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彩色反射密度計(jì)響應(yīng)方式的應(yīng)用研究

2010-09-07

一、反射密度計(jì)測量原理
　　反射密度計(jì)是利用紅、綠、藍(lán)濾色片獲得三色光，通過測量油墨對三色光的反射，得到青、品紅、黃三分解色的色密度。色密度度量的是油墨對某種色光的物理吸收特性，反映了某種油墨飽和度的相對值，在實(shí)際應(yīng)用中，按照測量目的異同，采用標(biāo)準(zhǔn)寬帶或窄帶濾色片測量不同光譜范圍的密度，因此，反射密度計(jì)的測量被分為窄帶測量、寬帶測量，這是印刷工業(yè)中常采用的兩種密度測量方式。
　　因?yàn)閷拵V色片光譜曲線較寬，紅、綠、藍(lán)三波段相互交叉，造成單色濾色片中有部分其它三色光通過，而窄帶濾色片對光譜的選擇性較強(qiáng)，所以，窄帶測量的密度值較寬帶測量值要高。反射密度計(jì)原理如圖1。
　　密度計(jì)測得油墨的光譜反射率后，可以通過計(jì)算由公式（1）求得油墨密度。式中ρink為  （1）
　　油墨對吸收后剩余補(bǔ)色光的反射率，Sik（λ）為照射光源的光譜能量分布，rik（λ）為光電探測器的光譜靈敏度，τ(λ)為濾色片的光譜透射率，P(λ)為油墨對各波長的光譜反射率。下腳標(biāo)代表不同波段范圍，分別對應(yīng)三個不同波段范圍的紅、綠、藍(lán)光，對應(yīng)青、品紅、黃三油墨密度，上腳標(biāo)k對應(yīng)相同波段范圍內(nèi)不同的光譜能量分布形式，對應(yīng)不同響應(yīng)方式測得的密度。
　　二、彩色密度計(jì)的響應(yīng)方式
　　所有的密度計(jì)都使用對數(shù)關(guān)系來確定密度，如果各自的測量系統(tǒng)中的響應(yīng)方式（如濾色片、光電探測器或是密度計(jì)中內(nèi)建的對數(shù)關(guān)系）不同的話，其所得到的密度讀數(shù)也各不相同。為此測量時(shí)有必要進(jìn)行密度計(jì)響應(yīng)方式的統(tǒng)一，響應(yīng)方式的規(guī)定是按滿足標(biāo)準(zhǔn)響應(yīng)定義來設(shè)計(jì)、測量和校準(zhǔn)的結(jié)果，是為所有密度計(jì)提供一致的密度。
　　1.常用響應(yīng)方式
　　在彩色密度測量中，密度計(jì)顯示的測量值取決于密度計(jì)中使用的光源光譜能量分布Sik (λ)，探測器的光譜靈敏度rik（λ）和濾色片的光譜透射率τ(λ)三者的光譜乘積，此為密度計(jì)測量的響應(yīng)函數(shù)，用符號∏表示：
　　如果對測量的響應(yīng)函數(shù)不作嚴(yán)格規(guī)定，這種用紅、綠、藍(lán)光束所測定出的密度只是一個具體密度計(jì)所特有的，對于同一色樣，它所提供的讀數(shù)不能直接和另一部密度計(jì)所測的讀數(shù)作比較。為了進(jìn)行國際、廠際間的交流和標(biāo)準(zhǔn)化，必須對這類密度計(jì)作適當(dāng)限制，并盡可能統(tǒng)一起來，因此，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）和美國國家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會（ANSI）對三濾色片密度做了響應(yīng)方式的規(guī)定，如X-Rite 500系列密度計(jì)中的T，G，E， I等響應(yīng)方式。
　　國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO規(guī)定：如果密度計(jì)整個測量系統(tǒng)響應(yīng)函數(shù)的對數(shù)值lg∏達(dá)到某響應(yīng)規(guī)定的數(shù)值，由密度計(jì)測得的數(shù)據(jù)即為該響應(yīng)密度。表2為T響應(yīng)方式響應(yīng)函數(shù)的對數(shù)值（表中只列出綠光響應(yīng)函數(shù)的對數(shù)值lg∏TG），滿足T響應(yīng)函數(shù)規(guī)定的密度計(jì)，測得的數(shù)據(jù)即為T響應(yīng)密度。
　　表2  T響應(yīng)方式響應(yīng)函數(shù)對數(shù)值
