Subtraktive Farbreproduktionsverfahren

Subtraktive Farbreproduktionsverfahren Seminar Multimedia & Education, SS 2003 MultiMedia Laboratory, IFI UniZH Prof. Dr. Peter Stucki Ilona Genoni, s00-714-337 Andrea Stöckli, s99-718-79x Philip Iezzi, s99-714-354

Inhalt 1. Überblick... 2 2. Farbmischungen... 2 2.1 Additive Farbmischung (RBG-System)... 2 2.2 Subtraktive Farbmischung (CMYK-System)... 3 3. Farbräume... 4 3.1 Die CIE-Normfarbtafel (XYZ-System)... 4 3.2 Additive und subtraktive Farbräume... 4 4. Drucktechniken... 6 4.1 Traditionelle Drucktechniken... 6 4.2 Digitale Drucktechniken... 7 4.3 Druckertypen... 7 4.3.1 Nadeldrucker... 7 4.3.2 Tintenstrahldrucker... 8 4.3.3 Laserdrucker... 8 4.3.4 LED Drucker... 9 4.3.5 Thermotransferdruck... 9 4.3.6 Sublimationsdruck... 10 5. Rasterverfahren... 11 5.1 Warum wird gerastert?... 11 5.2 Wer rastert?... 11 5.3 Amplitudenmodulierte Raster... 11 5.3.1 Die Rasterweite... 11 5.3.2 Die Rasterpunktform... 12 5.3.3 Die Rasterwinkelung... 13 5.4 Frequenzmodulierte Raster... 15 5.5 Zukunft... 16 5.6 Weiterführende Links... 16 6. Quellangaben... 17 7. Glossar... 18

1. Überblick Im Idealfall wird die Publikation in gedruckter Form genauso dargestellt, wie sie auf dem Bildschirm angezeigt wird. Wurde sie jedoch nicht sachgemäss auf den Druck vorbereitet, kann es zwischen dem ursprünglichen Entwurf und dem Endprodukt zu erheblichen Abweichungen kommen. Die Diskrepanz zwischen dem, was auf dem Bildschirm angezeigt wird und dem endgültigen Druck erklärt sich aus dem grundlegenden Unterschied, der zwischen dem Aufbau von Bildern auf dem Bildschirm und ihrer Reproduktion auf Papier besteht. Bei einem Bildschirm wird eine Farbe z.b. durch eine Mischung aus rotem, grünem und blauem Licht erzeugt, bei einer Druckmaschine wird diese Farbe durch eine Mischung aus cyan- und magentafarbener sowie gelber und schwarzer Tinte erzeugt. In unserer Zusammenstellung beschäftigen wir uns mit der subtraktiven Farbreproduktion. Wir wollen einen Gesamtüberblick schaffen vom Umgang mit Farben bis zum effektiven Druck. 2. Farbmischungen Das Mischen von Farben unterliegt unterschiedlichen Gesetzen, je nach dem ob wir es mit farbigem Licht oder mit Farbsubstanzen (Körperfarben) zu tun haben. Die zwei wesentlichen Farbmischgesetze sind die der additiven Farbmischung und der subtraktiven Farbmischung. In der additiven Farbmischung wird Licht gemischt. Rotes Licht und grünes Licht ergeben gelbes Licht. In der subtraktiven Farbmischung werden Stoffe gemischt. Gelbe Farbpaste und cyanfarbene Farbpaste ergeben als Mischung grüne Farbpaste. Man muss streng unterscheiden zwischen der Mischung von Licht und der Mischung von Stoffen. 2.1 Additive Farbmischung (RBG-System) Die Farbigkeit von Objekten, die selbst leuchten entsteht durch additive Farbmischung (Lichtfarben). Die drei Grundfarben in der Addition ergeben Weiss. Vor mehr als 300 Jahren erkannte der englische Physiker Issac Newton, dass farbloses Licht mittels eines Prismas in eine Vielzahl von Farben zerlegt werden kann. Grundlage dieses Phänomens ist die Tatsache, dass die Brechung des Lichtes je nach Wellenlänge, sprich Farbe differiert. Weisses Licht lässt sich also in farbiges Licht zerlegen! Rot Bei der additiven Farbmischung addieren sich die Lichtfarben. Die gemischten Farben erscheinen deshalb heller. Blau Grün Aus dieser Erkenntnis heraus wurde das additive Farbsystem entwickelt. Durch Mischung der drei Grundfarben Rot, Grün und Blau werden alle anderen Farbtöne definiert. Das RGB-System wird auf Geräte angewendet die Lichtwellen aussenden, wie z.b. Fernseher oder Monitore. Betrachtet man einen Bildschirm mit der Lupe, dann sieht man, dass dieser das Bild aus vielen einzelnen Punkten aufbaut, die sich wieder aus einem roten, einem grünen und einem blauen Punkt zusammensetzen. Je nach Farbton unterscheidet sich die Intensität der drei Grundfarben. Um das, was auf einem Monitor zu sehen ist drucken zu können müssen die Farben aus dem additiven (RGB) in das subtraktive (CMYK) Farbsystem umgewandelt werden! 25.06.2003 2/20

