เรื่องของความละเอียด

Stochastic Screening • รูปแบบการพิมพ์ dot ในงานอิงค์เจ็ท
My Image

หลายคนคงเคยสงสัยว่า ทำไมอิงค์เจ็ทถึงพิมพ์ออกมาเป็นจุดๆ ไม่เหมือนกับรูปในหนังสือหรือนิตยสารที่เห็น คำตอบคือ ระบบพิมพ์อิงค์เจ็ทใช้ Stochastic screening ในการสร้างข้อมูลก่อนที่จะพิมพ์ ซึ่งต่างจากระบบพิมพ์ออฟเซ็ทที่ใช้ Halftone screening

คำว่า Stochastic (สโต-แคส-ติก) มาจากคำในภาษากรีกว่า stochos ซึ่งหมายถึง การเดาสุ่ม ใช้เพื่อสื่อความหมายถึง วิธีการที่ตัวแปรแปรผันตามปัจจัยที่ได้จากการสุ่ม Stochastic screening จะใช้พื้นฐานของตำแหน่งของจุดที่เกิดจากการสุ่ม เพิ่มจำนวนจุดเพื่อให้สีเข้มขึ้นในส่วนที่มืดของภาพ ลดจำนวนจุดเพื่อให้สีอ่อนลงในส่วนที่สว่างของภาพ

ในสมัยเริ่มแรก ก่อนที่จะเรียกว่าเครื่องพิมพ์อิงค์เจ็ทเหมือนกับในปัจจุบัน หัวพิมพ์อิงค์เจ็ทที่ใส่หมึกพิมพ์สีดำสีเดียวถูกนำมาใส่ในเครื่องพิมพ์ขนาดใหญ่หน้ากว้าง 36 นิ้ว หรือขนาด A0 สำหรับการพล็อตงานเขียนแบบ ซึ่งในตอนนั้นจะเรียกว่า Plotter (พล็อตเตอร์) หลังจากนั้นจึงมีการนำสีอื่นมาใส่เพิ่มเป็น 4 สีคือสี Cyan, Magenta, Yellow และ Black (CMYK) ตามระบบของการพิมพ์ Offset (ออฟเซ็ต) จึงเรียกว่า Wide format inkjet printer โดยการเพิ่มคำว่า Wide format เข้าไป เพื่อให้แตกต่างจากเครื่องพิมพ์อิงค์เจ็ทแบบตั้งโต๊ะ (Desktop inkjet printer)

เครื่องพิมพ์อิงค์เจ็ทในยุคแรก จะมีแค่เพียง 4 สีตามสีของระบบออฟเซ็ท การสร้างภาพในการพิมพ์ก็ใช้วิธีเดียวกันกับระบบออฟเซ็ทคือ Haftone ซึ่งเป็น AM Screening ในยุคนั้น RIP ของเครื่องพิมพ์อิงค์เจ็ทยังคงแปลงข้อมูลจากไฟล์ภาพเป็น dot ที่มีองศาต่างกันตามแต่ละสี แล้วพิมพ์ออกมาเหมือนกับระบบออฟเซ็ทยังไงอย่างงั้น แล้วต่อมาเมื่อระบบออฟเซ็ทมีการพัฒนาเป็น FM Screening การพิมพ์อิงค์เจ็ทจึงพัฒนาขึ้นอย่างรวดเร็ว โดยใช้การสร้างภาพที่เป็น FM Screening ที่เรียกว่า Dithering หรือ Stochastic screening มาตั้งแต่บัดนั้น ซึ่งช่วยให้ระบบการพิมพ์อิงค์เจ็ท สามารถแสดงผลได้เต็มประสิทธิภาพ ปลดปล่อยพลังของอิงค์เจ็ทออกมาอย่างเต็มที่ ส่งเสริมให้มีการปรับปรุงพัฒนาอย่างต่อเนื่องมาจนถึงปัจจุบัน

Amplitude Modulated (AM) Screening จะใช้วิธีวางตำแหน่งของจุดที่ระยะห่างเท่าๆ กัน แต่จะปรับเปลี่ยนขนาดของจุดแทน ยิ่งจุดใหญ่ขึ้น ก็จะพิมพ์หมึกมากขึ้น ภาพตรงจุดนั้นก็จะเข้มขึ้น ตัวอย่าง Dot pattern ที่เป็น AM Screening ได้แก่ Screen dot pattern ซึ่งเป็นวิธีที่ใช้กับเครื่องพิมพ์ออฟเซ็ทและเครื่องพิมพ์สกรีน

