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망점

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1. 개요

망점(Halftone)은 사진, 인쇄, 디지털 이미지에서 명암을 표현하기 위해 사용되는 기술이다. 1830년대 윌리엄 폭스 탤벗에 의해 제안되었으며, 1881년 프레데릭 유진 아이브스에 의해 상업적으로 성공했다. 초기에는 스크린을 사용하여 빛을 분해하는 방식으로 구현되었으며, 이후 디지털 기술의 발달로 디지털 망점이 등장했다. 디지털 망점은 래스터 이미지 또는 비트맵을 사용하여 픽셀의 유무로 명암을 표현하며, 레이저 프린터와 같은 장치에서 사용된다. 망점 인쇄는 다양한 색상과 스크린 각도를 사용하여 색상을 재현하며, 역 망점 처리 기술을 통해 망점 이미지로부터 연속톤 이미지를 복원할 수 있다.

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망점
망점
정의연속적인 톤의 이미지를 작은 점으로 표현하는 인쇄 기술
용도신문
잡지
기타 인쇄 매체
원리사람의 눈은 작은 점들을 합쳐 연속적인 톤으로 인지함
점의 크기나 밀도를 조절하여 명암을 표현
역사1850년대에 개발됨
초창기에는 사진 인쇄에 주로 사용
현재는 디지털 기술을 이용하여 더욱 정교한 망점 인쇄 가능
종류진폭 변조 방식 (AM 방식): 점의 크기로 명암 표현
주파수 변조 방식 (FM 방식): 점의 밀도로 명암 표현
스크리닝 방식 (Screening 방식): 점의 크기와 밀도를 복합적으로 조절
디지털 망점컴퓨터를 이용한 망점 생성
다양한 패턴과 크기의 점 사용 가능
PostScript와 같은 페이지 기술 언어에서 지원
인쇄 과정원본 이미지를 스캐너나 카메라로 획득
이미지를 망점 처리
망점 처리된 이미지를 인쇄 판에 전사
인쇄 판을 사용하여 인쇄
관련 용어도트 게인: 인쇄 시 망점이 커지는 현상
선 수: 인치당 망점의 개수 (높을수록 정밀)
모아레: 규칙적인 망점 패턴이 겹쳐서 생기는 간섭 무늬
참고자료Halftone (Wikipedia, the free encyclopedia)
halftone
이미지
CMYK 망점 이미지
CMYK 망점 이미지
확대된 망점
확대된 망점
망점 비교
망점 비교
관련 인쇄 기술
인쇄 기술스크린 인쇄
옵셋 인쇄
디지털 인쇄
인쇄 판볼록판
평판
오목판

2. 역사

미국의 주간지에서 망점을 이용한 최초의 인쇄 사진. 1873년 12월 2일.


사진의 색조와 미묘한 디테일을 모방할 수 있는 초기의 기계적 인쇄 방식이 있었지만, 특히 우드버리타입은 비용과 실용성 때문에 릴리프 인쇄를 사용하는 대량 상업 인쇄에 사용되는 것을 막았다. 이전에는 대부분의 신문 사진이 손으로 조각한 나무 블록으로 만든 목판화 또는 목각화였는데, 사진에서 복사된 경우가 많았지만 손으로 그린 스케치와 비슷했다. 상업 인쇄업체들은 사진을 인쇄 페이지에 현실적으로 재현하는 실용적인 방법을 원했지만, 대부분의 일반적인 기계적 인쇄 과정은 잉크 영역만 인쇄하거나 용지에 공백 영역을 남길 수 있었지, 사진의 다양한 색조(검정색(또는 색상) 잉크 또는 아무것도 아님)를 인쇄할 수 없었다. 망점 기법은 이러한 한계를 극복하고 책, 신문 및 기타 정기 간행물 산업의 주요 기술이 되었다.[3]

1881년 필라델피아의 프레데릭 아이브스가 최초로 실제로 성공한 상업적 망점 인쇄 방법을 특허받았다.[5][7] 1882년, 독일의 게오르크 마이젠바흐는 독일에서 아우토티피라고 명명한 망점 공정에 대한 특허를 받았다.[8] 얼마 지나지 않아 아이브스는 루이와 맥스 레비와 협력하여 고품질 교차선 스크린을 발명, 상업적 생산을 통해 이 공정을 더욱 개선했다.[5] 릴리프 망점 공정은 거의 즉시 성공적인 것으로 판명되어, 1890년대 초 인기 있는 저널에서 망점 블록의 사용이 일반화되었다.[5]