2.2 Subtraktive Farbmischung (CMYK-System) Die Farbigkeit von Objekten, die nicht selbst leuchten entsteht durch subtraktive Farbmischung (Körperfarben). Die drei Grundfarben im Zusammendruck ergeben Schwarz. Mangenta Yellow Cyan Bei der subtraktiven Farbmischung werden die Lichtstrahlen absorbiert. Die Helligkeit nimmt deshalb ab und die gemischten Farben erscheinen dunkler. Das subtraktive Farbsystem besteht aus den Grundfarben Cyan (Blaugrün) Magenta (Purpur) Yellow (Gelb) und Key (Schwarz), wobei Schwarz zur Verstärkung der Kontraste dient. Im Gegensatz zum RGB-System, welches Lichtfarben beschreibt, wird vom CMYK- System die Farbigkeit von Gegenständen beschrieben alles was Licht reflektiert also auch bedrucktes Papier! Wenn also ein Gegenstand Rot erscheint, dann bedeutet dies, dass er nur die langwelligen, roten Anteile des weissen Lichtes reflektiert (Blau und Grün = Cyan werden absorbiert). Ein roter Gegenstand "schluckt" also die Farben Grün und Blau und reflektiert das Rot, wodurch wir den Gegenstand dann auch als rot wahrnehmen. Im Druck würde diese rote Farbe durch den Übereinanderdruck von Magenta und Yellow erreicht werden. Die verschiedenen Farbtöne werden ähnlich wie bei einem Bildschirm durch Rasterpunkte der Grundfarben erzeugt. Je nach Farbton unterscheidet sich die Grösse der Rasterpunkte. Ein reiner CMY-Druck hätte in der Praxis des Druckens kein richtig tiefes Schwarz, deshalb wird es zugesetzt. Mischt man zwei subtraktive Grundfarben zu gleichen Teilen, so erhält man immer eine additive Grundfarbe! 25.06.2003 3/20

3. Farbräume 3.1 Die CIE-Normfarbtafel (XYZ-System) Zur Darstellung von Farben wird üblicherweise ein Querschnitt durch den Raum benutzt, die "CIE- Normfarbtafel". In dieser Fläche können alle Farben mit demselben Hellbezugswert Y dargestellt werden. In diesem Farbraum stellt die gebogene, äussere Linie (Spektralfarbenzug) die Wellenlänge dar, während die gerade Linie, die die beiden Enden verbindet, die Mischungen aus Rot und Blau darstellt. Man nennt diese Linie "Purpurgerade". Alle Farben, die aus den Spektralfarben additiv gemischt werden können, liegen innerhalb dieser Fläche. In diesem System gibt x den Rotwert (von links nach rechts), y den Grünwert (von unten nach oben) und Y den Hellbezugswert (die hier nicht dargestellte dritte Dimension) an. Spektralfarben sind die Farben mit dem höchsten Sättigungsgrad, die in den einzelnen Farbtönen erzeugt werden können. Diese liegen am Rand der Normfarbtafel. Die sogenannte Mittelpunktvalenz (bei Körperfarben auch Unbuntpunkt genannt) hat die Koordinaten x=0,333 und y=0,333. Auf jeder Verbindung zwischen Spektralfarbenzug und Mittelpunktvalenz ändert sich die Farbe nicht, sondern bleibt die gleiche. Was sich ändert ist die Sättigung, diese nimmt von innen nach aussen zu. 3.2 Additive und subtraktive Farbräume In diese Tafel, die ja alle reellen Farben darstellt, kann nun eingezeichnet werden, welche Farben von einem bestimmten Reproduktionsverfahren dargestellt werden können. In der folgenden Graphiken ist der Raum eingezeichnet, der von einem subtraktiven Farbsystem (links) und von einem additiven Farbsystem (rechts) dargestellt werden kann. Farbraum subtraktives Farbsystem Farbraum additives Farbsystem 25.06.2003 4/20

Was man bereits auf dem ersten Blick sieht, ist, dass beide Reproduktionsverfahren nur einen Teil aller Farben darstellen können. Ein Gerät mit gegebenen Grundfarben kann nur die Farben darstellen, die innerhalb seines eigenen Farbraumes liegen. Dieser kann je nach Reinheit und Farbort der verwendeten Grundfarben unterschiedlich gross sein. Alle Farben, die ausserhalb liegen, können nicht dargestellt werden, sondern müssen durch eine innenliegende Farbe angenähert werden. Wenn man nun beide Farbräume in eine Tafel einträgt, wird noch mehr sichtbar. Die Farbräume für das additive (RGB) und das subtraktive (CMYK) Farbsystem sind nicht deckungsgleich. Der Farbraum für das RGB-System ist grösser als der des CMYK-Systems, vor allem im grünen Bereich. Allerdings ist der Farbraum des subtraktiven Farbsystems auch keine Teilmenge des Farbraumes des additiven Farbsystems. Dies bedeutet, dass einige Farben gedruckt werden können, die ein Monitor nicht darstellen kann und, dass einige Farben des Monitors nicht gedruckt werden können. Quelle: Stephan Hartl, http://www.copyshop-tips.de/ 25.06.2003 5/20

