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Grundlage Raster
Anders als in der Fotografie können beim Offsetdruck keine echten Halbtöne dargestellt werden. Hier gibt es nur Farbe oder keine Farbe. «Ein bisschen Farbe» gibt es nicht. Durch die Rasterpunkte kann man das menschliche Auge täuschen und Helligkeitsunterschiede vorgaukeln. Die Rasterpunkte sind in einer Gitterstruktur (Matrix) angeordnet.
Halbtonbild (Auflösung 4 Pixel pro cm)
Rasterbild (4 Linien pro cm)
AM- und FM-Raster
Beim amplitudenmodulierten Rasterverfahren besitzen die Rasterpunkte gleiche Abstände und die Halbtöne werden durch unterschiedliche Grössen der Rasterpunkte erzeugt. Es wird auch «autotypischer Raster» genannt.
Zusammenfassung der Eigenschaften
- gleichabständige Rasterpunkte
- Halbtöne werden mit unterschiedlichen Punktgrössen dargestellt
- regelmässige Musterbildung
Frequenzmodulierte Raster, FM-Raster oder stochastische Raster sind im Gegensatz zu den AM-Rastern aus einer Vielzahl kleiner, fein verteilter Punkte aufgebaut. Das bedeutet, dass mit zunehmendem Tonwert die Zahl der gesetzten Punkte grösser wird, bis sie sich dann bei zunehmender Flächendeckung gegenseitig berühren und zusammenwachsen. Es wird also in erster Linie die Rasterfrequenz variiert. Das bedeutet, alle Punkte sind gleich gross, Helligkeit und Farbeindruck entstehen über die Anzahl der Punkte (Frequenz). Diese Punkte sind zufällig (stochastisch) angeordnet. Es braucht keine Rasterwinkelung und es enstehen dadurch keine Rosetten oder Moirés.
FM-Raster der 1. Generation
Für den Druck geeignete FM-Raster muss man möglichst schnell und einfach generieren können. Sie dürfen keine Artefakte haben und sie sollten auch noch gut druckbar sein. Die Kunst bei der Entwicklung von FM-Rastern bestand nun darin, die Zufallsrasterung so zu wählen, dass in der visuellen Beurteilung keine sich wiederholenden Strukturen zu erkennen sind. Das ist bei obenstehendem Beispiel der Fall, dies im Gegensatz zu den noch älteren Ordered Dither-und Error Diffusion-Rastern, die z. B. in Tintenstrahl- und Laserprintern verwendet werden. Wie bei allen FM-Rastern entsteht hier nicht die übliche Offset- Rosette, sondern ein Aussehen, das am ehesten mit einem Farbfoto vergleichbar ist.
FM-Raster der 2. Generation
Der auffälligste Unterschied zu den FM-Rastern der 1. Generation zeigt sich in den mittleren Flächendeckungen durch eine wurmartige Gruppenbildung der Punkte. Durch die stärkere Gruppenbildung ist die Punktzunahme im Druck geringer und damit die Weiterverarbeitung einfacher und stabiler.