석판 인쇄를 위한 망점 인쇄 방법의 개발은 대체로 독립적인 경로를 따른 것으로 보인다. 1860년대, A. Hoen & Co.는 아티스트가 손으로 작업한 인쇄석의 색조를 조작할 수 있도록 하는 방법에 중점을 두었다.[9] 1880년대까지 Hoen은 손으로 작업하거나 사진 석판 인쇄된 돌과 함께 사용할 수 있는 망점 방법을 연구했다.[10][11]

2. 1. 초기 역사

윌리엄 폭스 탤벗은 망점 인쇄 개념에 기여한 인물 중 하나이다. 1830년대 초, 그는 사진 요판 인쇄와 결합하여 사진용 스크린을 이용하는 것을 제안했고, 1852년 특허에서는 사진 인타글리오 과정과 관련하여 "사진 스크린 또는 베일"을 사용하는 것을 제안했다.[23][4][5]

이후 수십 년 동안 여러 종류의 스크린이 제안되었다. 최초의 시도 중 하나는 ''캐나다 일러스트레이티드 뉴스''에서 근무하던 윌리엄 레고가 레고타입으로 시도한 것이다. 1869년 10월 30일, 콘노트와 스트라던 공작 아서 왕자의 이미지를 망점으로 인쇄한 것이 최초로 인쇄된 망점 사진이다.[6]
캐나다 일러스트레이티드 뉴스 표지, 콘노트와 스트라던 공작 아서 왕자의 반톤 사진
캐나다 정기 간행물에 망점을 사용하여 인쇄된 최초의 사진, 1869년 10월 30일
1880년 3월 4일, ''뉴욕 데일리 그래픽''은 "판잣집 마을의 한 장면"이라는 제목의 사진을 조잡한 망점 스크린으로 신문에 게재했는데, 이는 신문에서 완전한 색조 범위로 사진을 처음으로 재현한 것이다.[7]

2. 2. 발전 과정

윌리엄 폭스 탤벗은 1852년 특허에서 사진 인타글리오 과정과 관련하여 "사진 스크린 또는 베일"을 사용하는 것을 제안하며 망점 인쇄 아이디어를 제시했다.[4][5]

그 후 수십 년 동안 여러 종류의 스크린이 제안되었다. 최초의 시도 중 하나는 ''캐나다 일러스트레이티드 뉴스''에서 근무하던 윌리엄 레고가 레고타입으로 시도한 것이다. 최초로 인쇄된 망점 사진은 아서 왕자의 이미지로, 1869년 10월 30일에 발행되었다.[6] ''뉴욕 데일리 그래픽''은 나중에 1880년 3월 4일 신문에 "신문에서 완전한 색조 범위로 사진을 처음으로 재현한 것"("판잣집 마을의 한 장면"이라는 제목)을 조잡한 망점 스크린으로 발행했다.[7]

최초로 실제로 성공한 상업적 방법은 1881년 필라델피아의 프레데릭 아이브스가 특허를 받았다.[5][7] 그는 이미지를 다양한 크기의 점으로 분해하는 방법을 찾았지만 스크린을 사용하지 않았다. 1882년, 독일의 게오르크 마이젠바흐는 독일에서 아우토티피라고 명명한 망점 공정에 대한 특허를 받았다.[8] 그의 발명은 Berchtold와 Swan의 이전 아이디어를 기반으로 했다. 그는 노출 중에 회전하여 교차선 효과를 생성하는 단일 선 스크린을 사용했다. 그는 릴리프 망점으로 상업적 성공을 거둔 최초의 인물이었다.[5]

그 후 얼마 지나지 않아 아이브스는 이번에는 루이와 맥스 레비와 협력하여 고품질 교차선 스크린의 발명과 상업적 생산을 통해 이 공정을 더욱 개선했다.[5]

릴리프 망점 공정은 거의 즉시 성공적인 것으로 판명되었다. 1890년대 초 인기 있는 저널에서 망점 블록의 사용이 일반화되었다.[5]

3. 전통적인 망점 방식



전통적인 망점 방식은 사진 기술을 이용하여 회색조 이미지를 개별 점으로 분해하는 과정을 포함한다. 디지털 이미지가 등장하기 전, 이 작업을 위해 특수한 사진 기술들이 개발되었다. 초기에는 거친 직물 스크린을 카메라 필름 앞에 놓고 빛을 조절하여 점 패턴을 만들고, 이를 사진 필름에 현상하여 인쇄판을 제작하는 방식이 사용되었다.