4. Drucktechniken Die Drucktechniken haben Zuwachs bekommen: Neben Tiefdruck, Offset- und Siebdruck, die viele Detailverbesserungen erfahren haben, gibt es seit einigen Jahren den Digitaldruck. Der Tiefdruck ist nach wie vor Spitzenreiter bei Magazinen und anderen Drucksachen mit grossem Formatumfang und grossen Auflagen. Der Offsetdruck (Flachdruck) deckt hauptsächlich die mittleren Druckvolumen ab. Bei kleineren Druckvolumen, die heute teilweise vom Digitaldruck übernommen werden, stellt er den Qualitätsmassstab. Der Siebdruck (Durchdruck) hat seinen Stellenwert als Spezialdruckverfahren behalten. Er wird gebraucht für grossformatige Einzeldrucke und Kleinstauflagen sowie für verschiedenartiges Druckgut wie Textilien, Dosen, Flaschen etc. Erzeugt wird der Digitaldruck mit einem Spektrum von Maschinen, das sich vom Netzwerk-Fotokopierer oder Tintenstrahler bis zur Digital-Offsetmaschine erstreckt. Die Entwicklung ist noch voll im Gange und die Markttauglichkeit muss für jedes Produkt beobachtet werden. 4.1 Traditionelle Drucktechniken Im Folgenden werden die bereits oben genannten traditionellen Drucktechniken kurz veranschaulicht: Beim Hochdruck liegen auf dem Druckstock die druckenden Teile höher als die nichtdruckenden. Die von den Schnittwerkzeugen stehengelassenen Teile werden eingefärbt und übertragen die Farbe beim Druck auf das Papier. (Holzschnitt, Holzstich, Linolschnitt) Beim Tiefdruck ist es genau umgekehrt. Hier nehmen die durch Gravieren, Stechen oder Ätzen entstandenen Vertiefungen die Farbe auf, während die plane Fläche (im klassischen Sinne) blank und farblos gehalten wird. Manchmal ist auch ein leichter Plattenton erwünscht. Beim Druckvorgang saugt das leicht feuchtklamme Papier die Farbe aus den Vertiefungen auf. (Kupferstich, Radierung, Kaltnadel, Aquatinta etc.) Beim Flachdruck wiederum befinden sich druckende und nichtdruckende Bereiche auf einer Ebene. Die chemische Präparierung des Druckstocks bewirkt, daß allein die Zeichnung Farbe annimmt und auf das Papier überträgt. (Lithografie, Original-Offset) Beim Durchdruck wird die Druckfarbe durch ein feinmaschiges Gewebe (Sieb) mit einem Rakel auf das Papier u.a. übertragen. Dabei sind die Partien des Siebes, die drucken sollen durchlässig, die die nicht drucken sollen, durch Abdecken einer Schablone vorher farbundurchlässig gemacht worden. (Siebdruck) traditionelle Drucktechniken 25.06.2003 6/20

4.2 Digitale Drucktechniken Neben den klassischen Druckverfahren Offsetdruck, Tiefdruck und Siebdruck entstand seit 1994 ein völlig neues Druckverfahren - der Digitaldruck. Digitaldruck ist kein Wettbewerber zu den etablierten Druckverfahren, sondern die ideale Ergänzung. Digitaldruck macht Produkte möglich, die bisher nicht oder nicht wirtschaftlich produziert werden konnten. Kleinauflagen in Farbe, Printing-on-demand, 1:1-Marketing, farbige Direkt-Mailings in kleinen Auflagen - alles das wäre ohne Digitaldruck undenkbar. Auf der folgenden Seite werden einige heute verfügbare Druckertypen vorgestellt. 4.3 Druckertypen Als kleine Übersicht werden folgende verfügbare Druckertypen vorgestellt: Nadeldrucker Tintenstrahldrucker Laserdrucker LED Drucker Thermotransferdrucker Thermosublimationsdrucker Der Ausdruck kann jeweils erfolgen: zeilen- oder seitenweise mit oder ohne Hilfe einer Seitenbeschreibungssprache farbig oder schwarzweiss mit Tinte, mit Toner oder mit einem Farbband 4.3.1 Nadeldrucker Der Nadeldrucker hat eine Vorschubwalze, die das Papier in Längsrichtung am Druckkopf vorbeibewegt. Der Druckkopf ist auf einem Schlitten montiert und kann horizontale Bewegungen ausführen. Dadurch ist ein zeilenweises Bedrucken des Papiers möglich. Die Zeichen werden durch ein Raster der durch die Nadeln erzeugbaren Punkte zusammengesetzt. Vorteile extrem günstiger Druck Durchschläge möglich geringe Umweltbelastung Druck auf Endlospapier möglich Nachteile sehr laut nur eingeschränkt grafikfähig von High-End-Geräten abgesehen langsamer Druck relativ ungeeignet für Farb- und Grafikdruck 25.06.2003 7/20

