Фото на белой стене

Стенды "Их разыскивает милиция" очень хорошо иллюстрируют тот факт, что для донесения собственно информации, содержащейся в изображении, надо совсем немного.

Стенды "Их разыскивает милиция" очень хорошо иллюстрируют тот факт, что для донесения собственно информации, содержащейся в изображении, надо совсем немного. Чтобы опознать личность, вполне достаточно размытого кадра с охранной камеры. Но обычно мы печатаем фотографии вовсе не из-за содержащейся в них информации.

Даже рядовой "пляжный" снимок подчиняется законам искусства — он обязан передать впечатление, погрузить нас в мир ощущений фотографа. А в таком деле очень многое — почти все — зависит от нюансов, мелочей, которые иногда невозможно точно сформулировать. Дмитрий Ватолин, один из главных у нас специалистов по сжатию изображений (и по совместительству один из создателей сайта "Русская фантастика"), как-то писал, что фото со "снегом" или "муаром", совершенно неприемлемое по качеству для глаза, с математической точки зрения будет гораздо менее "испорченным", нежели фото, у которого просто изменили яркость на 5%.

По этим причинам печать фотоизображений на бумаге (точнее сказать, на твердом носителе) — один из самых сложных технологических процессов, которые приходилось осваивать человеку. Следует отметить, что наивысшее качество полутоновых изображений по-прежнему дает "серебряный" процесс. Качественные фотографии достаточно большого размера никаким другим способом, кроме химической печати в фотостудии (но не в минилабе, разумеется), получить пока невозможно, особенно это касается черно-белых отпечатков. Технологии цифровой печати и по сей день представляют собой компромисс: отпечатки рядового современного фотопринтера устроят 95% пользователей, а каждый лишний процент удовлетворенных обходится все дороже и дороже.

Мы рассмотрим две главные на сегодняшний день технологии получения фотоотпечатков: струйную и термосублимационную.

ТЕРМИЧЕСКАЯ СТРУЙНАЯ ПЕЧАТЬ

Струйная технология появилась в середине 1980-х как результат попытки избавиться от недостатков двух доминировавших в то время способов печати: матричной и лазерной (электрографической). Лазерная печать была неприемлемо дорогой, причем о цвете еще и не мечтали (да и в настоящее время, хотя цветные лазерники стали доступными, но в области фотоотпечатков не имеют никаких шансов обойти струйники). А струйная печать возникла как дешевая альтернатива для печати офисных документов, лишенная недостатков матричных принтеров — медленных, шумных и дававших отпечатки невысокого качества.

Идея, которая, видимо, почти одновременно (около 1985 года) пришла в голову инженерам компаний Hewlett-Packard и Canon, заключалась в том, чтобы заменить иголку, ударяющую в матричных принтерах по бумаге через красящий слой на ленте, каплей жидких чернил. Объем капли следовало рассчитать так, чтобы она не растекалась и создавала точку определенного диаметра. Реальную жизнь эта технология получила, когда придумали удобный способ формирования дозированной капли — термический.

Способ термической струйной печати фактически монополизирован компаниями Canon и Hewlett-Packard, которые владеют большинством патентов на эту технологию, остальные компании лишь лицензируют ее, внося свои небольшие изменения. При этом HP использует выражение "термический чернильно-струйный" (thermal ink-jet) способ печати, а Canon предпочитает термин "пузырьковый струйный" (bubble-jet). Хотя между ними есть различия, но принципиально они идентичны.

На рис. 1 показан процесс термической струйной печати в виде условной кинограммы цикла работы форсунки (иногда их называют эжекторами). В стенку камеры встроен миниатюрный нагревательный элемент (выделен красным на верхнем кадре), который очень быстро нагревается до высокой температуры (500 °С). Чернила вскипают (второй кадр), в них образуется большой паровой пузырь (следующие два кадра) и резко растет давление — до 120 атмосфер, отчего чернила выталкиваются через сопло со скоростью более 12 м/с в виде капли объемом около 2 пиколитров (это две тысячные от миллиардной доли литра). Нагревательный элемент к этому моменту выключают, и пузырь вследствие падения давления схлопывается (нижние кадры). Все происходит очень быстро — за несколько микросекунд. Чернила подаются в форсунку за счет капиллярных сил (что гораздо медленнее), и после заполнения форсунки новой порцией система готова к работе. Весь цикл занимает примерно 100 мс, то есть частота выброса капель составляет 10 кГц, а в современных принтерах — раза в два больше.

