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彩色反射密度計響應方式的應用研究

2010-09-07

一、反射密度計測量原理
　　反射密度計是利用紅、綠、藍濾色片獲得三色光，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，在實際應用中，按照測量目的異同，采用標準寬帶或窄帶濾色片測量不同光譜范圍的密度，因此，反射密度計的測量被分為窄帶測量、寬帶測量，這是印刷工業中常采用的兩種密度測量方式。
　　因為寬帶濾色片光譜曲線較寬，紅、綠、藍三波段相互交叉，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，所以，窄帶測量的密度值較寬帶測量值要高。反射密度計原理如圖1。
　　密度計測得油墨的光譜反射率后，可以通過計算由公式（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。下腳標代表不同波段范圍，分別對應三個不同波段范圍的紅、綠、藍光，對應青、品紅、黃三油墨密度，上腳標k對應相同波段范圍內不同的光譜能量分布形式，對應不同響應方式測得的密度。
　　二、彩色密度計的響應方式
　　所有的密度計都使用對數關系來確定密度，如果各自的測量系統中的響應方式（如濾色片、光電探測器或是密度計中內建的對數關系）不同的話，其所得到的密度讀數也各不相同。為此測量時有必要進行密度計響應方式的統一，響應方式的規定是按滿足標準響應定義來設計、測量和校準的結果，是為所有密度計提供一致的密度。
　　1.常用響應方式
　　在彩色密度測量中，密度計顯示的測量值取決于密度計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，此為密度計測量的響應函數，用符號∏表示：
　　如果對測量的響應函數不作嚴格規定，這種用紅、綠、藍光束所測定出的密度只是一個具體密度計所特有的，對于同一色樣，它所提供的讀數不能直接和另一部密度計所測的讀數作比較。為了進行國際、廠際間的交流和標準化，必須對這類密度計作適當限制，并盡可能統一起來，因此，國際標準化組織（ISO）和美國國家標準學會（ANSI）對三濾色片密度做了響應方式的規定，如X-Rite 500系列密度計中的T，G，E， I等響應方式。
　　國際標準化組織ISO規定：如果密度計整個測量系統響應函數的對數值lg∏達到某響應規定的數值，由密度計測得的數據即為該響應密度。表2為T響應方式響應函數的對數值（表中只列出綠光響應函數的對數值lg∏TG），滿足T響應函數規定的密度計，測得的數據即為T響應密度。
　　表2  T響應方式響應函數對數值
　　我國印刷行業中采用的紅、綠、藍光在其波段范圍內的能量分布要求，對應的響應方式為T響應方式，在T響應方式中，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換值。由于標準T響應方式中響應函數是標準量，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，用不同型號密度計所測得的標準T響應密度應是相等的，保證了密度測量的一致性。
　　2.響應密度的計算
　　根據公式（1）和（2）可以將品紅油墨在綠光區T響應密度用公式（3）表達。
　　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綠光響應函數的對數值ig∏TG得出，逐波長計算∏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)數值代入公式（3）可得品紅油墨的T響應密度。其它響應方式計算方法與T響應類似。
　　(4)
　　三、實驗結果及分析
　　儀器：X-Rite 518配偏振片（測量響應方式T，G，E，I）。
　　光源：標準光源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 標準)；光譜傳感器：DRS技術， 24 點引擎， 31 點報告。
　　樣張：印刷測控條C、M、Y實地色塊。
　　將經過全面校準的X-Rite 518設置為不同的響應方式，分別對實地色塊進行密度測量，測得數據如表2所示，由表2得畫出常用響應方式密度曲線見圖2。
　　表4 常用響應方式的測量數據
　　Tab. 2 measurement data of conventional response modes
　　圖2 常用響應方式密度曲線
　　由圖2可知，T、G、E響應方式測得DC、DM數值基本一致，只是黃墨密度由T響應到I響應依次增大，這是因為T、G、E響應方式使用的是寬帶紅濾色片與寬帶藍濾色片，如常用的雷登25紅濾色片、雷登47藍濾色片。由于G響應方式為愛色麗印刷工藝寬帶響應，與T響應方式類似，只是對于較濃的黃色油墨比較敏感，所以測得Dr數值較大，而E響應方式中使用了雷登47B窄帶藍濾色片，所以對于黃色油墨測得的Dr較G響應大。響應方式I是ANSI制訂的一個窄帶的響應方式，因此，在列出的響應方式中，I響應測得的密度大，尤其是黃墨的密度值較T響應高出36.8％，故墨層厚度的細微變化也被放大36.8%，此響應方式有利于及時發覺并控制墨層厚度的變化。
　　色彩作為顏色視覺，是一種寬帶感覺現象，因此在用于灰平衡，顏色校正測量時，應選用以T響應方式為代表的寬帶密度計，而在測量油墨厚度、疊印率和網點面積率時則用窄帶密度計，以提高精確度。
　　四、結語
　　為了實現圖像復制的標準化，密度計在經過全面校準后，必須對響應方式進行正確選擇，只有這樣，才能實現測量數據的一致性，這是進行標準數據交流的前提，也是實現圖像復制技術標準化的關鍵所在。