4.3.2 Tintenstrahldrucker Multimedia & Education SS2003 Tintendrucker drucken zeilenweise indem sie viele kleine Tintentropfen auf das Papier schiessen: Auf der zu bedruckenden Stelle des Papiers wird ein winziger Tintentropfen aufgebracht, die durchschnittliche Tintenmenge pro Druckpunkt beträgt nur wenige Picoliter! Die Druckerdüse (üblicherweise hat jeder Druckkopf mehrere, teilweise über 100 Düsen!) ist im Ruhezustand mit Tinte gefüllt. Soll nun ein Punkt gedruckt werden, wird in der Düse ein Überdruck erzeugt. Durch diesen Überdruck wird die Tinte aus der Düse herausgeschleudert, landet auf dem Papier und sollte hier üblicherweise trocknen. Für die Erzeugung des Überdrucks gibt es zwei Verfahren: Beim Bubble-Jet-Verfahren wird die Tinte erhitzt. Durch diese Erhitzung entsteht eine Dampfblase und die Tinte wird aus dem Druckkopf geschleudert. Das Piezo-Verfahren hat statt dem Heizelement winzige Piezo-Kristalle, die sich beim Anlegen einer Spannung krümmen. Durch diese Krümmung wird der Raum in der Druckerdüse verkleinert und durch den dadurch entstehenden Überdruck wird die Tinte vorne hinausgepresst. Vorteile Hohe Druckqualität auf gutem Papier gute Druckqualität bei Text und Grafik auf Normalpapier geringe Umweltbelastung günstige Druckerpreise ziemlich leise beim Druck Nachteile hohe Kosten Verbrauchsmaterial nicht wasserfest, Lichtbeständigkeit nicht optimal Fotoqualität nur auf speziellem Foto-Papier niedrige Geschwindigkeit bei hoher Qualität Probleme mit Recycling-Papier 4.3.3 Laserdrucker Im Inneren eines Laserdruckers befindet sich eine Trommel mit photoelektrisch aktiver Beschichtung. Durch einen Metalldraht mit hoher Spannung (Lade-Corona) wird die Trommel negativ aufgeladen. Die Beschichtung hält bei Dunkelheit ihre Ladung. Mittels eines Laserstrahls werden auf der Trommel die Bereiche belichtet, die später schwarz werden sollen. Bei der Belichtung mit dem Laser verlieren die angestrahlten Punkte ihre Ladung. Auf der Trommel ist nun quasi eine "elektrische" Kopie des gewünschten Druckbildes. Der Toner ist ebenfalls negativ geladen und haftet nur an den Stellen der Trommel die entladen wurden, alle anderen Bereiche der Trommel stossen den Toner ab. Die Belichtung erfolgt durch einen Laserstrahl der über einen rotierenden Spiegel zeilenweise auf die Trommel umgelenkt wird. Durch schnelles Ein- und Ausschalten des Lasers lassen sich so pro Zeile eine gewisse Anzahl Punkte belichten. 25.06.2003 8/20

Vorteile Hohe Druckqualität Hohe Seitenleistung (Seiten pro Minute) Geringe laufendedruckkosten geringe Umweltbelastung hohe Zuverlässigkeit und lange Lebensdauer Ausdrucke wasser- und wischfest Nachteile hohe Anschaffungskosten Farblaser sind noch sehr teuer keine Fotoqualität beim Ausdruck 4.3.4 LED Drucker Im Inneren eines LED-Druckers befindet sich eine Trommel mit photoelektrisch aktiver Beschichtung. Durch einen Metalldraht mit hoher Spannung (Lade-Corona) wird die Trommel negativ aufgeladen. Die Beschichtung hält bei Dunkelheit ihre Ladung. Mittels einer LED-Zeile werden auf der Trommel die Bereiche belichtet, die später schwarz werden sollen. Bei der Belichtung verlieren die angestrahlten Punkte ihre Ladung. Auf der Trommel ist nun quasi eine "elektrische" Kopie des gewünschten Druckbildes. Der Toner ist ebenfalls negativ geladen und haftet nur an den Stellen der Trommel die entladen wurden, alle anderen Bereiche der Trommel stoßen den Toner ab. Die Belichtung erfolgt durch eine LED-Zeile ähnlich wie bei einem Laser (siehe Bild). Durch die eingesetzte LED-Zeile gibt es folgende Unterschiede zum Laserdrucker: Laser und rotierender Drehspiegel entfallen, die Geräte lassen sich kompakter bauen. Dafür haben LED-Drucker meistens eine geringere Auflösung, die Punktgröße der belichteten Punkte kann nicht variiert werden und wenn eine LED ausfällt hat man senkrechte Streifen auf dem Ausdruck. Vorteile Nachteile (vergleichbar mit Laserdrucker!) 4.3.5 Thermotransferdruck Thermotransferdrucker arbeiten mit Farbbändern oder Farbfolien. Die Farbfolien sind mit einer wachsartigen Farbe beschichtet. Ein Druckkopf erhitzt nun an der Stelle an der ein Punkt gedruckt werden soll die Farbfolie, dadurch wird die Farbe flüssig und auf das Papier übertragen. Für Farbdrucke benötigen die Geräte pro Farbe einen Durchgang. Dadurch sinkt natürlich die Druckgeschwindigkeit. Vorteile wasserfest, sehr lichtbeständig, gut abdeckend geeignet für Modellbau-Anwendungen (Decals, Wasserschiebebilder) teilweise Druck von Spezialfarben möglich, z.b. Metallic oder weiss! manche Modelle: Sublimationsdruck Nachteile Verbrauchsmaterialien sehr teuer Druckergebnis nur auf Spezialpapier ü berzeugend kratz- und w ärmeempfindlich 25.06.2003 9/20

