三原色油墨的色彩测定与评价

实验四　三原色油墨的色彩测定与评价

一、实验目的和要求

1.实验目的

由于油墨中使用的黄、品红、青三原色颜料与自然界光谱的颜色差别很大，本身存在有害吸收，导致印刷品的颜色达不到预期的色调和密度，通常需要在印前图像处理时进行调节和补偿。而补偿的前提是要了解三原色油墨的色彩特点及其颜色评价指标。

2.实验要求

(1)了解三原色油墨的呈色范围。

(2)学会X－Rite530分光密度计的使用。

(3)掌握用X－Rite530分光密度计测量光学密度和颜色值的方法。

(4)掌握判别油墨色彩优劣和三原色油墨色彩的评价方法。

二、实验原理及仪器结构

(一)实验原理

反射密度是物理光学中密度的一种，是物体吸收光线的特性量度，人眼对明暗差别主观感觉的等级与物体反射光通量的对数相接近，因此，反射密度D用反射比ρ的倒数的以十为底的对数来表示，如式(1)所示。显然，当反射比ρ增大，则D减小。

通过对反射密度的测算，可以得到油墨的颜色评价指标，即:色强度、色相误差、灰度和色效率。通过分析这些参数，可以对油墨进行评价和控制。

色强度是指实地色块的最大密度，它反映油墨的颜色范围和深度。色强度用密度计直接测得。

色相是油墨对可见光谱所吸收与反射的综合结果。色相误差表示色相的纯正程度，反映了偏向最小密度值的滤色片颜色的程度，若用D_H、D_M、D_L表示三色滤色片测得的最大、中间、最小密度值，色相计算公式由式(2)表示:

灰度表示油墨的含灰量，反映油墨色彩饱和度。油墨的灰度值越低，其饱和度就越高，计算公式由式(3)表示:

色效率是油墨与理想三原色油墨对可见光谱所吸收与反射的综合结果的比较值，反映其正确表示颜色的程度，计算公式由式(4)表示:

(二)仪器结构、工作原理和使用

1.仪器结构

X－Rite530分光密度计结构和外形如图1－4－1所示，它由机身、基座和校正白板三部分组成。机身顶面有一个显示屏1和上跳位键2、下跳位键3、主目录键4、退出键5、确认键6共五个操作按钮;机身尾部有数据线接口10、基座定位旋钮11、电源线接口12;基座8前面有一个目标窗口7，测量时将该目标窗口对准被测色块。转动基座定位旋钮11时，可以调节基座8与机身的展开角度。打开仪器机身底部的电池盖板，其内部结构如图1－4－2所示，主要有测量头1、基座锁定钮2、充电电池3、电池开关4等。

图1－4－1　X－Ri t e分光密度计结构和外形图

1—显示屏; 2—上跳位键; 3—下跳位键; 4—主目录键; 5—退出键; 6—确认键;7—目标窗口; 8—基座;9—校正白板; 10—数据线接口;11—基座定位旋钮; 12—电源线接口

2.仪器工作原理

反射式分光密度计是功能齐全的手动颜色测量仪器，该仪器具有特殊设计的集成分光光度仪主芯片，以确保获得最准确的测量数据。其工作原理图如图1－4－3所示。它是通过比较被测样品和校准样品(白板)对特定波长光的反射光通量，求得被测样品的光谱反射比，再经过积分等运算得出样品的密度值。用下标i代表不同波段范围，分别有三个波段范围对应红、绿、蓝光的响应，反映了青、品红、黄三个密度。被测样品的光学密度的计算公式为:

图1－4－2　X－Rite分光密度计内部结构图

1—测量头;2—基座锁定钮; 3—充电电池;4—电池开关

式中　　D——被测试样的光学密度;

　　　　Φ_r——被测试样的反射光通量;

　　　　Φ_o——被测试样的入射光通量;

　　　　Φ_e(λ)——入射于被测试样的光谱辐射通量;

　　　　ρ(λ)——被测试样的光谱反射比;

　　　　V_i(λ)——探测器的光谱响应函数;

　　　　dλ——波长元。

图1－4－3　反射式分光密度计工作原理图

图1－4－4　仪器主目录屏幕显示界面

分光密度计测量颜色的原理是将测试样反射回来的不同波长光的反射光通量，换算成CIELAB均匀色空间中的L^* a^* b^*值。

反射式分光密度计除了可用来测量密度和颜色外，还可测量色差、网点面积率、叠印率、印刷反差、色调误差/灰度和纸张指数等。

3.仪器的使用

当仪器被接通电源(装上充电电池)时，主目录屏幕显示界面如图1－4－4所示。主屏幕包含两个区域，主目录和仪器/选项数据。左侧屏幕列出所有可选择的功能，从上往下分别为:密度、颜色、匹配、自动选择功能、网点、叠印、印刷反差、色调误差/灰度、纸张指数、比较、校正、配置。当主目录题目被加亮时，右侧屏幕预示仪器信息;当功能被加亮时，右侧屏幕显示具体选项信息。

