Bakalářská práce. Moderní technologie tisku a jejich srovnání. Tomáš Mačuga

Transkript

1 Masarykova univerzita, Fakulta informatiky Bakalářská práce Moderní technologie tisku a jejich srovnání Tomáš Mačuga 2007

2 Prohlašuji, že tato práce je mým původním autorským dílem, které jsem vypracoval samostatně. Všechny zdroje prameny a literaturu, které jsem při vypracování používal nebo z nich čerpal, v práci řádně cituji s uvedením úplného odkazu na příslušný zdroj. Tomáš Mačuga

3 Shrnutí Úkolem této práce bylo provést srovnání moderních technologií tisku a popsat problematiku týkající se správy barev. Práce je podpořena záběry z mikroskopu dokumentující rozdílnosti v konstrukcích odlišných tiskových hlav. Hlavní přínosem je možnost srovnání vývoje tiskových hlav, který prodělaly v průběhu více než jedné dekády. Jako testované vzorky byly vybrány dvě inkoustové a jedna laserová tiskárna. Každá z inkoustových tiskáren se nachází na opačném konci vývoje. Pro porovnání kvality tisku současných technologií tisku byla k této dvojici přidána ještě moderní barevná laserová tiskárna. Pro každou z testovaných tiskáren byl vytvořen barevný profil, pomoci kterého byly později vytištěny srovnávané výtisky. Srovnávání výtisků bylo prováděno pod mikroskopem s různou úrovní zvětšení. Byly pořízeny vždy čtyři sady záběrů, které se vzájemně porovnávaly. Součástí práce je stručné seznámení s postupem generování profilu, osvětlení výhod používání barevných profilů a popis práce s gamuty výstupních zařízení. Práce začíná letmým seznámením s metodami správy barev, snaží se čtenáři dát alespoň základní vědomosti nutné pro pochopení problematiky správy barev. Pokračuje stručným popisem procesu generování barevného profilu. Práce je podpořena ukázkami obrazovek softwaru pro tvorbu barevných profilů a popisem jejich obsahu. V části věnované inkoustovému tisku je čtenář seznámen s historií a různými technologiemi inkoustového tisku jako např. s kontinuálním, termálním či piezo-elektrickým inkoustový tiskem. Práce se zabývá také typy tiskových hlav, složením a parametry inkoustu a dalšími neméně důležitými součástmi této opravdu široké oblasti. Velký prostor je věnován praktické části, která ilustruje vývoj jednorázových tiskových hlav. Je podpořena záběry z mikroskopu. Při její tvorbě bylo pro lepší ilustraci pokroku ve vývoji znehodnoceno hned několika inkoustových kazet. Výsledkem bylo zvýraznění změn, které se za více než deset let od uvedením nejstarší zkoumané kazety do prodeje udály. Třetí část věnovaná laserovému tisku se týkala spíše teoretických základů. Byl popsán způsob tisku, rozdíly v používaných tonerových prášcích a popsány nejnovější trendy vývoje technologie laserového tisku. Mezi tyto nejnovější trendy patří především osazování tiskáren čipy. Čtvrtá závěrečné část je čistě praktická. V této kapitole jsou porovnány výsledky tisku tří zvolených tiskáren, ukázány nedostatky tisku nejstarší z nich. Byla nastíněna problematika rozpíjení inkoustu na nevhodných potiskovaných médiích. V závěru byla ještě provedena jednoduchá kalkulace nákladů tisku testovaných tiskáren na jednu potištěnou stranu. Klíčová slova Správa barev, ICC profily, kontinuální tisk, termální inkoustový tisk, piezo-elektrický inkoustový tisk, laserový tisk, tonerový prášek, náklady na jednu vytištěnou stránku

4 Obsah 1. Správa barev Podstata správy barev Historie správy barev Standardizace v oblasti správy barev Podstata barvy Přístroje pro měření barev Denzitometry Kolorimetry Spektrofotometry Metody reprodukce barev Aditivní metoda Subtraktivní metoda Barevné prostory Na zařízení závislé barevné prostory Na zařízení nezávislé (CIE) barevné prostory ICC profily Praktická ukázka měření spektrofotometru v prostoru CIE LAB Praktická část Inkoustový tisk Úvod Historie inkoustového tisku Kontinuální tisk Drop-on-Demand tisk Termální inkoustový tisk Piezo-elektrický inkoustový tisk Tiskové hlavy Pevná tisková hlava Jednorázová tisková hlava Náplně pro inkoustový tisk Komory s inkoustem a trysky Inkoust Záběry z mikroskopu Laserový tisk Historie Technologie tisku Dělení laserových tiskáren Monochromatické barevné laserové tiskárny Jednoprůchodové víceprůchodové laserové tiskárny Inline karuselové laserové tiskárny Tiskárny používající klasický chemický tonerový prášek Tiskárny používající tiskový válec pás Tiskárny s optickým válcem bez optického válce Typy tonerového prášku Klasický (mechanický) tonerový prášek Chemický tonerový prášek (Chemically produced toner CPT) Sdílení technologií Osazování tonerových kazet čipy Závěrečné hodnocení Součásti praktické části Testované produkty Barevná inkoustová tiskárna HP 560C Barevná laserová tiskárna HP LaserJet