3. 1. 스크린 기법

윌리엄 폭스 탤벗은 망점 인쇄 개념에 기여하였다. 1830년대 초, 그는 사진 요판 가공과 결합하여 사진용 스크린을 이용하는 것을 제안했다.[23]

디지털 이미지가 등장하기 전, 회색조 이미지를 개별 점으로 분해하기 위해 특수한 사진 기술이 개발되었다. 초기 기술은 "스크리닝"으로, 거친 직물 스크린을 카메라 필름 앞에 매달아 빛을 차단하고 회절 효과를 결합하여 점 패턴으로 빛을 분해하는 방법이었다. 이후 사진 필름을 포토 에칭 기법으로 현상하여 인쇄판을 만들었다.

다른 기술로는 평행한 막대로 구성된 론치 격자를 사용하여, 같은 스크린을 다른 각도로 배치하여 두 번째 노출을 결합하는 방법이 있었다. 또 다른 방법은 표면에 교차선이 새겨진 스크린 판을 통해 노출하는 것이었다. 나중에는 사진 접촉 스크린을 사용하거나, 미리 노출된 반톤 패턴이 있는 평판 인쇄용(매우 높은 명암 대비) 필름에 직접 노출하는 방법도 사용되었다.

3. 2. 망점 스크린의 해상도

망점 스크린의 해상도는 인치당 선 수(lpi)로 측정되며, 이는 스크린의 각도와 평행하게 측정한 1인치당 점의 선 수를 의미한다. 스크린 룰링(screen ruling)이라고도 하며, lpi 또는 해시 마크(#)를 사용하여 표기한다. (예: 150 lpi 또는 150#)

원본 파일의 픽셀 해상도가 높을수록 더 많은 디테일을 재현할 수 있지만, 포스터화 현상을 방지하기 위해서는 출력 해상도에 맞춰야 한다.

3. 3. 다중 스크린 및 컬러 망점

서로 다른 스크린을 결합하면 가장자리가 과도하게 강조되거나 모아레 무늬와 같은 시각적 효과가 나타날 수 있다. 이러한 문제는 스크린을 서로 상대적으로 회전시켜 줄일 수 있다. 스크린 각도는 인쇄에서 사용되는 또 다른 측정값으로, 왼쪽으로 향하는 선(9시 방향이 0도)에서 시계 방향으로 측정된 각도(도)이다. 이러한 각도는 패턴을 피하고 중첩을 줄여 색상이 흐릿하게 보이는 것을 방지하도록 최적화되어 있다.[12]

컬러 사진 인쇄에도 망점이 일반적으로 사용된다. 기본적인 아이디어는 동일하며, CMYK라고 불리는 시안, 마젠타, 옐로우, 블랙의 네 가지 보조 인쇄 색상의 농도를 다양하게 하여 특정 색조를 재현할 수 있다.

망점 인쇄 클로즈업. 노란색 위에 마젠타는 주황색/빨간색, 노란색 위에 시안은 녹색.


이 경우, 서로 다른 인쇄 색상은 눈을 속여 단일 색상으로 인식하게 하기 위해 물리적으로 서로 가까이 있어야 한다. 이를 위해 업계에서는 점이 작은 원이나 로제트 모양으로 형성되는 일련의 알려진 각도를 표준화했다.

일반적인 CMYK 망점 스크린 각도의 예


색상 분판 인쇄에서는 모아레가 눈에 띄지 않도록 각 색상의 스크린 각도 조합이 중요하다. 일반적으로 시안 15°, 옐로우 30°, 블랙 45°, 마젠타 75°를 사용한다. (옐로우는 30° 이외의 경우도 있다).