Такая автономно управляемая форсунка входит в состав печатающей головки, расположенной на движущейся поперек листа каретке, наподобие печатающего узла матричного принтера. При диаметре форсунки 10 мкм плотность размещения получается 2500 сопел на дюйм; в одной головке может быть от нескольких сотен до нескольких тысяч форсунок. В современных скоростных устройствах стали применять неподвижные головки — чтобы исключить самый медленный во всем этом процессе этап поперечного движения каретки. Например, HP выпускает высокопроизводительные фотокиоски, в которых головки составлены в блоки по всей ширине листа.

В принтерах Canon термический элемент расположен сбоку камеры (как на рис. 1), а у HP (и Lexmark) — сзади. Возможно, это различие обусловлено исходными идеями: согласно корпоративным легендам, инженер Canon уронил паяльник на шприц с краской (то есть шприц нагрелся сбоку), а исследователи из HP заимствовали принцип у электрочайника, у которого подогрев с торца. Так это или нет, боковое расположение позволяет Canon устанавливать два термических элемента на форсунку, что повышает быстродействие и управляемость размером капли, но усложняет и удорожает конструкцию.

Более дорогие "пузырьковые" головки Canon многоразовые и встроены в принтер. Головки HP проще в изготовлении, потому традиционно встраивались прямо в картридж и с ним же выбрасывались. Это гораздо удобнее, так как гарантирует качество печати (головка просто не успевает выработать ресурс) и высокую надежность узла. Однако при таком подходе совершенствование головок приводит к удорожанию картриджей, поэтому многие современные принтеры HP имеют отдельные головки, как у Epson или Canon. Так, Photosmart Pro B9180, сегодняшний флагман "домашних" фотопринтеров от HP, имеет заменяемые отдельные головки, а его более дешевый аналог Photosmart Pro B8353 — головки, встраиваемые в картридж.

ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ

Первый струйный принтер с пьезоэлектрической головкой был разработан компанией Epson в 1993 году, и с тех пор она продвигает технологию практически в одиночку. На самом деле пьезоэлектрический способ есть просто напрашивающийся вариант распыления жидких чернил: использовать иголку матричной головки как поршень, который выталкивает чернила из камеры. Понятно, что управляемый электромагнитом поршень — не лучшее решение с точки зрения стоимости, надежности, долговечности и разрешения печати, поэтому его попытались заменить пьезокристаллом, который может изгибаться под действием электрического напряжения.

Звучит красиво, но очень трудно выполнимо на практике — величина так называемого обратного пьезоэффекта (то есть деформации кристалла пьезоэлектрика под действием приложенного напряжения) в реальных материалах составляет тысячные доли миллиметра на каждый вольт приложенного напряжения. Понадобились годы труда, чтобы разработать на этом принципе форсунку, пригодную для коммерческого использования. Впрочем, головки и по сей день недешевы, так как их нельзя получить в стандартном процессе формирования полупроводникового кристалла (рис. 2). Отсюда и все недостатки принтеров Epson, главный из которых — если уж чернила в головке засохнут, проще купить новый принтер. Принтеры Epson требуют заботливого отношения: не следует употреблять абы какие картриджи и хотя бы раз в месяц надо чего-нибудь напечатать. Вдобавок флагманские модели Epson заметно дороже аналогов от других производителей.

Выходит, что пьезоэлектрическая технология сложна, дорога и не очень надежна. Зачем же тогда ее продвигают? Дело в том, что пьезоэлектрической головкой значительно проще управлять — например, можно тонко дозировать чернила, меняя размер капли. И считается, что лучшее качество печати полутоновых изображений (если сравнивать струйные технологии друг с другом) получается именно у Epson.

Не желая ущемить других производителей (тем более что сам предпочитаю "более демократичные" HP), подчеркну: в большинстве случаев вы не заметите никакой разницы ни между отпечатками с разных принтеров (достаточно высокого класса), ни между ними и отпечатком из минилаба. Однако исключения из этого правила (далеко не всем заметные) — чаще всего в пользу Epson.

