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色彩测量仪器之应用及原理

发布时间:2011.05.24 新闻来源:柯尼卡美能达 浏览次数:

色彩测量仪器之应用及原理

 

    目前采用数字化的色彩管理,对生产流程中各生产环节进行色彩特性的描述,是实现色彩准确再现的最好方法,而其前提与基础是色彩测量数据的准确性。

    色彩是印刷复制的最关键要素,在印刷生产流程中,如何保证色彩真实再现是一个世界性难题。

    现阶段,密度测量在一部分印刷企业中已经显示出优越性。密度测量值能够反映墨层厚度的信息,并指导网点扩大的控制,通过密度测量的数据来控制印刷质量,方便可靠,已经深受人们信赖。但是密度值却不能直接反映图像颜色对于人眼的刺激,它用于监测印刷色差时基本上可以起到监控效果,但存在一定的误差,表征颜色还不够精确,也不利于同客户进行数据交流,因此衍生出色度测量。色度测量能更好地反映色视觉心理和生理规律,提供更详尽的色彩信息,对印刷色彩管理起到了很好的促进作用。

一、分光光度计原理和应用

    分光光度测量是将整个可见光谱等间隔取点测量光谱反射量,跟光电色度计相比,分光光度测量法可以看成是连续地对光谱测量,它提供的颜色信息要多得多,丰富得多。

    分光光度计的分光原理基本有三种:旋转滤色片分光法、散射棱镜分光法、衍射光栅分光法,如图三所示。第一种方法是在圆盘上安装20~30个窄带滤色片,通过旋转圆盘来实现分光。后两种方法是利用光的色散,把光源的复合辐射分解成不同波长的单色辐射,并按一定的顺序排列,使用的色散元件是棱镜或衍射光栅。

例如海德堡CPC2上的扫描式分光光度计就是建立在衍射光栅原理基础上的。

    常用分光光度计的波长间隔是10nm或20nm,被记录的可见光谱被分成约30段。在一些高精度的系统中,测量间隔也可以更小(至1nm)。然后在规定照明体和观察视场下,通过光电探测器逐个对每段波长的光量进行测量,再根据反射光谱或透射光谱计算出待测品的色度值。

    不同照明体和观察视场的CIE坐标也能通过分光光度计光谱测量的数据来计算。具体地讲,从光谱数值转换到CIE颜色三刺激值时,照明体直接作为一个参数,所以如果从一种照明条件再向其它照明体条件转换时,就要采用数学逼近计算法。

    分光光度计比密度计和色度计都更贴近人眼的视觉反应,因为它测量的是整个可见光谱的反射光量,但又和人眼不同。眼睛是在同时感受全部波长的基础上评价光,而印刷品的反射光谱的测量必须逐个波长地进行,这就必须在光谱进入到光电接受器前,把光谱在各个波长进行分解,目前大多数分光光度计都采用在反射光路上进行分光,而且并不是真正的分光,只是对预定的波长进行测量进行一个累加而非积分的求和运算,如以下公式所示:

    分光光谱数据定义的颜色更完整,测量精度很高,并可测量专色,光谱数据经计算还可得到密度值和色度值。适用于色彩管理过程中对专色的评价、光谱分析与颜色评价,以及设备色彩特性文件的制作。

    理论上讲,所有的油墨,无论是四色油墨还是专色油墨,都可以利用分光光度计进行测量。系统自动将测得的数据与目标颜色值进行比较,并将比较的结果显示在屏幕上。如果选定的是密度值,那么可以用传统的方法对质量进行判定;如果选择的是Lab值,可以通过△E值直观地判断出颜色的偏差,偏差数量的多少将在一个图表中显示出来。操作者可根据图表上的数据来判断哪个区域的颜色是正确的,哪个区域的墨大了或墨小了。如果操作者决定对颜色进行调整,分光光度计还会通过联机控制,只需按一个按钮即可将推荐的调整数据发送给墨区设置。

    若用密度值根本无法表示一个专色,对四色油墨也是如此。这是因为密度测量与油墨颜料的含量没有关系,密度值中根本不包含对色相的表达,这是所有印刷企业都熟知的一个问题。如果油墨的类型改变了,虽然有一样的印刷密度,但不一定确保能获得相同的印品颜色。