4.3.6 Sublimationsdruck Multimedia & Education SS2003 Sublimationsdrucker arbeiten mit Farbbändern oder Farbfolie. Pro Grundfarbe (cyan, magenta, yellow) wird ein Druckdurchlauf benötigt. Die Farbe wird mit Heizelementen von den Farbbändern gelöst und auf das Papier aufgedampft. Die meisten Sublimationsdrucker arbeiten mit Farbfolien in der Größe des zu bedruckenden Mediums. Aus diesem Grund sind alle Ausdrucke gleich teuer, egal ob nur ein Punkt gedruckt wird oder eine vollflächige Seite. Vorteile Fotoqualität, kratzbeständig, wasserfest Ausdrucke fliessen nicht auseinander Tinte verwischt nicht Sehr lichtbeständig. Satte Farben Nachteile extrem teure Verbrauchskosten sehr langsamer Druck sehr hochwertiges Papier erforderlich 25.06.2003 10/20

5. Rasterverfahren 5.1 Warum wird gerastert? Würde der Drucker echte Farben und Graustufen drucken, so müsste er 256 graue und 16,7 Millionen Farbeimer bereithalten. Da ein Drucker aber nur Cyan, Magenta, Gelb und Schwarz zur Verfügung hat, müssen alle anderen Farben simuliert werden. Betrachten wir das Verfahren mal nur für eine Farbe. Eine Fläche in 50% Schwarz (entspricht einem mittleren Grau) kann grundsätzlich nicht gedruckt werden, da der Drucker keine entsprechende Farbe besitzt. Die Lösung besteht darin, dass die Fläche nur zur Hälfte mit Schwarz bedruckt wird. Die Fläche von 50% Schwarz könnte in einer Rasterzelle also wie folgt dargestellt werden: Dieser Vorgang des Umsetzens echter Graustufen in mehrere schwarze Punkte nennt man Rastern. Das Verfahren basiert darauf, dass das menschliche Auge bei starkem Kontrast ungefähr 100 Übergänge pro Sehwinkel als Hell-/Dunkel-Wechsel wahrnehmen kann. Beim Überschreiten dieser Grenze verschwimmen die Übergänge. D.h., dass man aus einer entsprechenden Entfernung keine einzelnen Punkte mehr sondern dafür Zwischentöne erkennt. 5.2 Wer rastert? Bei der traditionellen Rastertechnik wurde die Vorlage mit einer Rasterfolie übereinander kopiert und dann erneut auf einen Reprofilm umkopiert. Das Ergebnis war ein Bild das je nach Tonwert aus verschieden grossen schwarzen Punkten bestand. Dichteverteilung der analogen Vorlage Dichteverteilung der Rasterfolie resultierende Dichteverteilung Heute übernimmt das Rastern der RIP, der Bestandteil jedes Druckers ist. Einige Bildbearbeitungsprogramme erlauben auch das manuelle Rastern, in dem man verschiedene Parameter des Vorgangs beeinflussen kann. 5.3 Amplitudenmodulierte Raster Grundsätzlich unterscheidet man beim elektronischen Rastern zwischen zwei Typen: die frequenzmodulierten (FM) Raster und die amplitudenmodulierten (AM) Raster. Bei AM-Rastern bleibt der Abstand zwischen den einzelnen Bildpunkten (Frequenz) gleich, während sich die Grösse (Amplitude) je nach Tonwert ändert. Rasterkenngrössen bilden die Rasterweite, die Rasterpunktform und die Rasterwinkelung. 5.3.1 Die Rasterweite Die Rasterweite beschreibt die Anzahl der Rasterelemente pro Streckeneinheit. Diese wird in L/cm oder lpi gemessen. Je höher der Wert, also je mehr Linien auf einer Streckeneinheit vorkommen, desto feiner ist das Raster. Unter der Linie versteht man jedoch keineswegs eine durchzogene, sondern vielmehr eine gedachte Linie. Für das Rastern ist entscheidend, wie gross die Rasterzelle, in die ein Bildpunkt übersetzt werden soll, gewählt wird. Eine Rasterzelle von 3 mal 3 dots ist in der Lage, 9 Graustufen darzustellen. Eine Rasterzelle von 5 mal 5 dots kann 25 Graustufen darstellen. Für die volle Farbtiefe eines Graustufenbildes benötigt man theoretisch 16 mal 16 dots. Zum Bestimmen der Rasterweite gibt es zwei verschiedene Möglichkeiten: 25.06.2003 11/20