3. 4. 점의 모양

원형 점이 가장 일반적으로 사용되지만, 각각 고유한 특징을 가진 여러 유형의 점을 사용할 수 있다. 모아레 현상을 피하기 위해 동시에 사용될 수도 있다. 일반적으로 선호되는 점의 모양은 인쇄 방법이나 인쇄판에 따라 달라진다.

  • 원형 점: 가장 일반적이며, 특히 피부색조의 경우 밝은 이미지에 적합하다. 70% 명도 값에서 만난다.
  • 타원형 점: 많은 사물이 있는 이미지에 적합하다. 타원형 점은 40% 명도 값(뾰족한 끝)과 60% 명도 값(긴 쪽)에서 만나므로 패턴이 생길 위험이 있다.
  • 정사각형 점: 세밀한 이미지에 가장 적합하며, 피부색조에는 권장하지 않는다. 모서리는 50% 명도 값에서 만난다. 정사각형 점 사이의 전환은 때때로 사람의 눈에 보일 수 있다.[13]

4. 디지털 망점

디지털 망점은 1970년대부터 컬러 드럼 스캐너에 연결된 영화 녹화기용 전자점 발생기가 개발되면서 사진 망점을 대체하기 시작했다. 이 기술은 크로스필드 일렉트로닉스, 헬, 라이노타입-폴 등의 회사에서 주도했다.[14]

디지털 망점화된 이미지

4. 1. 발전 과정

1980년대에는 이미지세터 필름 및 용지 레코더에서 망점 기능을 사용할 수 있게 되었다. 1984년, 머젠탈러 라이노타입의 리노트로닉 300 및 100은 초기 이미지세터의 예시이며, 1985년에는 포스트스크립트 RIP를 제공했다.[14]

4. 2. 레이저 프린터와 망점

1970년대 후반부터 초기 레이저 프린터는 망점을 생성할 수 있었지만, 초기 해상도는 300dpi로 제한되어 스크린 선 수가 약 65lpi 정도였다.[14] 이후 600dpi 이상의 더 높은 해상도와 디더링 기법이 도입되면서 개선되었다.[15]

일반적인 옵셋 인쇄 해상도
스크린 인쇄45-65 lpi
레이저 프린터 (300dpi)65 lpi
레이저 프린터 (600dpi)85-105 lpi
오프셋 인쇄 (신문)85 lpi
오프셋 인쇄 (광택지)85-185 lpi


4. 3. 디지털 망점의 원리

디지털 망점은 래스터 이미지 또는 비트맵을 사용하여 각 단색 화소(pixel)가 잉크가 있거나 없는 상태를 표현한다. 사진 망점 셀을 흉내내기 위해 디지털 망점 셀은 동일한 크기의 셀 영역 내에 단색 픽셀 그룹을 포함해야 한다. 이러한 단색 픽셀의 고정된 위치와 크기는 사진 망점 방식의 고주파/저주파 이분법을 손상시킨다. 클러스터링된 다중 픽셀 도트는 하나의 전체 픽셀 단위로 점프하지만 증분적으로 "증가"할 수 없다. 또한 해당 픽셀의 배치가 중앙에서 약간 벗어나 있다. 이러한 손상을 최소화하기 위해 디지털 망점 단색 픽셀은 매우 작아야 하며, 인치당 600~2,540개 이상의 픽셀이어야 한다.

디지털 이미지 처리를 통해 어떤 픽셀을 검정 또는 흰색으로 할지 결정하는 더 정교한 디더링 알고리즘이 가능해졌으며, 그중 일부는 디지털 망점화보다 더 나은 결과를 제공한다. 비선형 확산 및 확률적 플리핑과 같은 일부 최신 이미지 처리 도구를 기반으로 하는 디지털 망점화도 최근 제안되었다.[15]

4. 4. 변조 방식

진폭 변조는 크기가 다른 점들의 규칙적인 격자를 생성하는 가장 일반적인 망점 생성 방법이다.[16] 주파수 변조는 확률적 스크리닝으로도 알려져 있으며, 또 다른 망점 생성 방법이다.[16] 두 변조 방식 모두 통신에서의 용어 사용과 유사하게 이름이 붙여졌다.

