随着信息技术与数字印刷技术的不断融合与发展，传统的模拟加网方式已经被数字加网技术所替代，进入了印刷数字加网的新时代。在彩色印刷领域，数字加网是一个极为重要的技术领域，对加网角度、挂网线数、网点形状以及网点的随机分布等参数的模拟有利于软打样和印刷生产的进行。

　　本文利用 Matlab R2008a 进行印刷网点信息的模拟与再现，介绍了数字加网的原理和分类、数字加网模拟系统的核心问题及需求分析、数字加网模拟系统设计与实现。

　　数字加网原理

　　网点是印刷图像再现的基本单元之一，主要用于表现印刷图像的阶调与色彩。加网是将原稿的连续调信息转换为网点信息的核心技术之一，是忠实再现原稿的色彩、阶调的关键技术。利用加网技术将原稿图像的连续调转变为印刷图像的网点图像时，原稿图像的像素值与印刷图像的网点大小存在负相关关系，即：当像素值越大时，网点越小，表示亮度越大;而像素值越小时，网点越大，表示亮度越暗。从微观上看，加网后的印刷图像，无论是阶调还是颜色信息，都是不连续的，即离散的。但从宏观上看，人眼所观察的图像信息是经过网点反射后的综合信息，是印刷图像整体的颜色和阶调变化。与传统加网类似，数字加网是基于数字图像处理技术，根据人眼视觉的空间混色特性，利用人眼无法分辨的细小黑白点的单位覆盖面积来模拟印刷图像的阶调与色彩变化，但无需物理印刷输出即可再现印刷图文信息的加网方式。

　　数字加网是印刷数字化的重要组成部分，是印刷与现代信息技术相结合的结果。通过利用0和1的组合实现不同灰度阶调信息的表示，模拟再现印刷图像阶调与颜色，是印刷网点打样的关键技术之一。作为数字印刷的主要环节之一，网点打样是保证数字图像印刷输出质量的重要打样技术，能为印刷工作人员提供真实可预见的加网印刷效果。因此，本文根据目前已有的理论和实践成果，利用 Matlab 2008a，以面向点聚集态加网和面向点离散态加网的网点打样为目标，实现数字加网的快速模拟与实现。

　　数字加网分类

　　加网过程中，印刷网点的大小是构成网点的网目调单元点阵中曝光的点数占网目调单元所有点数的百分比，即网点面积或者网点阶调。根据曝光点的生成方式可分为点聚集态加网和点离散态加网。点聚集态加网主要属性可包括网点面积率、加网角度、网点形状和加网分辨率，也称为调幅加网。点离散态加网，主要通过单位网目调单元内曝光点出现的频率来表现网点阶调的大小，也称为调频加网。

　　1. 点聚集态加网

　　点聚集态加网模拟传统照相制版方法，以网点大小表现图像阶调， 常用的方法包括阈值法、模型法、生长模型法和对半取反法等。

　　阈值法是通过设计阈值矩阵作为滤波器，将数字图像像素值映射到加网图像，对应于不同网点形状，需要设计不同的阈值矩阵。模型法是根据图像像素的灰度等级，设计网点模型，加网时对图像的每一个颜色通道进行逐点扫描，并根据预设好的网点形状和灰度值读取网点模型，形成网点图像。生长模型法是根据图像像素值与曝光栅格数，利用网点函数确定曝光点的位置和数量，形成网点图像。对半取反法以面积为 50% 的网点为基础，对面积率大于50% 的网点，以与之互补的小网点模型取反而获得。点聚集态加网的主要特征包括每个网点中心具有固定的空间位置且网点与网点的中心距是固定的，网点面积根据原稿阶调区分并由原稿图像像素的灰度等级控制。实现点聚集态加网的核心问题是通过合理安排加网角度以避免或降低莫尔纹对再现图像的视觉感知影响。

　　2. 点离散态加网

　　点离散态加网是以网目调单元内曝光点数量的多少表现印刷阶调的高低，常用的方法包括抖动法、误差扩散法和点扩散法等。

　　抖动法是将原稿图像的像素值与以某种规则产生的阈值矩阵比较，确定像素值的二值化规律，比如模式抖动或规则抖动。误差扩散法是按照一定的顺序遍历数字图像每个像素，将其与阈值比较，并将 处理像素灰度产生的量化误差按一定比例分散到临近像素，其关键是抖动过滤器的选择。点扩散法加网是先对数字图像像素的灰度值进行量化，计算产生的量化误差，然后将产生的误差分散到临近像素，其与误差扩散的最主要区别在于误差扩散的顺序和范围上。点离散态加网的主要特征为每个网格单元内胞点的生成算法不同，因此没有固定的网点位置，也无需考虑加网角度引起的莫尔纹对再现图像的影响，网格单元内胞点数目的多少由印刷原稿图像的灰度等级控制。