Frequency Modulated (FM) Screening จะใช้วิธีวางตำแหน่งของจุดที่ขนาดเท่ากัน แต่จะปรับเปลี่ยนระยะห่างระหว่างจุดตามพื้นที่ที่ต้องการครอบคลุมแทน มีหลายวิธีในการกำหนดระยะห่างระหว่างจุด เช่น Random (สุ่มเอาอย่างเดียว), Dithering (สุ่มโดยอาศัยหลักการจัดเรียงลำดับ) หรือ Stochastic (สุ่มโดยอาศัยหลักความน่าจะเป็น) ตัวอย่าง Dot pattern ที่เป็น FM Screening ได้แก่ FDRP Diffusion, FDRP Line และ Stochastic ซึ่งเป็นวิธีที่ใช้กับเครื่องพิมพ์ระบบดิจิตอลและเครื่องพิมพ์อิงค์เจ็ท

เครื่องพิมพ์อิงค์เจ็ท ไม่ว่าจะเป็นเครื่องขนาดเล็กหรือขนาดใหญ่ ไม่ว่าจะเป็นงานพิมพ์ขนาดเล็กเท่านามบัตรหรือใหญ่ขนาดป้ายบิลบอร์ด จะใช้หลักการ FM Screening เพื่อสร้างภาพในการพิมพ์ออกมาให้คุณภาพใกล้เคียงกับภาพถ่าย (Photo-quality) หรือที่เรียกว่า Continuous-tone image (รูปภาพที่มีการไล่โทนสีอย่างต่อเนื่อง ไม่มีการกระโดดของโทนสี สามารถแสดงผลได้ทุกระดับเฉดสี) โดยจะใช้วิธีการที่เรียกว่า Dithering และ Error diffusion

ภาพ Continuous tone
Stacks Image 21481
ภาพพิมพ์ Halftone Screening
Stacks Image 21486
ภาพพิมพ์ Stochastic Screening
Stacks Image 21491

Image courtesy of www.kb4images.com

Dithering เป็นวิธีการเฉลี่ยค่าของแม่สีหลักเพื่อทำให้เกิดสีอื่นๆ โดยการเพิ่ม Noise เข้าไปอย่างไม่เป็นระเบียบ ซึ่งจะช่วยลดแพทเทิร์นที่เกิดขึ้นอย่างคงที่ (banding) โดยที่จะแบ่งแต่ละส่วนให้เป็นจุดเล็กๆ ไม่เป็นระเบียบ ในตำแหน่งที่สุ่มเอา โดยที่จุดจะเล็กกว่า รูปร่างของจุดไม่ตายตัว และเรียงตัวอย่างไม่เป็นระเบียบ

ในการแปลงค่าเฉดสีที่มีหลายระดับ (Multi-level) ให้เหลือแค่เพียงค่า Binary (ขาว กับ ดำ) จะใช้วิธี Dithering ซึ่งมีอยู่หลายเทคนิค ทั้งแบบเรียงตามลำดับ (Ordered Dithering) และ แบบกระจายตัว (Diffuse Dithering)

แต่จะเห็นได้ว่า เทคนิคแบบ Diffuse Dithering จะให้ผลลัพธ์ที่ดีกว่า จึงถูกนำมาใช้ในระบบการพิมพ์อิงค์เจ็ทเป็นหลัก

Dithering เป็นการแปลงค่าจากรูป 8-bit ให้เป็น Binary 1-bit แต่ในการพิมพ์จะมีแม่สีหลักอยู่ 4 สี CMYK ซึ่งก็ยังใช้วิธี Dithering ในการแปลงค่าของแต่ละสี (channel) แต่เมื่อนำมารวมกันเพื่อที่จะพิมพ์ อาจจะเกิดการไม่ต่อเนื่องของสีได้ โดยเฉพาะในบริเวณที่มีค่าความแตกต่างของระดับเฉดสีที่ต่างกันมากๆ

Error diffusion เป็นการพัฒนาต่อมาจากเทคนิค Diffuse Dithering ซึ่งใช้ในการแปลงค่าเฉดสีที่เกินกว่า 8-bit โดยอาศัยการสุ่มเอาข้อมูลสีในพิกเซลที่มีอยู่ ไปสร้างพิกเซลที่อยู่ติดกันที่ไม่มีข้อมูล เพื่อลดความแตกต่างของระดับเฉดสี ให้เกิดความต่อเนื่องมากขึ้น