Zusammenfassung der Eigenschaften
- unterschiedliche Abstände der Punkte
- alle Punkte sind gleich Gross
- Halbtöne werden durch eine unterschiedliche Anzahl Punkte dargestellt
- zufällige Verteilung der Punkte
Flächendeckung 25%
(links FM-Raster und rechts AM-Raster)
- hohe Auflösungen (tonwert- und detailreiche Wiedergabe)
- kein Moirée oder sichtbare Rosetten
- durch den FM-Raster werden Linien, Diagonalen schöner, da es keine «Treppenbildung» gibt
- tiefere Kosten (FM verlangt bessere Druckplatten, schwieriger zum Drucken)
- keine Wolkenbildung in homogenen Flächen (speziell in den Mitteltönen)
Hybrid-Raster sind eine Kombination aus konventioneller Rasterung im Mitteltonbereich und frequenzmodulierter Rasterung in den Lichtern und Tiefen. In den Mitteltönen unterscheidet sich der Hybridraster nicht von den bekannten AM-Rastern. Bewegt man sich in Richtung hellerer Tonwerte, so werden die Rasterpunkte zunächst wie gewohnt kleiner, bis sie eine vorgegebene Mindestgrösse erreicht haben. Ab dann verschwinden ganze Rasterpunkte nach einem quasi zufälligen Algorithmus und es vollzieht sich der Übergang vom amplituden- zum frequenzmodulierten Raster. Bewegt man sich dagegen in Richtung dunklerer Tonwerte, so werden die Rasterpunkte wie gewohnt immer grösser und die «Löcher» dazwischen immer kleiner. Unterschreiten die Löcher eine Mindestgrösse, so verschwinden dann, analog zum Vorgehen in den hellen Tonwertbereichen, auch hier ganze Löcher nach einem quasi zufälligen Algorithmus. Die Hybrid-Raster lösen ein Dilemma des konventionellen Drucks: Bei höherer Rasterfeinheit werden die Rasterpunkte in den Lichtern so klein, dass sie teilweise wegbrechen und zu einem Tonwertbereich mit instabilem Druckverhalten führen. Analog dazu verhält es sich mit den Löchern in den Tiefen. Somit geht Lichter- und Tiefenzeichnung verloren. Mit Hybrid-Rastern lässt sich die Glätte extrem feiner Raster mit guter Druckbarkeit verbinden. Zusätzlich wird, wie bei den FM-Rastern, eine sehr gute Detailschärfe erreicht. Ausserdem sind wegen der feinen Raster Moirés eher unwahrscheinlich. Kurz zusammengefasst: Hybrid-Raster verbinden die Vorteile konventioneller (AM) und frequenzmodulierter (FM) Raster.
Zusammenfassung der Eigenschaften
- Mitteltöne: AM – keine Wolkenbildung
- Lichter und Tiefen: FM – Zeichnung geht nicht verloren (gute Detailwiedergabe und Schärfe)
Rasterweite
Die Frequenz der Rasterpunkte, also deren Abstand zueinander, ist innerhalb eines Bildes und auf eine Druckfarbe bezogen konstant. Die Rasterweite gibt man in Linien pro Zentimeter bzw. pro Inch an. Die Detailwiedergabe ist von der Rasterweite abhängig. Je höher die Rasterweite, das heisst je mehr Rasterpunkte pro Flächeneinheit vorhanden sind, desto feinere Details können wiedergegeben werden. Die Rasterweite wird in der Regel abhängig vom Druckverfahren und dem Bedruckstoff bestimmt. Um die Rasterweite zu bestimmen, wird immer in Richtung der Rasterlinien gezählt.
Die Rasterweite beträgt in beiden Beispielen 6 l/cm. Die Raster unterscheiden sich nur durch verschiedenen Rasterwinklungen. Anstelle von 6 l/cm wird auch die Bezeichnung «6er-Raster» verwendet.
Winkelung
Mit der Rasterwinkelung definiert man, in welchem geometrischen Winkel, bezogen auf die Senkrechte, die Rasterpunktlinien verlaufen.
Konventionell
Bei der konventionellen Rasterwinkelung wird die zeichnendste Farbe (Schwarz) auf 45° gelegt. Bei diesem Winkel fällt das Raster am wenigsten auf.
Die beiden anderen stark zeichnenden Farben Cyan und Magenta müssen um ein Moirée zu verhindern in einem Abstand von 30° dazu gedruckt werden.
Es bleibt in der Mitte nur noch die 0°/90°-Position übrig, die jedoch ein Moirée erzeugt. Da Gelb am wenigsten zeichnet, wird es auf diese Position gelegt.
Bei einfarbig gedruckten Bildern sollte die Rasterwinkelung so gewählt werden, dass die Punktzerlegung für das Auge möglichst unaufällig erfolgt.
Rasterwinkel = 0°
Rasterwinkel = 45°
Untersuchungen haben gezeigt, dass eine Rasterwinkelung von 45° für einfarbige Bilder die optimalste Bildwiedergabe bringt. Bei der 0° oder 90°-Winkelung bildet das Auge horizontal oder vertikal verlaufende Punktlinien, die bei groben Rastern sehr deutlich auffallen.
Winkelung
- K: 45°
Winkelung
- C: 15°
- M: 75°
- Y: 0°/90°
- K: 45°
Winkelung
- C: 15°
- M: 45°
- Y: 0°
- K: 75°
Bei Bildern mit mehr als vier Farben müssen jeweils zwei Farben mit der gleichen Rasterwinkelung belegt werden. Damit keine Moirés entstehen, dürfen sich die Farben nicht überlagern. Deshalb liegt der Rasterwinkel gleich wie der der Komplementärfarbe: Ein Neonorange wird also auf den selben Winkel wie Cyan gelegt. Eine grüne Sonderfarbe auf den gleichen Winkel wie Magenta usw.