ЧЕРНИЛА И БУМАГА

Один из менеджеров Epson еще пару лет назад заметил, что дальнейшее развитие струйной печати в основном будет связано не с собственно технологиями печати, а с появлением новых чернил и новых видов фотобумаги.

Все чернила для струйной печати делаются на водной основе и делятся на две категории: пигментные и молекулярные. Разница между ними такая же, как между красками и лаками — первые представляют собой взвесь твердых частиц пигмента в водной среде, а вторые — истинный раствор красителя. Пигментные чернила дороже, капризнее в эксплуатации — например, если они засохли в головке, растворить их можно только специальными жидкостями, и то не всегда. Пигментные чернила обычно не допускают смешивания с другими типами (частицы красителя садятся на дно или слипаются — коагулируют), потому любительская перезаправка картриджей с такими чернилами в большинстве случаев исключается.

Зато пигментные чернила лучше ложатся на бумагу (меньше расплываются), и отпечатки получаются более водостойкими. Поэтому в более дорогих моделях принтеров всегда используют пигментные чернила (пример — чернила UltraChrome, использующиеся в моделях Epson Stylus Photo R800 или R2400, или HP Vivera для серий Photosmart и Designjet).

Что же касается так называемых "совместимых" чернил, то в отечественных условиях я бы не советовал ими увлекаться. Да, по некоторым подсчетам, фирменные принтерные чернила — самая дорогая жидкость в мире. Но искать замену вполне допустимо для принтеров офисного класса, где ни качество, ни стойкость отпечатка на обычной бумаге все равно ничего не ухудшат. А для фотопечати приличные "совместимые" чернила, верю, вполне можно купить где-нибудь в ЕС. У нас же легко нарваться на подделку, а не на честную попытку имитировать фирменное качество, и такие эксперименты могут дорого обойтись. Что характерно, и официальный рынок "совместимых" картриджей для фотопечати у нас не очень-то развит.

Качество печати также зависит от бумаги. На обычной бумаге чернила расплываются, и вместо точки диаметром 10 мкм вы получаете неопределенное пятно. Потому бумага для фотопечати на принтерах довольно дорога: сделать плотную и белую (то есть с минеральными отбеливателями) бумагу такой, чтобы она спокойно переносила изгиб на 180 градусов с небольшими радиусами, соответствующими валкам принтера, — задача не из простых. А ведь некоторые сорта фотобумаги имеют плотность до 300 г/м2, это фактически картон, и чем плотнее (и "глянцевитее") бумага, тем она дороже.

Главное в принтерной фотобумаге — специальное полимерное покрытие, которое имеет множество пор микронного размера. Свойства его таковы, что капля чернил не растекается по большой площади и в то же время пропитывает локальный участок подложки и накрепко с нею схватывается. Вдобавок покрытие обеспечивает и водостойкость. Вот почему на разной бумаге получаются разные результаты при печати и почему производители принтеров рекомендуют только свою бумагу (хотя шкурные интересы тут тоже, конечно, замешаны).

Впрочем, если использование "родных" чернил может быть действительно критично и для качества, и для стойкости отпечатка, и даже для работоспособности принтера, то "чужая" бумага ничему особо не вредит. Самый популярный в нашем отечестве из "сторонних" производителей фотобумаги, Lomond, оперативно выкладывает на своем сайте профили для всех появляющихся фотопринтеров. Правда, без экспериментов по подбору режимов печати все равно не обойтись.

ТЕРМОСУБЛИМАЦИОННАЯ ПЕЧАТЬ

Вообще-то есть две похожие технологии: печать с термопереносом и собственно термосублимационная. В первой пленка с красителем прижимается к бумаге, а печатающая головка представляет собой ряд миниатюрных нагревателей, которые подплавляют краситель, в результате чего он прочно прилипает к бумаге, образуя на ней точки нужного цвета. Современный термоперенос (иногда его называют калькой с английского: термотрансфер) может использовать почти любой носитель изображения — от бумаги до ткани и пластика. Так, малотиражная печать на футболках или изготовление бирок для одежды — рынок, практически монопольно захваченный термотрансферными принтерами.