5. 역 망점 처리 (Inverse Halftoning)



역반톤 처리 또는 디스크리닝(descreening)은 반톤 이미지로부터 고품질의 연속톤 이미지를 재구성하는 과정이다. 역반톤 처리는 서로 다른 원본 이미지가 동일한 반톤 이미지를 생성할 수 있기 때문에 불능 문제(ill-posed problem)이다. 따라서 하나의 반톤 이미지는 여러 가지 타당한 재구성을 가질 수 있다. 또한, 반톤 처리 과정에서 색조와 세부 정보(디테일)와 같은 정보가 버려지므로 회복할 수 없이 손실된다.[17] 다양한 반톤 패턴이 존재하기 때문에 최상의 품질을 얻기 위해 어떤 알고리즘을 사용해야 하는지 항상 명확하지 않다.

반톤 이미지를 더 낮은 해상도로 크기 조정할 때 발생하는 공간 앨리어싱으로 인한 하늘의 점들


예술가들에게 망점 이미지를 편집하는 것은 어려운 작업이다. 밝기 변경과 같은 간단한 수정조차 일반적으로 색조 변경을 통해 이루어지는데, 망점 이미지에서는 규칙적인 패턴을 유지해야 하는 작업이 추가된다. 이는 흠집 제거와 같은 더 복잡한 도구에도 적용된다. 많은 이미지 처리 기술은 연속톤 이미지에서 작동하도록 설계되었으며, 이미지 압축 알고리즘 또한 연속톤 이미지에 대해 더 효율적이다.[17] 망점 처리는 이미지의 품질을 저하시키고, 원본 이미지의 갑작스러운 색조 변화가 망점 이미지의 제한된 색조 변화로 인해 제거된다. 또한 무아레 무늬와 같은 왜곡과 시각 효과를 유발할 수 있다. 특히 신문에 인쇄할 경우 용지 특성으로 인해 망점 패턴이 더욱 눈에 띄게 되는데, 이러한 이미지를 스캔하고 재인쇄하면 무아레 패턴이 강조된다. 따라서 재인쇄 전에 이러한 이미지를 재구성하는 것은 적절한 품질을 제공하기 위해 중요하다.

5. 1. 개요

역반톤 처리 또는 디스크리닝(descreening)은 반톤 이미지로부터 고품질의 연속톤 이미지를 재구성하는 과정이다. 역반톤 처리는 서로 다른 원본 이미지가 동일한 반톤 이미지를 생성할 수 있기 때문에 불능 문제(ill-posed problem)이다. 따라서 하나의 반톤 이미지는 여러 가지 타당한 재구성을 가질 수 있다. 또한, 반톤 처리 과정에서 색조와 세부 정보(디테일)와 같은 정보가 버려지므로 회복할 수 없이 손실된다.[17] 다양한 반톤 패턴이 존재하기 때문에 최상의 품질을 얻기 위해 어떤 알고리즘을 사용해야 하는지 항상 명확하지 않다.

5. 2. 역 망점 처리의 필요성

예술가들에게 망점 이미지를 편집하는 것은 어려운 작업이다. 밝기 변경과 같은 간단한 수정조차 일반적으로 색조 변경을 통해 이루어지는데, 망점 이미지에서는 규칙적인 패턴을 유지해야 하는 작업이 추가된다. 이는 흠집 제거와 같은 더 복잡한 도구에도 적용된다. 많은 이미지 처리 기술은 연속톤 이미지에서 작동하도록 설계되었으며, 이미지 압축 알고리즘 또한 연속톤 이미지에 대해 더 효율적이다.[17] 망점 처리는 이미지의 품질을 저하시키고, 원본 이미지의 갑작스러운 색조 변화가 망점 이미지의 제한된 색조 변화로 인해 제거된다. 또한 무아레 무늬와 같은 왜곡과 시각 효과를 유발할 수 있다. 특히 신문에 인쇄할 경우 용지 특성으로 인해 망점 패턴이 더욱 눈에 띄게 되는데, 이러한 이미지를 스캔하고 재인쇄하면 무아레 패턴이 강조된다. 따라서 재인쇄 전에 이러한 이미지를 재구성하는 것은 적절한 품질을 제공하기 위해 중요하다.