5 Barevná inkoustová tiskárna Canon PIXMA i Vyhodnocení Hodnocení z hlediska finančních nákladů Cena na jednu vytištěnou stranu u testovaných tiskáren Literatura

6 1. Správa barev 1.1. Podstata správy barev Správou barev dnes rozumíme proces, který pracuje v zařízení na pozadí a obvykle nevyžaduje nebo dokonce zakazuje zásah uživatele. Jeho cílem je zajistit, aby si jednotlivá zařízení s různými druhy barevných prostorů posílala svá data jednosměrně nebo obousměrně přes určité rozhraní. Výsledkem správy barev by mělo být zobrazení či obecně řečeno výstup ve shodě se vstupem. V případě obousměrné komunikace by měl být ve shodě také vstup s výstupem. Určitou roli zde hraje termín WYSIWYG (what you see is what you get), který vyjadřuje základní myšlenku co vidíte (na vstupu nebo výstupu), to dostanete (na výstupu). WYSIWYG v praxi je však jen obtížně realizovatelný Historie správy barev Správa barev je jednou z nejsložitějších oblastí celého procesu komunikace mezi jednotlivými zařízeními. Na začátku byly zařízení, které mohly reprodukovat barvu, výsadou spíše vědeckých laboratoří. Existoval jeden přístroj například počítač v tiskárně časopisů s monitorem, na který byl navázán nějaký výstup, např. přímo tiskový ofsetový stroj. Výrobce monitoru a stroje byl obvykle ten samý, a tak na základě výsledků měření (obvykle nějakou kontingenční tabulkou) přesně popsal, jak má na obrazovce zobrazená barva být vytisknuta na tiskovém stroji. Cílem byla relativně vyvážená barevná shoda toho, co bylo na monitoru s tím, co stroj nakonec vytiskl. Problém ovšem vznikl ve chvíli, kdy přišel jiný výrobce počítače s jinak pojatým přístupem ke zobrazování barvy na svém monitoru a chtěl tisknout na tento starý ofsetový stroj. V tom případě musela být vytvořena nová tabulka, která popisovala vztahy mezi tímto novým monitorem a starým ofsetovým strojem. Analogicky se tak stalo i v případě, že byl vyroben nový ofsetový stroj a použit starý monitor. Díky různému přístupu k interpretaci Správa barev