　　3. 混合加网

　　混合加网是一种将点聚集态加网和点离散态加网融合的加网方法，利用点聚集态加网和点离散态加网的优点，实现印刷图像的高保真再现。比如，混合加网对印刷图像主阶调区域采用点聚集态加网， 形成调幅网点，该区域网点位置按规律分布，具有印刷网点的不同属性。对于亮调区域，比如网点阶调低于 10% 的区域采用点离散态加网，形成调频网点。根据点聚集态加网和点离散态加网的特点，通过混合加网技术可以有效地将两种加网方式的优点组合在一起，并避免各自缺点。

　　目前，混合加网技术的实际运用主要包括以下几种：

　　(1)根据印刷图像的阶调分布，选择不同的加网技术，比如对中间 调区域运用点聚集态加网技术形成调幅网点，对亮调和暗调区域运用点离散态加网技术形成调频网点。

　　(2)对不同的阶调同时运用点聚集态加网技术和点离散态加网技术，形成具有调幅网点特征的调频加网网点，也称为多阶调频加网技术。

　　(3)对不同分色通道采用不同加网技术，比如黄色通道采用点聚集态加网技术，形成调幅网点，而对青色、品红色和黑色通道采用点离散态加网技术形成调频网点。

　　(4)个性化选择版面中特定区域运用点聚集态加网技术或者点离散态加网技术，形成对应的网点，而对其他区域采用相反的加网技术。

　　印刷工艺控制过程中，对以上三种加网技术实施物理打样，具有成本高、耗时长的缺点且无法预见最终加网效果，特别是无法预测不 同类型的加网技术混合产生的网点间的相互影响。而通过数字加网模拟系统可以快速、精确地实现各种加网技术的数字再现，结合企业的具体生产工艺迅速而准确地确定混合加网的阶调分界点，有利于提升数字印刷的再现质量，实现渐变和浅色调区域的最优过渡。同时，利用数字加网模拟系统可以快速模拟并实现第四代加网技术 Bellissima加网和第五代加网技术 SuperFM 5Gen。通过设计并实现数字加网模拟系统，可以为不同加网技术的打样提供选择，同时也可以根据企业自身特点，选用合适的加网组合，实现高性能的印刷质量。

　　数字加网模拟系统的核心问题及需求分析

　　1. 数字加网模拟系统的核心问题

　　为了更为逼真地模拟再现印刷图像的加网效果，数字加网需要考虑实际印刷工艺条件，根据网点分类方式，围绕网点的主要特征，如网点面积、网点形状、加网分辨率、加网角度，实现原稿图像的数字加网。同时，在点聚集态加网过程中还需要考虑避免莫尔纹对印刷图像的影响。因此，需要解决的数字加网模拟系统核心问题主要包括：

　　(1)消除或减少莫尔纹对印刷图像再现的影响

　　通过采用数字方法逼近传统加网角度组合或采用点离散态加网的方法，解决莫尔纹对印刷图像的影响。通过模拟系统可以快速地实现 加网角度、点离散态加网的加网效果评价，提升加网参数的选择性。

　　(2)根据企业自身工艺条件，能正确模拟再现原稿阶调和层次变化

　　通过动态调整数字网点表现的灰度层级数，可以快速实现不同加网技术的融合，优化印刷数字化工艺，提升印刷数字化水平。

　　2. 数字加网模拟系统功能需求分析

　　数字加网模拟系统从功能上可以划分为面向印前设计的分色功能需求、面向印刷生产的网点打样功能需求和面向印刷工艺分析决策的 功能需求。

　　(1)面向印前设计的分色功能需求

　　面向印前设计的分色功能需求可分为印前设计颜色信息管理和印前设计页面数据管理。印前设计颜色信息管理包括原稿图像颜色信 息、单色通道信息、印刷图像颜色信息等。其中，原稿图像颜色信息包括输入原稿图像的颜色模式、像素信息和通道信息;单色通道信息包括单通道属性、灰度信息;印刷图像颜色信息包括图像颜色模式、单通道网点信息等。印前设计页面数据管理包括分色信息、版式信息和网点信息等。