Rosettenarten
Der schwarze Punkt kann störend Auffallen.
bessere Detailwiedergabe, Muster ist weniger störend
Moirée
Ein Moirée entsteht, wenn sich zwei Raster in einem ungünstigen Winkel überlagern. Es ergeben sich regelässige, unerwünschte Strukturen (Muster) die von blossem Auge sichtbar sind.
Berechnung der Rasterzellen
Bei der rationalen Rasterung werden Rasterwinkel gewählt, bei denen die Eckpunkte der Rasterzellen immer auch auf die Eckpunkte der Belichtermatrix treffen. Dadurch sind alle Rasterzellen identisch. Rasterpunkte müssen für jeden Tonwert nur einmal berechnet werden. Das verkürzt die Rechnungszeit. Rationale Tangentenwinkel sind zum Beispiel 0° und 45°.
Irrationale Winkel (15° und 75°) werden auf den nächsten rationalen auf- oder abgerundet (18,435° und 71,565°). Das verkürzt die Rechenzeit, erhöht aber die Gefahr der Moiréebildung. Auch die Rasterweite ist so für jeden Winkel leicht unterschiedlich.
Die irrationale Rasterung wird bei Winkeln angewandt, bei denen die Ecken der Rasterzellen und die der Belichtermatrix nicht immer übereinstimmen. Jeder Rasterpunkt muss demnach separat berechnet werden, was die Rechenzeit verlängert. Irrationale Winkel sind zum Beispiel 15° und 75°.
Mehrere Rasterzellen werden zu einer zusammengefasst (z. B. 4×4). Diese wird dann auf einen rationalen Winkel gelegt. Dadurch erhält man eine gute Annäherung an die irrationalen Winkel, die Rechenzeit wird aber nicht allzu lang, da eine Superzelle nur einmal berechnet werden muss.
Basiert auf RT-Screening mittels Superzellen. Erzeugt eine gute Annäherung an die irrationalen Rasterwinkel (15,003° und 74,996°) und an die gewünschte Rasterweite.
Punktform
Die Form eines Rasterpunktes beeinflusst den Tonwertverlauf zwischen Hochlicht und Tiefe. Die elliptische Punktform ist am verbreitetsten, da der Punktschluss auf zwei Bereiche aufgeteilt ist und so weniger starke Tonwertsprünge auftreten.
Bereich in dem sich die Rasterpunkte an den Ecken berühren, es entsteht ein Tonwertsprung.
Eine sichtbare Abstufung zum sonst gleichmässigen Grauverlauf.
| Form | Punktschluss | Anwendung |
|---|---|---|
| Rund | 70% | Flexodruck |
| Elliptisch | 40% und 60% | Offset-, Sieb-, Hochdruck |
| Quadratisch | 50% | Technische Motive |
Die Punktform «rund» ist für den Flexodruck entwickelt worden. Dieser durchgehend runde Punkt hat den Punktschluss bei 78%. Nach dem Punktschluss bleiben kissenförmige Löcher. Der Flexodruck als Hochdruckverfahren mit elastischen Druckformen, die die Rasterpunkte «breitquetschen», führt zu einer deutlich grösseren Punktzunahme als es im Offsetdruck üblich ist. Der Punktschluss liegt bei dieser Form in einem Bereich, in dem ohnehin die Rasterpunkte bereits zugelaufen sind. Durch den späten Punktschluss wird der dabei sonst entstehende Tonwertsprung vermieden. Der Flexodruck wird überwiegend für den Druck von Verpackungen, Plastiktüten, Etiketten usw. eingesetzt.
Die Punktform «elliptisch» ist der empfohlene Rasterpunkt für den Offsetdruck. Dieser Punkt beginnt im Lichterbereich als nahezu kreisrunder Punkt, wird dann zunehmend elliptisch, im Bereich des ersten Punktschlusses bei 44% wird er etwa rautenförmig. Nach dem zweiten Punktschluss bei 61% werden zunächst rautenförmige, dann elliptische und in der Bildtiefe wieder kreisrunde Löcher erzeugt. Beim elliptischen Punkt wird der Punktschluss auf zwei Bereiche aufgeteilt. Dadurch wird der Effekt des Tonwertsprungs abgemildert und bei der Kalibrierung besser steuerbar. Dies ist die ideale Punktform für den Offsetdruck. Auch für den Siebdruck, Hochdruck und die Offset-Tiefdruck-Konversion wird der elliptische Punkt empfohlen.