7 barev tak vznikalo tolik tabulek a kombinací, kolik bylo k dispozici vzájemně propojitelných přístrojů, z čehož logicky vychází jednoduchý matematický vztah popisující, že počet kombinací je roven násobku počtu vzájemně připojitelných přístrojů (n 2). Tato skutečnost začala výrobcům komplikovat situaci s kompatibilitou mezi svými zařízeními zejména na sklonku 80. let a začátku 90. let minulého století, kdy Adobe, Agfa, Hewlett-Packard, Kodak, Pantone, Xerox a další začali vyvíjet mnohdy velmi převratné přístroje, které ovšem mezi sebou nedokázaly komunikovat Standardizace v oblasti správy barev Firma Apple Computer, Inc. jako první pochopila, že problém nekompatibility kontingenčních tabulek profilů, musí být řešen mnohem jednodušeji, pokud možno nějakým univerzálním způsobem přímo v jádru operačního systému. Roku 1993 proto uvolnila aplikaci ColorSync, což je software pro správu barev, a založila konsorcium firem, používajících tento systém. ColorSync Consortium, později nově nazváno jako International Color Consortium ICC, je dnes základem úspěchu, který tato myšlenka s sebou nesla. ICC vytvořilo základní dokument ICC Profile Format Specification popisující otevřený formát profilu, který muže být použit kterýmkoli dodavatelem systému či aplikace. Z toho vyplývá, že konsorcium tímto vlastně standardizovalo správu barev založenou na využívání profilů a v podstatě dalo základ celému novému odvětví či oboru. Důležitost tohoto kroku dokládá také následný vznik samostatných vědních disciplín zabývajících se vnímáním barev kolorimetrie a spektrofotometrie. Kolorimetrie se zabývá předpovídáním barevných shod tak, jak by je vnímal typický člověk. Je základem správy barev, protože umožňuje barvy definovat jednoznačně vůči tomu, jak by měly být vnímány lidmi. Spektrofotometrie se zabývá měřením spektrální odrazivosti. Spektrální odrazivost je poměr mezi intenzitou světla dopadajícího na objekt a intenzitou světla odraženého do detektoru, který se měří pro každou vlnovou délku zvlášť Podstata barvy Barva je událost vznikající mezi třemi účastníky: zdrojem světla, objektem a pozorovatelem. Barevná událost je pak vjem pozorovatele způsobený paprsky světla určitých vlnových délek vyzařovanými zdrojem světla a modifikovanými objektem. Při změně kteréhokoliv z účastníků dojde ke změně výsledné barevné události tj. změně barvy. Základním poznatkem je, že neměříme barvu, ale pouze vlnovou délku světla odraženého od povrchu měřených objektu. Pro měření barvy se používají tři druhy přístrojů, jejichž princip činnosti je shodný. Tyto přístroje vyzařují světlo s přesně definovanou spektrální charakteristikou na povrch objektu a prostřednictvím detektorů se snaží změřit vlnovou délku odraženého světla. Detektor sám není schopen změřit vlnovou délku odraženého světla, proto je třeba světlo dopadající na detektor filtrovat. Zařízení pro měření barvy se pak liší v počtu a typu použitých filtrů a citlivostí jejich detektorů. [1] Správa barev

8 1.5. Přístroje pro měření barev Přístroje se dělí na tři skupiny: Denzitometry Kolorimetry Spektrofotometry Denzitometry Denzitometr slouží k měření hustoty (míry), s jakou objekt absorbuje či propouští světlo. Při tisku se používá pro kontrolu a úpravy použitého množství inkoustu. Obecně lze říci, že denzitometry slouží ke kalibraci zařízení. Denzitometry neměří hustotu přímo, ale měří poměr intenzity světla na objekt dopadajícího či jím procházejícího a světla dopadajícího do detektoru přístroje. Tento poměr je nazýván jako odrazivost (R) nebo propustnost (T). Zda jde o propustnost nebo odrazivost se určí na základě povrchu zkoumaného objektu. Při měření se využívají filtry, jejichž barva se shoduje s měřenou dominantní barvou, tzn. barva filtru odpovídá barvě měřeného povrchu. Díky použití filtru pak může detektor měřit neutrální šedé světlo Kolorimetry Kolorimetry měří světlo procházející přes filtry napodobující reakci různých typů čípků (receptorů) v lidském oku. Výsledky jsou převáděny do některého z CIE (Commission Internationale de l Éclairage) nezávislých barevných prostorů (modelů). Základní omezení kolorimetrů vychází již z jejich návrhu. Jsou navrženy pro využívání parametrů jen nějakého konkrétního standardního svítidla a úhlu pozorovatele. Kolorimetr nerozpozná metamerii, což je jev který umožňuje získání identického barevného vjemu pro dva odlišné barevné vzorky. Funguje ale také opačně, tedy pro jeden barevný vzorek pod různým osvětlením můžeme získat odlišné barevné vjemy. Kolorimetr nerozpozná, zda se jedná o metamerní shodu nebo o objekty s totožnými spektrálními charakteristikami Spektrofotometry Spektrofotometry lze používat jako denzitometry i jako kolorimetry. Jedná se o základní univerzální nástroj pro měření barev. Ze spektrálních charakteristik lze dopočítat jak denzitu (hustotu) tak kolorimetrické hodnoty. Spektrofotometry také řeší problém rozlišení zda se jedná o metamerní shodu či nikoliv Metody reprodukce barev Rozlišujeme mezi aditivní a subtraktivní metodou reprodukce barev Správa barev