(1)五个按键说明

基本操作功能共用五个按键，如图1－4－4所示。每一个按键(即↑、↓、x、↖和←)有一个独特符号，代表执行某一特定功能。

①“上下跳位键↑、↓”。如果按“↓向下跳位键”表示指令跳转为下一个“定位点”处。一个“定位点”指明一些条目可以被进一步处理，定位点一般执行顺序从左到右，或从上到下。当最后一个定位被加亮时，再按“↓向下跳位键”，将加亮第一个条目。如果按“↑向上跳位键”执行与向下跳位键一样的功能，只不过以相反的方向，定位点顺序从右到左或从下向上。

②“进入键←”。如果按“进入键←”，将激活被加亮的条目。当从主目录输入一个激活功能，屏幕上将“加亮显示”，执行该功能所需的测量列表中第一个必须完成的步骤(通常是纸张和样本)。

③“退出键↖”。如果按“退出键↖”将返回上一个层次，例如，如果一个选项或数值被更改了，按“退出键↖”，更改行为被取消，过去设定仍然有效，显示前一屏幕或目录。

④“x主目录键”。如果按“x主目录键”将返回到主目录，并且加亮显示主目录。这是一个快速退出键。按此键时任何变更选项或数值都将被取消，过去的设定仍然有效。

(2)功能屏幕说明

仪器功能屏幕包括六个主要区域，即当前使用的功能、设置相关选项、测量对象、测量数据、用户对话框和当前滤波器类型或光源/视角。这几项当某项被点亮时，按进入键就可以进入到此项的下一个级别的功能，按需要选择。如图1－4－5所示为X－Rite分光密度计的密度功能屏幕。

图1－4－5　X－Rite分光密度计的密度功能屏幕

①当前使用的功能。此区域显示当前测量状态。当状态被加亮，按“进入键←”可以进行与其他状态的切换，例如“密度”和“密度减去标准01”的切换。

②设置相关选项。每项“当前使用的功能”都包括一项选项目录，每个选项目录中包含一项或多项可变设置。当目录被加亮时，按“进入键←”可以打开一系列可供选择的选项，例如“颜色”和“状态”。

③测量对象。此区域显示了可供“当前使用的功能”选择的测量项目。

④测量数据。屏幕上此部分实时显示“当前使用的功能”测量数据。图1－4－5显示的数据是纸张密度数值。当测量数据超大或超长时，显示为xxx。

⑤用户对话框。仪器会提示一个被加亮的“测量对象”中所需要的测量步骤。任何在测量过程中遇到的错误条件也将显示于此框中。测量中错误主要有两种:操作错误和仪器错误。

⑥滤波器类型或光源/视角。此部分的屏幕显示实时的反应或光源/视角选项。对于测色功能，按“进入键←”对已在所提供的光源中进行切换。操作环境中设定，可改变仪器状态。

(3)仪器校正方法

①在主菜单中使用上下跳位键加亮“校正”(图1－4－6)。

②再按进入键进入白板校正界面(图1－4－7)。

③放平校正板。

④把分光密度计放置在校正板上，测量孔对准圆形白板区域。

⑤按下测量头，直到屏幕左下角显示“完成”，表示校正完成。

图1－4－6　主菜单中加亮“校正”

图1－4－7　白板校正界面

(4)密度测量功能

①关于密度测量的响应方式。密度的测量与光电接收器的光谱响应函数密切相关。进入“主目录＞配置”，可以设置密度的响应方式，如T、E、A、G等，我国采用和美国相同的T型响应方式，欧洲普遍采用E型，它对黄色的读数偏高。

②选择密度测量数据形式。密度测量有两种形式来评估密度数据。

(a)直接密度(绝对值法)测量数值。

(b)密度差(减去标准值)测量数值(即:样品－标准=密度差)。

操作方法为:在“主目录”按跳位键↓加亮“密度”，进入密度测量界面后，按跳位键↑或↓选择上端的“密度”，按“进入键←”切换为“密度减去标准值”模式。若再按“进入键←”又切换回“密度”模式。

③选择测试方式。当操作“主目录”＞“密度”＞“选项”＞“颜色”后，有“全部”、“自动”、“单项选择”三个。“全部”就是对一个样品的Y、M、C、V四项颜色都测出来。“自动”就是只显示一个样品的主色调。“单项选择”是只选择黑(V)、青(C)、品红(M)、黄(Y)中的单一颜色。在进入密度测试状态后，选屏幕的右上角是“选项”菜单，按进入键进去后再选“颜色”，就可以选择了。