Иное дело — термосублимационный метод печати (по-английски его называют dye sublimation printing — "печать с возгонкой красителя"), который значительно сложнее, так как использует явление возгонки твердого вещества, минуя жидкую фазу. Для широкой публики сублимационную печать открыла корпорация Sony, в середине девяностых предложившая термосублимационный принтер для использования в цифровых системах Mavica. До этого существовали только профессиональные системы ценой, выражавшейся пяти значными числами, но уже в 1997 году можно было, например, приобрести за $400 принтер Casio DP-8000, который выдавал отличные глянцевые отпечатки 4х6 см.

В традиционном варианте термосублимационной технологии красители под влиянием нагрева возгоняются и оседают на бумагу, снова переходя в твердую фазу; головка с бумагой при этом не контактирует. Зачем такое сложное решение, если термоперенос гораздо проще? Дело в том, что процессом возгонки можно очень тонко управлять, меняя степень нагрева и тем самым дозируя краситель. При этом смешивание красителей происходит еще в газовой фазе, отчего в идеале одна точка может принимать все положенные 16 млн. оттенков. Сравнить полученный результат можно лишь с "аналоговым" фотографическим отпечатком, который, как мы говорили, остается непревзойденным по качеству полутоновых изображений.

Тем не менее, несмотря на все свои достоинства, классическая термосублимационная технология (в отличие от термопереноса) применяется реже других, так как все еще дорога и требует специальных носителей, причем полученные отпечатки оставляют желать лучшего в смысле долговечности и стойкости к выцветанию. Отметим, что термосублимацию и термоперенос часто и необоснованно путают (иногда, похоже, намеренно — в маркетинговых целях). В современных "ширпотребовских" термосублимационных фотопринтерах, хорошо известных по моделям семейств Canon Selphy CP и ES, Olympus P-11/S100 или Sony DDP, ради удешевления технологии используют некий компромисс: четырехпроходную систему с последовательным нанесением трех красителей (синий-красныйжелтый) и прозрачной защитной пленки, подозрительно напоминающую термоперенос.

На рис. 3 показаны последовательные стадии современного процесса в виде сканов использованной пленки с красителями и конечный результат. Обратите внимание, что черный краситель не используется, тем не менее отпечатки имеют глубокий черный цвет в тенях, без заметных оттенков, а качество цветопередачи выше всяких похвал, причем без какой-либо подготовки снимка. Решены в современных моделях и проблемы с недостаточной стойкостью отпечатков. Автор этих строк купал термоструйный отпечаток с принтера Canon в горячей воде, и он даже не покоробился после сушки.

Так что в области открыточного фото термосублимационной печати, пожалуй, нет равных и по качеству, и по удобству. Помнится одна из первых компактных термосублимационных моделей Canon на нашем рынке, Selphy CP500, вообще не имела ни одного органа управления, кроме выключателя питания: втыкаешь аппарат хоть напрямую в камеру, хоть в компьютер, и печатаешь, никаких настроек не требуется (хотя, конечно, при таком примитивном способе случаются и "обломы" с цветопередачей, но принтер тут, в общем-то, ни при чем). Расходники обычно выпускаются наборами из пачки бумаги и картриджа на соответствующее количество отпечатков (в серии Canon Selphy ES бумага и картридж даже идут "в одном флаконе").

Пожалуй, из всех технологий фотопечати термосублимационная заслуживала бы звания наилучшей, если б не одно крупное "но": до сих пор не создано модели, умеющей печатать снимки больше чем 15х10 см и при этом доступной широким массам по цене как самого принтера, так и расходников. Исключение мог бы представлять разве что Olympus P-440 (ценой $500–600 с картриджем на 50 листов за $75), анонсированный еще в 2003 году, но что-то ажиотажа по его поводу не наблюдается: на данный момент в Яндекс-Маркете нет ни одного предложения P-440. То есть сказать наверняка, за какой технологией будущее, невозможно (лично я вообще предпочел бы лазерную, хотя бы потому, что для нее носитель в принципе не играет роли). Остается, как всегда, уповать на время.