9 Aditivní metoda Pokud rozdělíme celé viditelné spektrum světla na třetiny, dostaneme tři zdroje světla, které lze zhruba popsat pojmy jako červené světlo, zelené světlo a modré světlo. Tyto barvy odpovídají receptorům v lidském oku, které jsou právě na tyto tři barvy citlivé. Díky různým úrovním intenzity těchto základních barev je lidské oko schopné vnímat širokou paletu barev. Teoreticky složením všech tří složek získáme bílou barvu. V praxi je ale lidské oko na každou ze základních barev jinak citlivé, proto se musí barevné složky mísit poměrně k této citlivosti. Provázanost s subtraktivní metodou lze ilustrovat na způsobu míchání barev. Překrytím modré se zelenou dojde k vytvoření azurové, modré s červenou purpurové, červené se zelenou žluté Subtraktivní metoda Z bílého světla (vlnových délek bílého světla) jsou objektem, na který dopadá, filtrovány (odečítány) komplementární barvy aditivního modelu. V praxi se dá říct, že na bílou plochu jsou nanášeny pigmenty žluté, purpurové a azurové. Sloučením všech tří barev dojde k vytvoření skoro černé barvy. Protože soutiskem nelze vytvořit dokonale černou barvu, je v tiskárnách přidána ještě i náplň s černou barvou, která soutiskem s CMY zajistí dokonalejší reprodukci černé barvy. Opět je možné ilustrovat provázanost s aditivní metodou reprodukce barev. Překrytím pigmentů purpurové s pigmenty žluté dostaneme výslednou červenou barvu. Pigmenty žluté a azurové ve společné kombinaci budou odrážet zelené světlo a pigmenty azurové s pigmenty purpurové vytvoří odraz modré barvy Barevné prostory Barevné prostory slouží pro vyjádření množství barev, s nimiž jsme schopni pracovat. Barevný prostor je chápán jako karteziánský třírozměrný prostor, ve kterém každá osa označuje jednu základní barvu. Poloha na ose určuje intenzitu této barvy. Je třeba rozlišovat mezi barevnými prostory, založenými na metodách reprodukce barev, a mezi prostory reprezentující všechny viditelné barvy. V zásadě rozlišujeme dva barevné prostory: Na zařízení závislé barevné prostory Na zařízení nezávislé barevné prostory Na zařízení závislé barevné prostory Zobrazují pouze omezenou paletu barev dle metody reprodukce barev. Je to způsobeno omezeným gamutem (rozsahem barev a hodnot hustoty reprodukovatelných výstupním zařízením) zařízení. Rozsah barevného prostoru je závislý na zařízení, které jej zobrazuje, proto mluvíme o na zařízení závislých barevných prostorech Správa barev

10 Grey Space Paleta barev je tvořena pouze různými odstíny černé. Obvykle je používán pro práci s černobílými daty RGB Tento barevný prostor a oba z něj vycházející využívají aditivní metodu reprodukce barev. Barevnou paletu tvoří tři základní barvy červená (red), zelená (green) a modrá (blue). Barevný prostor vychází z předpokladu, že oko zdravého člověka obsahuje tři druhy receptorů citlivých na různé vlnové délky, které zhruba odpovídají červené (vlnová délka 630 nm), zelené (530 nm) a modré (450 nm). Barevné odstíny vznikají skládáním barev, jejichž intenzita se udává v intervalu <0;1>. V počítačové grafice se díky binární soustavě, ve které počítače pracují, Obr. 1.1 Barevný prostor intenzita barvy udává na intervalu <0;255>. K vyjádření RGB jednotlivých barevných složek se využívá šestnáctkové soustavy a to na intervalu 00-ff ( pro černou a ffffff pro bílou). Z barevného prostoru RGB také vycházejí další dva barevné prostory: HSV (HSB) Barevný prostor, který dovoluje barvu popsat pro člověka mnohem přirozenějšími termíny. Jsou to barva (hue), nasycení (saturation) a barevný tón (value). Pro zobrazení barev v modelu HSV se používá šestiboký jehlan umístěný do souřadnicového prostoru tak, že vrchol jehlanu se nachází v počátku a osa jehlanu je shodná se svislou osou, která zároveň znázorňuje změny jasu. Jas i sytost, které jsou umístěny na vodorovné ose, nabývají hodnot z intervalu <0;1>. Čisté barvy jsou rozesety ve hrotech podstavy. Barevný tón určuje velikost úhlu, který je měřený od osy S proti směru hodinových ručiček. Nabývá hodnot 0 až 360. Obr. 1.2 Bar. prost. HSV Nedostatkem tohoto barevného modelu skokový přechod mezi černou a bílou barvou. Použití jehlanu má za následek skokové změny barevného tónu. Někdy se model HSV označuje jako HSB Správa barev