Man zeichnet eine Linie durch die Punkte mit dem kürzesten Abstand und zählt diese Punkte pro Zentimeter resp. pro inch aus. Der Wert ergibt die Rasterweite. In diesem Falle beträgt sie 10 L/cm. Um die Rasterweite zu messen, kann man sich auch den Moiré-Effekt zu nutze machen. Dazu legt man einen Rasterkeil, der ein sich stetig änderndes Raster darstellt, auf das Bild. Somit kann man die Interferenzen, die zwischen dem Raster des Rasterkeils und dem des Bildes auftreten, erkennen. Die Rasterweite kann anschliessend auf der Skala des Rasterkeils abgelesen werden. Die zu wählende Rasterweite hängt nicht nur von der Auflösungsmöglichkeit des Ausgabegeräts ab, sondern auch vom Papier, auf welches gedruckt werden soll. Nur sehr hochwertige Papiere sind auch in der Lage, sehr feine Raster wieder zu geben. Folgende Rasterweiten werden beim konventionellen Raster verwendet: 25-40 L/cm Zeitungsdruck 48-54 L/cm Offsetdruck auf minderwertigem Papier 60 L/cm Standard für glattes Papier 70 L/cm Qualitätsdruck auf hochwertigem Kunstdruckpapier oder für Tiefdruck Folgendes Beispiel zeigt den Zusammenhang zwischen dpi und lpi. Die Rasterzellen sind 5 mal 5 dots gross, können also 25 Graustufen darstellen. Es befinden sich 4 Rasterzellen auf der Strecke von einem Inch, also hat das Beispiel 4 lpi. Somit lässt sich die Auflösung berechnen: 4 Rasterzellen à 5 dots sind 20 dpi. Bei der Auflösung gilt die Faustregel: zwei Punkte auf einen Rasterpunkt. Daraus ergibt sich bei einem 60er Raster eine Auflösung von 120 Pixel/Zentimeter oder umgerechnet rund 300 dpi. 5.3.2 Die Rasterpunktform In Abhängigkeit von dem darzustellenden Bildobjekt werden beim AM-Raster verschiedene Rasterpunktformen verwendet. So finden sich neben quadratischen, runden und elliptischen Punkten seltener auch Gestaltungsraster, die beispielsweise in Wellenform oder Linien unterschiedlicher Stärke ausgeführt werden. Die häufigsten Rasterpunktformen sind aber folgende: 25.06.2003 12/20

Ellipsenraster Kreuzraster Linienraster Punktraster Quadratraster Rautenraster Linienraster Quadratraster Rautenraster 5.3.3 Die Rasterwinkelung Häufig kann man die Rasterpunktform des Rasters auf einem Bild sehr gut erkennen. Um dies zu vermeiden, muss das Raster in einem bestimmten Winkel ausgerichtet werden, da das menschliche Auge besonders sensibel auf horizontale und vertikale Linien reagiert. Jener Winkel, der sich aus der vertikalen 25.06.2003 13/20

Kante der jeweiligen Abbildung und der Diagonale durch die Ecken des Punktmusters ergibt, heisst Rasterwinkel. Da die meisten Bildelemente waagrecht oder senkrecht verlaufen, verwendet man für Graustufenbilder oder einfarbige Bilder beim Rastern einen Winkel von 45. Die Kanten der Rasterpunkte verlaufen dabei parallel zu den Kanten der Abbildung, wodurch ein störender Treppeneffekt weitgehend vermieden wird. Linienraster 45 Linienraster horizontal Linienraster vertikal Auch beim Punktraster wirkt das Bild durch die 45 Winkelung wesentlich angenehmer auf den Betrachter. Punktraster 45 Punktraster horizontal / vertikal Da beim Mehrfarbdruck durch die wiederholte Überlagerung der Druckpunkte ein störendes Moiré entstehen würde, wird der Raster für die verschiedenen Farben in genau definierten Schritten gedreht. Im Mehrfarbdruck wird dieser Farbwinkel für die optisch dunkelste Farbe verwendet. Die anderen Farben werden zum Vermeiden von Moiré auf bestimmte Grade gedreht. Für die quadratische Punktform haben sich folgende Rasterwinkelungen bewährt: Cyan 105 Magenta 75 Gelb 90 Schwarz 45 Es entstehen sogenannte Rosetten 25.06.2003 14/20