Stacks Image 21501

Ordered Dithering

Stacks Image 21508

Diffuse Dithering

นอกจากนี้ยังมีการนำวิธีการ Dithering และ Error diffusion ไปใช้ร่วมกับ Digital Halftone ในการสร้างภาพที่มีรายละเอียดให้ดียิ่งขึ้นอีกด้วย ไม่ว่าจะเป็น HP ใช้เทคโนโลยีที่เรียกว่า PhotREt Color Layering โดยการพิมพ์หยดสีทับบนอีกหยดนึง แล้วผสมกันให้เป็นอีกสีนึง Epson จะใช้วิธีการคำนวณด้วยซอฟต์แวร์สำหรับเครื่องพิมพ์ในการควบคุมและกำหนดตำแหน่งของหยดหมึกที่พิมพ์ เรียกว่า AcuPhoto Halftoning ส่วน Canon ก็จะมีเทคโนโลยี Precision Color Distribution ในการเรียงชั้นของหยดหมึกที่พิมพ์ ซึ่งเทคโนโลยีเหล่านี้ เป็นส่วนหนึ่งของวิธี Dithering และ Error diffusion ทั้งนั้น

เรารู้แล้วว่า ระบบพิมพ์อิงค์เจ็ทใช้วิธีการ Dithering และ Error diffusion ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของ Stochastic screening (FM Screening) ในการสร้างภาพ Continuous-tone ที่จะใช้พิมพ์งาน แต่ไฟล์งานที่ส่งมาพิมพ์จะต้องถูกแปลงข้อมูลจากไฟล์ เพื่อสร้างรูปแบบของจุดในการพิมพ์ (Dot pattern วิธีการที่จุดหรือหยดหมึกถูกวางตำแหน่งบนวัสดุพิมพ์ จุดเหล่านี้จะถูกวางในรูปแบบที่สามารถหลอกตาของเราให้เห็นเป็นสีที่ต่อเนื่องกัน) ซึ่งจะถูกกำหนดโดย ไดร์เวอร์เครื่องพิมพ์ หรือ ซอฟต์แวร์ RIP ในขั้นตอนนี้ ตัวอย่างของ Dot pattern ที่มีให้เลือกใช้ในโปรแกรม Onyx RIP อย่างเช่น

FDRP Diffusion (Fixed Dot Random Placement Diffusion) ใช้วิธี Error diffusion ในการสร้างจุดที่มีขนาดเท่ากัน แต่ใช้การสุ่มตำแหน่งของจุด
FDRP Line (Fixed Dot Random Placement Diffusion - Line variant) ใช้วิธีเดียวกับ FDRP Diffusion แต่จะคำนึงถึงเส้นขอบของภาพเป็นหลัก
FDRP Plus ใช้วิธีเดียวกับ FDRP Diffusion แต่จะใช้การสุ่มตำแหน่งของจุดในการพิมพ์ โดยอาศัยความน่าจะเป็น แทนการสุ่มโดยการเรียงลำดับ
VirtualPixel™ ใช้วิธีการแปลงค่าไฟล์ที่ความละเอียดต่ำ แต่พิมพ์ที่ความละเอียดสูง อย่างเช่น 360@720 จะ RIP ไฟล์ที่ 360 dpi แต่พิมพ์ที่ 720 dpi

ที่ระยะในการมองที่เหมาะสม สมองของเราจะรวมจุดที่เห็นทั้งหมดให้เรารับรู้ว่าเป็นภาพที่เนียน (ให้ลองถอยออกไปเรื่อยๆ จากรูปจนมองไม่เห็นจุด) เรื่องนี้เป็นเรื่องของ Optical Illusion (ภาพลวงตา) ซึ่งกลายเป็นสิ่งที่ถูกนำมาใช้ในระบบการพิมพ์ดิจิตอล (โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระบบอิงค์เจ็ท) ในการกำหนดและออกแบบเครื่องพิมพ์ ซอฟต์แวร์ที่ใช้ควบคุมเครื่องพิมพ์ โดยการกำหนด จำนวนจุดที่พิมพ์ ขนาดของจุด ระยะช่องว่างระหว่างจุด และการเรียงตำแหน่งของจุด ให้เกิดเป็นภาพ  

2016 inkjetsociety   11.2016   
1,143