11 HLS Stejně jako HSV dovoluje mnohem širší popis barvy, ale odstraňuje jeho nedostatky. Barvu (hue) a nasycení (saturation) má společné s HSV, ale přidává ještě termín jas (lightness). Tvar modelu odpovídá skutečnosti, že schopnost rozlišovat barevné odstíny klesá se ztmavováním nebo zesvětlováním základní čisté barvy. Obr. 1.3 Bar. prost. HSV CMY, CMYK Paleta barev tohoto prostoru je založena na aditivní metodě reprodukce barev. Základními složkami tedy jsou pigmenty azurové, purpurové a žluté barvy. Tento model vychází z malířských postupů mísení barev. Stejně jako v RGB i zde se intenzita barev udává na intervalu <0,1> a v počítačové grafice <0;255>. CMY je o nepříliš rozšířený barevný prostor. V současné době se používá u jednokazetových fototiskáren. Paleta barev je tvořena Obr. 1.4 Bar. prost. CMY pouze třemi základními pigmenty. Slabinou tohoto barevného prostoru je nemožnost dosáhnout úplně černé barvy. Proto vznikl prostor CMYK, kdy ke třem základním pigmentům je přidán pigment černé barvy. Tímto se dosáhne kvalitnějších tmavých tónů. Barevné prostory RGB a CMY jsou si velice podobné (oba se dají zobrazit jako jednotková krychle, kde se v protilehlých rozích nacházejí komplementární barvy), proto převod mezi nimi je relativně snadný. Barvu vyjádřenou v modelu CMY získáme odečtením stejné barvy vyjádřené v RGB od jednotkové matice. Problém působí odlišnost gamutů obou prostorů, z čehož plyne, že některé barvy zobrazitelné v prostoru RGB nelze zobrazit v prostoru CMY a naopak. Nevýhodou obou zmíněných prostorů je obtížná změna barevného tónu při zachování jasu. Kromě zde vyjmenovaných také existují barevné systémy, které se používají v televizorech jako např. barevný systém YIQ, barevný systém YCBCR, barevný systém NCS nebo barevný systém YUV. Nejsou ale pro tuto práci podstatné, proto zůstanu pouze u vyjmenování Správa barev

12 Na zařízení nezávislé (CIE) barevné prostory Nezávisle na tom, zda-li se jedná o displej nebo tiskárnu, každé zařízení má rozdílný rozsah barev, které dokáže produkovat. Přímý převod mezi dvěma závislými prostory vykazuje určité nepřesnosti. Proto již v roce 1931 provedla společnost CIE výzkum, jehož výsledkem bylo vytvoření nezávislých prostorů, které jsou spíše známé jako CIE barevné prostory. Nezávislými jsou nazvány, protože označení jednotlivých barevných odstínů nezávisí na subjektivních vlastnostech pozorovatele. Tyto prostory jsou využívány právě pro převod mezi dvěma závislými barevnými prostory. Celý CIE barevný systém se skládá z několika základních prvků. Byla definována: standardní svítidla definice spektrálních charakteristik sady světelných zdrojů, při kterých jsou objekty zkoumány standardní pozorovatelé představují sadu všech barev, které je člověk schopen vidět kolorimetrický prostor diagram chromatičnosti jednotné barevné prostory výpočty barevných rozdílů (ΔE) po změření a zakreslení dvou barev do barevného prostoru jsme schopni vypočítat jejich vzdálenost. Dle definice by tato vzdálenost měla odpovídat rozdílu mezi barvami, který uvidí lidský pozorovatel Diagram chromatičnosti CIE Yxy První chromatický diagram byl vytvořený organizací CIE roku Označen je jako CIE 1931 (x,y). V tomto diagramu je jas vyjádřen hodnotou Y. Stejně jako prostor CIE XYZ nepočítá s nelinearitou vnímání lidského oka. Také vzdálenost dvou bodů neodpovídá pokaždé rozdílu jejich působení na pozorovatele. Zbylé dvě hodnoty jsou spíše matematickými popisy, než aby vyjadřovaly konkrétní vlastnost barvy Diagram chromatičnosti CIE Yu v Plné označení CIE 1976 (u,v ). Svou definicí odstraňuje nerovnoměrnosti diagramu CIE Yxy. Je výsledkem snahy o přiblížení se barevnému prostoru CIE LAB. Složka Y opět vyjadřuje hodnotu jasu Kolorimetrický prostor CIE XYZ Definuje barvy pomocí tří teoretických základních barev X, Y a Z. Tento model odpovídá působení vlnových délek viditelného spektra světelného záření na receptory v lidském oku. Základní barvy jsou označeny za teoretické, protože neodpovídají žádnému reálnému zdroji světla. Barva Y má dvojí význam, mimo barvy ještě udává průměrné osvětlení receptoru v oku. Jinými slovy je barva Y nositelkou hodnoty jasu. -9- Obr. 1.5 Kolor. prost. CIE XYZ 1. Správa barev

