Фото на белой стенеАвтор: Юрий Ревич

Опубликовано в журнале "Компьютерра" N27-28 от 22 июля 2008 годаСтенды "их разыскивает милиция" очень хорошо иллюстрируют от 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.

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 схлопы вается (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.