④直接测量密度方法(选择密度选项为“全部方式”，如图1－4－8所示):

图1－4－8　直接密度测量界面

(a)用跳位键↑或↓选择主目录中的“密度”，按“进入键←”进入密度测量界面。

(b)放平被测试样，把仪器的测量孔对准试样，按下机身即可测量出试样色墨的密度值。“＞”符号表示该样品色墨的主色调的密度值，即:例如被测颜色是青色调的，则“＞”符号就会标在C前面。

⑤测量密度差的方法(图1－4－9)。进入密度测量界面后，按跳位键↑或↓选择上端的“密度”，按“进入键←”切换为“密度减去标准值”模式。再按跳位键↑或↓选择“标准”，进入标准设置界面(这里可供用户设置并存储16个标准)，加亮标准01，测量标准色块得出标准值。然后仪器自动会加亮“样品”，接下来去测量样品，仪器会自动寻找与样品最接近的标准，并计算二者的差值显示于屏幕。

标准值也可以手动设置，作为以后测量的参考。操作方法为:选择加亮标准01，按“进入键←”后，按跳位键↑或↓，分别选择加亮V、C、M、Y四个颜色来设置其相应的密度值。

(5)颜色测量功能

①颜色测量的选项。颜色选项有颜色空间、ΔE方式、视角和标准四个，如图1－4－10所示。

图1－4－9　密度差测量界面

图1－4－10　颜色测量的选项

(a)颜色空间:有XYZ、Yxy、L^* a^* b^*、L^* C^* h^*、L^* u^* v^*、Y^* u^* v^*、反射率。一般选择L^* a^* b^*。

(b)ΔE方式:有Lab、CMC、CIE94三种选择计算色差的公式。Lab用于印刷行业，CMC用于纺织行业，CIE94用于涂料行业。

(c)视角:有2°和10°两种，表示观察样品的范围对人眼形成的夹角。一般选择2°。

(d)标准:有自动、1、2、3、……16。一般选择自动。

②测量颜色的方法:

(a)在“主目录”按“跳位键↓”加亮“颜色”，按“进入键←”，进入颜色测量界面(图1－4－11)。

图1－4－11　颜色测量界面

(b)把仪器的测量孔对准被测色块按下机身，即可测量出被测色块的L^* a^* b^*颜色值。

③测量色差的方法:

(a)在颜色测量界面中，把上方的“颜色”

切换为“颜色减去标准01”模式(图1－4－12)。

图1－4－12　测量色差界面

(b)进入“标准”，把仪器的测量孔对准标准色块，仪器显示其L^* a^* b^*颜色值。

(c)加亮样品，把仪器的测量孔对准被测色块。仪器会自动搜索最接近的标准与之比较，显示出色差值。

三、实验器材

1.X－Rite530分光密度计。

2.标准色块:C、M、Y三原色油墨实地印刷标准样张。

3.被测色块:C、M、Y三原色油墨实地印刷被测样张。

四、实验的基本内容

1.用密度计分别测量标准色块和被测色块的三原色油墨密度值及颜色值。

2.用密度计测量被测色块与标准色块之间的色差。

3.对测试数据进行处理，计算色强度、色相误差、灰度、色效率。

4.在GATF彩色色环图中绘制油墨的呈色范围，并加以分析比较。

五、实验步骤

1.对分光密度计进行校正，使用标准白板，选择分光光度计的校正功能完成校正。

2.测量标准色块和被测色块的三原色实地密度及颜色值，将测试数据填入表中。

3.测量被测色块与标准色块之间的色差。

4.分别计算出各色块的色强度、色相误差、灰度、色效率，将计算结果填入表中。

5.在GATF彩色色环图中绘制测色块与标准色块所对应油墨的呈色范围，并加以比较。

六、实验数据记录及绘制GATF呈色图

1.实验数据记录。

表1－4－1　密度测量数据记录

表1－4－2　颜色测量数据记录

表1－4－3　被测色块与标准色块的色差测量数据记录

表1－4－4　三原色油墨的颜色评价指标计算

2.绘制被测色块与标准色块的油墨三原色GATF呈色图。

七、实验注意事项

1.仪器用毕应卸下充电电池，将仪器机身与基座合上并用基座锁定钮锁住，然后一并放入仪器包装套内。

2.校正白板应妥善保管，不用时放置于仪器包装套的底部，隔离光线照射，环境要干燥无尘。

3.清洁校正白板要用干燥不起毛的软布，不能使用溶剂或任何清洁剂。

4.在通常的环境中，光学配件需要每周清洁一次。要用专用镜头纸擦去灰尘，不能用溶剂或任何清洁剂。