13 Barevný prostor CIE LAB Nejpoužívanější barevný prostor založený na principu lidského vnímání barev. Díky třem barevným receptorům v lidském oku člověk vnímá tři různé stavy: světlo tma, červená zelená a žlutá modrá. Vzdálenost dvou bodů v souřadnicovém systému LAB odpovídá jejich barevné odchylce ΔE. Obr. 1.6 Barev. Prost. CIE LAB L hodnota jasu s rozsahem od 0 pro černou až po 100 pro bílou A 0 < A 100 označuje červenou, -100 A < 0 označuje zelenou, A = 0 označuje bezbarvost B 0 < B 100 označuje žlutou, -100 B < 0 označuje modrou, B = 0 označuje bezbarvost Díky binární soustavě, s kterou pracují počítače, je rozsah hodnot A a B v grafických programech na intervalu <-127;127>, proto je třeba standardní tabulkové hodnoty násobit koeficientem 1, Barevný prostor CIE LUV Svou definicí odpovídá barevnému prostoru CIE LAB, jen hodnoty A a B jsou nahrazeny hodnotami U a V. Tento barevný prostor se liší pouze pojmenováním svých složek. L analogicky k CIE LAB modelu U označuje hue (barvu), hodnoty U se stejně jako u CIE LAB pohybují na intervalu <-100;100> resp. <-127;127> V označuje value (barevný tón), hodnoty V se stejně jako u CIE LAB pohybují na intervalu <-100;100> resp. <-127;127> Barevný prostor CIE LCH Podobný jako CIE LAB a CIE LUV, ale místo pravoúhlých souřadnic pro určení bodu v barevném prostoru používá souřadnice polární. Jeho výhodou je jednoduchý převod z prostoru CIE LAB resp. CIE LUV. Barevný prostor CIE LCH je svou definicí velice podobný závislému barevnému prostoru HSV (HSB). L stejný význam jako u CIE LAB C měřítko pro sytost barvy (saturation, chroma), vyjadřuje vzdálenost od neutrální osy, počítá se jako strana trojúhelníku (C = (a2 + b2)1/2) H měřítko barevného (hue), hodnoty z intervalu 0 až 360, počítá se proti směru hodinových ručiček, hodnota odpovídá odstínu barvy (H = arctg(b/a)) Správa barev

14 1.8. ICC profily Profil je pouze soubor definující vztah mezi hodnotami barev získaných z daného zařízení a hodnotami barev nezávislých na zařízení. Hodnoty získané ze zařízení mají obvykle formu řídících signálů, které je nutné odeslat zařízení pro reprodukci požadované barvy. Odpovídající hodnoty barev nezávislých na zařízení jsou vyjádřeny v prostoru PCS (Profile Connection Space mezilehlý barevný prostor umožňující konverze z jednoho profilu do druhého). Jako prostory PCS se využívají CIE barevné prostory (jedná se o CIE XYZ nebo CIE LAB). Konverzní data je možné ukládat dvěma způsoby, přes matici (maticové profily) nebo tabulku (tabulkové profily). Obecně platí, že maticové jsou díky ukládání pouze devíti hodnot menší a tudíž rychlejší než tabulkové. Ovšem ale i zde platí, že rychlost degraduje kvalitu. Maticové profily vždy využívají prostor CIE XYZ jako prostor PCS. Profily pro výstupní zařízení jsou největší ze všech, musí být vždy tabulkové, protože devět hodnot matickového profilu na jejich popsání nestačí. Tabulkové profily jsou tvořeny vyhledávací tabulkou (LUT). Jedná se o tabulku čísel, kde na jedné straně jsou vstupní hodnoty a na straně druhé odpovídající hodnoty výstupní. Pokud při tisku systém pro správu barev nenajde v tabulce požadovanou hodnotu, pokusí se dohledat hodnotu nejbližší možnou. Profil zařízení obsahuje informace o třech základních proměnných popisujících chování zařízení. Jedná se o gamut, dynamický rozsah a charakteristiky reprodukce tónů barviv. Profily jsou tvořeny pro jednotlivá zařízení nebo pro celou třídu zařízení. Tzn. že vytváříme profil buď pro jednu tiskárnu např. HP 6122 (kterou máme k dispozici, pro určitý typ papíru a inkoustu) nebo pro celou třídu tiskáren HP Do druhé skupiny profilů spadají právě generické profily, které dodává výrobce již se zařízením Praktická ukázka měření spektrofotometru v prostoru CIE LAB Obr. 1.7 Problémy s průkazností ΔE Obr. 1.7 vyvrací mylnou domněnku mnoha lidí, že jediným směrodatným ukazatelem je ΔE, která by měla vyjadřovat rozdíl barev tak, jak jej vidí pozorovatel. Analýzou naměřených dat dojdeme ke zjištění, že Δb u vzorku č. 2 je oproti cíli (cílová barva v levém čtverci) více do žluta, zatímco vzorek č. 3 se oproti cíli liší zejména v jasové složce ΔL. ΔE představující Správa barev