Die Punktform «quadratisch» ist die klassische, vom Glasgravurraster abgeleitete Punktform für den Offsetdruck. Dieser Punkt beginnt im Lichterbereich als nahezu kreisrunder Punkt, wird dann zum Punktschluss hin zunehmend quadratisch und zur Bildtiefe hin werden runde Löcher generiert. Die Punktschlüsse liegen hier bei 50% und sind leicht gegeneinander versetzt, so dass der Tonwertsprung etwas gestreckt wird und damit über eine Kalibrierung besser steuerbar ist. Diese Punktform wurde gerne für technische Motive (z. B. Stahl, Porzellan) eingesetzt, wobei der im Druck entstehende Tonwertsprung zur Steigerung des Kontrastes im Mittelton genutzt wurde. Es ist jedoch sinnvoller, den Kontrast durch Änderung der Gradationskurve im Bildbearbeitungssystem einzustellen und mit dem elliptischen Punkt zu belichten. Zum Teil wird dieser Rasterpunkt noch in eingefahrenen Prozessen eingesetzt.
Flächendeckung
Die Flächendeckung wird in Prozenten angegeben. Sie definiert die Fläche (Grösse) des Rasterpunktes im Verhältnis zur Fläche der Rasterzelle. Die Rasterzelle, früher auch als Einheitsquadrat bezeichnet, ist die Fläche, die einem Rasterpunkt zur Verfügung steht.
Je grösser der Wert für die Flächendeckung ist, desto dunkler erscheint der Tonwert.
Flächendeckung [%] = (Fläche des Rasterpunktes : Fläche der Rasterzelle) × 100
Rastertonwert
In der Praxis werden die Tonwerte von gerasterten Bildern ausschliesslich mit dem Densitometer gemessen. Das Densitometer kann jedoch nicht die Flächendeckung erfassen, sondern misst das durchgelassene oder remittierte Licht. Die Messgrösse für Rasterflächen wird dann als Rastertonwert bezeichnet, der wie die Flächendeckung, in Prozenten angegeben wird.
Bei gedruckten Rasterbildern ist der Rastertonwert stets grösser als die Flächendeckung. Die Ursachen liegen in der Lichstreuung von Papieren und dem damit verbundenen Lichtfang. Durch den sogenannten Lichtfang wird weniger Licht zurückgestrahlt als von der Flächendeckung her zu erwarten wäre. Der Tonwert erscheint dem entsprechend dunkler.
Der Rastertonwert ist also die relevante Messgrösse für alle gedruckten Rasterflächen. Da die eigentliche Flächendeckung und der Lichtfang berücksichtigt wird, entspricht der Rastertonwert auch dem visuellen Eindruck.
In der Regel hat ein digitales Bild 256 Graustufen, die dann in eine Punktgrössenskala von 0% bis 100% umgerechnet werden. Die Graustufe 128 wird z. B. mit einer Rasterpunktgrösse von 50% erreicht. Die Umrechnung erfolgt generell mit der Gleichung:
Rastertonwert [%] = (255 – Graustufenwert : 255) × 100
Die Anzahl Recorderelemente pro Zentimeter wird durch die Rasterweite in Linien pro Zentimeter dividiert. Das Ergebnis gibt an, mit wievielen Recorderelementen die Kantenlänge einer Rasterzelle gebildet wird. Diese Zahl im Quadrat ergibt dann die Anzahl der möglichen Rasterpunktgrössen.
