用三种颜色绘制彩虹:打印机是如何做到的(与惠普合作)

当您开始研究它们的工作方式时,计算设备可以做的一些事情看起来有点神奇。其中之一是以精细的颜色打印图像。现代喷墨打印机通常只配备三种原色,加上黑色,可能还有几种基于原色的二次色。

用三种颜色绘制彩虹:打印机是如何做到的(与惠普合作)

然而,这组有限的积木可用于创建几乎无限的调色板。为实现此目的,采用了许多过程,但主要的过程称为抖动,在此功能中,我们将准确解释其工作原理。

抖动的基本过程涉及使用具有单一强度的颜色的存在或不存在来近似连续的颜色梯度。对于单色抖动,点是白色或黑色。对于颜色抖动,点将是可用的原色,按预期色调的适当比例混合。点的巧妙放置模仿了连续图像的颜色密度。

即使这些点是可见的,人眼仍然会看到连续彩色的图像,因为大脑被连接起来填补空白,就像我们从每秒 24 个静止帧的电影中感知连续运动一样,或者来自每 25 秒刷新一次的电视画面。对于现代印刷品,您需要仔细观察才能发现抖动的效果(如果它是可见的)。

彩色显示器上的像素只有三种颜色可供选择,红色、绿色和蓝色,这些将组合成其他颜色。颜色是相加的,因此光波长混合以产生不同的色调,如果所有三种主要色调以全强度混合,则将是白色。

另一方面,印刷是减色法,因此颜料会吸收某些波长的光,将它们组合起来意味着吸收更广泛的波长。这就是为什么打印围绕青色、品红色和黄色,以及如果这三种颜色以全强度混合在一起会产生黑色的原因。尽管如此,通常还有第四个黑色墨盒,以确保黑色打印尽可能纯净。

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但是,对于屏幕,每个颜色像素都有多个可用的强度级别,对于 8 位显示器通常为 256。因此,每种原色的强度组合可以为您提供数百万种颜色 - 8 位显示器为 16,777,216 种颜色。最初,喷墨打印机等打印机只能以二进制方式放置墨点——要么有一个点,要么没有。

然而,在过去的几十年里,技术已经发展到通过分层多个点来改变密度。 1994 年,惠普的 PhotoREt 推出了每点滴四滴墨水的能力,提供 48 种颜色。 PhotoREt II 将其增加到 16,允许 650 种不同的颜色,到 1999 年底,PhotoREt III 可以生产多达 29 滴墨水,每滴 5pl,这意味着它可以在每个点上生产超过 3,500 种颜色。最新的 PhotoREt IV 使用六种墨水颜色和多达 32 个点来产生超过 120 万种不同的色调。

这与屏幕的 1670 万色还有一段距离,因此仍需要使用点的频率来模拟原色的全部强度范围,而非原色则是通过混合原色的强度而得出的.打印机光栅图像处理器 (RIP) 软件中的抖动算法计算创建指定颜色强度所需的点数和排列。有许多方法可以用来排列这些点,以便尽可能保留色调中的微妙渐变。

图案抖动

这些点的最简单排列是图案抖动,其中每个像素值使用不同的固定图案,对应于 8 位颜色值的 256 级。通常会使用 4 x 4 或 8 x 8 矩阵,并且有许多图案选项可用,包括半色调、拜耳和空心簇。

一个更复杂的系统称为误差扩散。在最简单的形式中,当一个像素可以打开或关闭时,真实强度值和全开状态之间的差异作为误差值传递到下一个像素,直到聚合值足以满足全开状态。然后该过程再次开始。但是,该系统会导致大量细节丢失和一些不寻常的模式。

幸运的是,还有许多更复杂的误差扩散方法。 Floyd & Steinberg 是最古老和最常用的之一。在这个系统中,上述误差被分配到四个相邻像素而不是一个,每个像素接收一个加权比例。这使得抖动更清晰、更均匀。

但是,它具有处理开销,因为需要进行浮点计算。因此,还有许多其他抖动算法牺牲了 Floyd & Steinberg 的优良品质来获得更好的处理速度,例如 Stucki、Burkes 和 Sierra Filter Lite。打印机驱动程序可能会根据墨水和纸张类型而有所不同,甚至可以让用户进行选择。

抖动选项

喷墨给抖动过程带来了进一步的复杂性。首先,大多数喷墨打印机使用多遍,通常是双向的。这会导致点行之间的错位,从而降低抖动图案的准确性,并可能导致条带。不同颜色的墨滴大小也可能不同,这将需要使用调整后的算法。如果喷嘴堵塞,质量也会下降。

具有次要、浅色原色版本的照片打印机可以使用这些来提供更微妙的抖动。这些添加了浅品红色和浅青色。如上所述,HP 的 PhotoREt IV 使用六种颜色而不是四种颜色。然而,随着喷墨打印机能够产生更小的点,并像 PhotoREt 一样堆叠这些点以改变强度,对二级色调的需求将减少。惠普的 PageWide 技术也解决了多次打印的问题,该技术在一次打印中打印了整页宽度。

与显示器屏幕上的图像相比,制作精美的印刷品要复杂得多。喷墨打印机需要采用一系列技术来提供全方位的颜色,并在整个页面上在它们之间产生平滑的渐变。但这些技术确实运作良好,允许现代喷墨打印机打印出没有任何智能技术用于生产的迹象。

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