15 barevný rozdíl je u obou vzorků matematicky shodná, ale vizuálně rozdílná. Z toho vyplývá, že je důležitější kontrolovat kromě ΔE vždy i ostatní odchylky v jednotlivých souřadnicích ΔL, Δa a Δb Praktická část Úkolem praktické části správy barev bylo vytvoření profilu pro dvě inkoustové a jednu laserovou tiskárnu. Výsledky tisku po aplikaci barevných profilů jsou umístěny v kapitole 4. Závěrečné hodnocení. Profilování tiskáren začíná tiskem kalibrační výtisků obsahujících sadu barevných polí. Hotový výtisk putuje do skeneru, který změří LAB hodnoty jednotlivých polí. Zjištěné hodnoty odešle ke zpracování softwarovému produktu určenému k vytváření barevných profilů např. Monaco Profiler, který vytvoří barevný profil (obvykle tabulkový profil). Pro nejkvalitnější barevný profil by bylo potřeba načíst milióny barevných polí. Tak obrovské množství by vedlo k vytvoření profilu zabírajícího řádově stovky MB. Proto se obvykle pro kvalitnější profily volí okolo barevných polí. Obr. 1.8 Nejmodernější přístroje typu X-RITE DTP70 automatizují vytváření X-RITE DTP70 barevných profilů díky schopnosti naskenování tisíců barevných polí během několika minut. Ruční skenování takového množství polí by zabralo několik hodin. Obr. 1.9 Ukázka kalibračního výtisku pro skener X-RITE DTP70 (výřez vytisknut tiskárnou HP DeskJet 560C) Obr Obrazovka programu Monaco Profiler udávající počet barev, tisknutelných danou tiskárnou Správa barev

16 Obr Gamuty tří testovaných tiskáren v prostoru CIE LAB, L = 89 Obr Gamuty tří testovaných tiskáren v prostoru CIE LAB, L = Správa barev

17 Obr Gamuty tří testovaných tiskáren v prostoru CIE LAB, L = 52 Obr Gamuty tří testovaných tiskáren v prostoru CIE LAB, L = 22 Z hodnot získaných při načítání kalibračního výtisku je v softwaru pro správu barev odvozen počet tisknutelných barev dané tiskárny (obr. 1.10). Kromě počtu barev je zjištěn také gamut (barevný rozsah) tiskárny. Ten je poté vykreslen do nezávislého barevného prostoru CIE LAB (obr. 1.11, obr. 1.12, obr a obr. 1.14). Jak je na obr patrné, uživatel může mít otevřeno více barevných profilů pro různé tiskárny (obr. 1.10). Obr popisují změny rozsahu tisknutelných barev v závislosti na jejich světlosti/tmavosti. Barvy objektů v pravé části odpovídají barvám ve sloupci 2D Color na obr Vzájemným porovnáním dojdeme k závěru, že tiskárna Epson 12p, která je schopná vytisknout barev (vyskytuje se na obr jako červený objekt) dokáže v určitých místech vytisknout více barev, než je schopen zobrazit klasický monitor zastoupený profilem srgb (charakterizovaný žlutým objektem) Správa barev

18 2. Inkoustový tisk 2.1. Úvod O všestrannosti digitálního tisku svědčí jeho široká míra využití např. v různých průmyslových odvětvích, v medicíně (tisk přesných dávek léků na papír), při výrobě plochých TFT obrazovek (přesné umísťování luminoforů) atd. Perspektivní je také tisk inkoustem viditelným pouze pod ultrafialovým světlem. Umožňuje tisk ochranných znaků, které lidskému oku za normálních podmínek zůstávají skryty Historie inkoustového tisku Obr. 2.1 Rozdělení technologie inkoustového tisku Inkoustový tisk