　　(2)面向印刷生产的网点打样功能需求

　　网点打样功能主要包括网点特征参数、网点图像再现、网点图像主观分析和加网后图像的存储等功能，更有助于实现印刷图像的真网 点模拟打样，为后续制版和印刷提供评价依据。

　　(3)面向印刷工艺分析决策的功能需求

　　面向印刷工艺分析决策的功能提供面向不同加网方式的再现、对比功能，实现不同印刷加网工艺参数的预览、查询和选择功能，实现 了印刷图像数字加网模拟的功能，对印刷质量控制、印刷数字化流程管理具有重要的促进作用。

　　3. 数字加网模拟系统的非功能性需求分析

　　数字加网模拟系统的非功能性需求主要包括加网性能需求、加网数据安全需求、系统可维护需求、模拟系统的实用性需求、模拟系统 的可扩展性需求和可靠性需求等。

　　数字加网模拟系统的性能需求主要包括对印刷原稿图像的实时响应性能、印刷图像加网数据存储与再现。加网数据安全需求主要包括 印刷图文信息的安全和系统安全。可维护性需求主要包括适用于公司现有工艺的硬件可维护性和软件可维护性。可扩展性需求主要包括数字加网模拟系统应具有良好的兼容能力，可通过增加接入云计算、人工智能等方式提高整个系统的处理能力。可靠性需求主要包括系统具有较高的容错能力，开发调试过程中的软件故障，不会引起印刷生产系统的变化，具有较好的防护性能。

　　数字加网模拟系统设计与实现

　　1. 系统目标设计

　　通过设计印刷图像数字加网模拟系统，提升印刷企业打样系统的数字化、智能化和规范化，从而促进印刷企业数字化、智能化建设。

　　2. 系统结构设计

　　数字加网模拟软件基于 Matlab 2008a 环境开发，以再现点聚集态加网和点离散态加网为主要实现目的，系统主要包括图像输入与显示功能、分色功能、加网功能和网点图像显示功能，总体设计如图 1 所示。

　　3. 操作说明

　　数字加网模拟系统采用统一的用户操作界面，主要包括操作界面、显示界面和系统界面三部分。其中，操作界面主要负责输入图像、印前分色、加网选择等功能;显示界面主要负责输入图像的显示、各分色图像的显示和加网效果展示等功能;系统界面负责查看操作日志信息和图像信息等功能。系统主要包括 5 种对象，即按钮、文 本框、图像信息动态显示、复选框和弹出菜单。设计的按钮所实现的功能包括输入、分色、加网、显示和保存。其中，InPut 为输入图像按钮，Separate 为分色功能按钮，AM SCREEN 为点聚集态加网按钮，FM SCREEN 为点离散态加网按钮，RESET 为恢复初始状态按钮，SAVE为保存加网图像按钮，QUIT 为退出按钮。

　　文本框的主要功能为实现加网分辨率(line per inch，LPI)和设备分辨率(dot per inch，DPI)的输入。复选框主要包括加网角 度选择和点聚集态加网算法选择，其中，0 为 0°加网角度复选框，15 为 15°加网角度复选框，45 为45°加网角度复选框，75 为 75°加网角度复选框，ALGORITHM1 为点聚集态加网算法 1，ALOGORITHM2 为点聚态加网算法 2。弹出菜单主要包括分色弹出菜单、点聚集态加网弹出菜单和点离散态加网弹出菜单。其中，分色弹出菜单分别为 CYAN、MAGENTA、YELLOW 和 BLACK，用来显示分色结果;加网弹出菜单分别对应着CYAN、MAGENTA、YELLOW和BLACK 这4个单色通道的加网操作。单通道加网图像如图 2 所示。

　　图像显示窗口如图 3 所示。其中，左侧区域为显示输入与原稿图像，中间区域为显示分色单通道图像，与分色弹出菜单结合显示 CYAN、MAGENTA、YELLOW 和 BLACK通道图像。右侧区域为单通道加网图像，与加网弹出菜单结合，分别显示CYAN、MAGENTA、YELLOW 和BLACK 通道加网图像。

　　Save 功能主要实现加网图像的保存，将点聚态加网和点离散态加 网实现的网点图像存储为 tif 格式，用于主观评价，如图 4 所示。

　　本文利用 Matlab R2008a 进行数字图像的加网模拟与再现，实现数字图像像素的“加网”，将数字图文颜色信息转化为网点阶调信息，实现数字网点打样的目的。通过软件系统设计，实现了印刷图像像素的真网点数字再现，不仅能够准确地模拟出多色印刷网点的大小、形状、角度等点聚态加网特征，也可以实现不同加网技术的模拟。在视觉和细微层次表现上，为印刷人员提供了可预见的加网信息，有力地推动了高保真彩色印刷的数字化，对于改善印刷品数字打样质量、提升印刷品的艺术水平和视觉感知价值具有重要的意义。