Rasterzelle
L = Linien, bzw. Rasterpunkte pro Zentimeter (l/cm)
NA = Anzahl Tonwertstufen pro Farbe bei der Ausgabe (ohne Weiss)
A = Auflösung des Belichtergerätes in dots per inch (dpi)
L = A : (2,54 × √NA)
L = Linien, bzw. Rasterpunkte pro Zentimeter (l/cm)
NA = Anzahl Tonwertstufen pro Farbe bei der Ausgabe (ohne Weiss)
A = Auflösung des Belichtergerätes in dots per inch (dpi)
NA = (A : (2,54 × L))2
Die Belichterauflösung ist bestimmend für die Anzahl Graustufen im gerasterten Bild und für die Rasterfeinheit, also der Rasterweite. Diese Zusammenhänge wollen wir etwas genauer betrachten. Beim Belichten werden die einzelnen Rasterpunkte durch kleine Laserpunkte gebildet. Dabei ist jedem Rasterpunkt eine bestimmte Fläche (Rasterzelle) zugeordnet, die dann wiederum von der Rasterweite abhängig ist (1/Rasterweite im Quadrat). Bei einem 60er Raster (Rasterweite = 60 L/cm) wäre das 1/60 cm². Diese Fläche wird also entsprechend dem Grauwert beim Belichten mehr oder weniger «gefüllt». Man kann sich demzufolge diese Fläche, die einem Rasterpunkt zugeordnet ist, in weitere kleine Flächen unterteilt vorstellen. Die Grösse dieser kleineren Flächen ist von der Grösse des Laserstrahles abhängig, bzw. von der Auflösung des Belichters.
Die Rasterweite, die Anzahl Graustufen und die Belichterauflösung beeinflussen sich gegenseitig. Nehmen wir zum Beispiel die Belichterauflösungen 635, 1270 und 2450 dpi, wie sie bei Belichtern üblicherweise möglich sind. Welche Rasterweiten sind nun möglich, wenn 64 Grauabstufungen verlangt werden? Bei 64 Graustufen muss die Rasterzelle aus 64 Teilen zusammengesetzt sein, d. h. aus 8 mal 8 Recorderelementen. Die Grösse der REL ist durch die Anzahl dots per inch des Belichters gegeben. Da die Rasterweite üblicherweise auf den Zentimeter bezogen ist, geben wir die Anzahl Belichterpunkte ebenfalls bezogen auf einen Zentimeter an. Bei 635 dpi ergibt dies 250 Punkte pro Zentimeter, bei 1270 dpi 500 und bei 2540 dpi 1000 Punkte. Mit den verlangten 64 Graustufen hat eine Rasterlinie, bzw. ein Rasterpunkt eine Breite von 8 REL. Die maximale Rasterweite erhalten wir also in dem wir die Recorderelemente pro Zentimeter durch 8 dividieren.
Belichterauflösung berechnen
L = Linien, bzw. Rasterpunkte pro Zentimeter (l/cm)
NA = Anzahl Tonwertstufen pro Farbe bei der Ausgabe (ohne Weiss)
A = Auflösung des Belichtergerätes in dots per inch (dpi)
A = L × √NA × 2,54
Beispiele
| A Belichterauflösung 635 dpi oder 250 dpcm max. Rasterweite 250 : 8 = 31.25 L/cm bei 64 Graustufen | B Belichterauflösung 1270 dpi oder 500 dpcm max. Rasterweite 500 : 8 = 62.5 L/cm bei 64 Graustufen | C Belichterauflösung 2540 dpi oder 1000 dpcm max. Rasterweite 1000 : 8 = 125 L/cm bei 64 Graustufen |
Wieviel Tonwertstufen sind bei den drei Belichterauflösungen möglich, wenn eine bestimmte Rasterweite vorgegeben ist? Die Anzahl Recorderelemente pro Zentimeter wird durch die Rasterweite in Linien pro Zentimeter dividiert. Das Ergebnis gibt an, mit wievielen Recorderelementen die Kantenlänge einer Rasterzelle gebildet wird. Diese Zahl im Quadrat ergibt dann die Anzahl der möglichen Rasterpunktgrössen.
| A Belichterauflösung 635 dpi oder 250 dpcm Rasterweite = 62,5 L/cm Anzahl Tonwertstufen 250 : 62,5 = 4 4 × 4 = 16 | B Belichterauflösung 1270 dpi oder 500 dpcm Rasterweite = 62,5 L/cm Anzahl Tonwertstufen 500 : 62,5 = 8 8 × 8 = 64 | C Belichterauflösung 2540 dpi oder 1000 dpcm Rasterweite = 62,5 L/cm Anzahl Tonwertstufen 1000 : 62,5 = 16 16 × 16 = 256 |