19 Předchůdcem Drop-on-Demand (D-o-D) tisku tak jak jej známe z dnešních inkoustových tiskáren, které jsou používány v kancelářích a domácnostech byl tzv. kontinuální tisk. Kontinuální tisk je výsledkem snahy vývojářů nahradit již zastaralé jehličkové tiskárny. I přes výhodu relativně rychlého tisku byl nakonec díky své neefektivnosti vytlačen D-o-D tiskárnami. V dnešní době se kontinuální tisk používá převážně v zařízeních pro velkoformátový tisk Kontinuální tisk Při kontinuálním tisku je vytvářen nepřetržitý proud kapek. Dle použité metody vychylování kapek rozlišujeme tiskárny s binárním nebo vícenásobným vychylovacím systémem. V případě binárního vychylovacího systému jsou kapky buď nabité nebo nikoli. Nabité kapky pokračují v letu přímo na potiskované médium. Zbytek kapek je pomocí vychylovacího plátu odváděn do odpadní nádobky. Odtud po filtraci putuje zpět do zásobníku. Princip kontinuálního tisku s binárním vychylovacím systémem ilustruje obr Obr. 2.2 Schématické znázornění binárního vychylovacího systému Vícenásobný vychylovací systém pracuje na stejném principu jako binární. Rozdíl je v nabíjení kapek. Kapkám je dáván náboj o různé intenzitě. Při průchodu vychylovacím plátem tak intenzita náboje určuje úhel pod kterým vyletí kapka na papír. To umožňuje jedné trysce vytisknout malý pruh. Princip kontinuálního tisku s vícenásobným vychylovacím systémem ilustruje obr Díky stálému toku inkoustových kapek lze s kontinuálním tiskem dosáhnout rychlejšího tisku, protože není nutné čekat na ochlazení topného tělesa resp. změnu velikosti piezo-krystalu. Obr. 2.3 Schématické znázornění vícenásobného vychylovacího systému Inkoustový tisk

20 2.4. Drop-on-Demand tisk Dělení technologií Drop-on-Demand tisku dle způsobu vytváření kapek: Termální inkoustový tisk Piezo-elektrický inkoustový tisk Elektrostatický Akustický V případě D-o-D tisku jsou kapky vystřelovány jen pokud je to třeba, tzn. co kapka, to bod na potiskovaném mediu. V průběhu let 20. století započal vývoj termálního inkoustového tisku. Jako hlavní představitelé tohoto oboru jsou obvykle označovány firmy Hewlett-Packard, Canon a Lexmark. Tuto technologii používala do roku 1993 také firma Epson, kdy uvedla do prodeje svou první tiskárnu Epson Stylus 800 fungující na principu piezo-elektrického tisku a od dalšího vývoje technologie termálního inkoustového tisku upustila. Za zmínku stojí také metody elektrostatického a akustického inkoustového tisku, jež jsou v současné době ve stádiu vývoje a patentového řízení. Zatím ovšem nedoznaly žádného výrazného komerčního úspěchu Termální inkoustový tisk Jedna z pověstí praví, že roku 1985 pracovník firmy Canon náhodou přiložil rozpálenou páječku k injekční stříkačce, což způsobilo vystříknutí kapky inkoustu z trysky. Takto vznikla technologie propagovaná firmou Canon, s obchodním označením Bubble-Jet. Tento příběh velmi dobře a jednoduše popisuje základní princip termálního inkoustového tisku. Označení termální vychází z názvu hlavního činitele, kterým je teplo. Topné těleso zahřáté na 300 C zahřeje méně než 0,3% obsahu komory s inkoustem (oficiální informace firmy HewlettPackard). Za předpokladu, že celkový obsah komory je 130 pl, je zahříváno pouhých 3,9 pl inkoustu. Při teplotě 300 C se u topného tělesa odpařením malého množství inkoustu vytvoří bublina, která svým rozpínáním v omezeném prostoru komory zapříčiní vystříknutí inkoustu. Poté je topné těleso ochlazeno. Tento proces se v současných tiskárnách opakuje i více než krát za vteřinu. K ohřátí topného tělesa dochází jen tehdy, je-li potřeba vytisknout jeden tiskový bod. Podle způsobu umístění topného tělesa rozlišujeme komory realizované technologii roof-shooter nebo side-shooter Roof-shooter V konstrukčním řešení označovaném jako roof-shooter je topné těleso umístěno přímo proti ústí trysky. Bublina vzniklá odpařením inkoustu se tak rozpíná přímo proti trysce Side-shooter Topné těleso je umístěno kolmo k trysce. Bublina se tedy nerozpíná přímo proti trysce, ale proti protější stěně komory. Princip tisku ale zůstává stále stejný Inkoustový tisk