　　我國印刷行業(yè)中采用的紅、綠、藍(lán)光在其波段范圍內(nèi)的能量分布要求，對應(yīng)的響應(yīng)方式為T響應(yīng)方式，在T響應(yīng)方式中，光電探測器的光譜靈敏度rik(λ)不受CIE光譜三刺激值的限制，不包含人眼顏色視覺生理因素和心理因素的轉(zhuǎn)換值。由于標(biāo)準(zhǔn)T響應(yīng)方式中響應(yīng)函數(shù)是標(biāo)準(zhǔn)量，而未知量只有油墨對各波長的光譜反射率ρ(λ)，因此，具有相同反射率的色樣，用不同型號密度計(jì)所測得的標(biāo)準(zhǔn)T響應(yīng)密度應(yīng)是相等的，保證了密度測量的一致性。
　　2.響應(yīng)密度的計(jì)算
　　根據(jù)公式（1）和（2）可以將品紅油墨在綠光區(qū)T響應(yīng)密度用公式（3）表達(dá)。
　　式中：△λ－波長間隔，可按要求取10nm或20nm。
　　取波長間隔為20nm， 其中∏TG的值由表2綠光響應(yīng)函數(shù)的對數(shù)值ig∏TG得出，逐波長計(jì)算∏TG與品紅油墨對各波長的廣譜反射率ρ(λ)的乘積值見表3。
　　表3  ∏TG與光譜反射率ρ(λ)的乘積
　　由表3中得到的∏TG、∏TG. ρ(λ)數(shù)值代入公式（3）可得品紅油墨的T響應(yīng)密度。其它響應(yīng)方式計(jì)算方法與T響應(yīng)類似。
　　(4)
　　三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
　　儀器：X-Rite 518配偏振片（測量響應(yīng)方式T，G，E，I）。
　　光源：標(biāo)準(zhǔn)光源A，色溫2856K；光譜范圍：400nm-700nm。測量孔徑：3.4mm。測量幾何條件：45°/0° (ANSI & ISO 標(biāo)準(zhǔn))； 光譜傳感器：DRS技術(shù)， 24 點(diǎn)引擎， 31 點(diǎn)報(bào)告。
　　樣張：印刷測控條C、M、Y實(shí)地色塊。
　　將經(jīng)過全面校準(zhǔn)的X-Rite 518設(shè)置為不同的響應(yīng)方式，分別對實(shí)地色塊進(jìn)行密度測量，測得數(shù)據(jù)如表2所示，由表2得畫出常用響應(yīng)方式密度曲線見圖2。
　　表4 常用響應(yīng)方式的測量數(shù)據(jù)
　　Tab. 2 measurement data of conventional response modes
　　圖2 常用響應(yīng)方式密度曲線
　　由圖2可知，T、G、E響應(yīng)方式測得DC、DM數(shù)值基本一致， 只是黃墨密度由T響應(yīng)到I響應(yīng)依次增大，這是因?yàn)門、G、E響應(yīng)方式使用的是寬帶紅濾色片與寬帶藍(lán)濾色片，如常用的雷登25紅濾色片、雷登47藍(lán)濾色片。由于G響應(yīng)方式為愛色麗印刷工藝寬帶響應(yīng)，與T響應(yīng)方式類似，只是對于較濃的黃色油墨比較敏感，所以測得Dr數(shù)值較大，而E響應(yīng)方式中使用了雷登47B窄帶藍(lán)濾色片，所以對于黃色油墨測得的Dr較G響應(yīng)大。響應(yīng)方式I是ANSI制訂的一個窄帶的響應(yīng)方式，因此，在列出的響應(yīng)方式中，I響應(yīng)測得的密度大，尤其是黃墨的密度值較T響應(yīng)高出36.8％，故墨層厚度的細(xì)微變化也被放大36.8%，此響應(yīng)方式有利于及時(shí)發(fā)覺并控制墨層厚度的變化。
　　色彩作為顏色視覺，是一種寬帶感覺現(xiàn)象，因此在用于灰平衡，顏色校正測量時(shí)，應(yīng)選用以T響應(yīng)方式為代表的寬帶密度計(jì)，而在測量油墨厚度、疊印率和網(wǎng)點(diǎn)面積率時(shí)則用窄帶密度計(jì)，以提高精確度。
　　四、結(jié)語
　　為了實(shí)現(xiàn)圖像復(fù)制的標(biāo)準(zhǔn)化，密度計(jì)在經(jīng)過全面校準(zhǔn)后，必須對響應(yīng)方式進(jìn)行正確選擇，只有這樣，才能實(shí)現(xiàn)測量數(shù)據(jù)的一致性，這是進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)交流的前提，也是實(shí)現(xiàn)圖像復(fù)制技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化的關(guān)鍵所在。