Ci sono alcune cose che i dispositivi informatici possono fare che sembrano un po' miracolose quando inizi a esaminare come funzionano. Uno di questi è la stampa di immagini a colori finemente dettagliate. Una moderna stampante a getto d'inchiostro di solito è dotata di solo tre tonalità primarie, più il nero e forse un paio di colori secondari basati su quelli primari.
Eppure questo set limitato di elementi costitutivi può essere utilizzato per creare una tavolozza di colori quasi infinita. Per raggiungere questo obiettivo vengono impiegati numerosi processi, ma il principale è chiamato dithering e in questa funzione spiegheremo esattamente come funziona.
Il processo di base del dithering prevede l'approssimazione di un gradiente continuo di colore utilizzando la presenza o l'assenza di colore con una singola intensità. Per un dithering monocromatico, i punti sono bianchi o neri. Per il dithering del colore, i punti saranno i colori primari disponibili, miscelati nella proporzione appropriata per la tonalità desiderata. Il posizionamento intelligente dei punti imita la densità del colore dell'immagine continua.
L'occhio umano continuerà a vedere l'immagine continuamente colorata anche se i punti sono visibili, perché il cervello è cablato per riempire gli spazi vuoti, allo stesso modo in cui percepiamo il movimento continuo da un film composto da 24 fotogrammi fissi al secondo, o da un'immagine televisiva che viene aggiornata solo ogni 25 di secondo. Con le stampe moderne dovrai guardare da vicino per individuare gli effetti del dithering, se è visibile.
Un pixel su un display a colori avrà solo tre scelte di colore, rosso, verde e blu, e queste verranno combinate per creare altri colori. Il colore è additivo, quindi le lunghezze d'onda della luce si mescolano per creare tonalità diverse e saranno bianche se tutte e tre le tonalità primarie vengono mescolate alla massima intensità.
La stampa, d'altra parte, è sottrattiva, quindi i pigmenti assorbono alcune lunghezze d'onda della luce e la loro combinazione significa che viene assorbita una gamma più ampia di lunghezze d'onda. Questo è il motivo per cui la stampa ruota attorno al ciano, al magenta e al giallo e perché verrà creato il nero se tutti e tre vengono mescolati insieme alla massima intensità. Nonostante ciò, di solito è presente una quarta cartuccia nera per garantire che la stampa in nero sia il più pura possibile.
Tuttavia, con uno schermo ogni pixel di colore avrà più livelli di intensità disponibili, di solito 256 per un display a 8 bit. Quindi le combinazioni di intensità di ciascun colore primario possono darti milioni di colori: 16.777.216 per un display a 8 bit. In origine, una stampante come una stampante a getto d'inchiostro poteva posizionare solo punti di inchiostro in modo binario: avevi un punto o no.
Tuttavia, negli ultimi due decenni la tecnologia si è sviluppata per variare la densità sovrapponendo più punti. Nel 1994, PhotoREt di HP ha introdotto la possibilità di depositare quattro gocce di inchiostro per punto, ottenendo 48 colori. PhotoREt II ha aumentato questo numero a 16, consentendo 650 colori diversi e, entro la fine del 1999, PhotoREt III poteva produrre fino a 29 gocce di inchiostro a 5 pl l'una, il che significava che poteva produrre oltre 3.500 colori per punto. L'ultimo PhotoREt IV utilizza sei colori di inchiostro e fino a 32 punti per produrre oltre 1,2 milioni di sfumature diverse.
Questo è ancora lontano dai 16,7 milioni di colori di uno schermo, quindi la frequenza dei punti dovrà ancora essere utilizzata per imitare l'intera gamma di intensità di un colore primario, con colori non primari derivati dalla fusione delle intensità dei colori primari . Gli algoritmi di retinatura nel software RIP (raster image processor) della stampante calcolano il numero e la disposizione dei punti necessari per creare l'intensità del colore specificata. Esistono molti metodi utilizzati per disporre questi punti, in modo che le sottili gradazioni di tono siano preservate il più possibile.
La disposizione più semplice per questi punti è un pattern dither, in cui vengono utilizzati diversi pattern fissi per ciascun valore di pixel, corrispondenti ai 256 livelli di un valore di colore a 8 bit. In genere viene utilizzata una matrice 4 x 4 o 8 x 8 e sono disponibili numerose opzioni di pattern, tra cui mezzitoni, Bayer e void-and-cluster.
Un sistema più complesso è chiamato Error Diffusion. Nella sua forma più semplice, quando un pixel può essere acceso o spento, la differenza tra il valore di intensità reale e lo stato completamente acceso viene passata al pixel successivo come valore di errore, finché il valore aggregato non è sufficiente per uno stato completamente acceso. Quindi il processo ricomincia. Tuttavia, questo sistema porta a una notevole perdita di dettagli e ad alcuni modelli insoliti.
Fortunatamente, ci sono molti tipi più sofisticati di diffusione degli errori. Floyd & Steinberg è uno dei più antichi e utilizzati. In questo sistema, l'errore sopra descritto viene distribuito su quattro pixel adiacenti anziché su uno solo, ciascuno ricevendo una proporzione ponderata. Questo rende il dithering molto più chiaro e uniforme.
Tuttavia, ha un sovraccarico di elaborazione perché saranno necessari calcoli in virgola mobile. Quindi ci sono numerosi altri algoritmi di dithering che sacrificano la buona qualità di Floyd & Steinberg per una migliore velocità di elaborazione, come Stucki, Burkes e Sierra Filter Lite. Il driver della stampante può variare tra questi a seconda dell'inchiostro e del tipo di carta, o anche dare all'utente la possibilità di scegliere.
I getti d'inchiostro introducono ulteriori complicazioni al processo di retinatura. Per cominciare, la maggior parte delle stampanti a getto d'inchiostro utilizza più passaggi, che sono spesso bidirezionali. Ciò può causare un disallineamento tra le righe di punti, che riduce la precisione del modello di retinatura e può portare a bande. La dimensione della goccia può anche variare per diversi colori, il che richiederà l'uso di algoritmi adeguati. Ci sarà anche una riduzione della qualità se ci sono ugelli bloccati.
Le stampanti fotografiche che hanno versioni secondarie più chiare dei colori primari possono usarle per fornire un dithering più sottile. Questi aggiungono magenta chiaro e ciano chiaro. PhotoREt IV di HP, come accennato in precedenza, utilizza sei colori anziché quattro. Tuttavia, poiché i getti d'inchiostro diventano in grado di produrre punti più piccoli e impilarli per variare l'intensità come con PhotoREt, la necessità di sfumature secondarie sarà ridotta. Il problema con più passaggi è anche superato dalla tecnologia PageWide di HP, che stampa un'intera pagina in un unico passaggio.
La produzione di stampe dall'aspetto eccezionale richiede molta più raffinatezza rispetto a un'immagine sullo schermo di un monitor. Un getto d'inchiostro deve impiegare un'intera gamma di tecnologie per fornire l'intera gamma di colori e per produrre gradazioni uniformi tra di loro sulla pagina. Ma queste tecnologie funzionano davvero molto bene, consentendo ai moderni getti d'inchiostro di creare stampe che non mostrano alcun segno della tecnologia intelligente utilizzata nella loro produzione.
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