数应用如下:

10-120 线: 低品质印刷,远距离观看的海报、招贴等面积比较大的印刷品，一般使用新闻纸、胶版纸来印刷，有时也使用低克数的亚粉纸和铜版纸。

150 线：普通四色印刷一般都采用此精度，各类纸张都有。

175－200 线：精美画册、画报等等，多数使用铜版纸印刷

250－300 线：最高要求的画册等等，多数用高级铜版纸和特种纸印刷。

（2）调频网点[7]

调频网点是90 年代以来新发展起来的一种加网方式，它和调幅网点不同之处在于：调屏网点的网点大小是固定的，它是通过控制网点的密集程度来实现阶调。亮调部分的网点稀疏，暗调部分的网点密集。从网镜上看出多少成网点。

一成网：对角的两个网点之间刚好放下3 个同样大小的网点。

二成网：对角的两个网点之间刚好放下2 个同样大小的网点。

三成网：对角的两个网点之间刚好放下1.5 个同样大小的网点。

四成网：对角的两个网点之间刚好放下1.25 个同样大小的网点。

五成网：对角的两个网点之间刚好放下1 个同样大小的网点。

一成网跟九成网相对应。

二成网跟八成网相对应。

三成网跟七成网相对应。

四成网跟六成网相对应。

只是网点的大小跟他们之间的距离刚好相反。

注：一张300 分辨率的位图，我们知道他是说每英寸由横竖各300 个方形的象素点所组成的图像。图放大后，就会发现是由无数个大小不等的网点组成的由于印刷品是由网点组成的，故印刷图像加网线数是指印刷品在水平或垂直方向上每英寸的网线数，即挂网网线数。称为网线数是因为最早的印刷品网点有线状的。挂网线数的单位是Line/Inch（线/英寸），简称LPI。例如150Lpi 是指每英寸加有150 条网线。给图像加网，挂网目数越大，网数越多，网点就越密集，层次表现力就越丰富。网点越大，表现的颜色越深，层次越暗；网点越小，表现的颜色越浅，表示的层次越亮。线的精度（Lpi）不是和分辨率（Dpi）1：1 对应的，比如150线的图片就要求300Dpi 左右的分辨率。分辨率是线数的两倍左右。如果不注重理论的话。可以理解为菲林或油墨的密度啦！

2 数字网点形成方法

（1）影响网点面积率的因素

①像素的灰度值是决定网点面积率的唯一因素

②网点面积率与网点形状无关

③网点面积率与加网线数无关

④网点面积率与加网角度无关

（2）数字网点生成方法

①PostScript技术采用网点函数（Spot Function）来定义网目调网点。

②比较有代表性的四种方法：阈值法、模型法、生长模型法和对半取反法。

其中，生长模型法由于存储开销少、运算速度快，是目前应用最普遍的方法。

生长模型法：假定一个网目调单元包含25个成像光点。可表示的灰度层次等级有25+1=26个。为了使问题简化，我们设数字图像有14个灰度等级，与像素值0对应的曝光点数为0，像素值1对应的曝光点数为1，对像素1以后的灰度等级，每增加1个灰度等级就增加2个曝光点，由此得到由0～13这一灰度变化范围映射到记录栅格矩阵（0～25）曝光栅格数的对应关系。

图5 网点生长模型

Fig.5 network growth model

①设定一个阈值矩阵，就是控制像素是否曝光的阈值。在加网时，光栅图像处理

器将取得的像素值与阈值矩阵的每一单元进行比较，若像素值大于或等于阈值矩阵中某一单元的值，则曝光，否则不曝光。

②当需要复制一幅色位深度为8的彩色图像时，需要由16×16个记录栅格组成

一个网目调单元，能表现256个灰度等级。

③生长模型法的阈值矩阵使得加网过程变得更高效，加网时只需执行比较操作就

可以了。为了使阈值矩阵能更好地工作，在对某一图像加网时，所有的网目调单元必须大小和形状均相同，且包含相同的记录栅格（光点）。

像素值与曝光栅格数的关系

表1 像素值与曝光栅格数的关系示例

Tab.1 Example of pixel value and exposure grid number

像素值0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 栅格数0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25

光栅图像处理器将取得的像素值与阈值矩阵的每一单元进行比较，若像素值大于或等于阈值矩阵中某一单元的值，则照排机在这些单元上曝光，否则不曝光。

3 其他问题

数字加网创造出了许多性能良好的加网技术，但这些技术要想投入实际的生产过程中，还原出高质量的EOSU品，还要考虑其他问题。比如，相配套的印版版材、高性能的油墨和纸张、高精度和高稳定性的EOSU机械，另外还有打样、CTP 制版、数字化工作流程等一系列相关问题都要解决，而这些问题都不是纯理论问题，在短期内很难有明显突破。

4 发展方向

今后数字加网技术的发展方向是：以提高加网速度~OE08质量[8]为前提，以实用性为重点，以加网算法、制版设备(包括CTP系统、RIP、输出设备等)性能改进、印版材料性能改进为突破点，最终取得全面的研究进展。数字加网技术将朝着以下几个方向发展：

1)超高细加网技术得到重视。目前可印刷的最细网点是l0 m，今后随着版材和EOSU机性能的改进，更细的网点(比如，81xm)将用于EBSU中，由此会带来超精细EOSU和高保真EOSU的普及；

2)调幅网点和调频网点的进一步结合会创造出EOSU适性更好的混合加网技术，在现有EO,~U设备的基础上将印刷出更高质量的EO,~U品；

3)新型网点技术将不断得到开发和利用，新型的成像技术和激光技术将不断地被应用到加网技术中，加网速度和加网质量(特别是调频加网)将不断提高；

4)调频加网继续得到发展。由于调频加网本身所具有的优势(无龟纹和玫瑰斑，能进行高保真印刷，印刷色彩稳定等)，调频加网将逐步取代调幅加网而成为加网技术的主流；

5)数字EO,~U机专用的加网技术将被开发出来，这将给数字印刷带来无限的商机。

5 结论

总之，数字加网技术的发展并不单纯是加网算法的改进，它是一系列相关技术进步的综合产物，数字加网技术进步的快慢不仅取决于理论研究的进展，还要在实践中得到检验和认可。正是数字加网技术的这种特殊性，使得数字加网技术每前进～步都显得那么地重要和不易。

参考文献:

[1] 姚海根．印刷图像处理，上海出版印刷高等考级教材，1997

[2] 孙立博.百花齐放的PostScript挂网技术，印刷技术，1994/8，1994/9

[3] 洪文杰.彩色数字图像加网技机理研究，武汉测绘科技大学硕士学位论文，1997年4月

[4] 孙立博.彩色台式出版系统中的数字化加网技术，印刷科技情报，1992/4，pp.16-21

[5] 姚海根．数字加网技术[M]．北京：印刷工业出版社．2000

[6] 徐福培．宋增民．文图编辑排版新技术——原理、标准与应用[M]．南京：东南大学出版社，1998

[7] 梁军．调频加网算法研究与网点分析[D]．西安：西安理工大学、l999

[8] 陈宝贵．新型数字加网技术的图像质量[J]．北京印刷学院学报，2002，l0(3)：52-6l