Die Winkelungen können nach Bedarf auch weiter gedreht oder ausgetauscht werden, etwa bei einem Motiv mit vielen Fleischtönen: Cyan 75 Magenta 45 Gelb 0 Schwarz 15 Die Linien- und Ellipsenraster unterliegen anderen Bedingungen, da die Punktkette beim Winkel von 75 im rechten Winkel zum Rasterwinkel stehen muss. Heute orientiert man sich vorwiegend an der DIN-Norm 16547, die entgegen der 30 -Schritte folgende Winkelverteilung empfiehlt: Cyan 75 Magenta 135 Gelb 0 Schwarz 15 Auch hierzu existieren alternative gebräuchliche Winkelungen, vorwiegend für Hauttöne: Cyan 105 Magenta 45 Gelb 0 Schwarz 165 5.4 Frequenzmodulierte Raster Bei FM-Rastern verhält es sich genau umgekehrt zu den AM-Rastern: Hier wird der Abstand der Bildpunkte variiert, während die Punktgrösse gleich bleibend ist. Die räumliche Verteilung der sehr kleinen Punkte entsteht durch mathematische Zufallsregeln. Die Rasterpunktgrösse beträgt je nach Einsatzzweck zwischen 10 um und 40 um. Dunklere Tonwerte werden nicht mit grösseren Punkten, sondern mit einer höheren Menge von Punkten erzeugt. Beim FM-Raster spielen die Rasterweiten, die Rasterpunktformen und die Rasterwinkel keine Rolle. Amplitudenmoduliertes Raster Aufnahme eines vierfarbigen Rasters mit Winkelungen von 15 Cyan, 75 Magenta, 0 Gelb und 45 Schwarz Frequenzmoduliertes Raster Deutlich ist zu erkennen, dass alle Druckpunkte die gleiche Grösse aufweisen Der FM-Raster hat bei seiner Einführung im Jahre 1992 grosse Beachtung gefunden. Das Interesse ist danach aber wieder abgeflaut, obwohl diese Rastertechnik einige Vorteile mit sich bringt. Der grösste Vorteil von FM-Rastern ist, dass sie keine Moirés hervorbringen können, da diese immer ein Phänomen von überlagernden gleichmässigen Rastern ist. Weitere Vorteile sind die Verbesserung der Detailzeichnung und die Vergrösserung des Farbraumes. Viele Druckereien preisen die FM-Rastertechnik mit Stichworten wie "höhere Detailschärfe", "höhere Farbbrillianz", "fotorealistischer Druck", "hohe Auflagenstabilität" und "homogenes Druckbild" an. vgl. dazu http://www.cramer.de/de/innovativ/fm-raster.php http://www.fotorotar.ch/event/raster.html http://www.schneiderdruck-online.de/technik/tipp_fmerklaerung.htm Es darf aber nicht vergessen werden, dass der FM-Raster bei grösseren glatten Tönen zu störender Körnigkeit neigt. Ein weiterer Nachteil der frequenzmodulierten Raster sind die längeren Rechenzeiten. 25.06.2003 15/20

5.5 Zukunft Die im Moment beste Lösung wäre eine automatische motivabhängige Umschaltung zwischen AM- und FM- Raster. Es ist anzunehmen, dass mit zunehmender Verbreitung der CtP-Technologie der frequenzmodulierte Raster wieder zunehmen wird. Speziell im Zeitungsdruck wird in diesem Zusammenhang mit einer starken Zunahme des FM-Rasters gerechnet. Mit einem Verdrängen des amplitudenmodulierten Rasters durch den frequenzmodulierten Raster ist aber nicht zu rechnen. 5.6 Weiterführende Links http://www.micg.et.fh-stralsund.de/photopub/gruppe2/druckprozess/rasterverfahren.html http://www.pctip.ch/helpdesk/kummerkasten/archiv/hardware/13994.asp http://www-gewi.kfunigraz.ac.at/fula/themen/bildbearb/php60_hilfe/c18pr6.htm http://www.uni-regensburg.de/edv/misc/compgrafik/script_6.html http://www.uni-lueneburg.de/fb3/kultinfo/veranst/ws0001/dig_medientechnik/siegert/gdm6.htm http://www.hirschel.de/raster.htm http://www.kusem.de/lk/aufl/aufl.htm 25.06.2003 16/20

6. Quellangaben An dieser Stelle möchten wir uns herzlich bei allen Autoren bedanken, die uns die Einarbeitung ins Thema Subtraktive Farbreproduktionsverfahren erleichtert oder gar ermöglicht haben. Falls jemand in der untenstehenden ausführlichen Liste untergegangen sein sollte, bitten wir um Entschuldigung und werden die entsprechende Quellangabe selbstverständlich nachtragen. Stephan Hartl, Copyshop-tips.de http://www.copyshop-tips.de/ Herr & Frau Google http://www.google.com/ 25.06.2003 17/20