    分光光度计也具有密度计的功能,密度测量是不可能在一夜之间完全抛弃得了的技术。尽管一些印刷商已经转向使用新的技术,但仍利用老的技术作为评判质量的一个工具,这一点很适合用户的多样化需求。

    除了在印刷过程中控制墨区墨量,分光光度测量法还有其他一些优点。在色彩管理实施的过程中,为了使印刷品在输入到输出的各个环节中保证颜色的准确性和一致性,我们需要利用ICCProfile特性描述文件对每一个环节进行色彩管理,分光光度的测量方法为实现Profile特性描述文件的制作提供了前提和保证:因为Profile只支持Lab或者XYZ值,而不支持密度值。

    二、密度计的原理和应用

    密度计由光源、透镜组、偏光镜(可选)、滤色片、传感器和电子系统、显示器等部分组成,其中反射密度计(带滤色片)的测量原理如图一所示:

    密度计利用的是内置的红、绿、蓝光学滤色片测量黄、品红和青颜色的光反射或透射率,计算得到密度值,这种基于三色滤色片的原理,使得其结构非常简单和使用广泛,但由于滤色片自身的缺陷,它也构成了密度计无法逾越的局限:只能够测量印刷品的密度值,而不包括对色相的表达,因而无法真实地反映颜色实际的视觉效果,形象地说是一种“色盲”测量设备。

    此外,密度计测量还具有其他的一些局限性,如:应用的领域只局限于四色印刷工艺,虽然常用于辅助监控墨层厚度,但是密度和墨层厚度之间没有直接的联系。所以,密度计的用途在于用户可以根据其提供的最大/小密度、网点扩大和印刷反差等对软片或者是印版进行印前补偿及校正,指导生产管理人员正确地加网,确定墨量、曝光量、水墨平衡等控制参数,而不擅长色彩管理中颜色复制准确性的测量和控制。

    三、光电色度计的原理和应用

    光电色度计可以看成是一个反射率计,它带有一套专门的三滤色片,这不同于密度计的红绿蓝滤色片,这套滤色片根据CIE光谱三刺激值在色度计的每个通道中给光谱的各波长加权,它涉及的主要是反射率问题,而不是对数问题。光电色度计测量原理如图二所示:

    相对于密度测量,光电色度计能通过三刺激值具体描述颜色信息,而不是仅仅局限于亮度信息,由于其采用的仍是三滤色片原理,采样的光谱范围有限,因此导致精度不高,不适合高精度的色彩管理中颜色的测量和控制。

   

    四、实际使用情况

    目前,在市场上最受欢迎的当是X-Rite公司的500系列分光密度仪,功能覆盖密度测量、网点增大、叠印率、印刷反差、灰平衡值、色调误差、色彩比较等密度功能和色度功能,其中530还可以配合色彩品质控制软件使用;X-Rite的DTP41自动扫描分光光度仪也有很多用户使用,自动化程度高,制作ICCProfile特性描述文件非常方便和快捷。

 GretagMacbeth公司的SpectroEye便携式分光光度仪提供了精确测量和控制专色所需的所有色度测量功能,并有用于监控印刷过程中颜色的所有色密度测量功能。SpectroEye提供了宽范围的色空间和色差公式排列,包括CIELAB颜色体系之CMC、FMCⅡ或ΔE*94色差公式,以确保和仪器化颜色品管的标准程序达到完美配合,甚至可以作为油墨配色系统的一部分,用来进行油墨配比。

    此外,EFI公司的ES-1000分光光度计无论测量显示器屏幕还是印刷品都很方便,一般的色彩管理软件都能够支持,而且用户可以根据需要,选择按照单个色块或者单个色条进行测量。有的型号还可以支持离线电池供电模式,这种模式下EFI分光光度计最多可测出512个色块读数,方便时再上载到计算机中,适合离线操作。

 

    总的说来,现在色度计用得相对较少,密度计和分光光度计已经各自显示出自己的优势,前者虽然没有色度功能,但是反映墨层厚度、监控印刷状态,贯穿整个印刷过程都可以使用,而且价格相对便宜;分光光度计既有密度功能又有色度功能,而且精度高,是未来颜色复制色彩管理的趋势,但同时价位也高,目前还没有广泛普及。

    不过,不管使用哪样的测量设备,正确进行设备校正和参数的设置都是非常重要的,只有这样才能保证设备的正常使用和测量值的参考价值。

 

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