5. 3. 역 망점 처리 방법

공간 및 주파수 필터링의 경우, 저역 통과 필터를 적용하여 망점 패턴을 제거한다. 예를 들어, 가우시안 필터는 고주파 정보를 제거하여 이미지를 흐릿하게 만들고 망점 패턴을 줄인다. 이때 적절한 대역폭 선택이 중요하다. 대역폭이 너무 좁으면 가장자리가 흐릿해지고, 너무 높으면 패턴이 완전히 제거되지 않아 노이즈가 생긴다.[18]

웨이블릿 표현으로 분해하여 가장자리 강화를 통해 추가 개선이 가능하다. 가장자리는 고역 에너지로 구성되는데, 추출된 고역 정보를 통해 부드러운 영역의 저역 정보를 유지하면서 가장자리 주변을 다르게 처리하여 강조할 수 있다.[18]

최적화 기반 필터링은 인공신경망 기반의 기계 학습 알고리즘을 사용한다.[19] 이 방식은 실제 망점 이미지에 따라 다른 전략을 사용하며, 합성곱 신경망을 통해 객체 탐지를 수행하여 범주 기반 역 망점 처리를 가능하게 한다. 또한, 생성적 적대 신경망을 사용하여 결과를 개선할 수 있다.[20] 이러한 방법은 훈련 데이터 품질에 따라 제한되며, 훈련 데이터에 없는 망점 패턴은 제거하기 어렵다.

탐색표 방식은 필터링을 사용하지 않고,[21] 망점 이미지의 각 픽셀에 대해 이웃 영역의 분포를 계산한다. 탐색표는 주어진 픽셀과 그 분포에 대한 연속적인 색조 값을 제공한다. 이 방법은 망점 처리 전략을 미리 알고 있어야 하며, 새로운 망점 패턴마다 표를 다시 계산해야 한다.

6. 주요 연구 그룹


  • 퍼듀 대학교 전자 영상 시스템 연구실
  • 텍사스 오스틴 대학교 임베디드 신호 처리 연구실

참조

[1] 서적 The Designer's Lexicon Chronicle 2000
[2] 서적 Real World Print Production Peachpit 2007
[3] 서적 Encyclopedia of nineteenth-century photography Taylor & Francis Group 2008
[4] 서적 The Repertory of patent inventions https://books.google[...] 1853
[5] 서적 Printing 1770–1970: an illustrated history of its development and uses in England Eyre & Spottiswoode 1970
[6] 웹사이트 The First Half-Tones http://www.collectio[...] Library and Archives of Canada 2007-09-17
[7] 서적 A History of Graphic Design John Wiley & Sons, Inc. 1998
[8] 서적 Lexikon der Reprotechnik https://books.google[...] Reinhard Welz Vermittler Verlag e.K. 2007
[9] 특허 Composition for etching stone 1860-04-24
[10] 특허 Lithographic Process 1883-05-15
[11] 특허 Lithographic Process 1880-05-18
[12] 웹사이트 Use of halftone line screens for printing digital images on press http://www.prepressx[...] 2009-04-20
[13] 서적 A Guide to Graphic Print Production Wiley & Sons 2007
[14] 웹사이트 Linotype History - 1973–1989 https://www.linotype[...] 2019-03-19
[15] 논문 Least-square halftoning via human vision system and Markov gradient descent (LS-MGD): Algorithm and analysis 2009
[16] 서적 Digital Color Imaging Handbook https://books.google[...] CRC Press 2003
[17] 논문 Error-diffused image compression using a binary-to-gray-scale decoder and predictive pruned tree-structured vector quantization 1994
[18] 논문 Inverse halftoning using wavelets 1996
[19] 논문 Deep Joint Image Filtering Springer International Publishing 2016
[20] 논문 Deep context-aware descreening and rescreening of halftone images 2018-07-30
[21] 서적 Look-up table (LUT) method for inverse halftoning. The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc-IEEE 2001-10-01
[22] 서적 The Designer's Lexicon Chronicle 2000
[23] 서적 Printing 1770–1970: an illustrated history of its development and uses in England Eyre & Spottiswoode 1970



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