7. Glossar Additive Farbmischung Durch das Mischen der drei primären Lichtfarben Rot, Grün und Blau entsteht weisses Licht. Werden nur zwei additive Farben gemischt, entsteht eine subtraktive Grundfarbe, bei der Addition von Rot und Blau, zum Beispiel, Magenta. Nach diesem Prinzip arbeiten Bildschirme und Scanner. Die additiven Farben Rot, Grün und Blau lassen sich im additiven Farbsystem nicht aus anderen Farben mischen. CIE-Farbraum Farbraum, in dem Farbbilder unabhängig vom Eingabesystem (z. B. Scanner) oder verschiedenen Ausgabesystemen farbneutral gespeichert werden. CMYK Cyan, Magenta, Yellow, Black bzw. Key (Cyan, Magenta, Gelb und Schwarz bzw. key = Schlüssel). Die Druckfarben mit denen der Vierfarbdruck durch subtraktive Farbmischung realisiert wird. Cyan Grundfarbe der subtraktiven Farbmischung (blaugrün). Digitaldruck Ohne Einricht- und Rüstzeit an den Druckmaschinen kann ohne den Zwischenweg Film und Druckplatte gedruckt werden. Vom Computer aus werden die digitalen Daten auf die Druckmaschine geschickt. Druckverfahren Man unterscheidet vier "klassische" Druckverfahren: Hochdruck, Tiefdruck, Flachdruck und Durchdruck. In letzter Zeit ist noch der Digitaldruck hinzugekommen. Durchdruck Beim Durchdruck wird Farbe durch eine Schablone (z. B. ein Sieb beim Siebdruck, dem bekanntesten Durchdruckverfahren) gepresst. An den Stellen wo die Schablone offen ist, kann die Farbe auf den Bedruckstoff gelangen. Flachdruck Beim Flachdruck liegen die druckenden und die nichtdruckenden Flächen in der Druckform in einer Ebene nebeneinander. Die Druckform ist so vorbereitet, dass alle druckenden Flächen wasserabweisend sind, d. h. die Druckfarbe kann nicht durch das Wasser abgewaschen werden. Die nichtdruckenden Flächen sind wasserfreundlich sind, d. h. die Druckfarbe kann leicht abgewaschen werden. Das bekannteste Flachdruckverfahren ist heute der Offsetdruck. Grundfarben Reine Farben, die nicht durch Mischen erreicht werden können. Die additivenen Grundfarben (Lichtfarben) sind Rot, Grün und Blau; die subtraktiven Grundfarben sind Cyan, Magenta und Gelb. Hochdruck Hochdruck ist das älteste Druckverfahren, bei dem die druckenden Flächen der Druckform höher sind, als die nichtdruckenden Flächen. Interpolation Hinzufügen von nicht vorhanden Zwischenwerten beim Vergrössern von Bildern durch Berechnung der fehlenden Pixel aus den benachbarten Pixeln, also Pixelverdopplung. Lithografie Litho: Stein, graphein: schreiben, zeichnen (griech.); Verfahren zur Herstellung von Flachdruckformen in verschiedenen Techniken; Einsatz für Künstlerdrucke und Spezialarbeiten. Lpi/lpc Masseinheiten für die Rasterweite. lpi = lines per inch (Linien/Zoll) lpc = lines per Centimeter (Linien/Zentimeter). Magenta Grundfarbe in der subtraktiven Farbmischung (purpur). 25.06.2003 18/20

Moiré Durch ungünstige Rasterwinkelung im Druck erscheinende, störende Musterbildung. Multimedia & Education SS2003 Offsetdruck Indirektes Druckverfahren, d. h. die Druckplatte druckt nicht direkt auf das Papier, sondern auf ein Gummituch, das die Farbe an den zu bedruckenden Stoff weitergibt. Bogenoffset bedeutet, Papierbogen werden bedruckt, Rollenoffset, dass das Papier von der Rolle kommt. Rastern Um Halbton-Vorlagen im Druck so realistisch wie möglich wieder zugeben, müssen sie gerastert werden. Dies erfolgte früher über die Reprokamera heute mit frequenzmodulierten Rastern. Rasterweite Die Rasterweite wird in Linien pro cm (lpc) oder Linien pro inch (lpi) angegeben. Die Formeln zur Umrechnung: von lpc nach lpi: lpc x 2,54 = lpi von lpi nach lpc: lpi / 2,54 = lpc Je nach Druckverfahren und Papiersorte muss bei Bildern die Rasterweite unterschiedlich sein: 20-30 lpc: Zeitungspapier und Siebdruck 34-40 lpc: satiniertes Papier 40-54 lpc: maschinengestrichenes Papier 54-70 lpc: Kunstdruckpapier 70 bis 200 lpc: Ausnahmefälle RGB Additiver Farbaufbau (Rot, Grün, Blau). RIP = Raster Image Processor Computerbaustein; empfängt Daten einer am Computer gestalteten Seite und "übersetzt" die Daten in ein Rasternetz von Punkten die auf dem Belichter ausgegeben werden. Siebdruck Das bekannteste Durchdruckverfahren. Im Siebdruck sind fast alle Stoffe bedruckbar, auch Glasplatten, Bleche oder T-Shirts, wobei das Raster grob wiedergeben wird. Subtraktive Farbmischung Subtraktive Grundfarben wie Cyan, Magenta und Gelb werden für den Farbdruck benutzt. Der Begriff subtraktiv kommt daher, dass eine additive Farbe von Weiss subtrahiert werden muss, um eine subtraktive Farbe zu erhalten: Weiss - Rot = Cyan Weiss - Grün = Magenta Weiss - Blau = Gelb Tiefdruck Bei diesem Druckverfahren liegen die druckenden Flächen vertieft in der Druckform. Die druckenden Flächen sind mit Stegen in kleine Näpfchen unterteilt. Je tiefer ein Näpfchen ist, desto intensiver wird der Farbauftrag. Unbuntaufbau Verfahren zur CMYK-Separation von Farbbildern, bei der gleiche Anteile Cyan, Magenta u. Gelb z. T. durch Schwarz ersetzt werden, um Farbe zu sparen und Druckschwierigkeiten durch zu hohen Farbauftrag zu vermeiden. Vierfarb-Druck Ton- u. farbwertrichtige Wiedergabe einer Farbvorlage mittels subtraktiver Grundfarben (Cyan, Magenta, Gelb) und Schwarz mit je einer Druckform. 25.06.2003 19/20