CN103575399A - 一种光柱镭射纸的颜色测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光柱镭射纸的颜色测量方法，用于单张光柱镭射纸的颜色测量及对标样和测试样的颜色色差评价。首先在某一固定角度观测确定光柱彩虹镭射纸的光柱周期；沿光柱方向和垂直于光柱方向将光柱彩虹镭射纸划分为不同测量区域；用积分球式漫反射光源采用包含镜面反射光的方式测量镭射纸的光谱和色度信息；沿光柱方向测量的色度信息较为接近，垂直于光柱方向的色度信息a^*b^*值随着测量位置的变化，满足线性变化的关系。本发明一定程度上解决了一直困扰科学界和工业界难以准确测量镭射纸的难题，具有操作方便、简单快捷，误差小的特点。

Description

一种光柱镭射纸的颜色测量方法

技术领域

本发明涉及一种光柱镭射纸的颜色测量方法，通过测量标样镭射纸上不同位置的光谱信息和色度信息，对光柱镭射纸基不同位置的颜色特性进行分析，从而提出一种针对单张光柱镭射纸的颜色测量及对标样和测试样颜色色差评价的方法。

背景技术

镭射纸以其绚丽的亮彩虹效果在包装印刷领域得到了广泛的应用，其亮彩虹效果却给企业的印制和品质检测过程带来了一定的困扰，特别是对于高档烟、酒包装印刷产品。为保证不同批次产品颜色外观的一致，除了需要加强印刷过程中墨量、印刷工艺参数一致性的控制外，还需保证不同批次承印材料，即镭射纸基颜色的一致性。

但是由于镭射纸的特殊呈色效果，在不同观察角度观察到的颜色外观有很大的差异，颜色测量仪器在纸基不同位置测量得到的光谱和色度信息无法用来准确表征镭射纸上不同位置的颜色，也无法用来准确评判不同批次镭射纸的颜色差异。鉴于此，目前对镭射纸基的颜色质量检测大多还是依赖于目视评价。

发明内容

本发明的目的在于解决现有光柱镭射纸颜色测量过程中存在的问题，提出一种适合于光柱镭射纸的颜色测量方法，达到对光柱镭射纸上不同位置颜色测量的稳定性要求，以及批量镭射纸颜色测量一致性的要求。进而提出检验以光柱镭射纸为纸基的标样和测试样的色差检测方法。该方法适用于所有外观为光柱的镭射纸颜色测量和样本色差评价计算。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种光柱镭射纸的颜色测量方法，包括如下步骤：

（1）对光柱镭射纸进行彩虹带周期测试，确定垂直于彩虹光柱的方向及两条彩虹光柱间的距离；

（2）以相邻两条彩虹带为基准，将光柱镭射纸在沿光柱方向和垂直于光柱方向划分成不同的测量区域，以x-y编号，其中x表示沿光柱方向，y表示垂直于光柱方向；

（3）采用漫反射光源，包含镜面反射光，测量光柱镭射纸的颜色；

（4）采集光柱镭射纸上不同测量区域的光谱数据，并转换为L^*a^*b^*色度值，绘制各个采样点的色度值a^*b^*的散点分布图；采集数据时，依次固定镭射纸不同采样点和分光光度计的位置（刻划光栅条纹，照明光源和采集光孔位置确定），同时保持分光光度计测量光孔平面与测量纸基平面的夹角不变；

（5)分析光柱镭射纸上沿光柱方向和垂直于光柱方向的采样点颜色的L^*a^*b^*色度值变化规律；

（6）选择不同的参照点，计算各个采样点与它的CIELAB色差值，评价镭射纸上不同位置处的颜色差异；

（7）检验单张镭射纸的彩虹全息效果以及颜色均匀性，或者对光柱镭射纸标样和测试样进行色差检测和颜色测量。

步骤（1）中，对光柱镭射纸在某一固定角度进行彩虹带周期测试，优选在标准观察箱内从光柱镭射纸纸基表面0°光源照明，45°方向观察，通过目视观察，并使用标准刻度尺测量相邻两条彩虹光柱间的距离确定垂直于彩虹光柱的方向及相邻两条彩虹光柱间的距离。

步骤（3）中，使用积分球式分光光度计，测量条件为D65光源，照明与观察几何条件为d/8（漫反射光照明，偏离法线方向8°视角探测），CIE1964标准观察者，SCI（包含镜面反射）；颜色测量时需要注意不同的采样位置及仪器与纸基的相对位置。

步骤（5)中，光柱镭射纸的颜色测量沿光柱方向和垂直于光柱方向的色度值存在较大的差异，沿光柱方向采样，颜色色度值较为接近，而垂直于光柱方向随着采样位置的变化，a^*b^*色度值满足线性变化的关系，且色差大于沿光柱方向不同采样位置之间的差异。

步骤（6）中，选择不同的参照点（某一位置的色度值），计算各个采样点与它的CIELAB色差值，可采取以下三种方式：

a）以x和y方向的第一个采样点A-1为参照，计算各个采样点与A-1的CIELAB色差值；

b）以所有采样点的L^*a^*b^*色度值平均值为参照，依次计算各个采样点与该平均值比较的CIELAB色差值；

c）分别以每个光柱方向（即x方向）的第一个采样点为参照，计算该光柱方向采样点与其比较的CIELAB色差值。

检验单张镭射纸的彩虹全息效果以及颜色均匀性，测量时需注意在沿光柱和垂直于光柱方向的采样位置，同时需保证分光光度计和镭射纸的平面夹角不变；

对光柱镭射纸基标样和测试样进行色差检测时，需注意标样和测试样的采样位置。沿光柱方向（x方向）的采样位置变化，对计算色差的影响不大，而在垂直光柱方向（y方向）采样位置的变化，将会对计算色差产生较为明显的影响。比较时特别需要注意两次采样时的y方向差异。

本发明光柱基镭射纸的颜色测量方法，通过目视评判，测量光柱镭射纸的光柱周期，沿光柱镭射纸的光柱方向（x方向）和垂直光柱方向（y方向）划分不同的测量区域。用漫反射式分光光度计测量光柱镭射纸包含镜面反射情况下的色度值。该方向在确定光柱彩虹镭射纸基采样位置和分光光度计与镭射纸基相对位置的情况下，可用于检测单张光柱彩虹基镭射纸的颜色均匀性和不同批次镭射纸的颜色差异，一定程度上解决了一直困扰科学界和工业界难以准确测量镭射纸的难题，具有操作方便、简单快捷，误差小的特点。

下面通过附图和具体实施方式对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。

附图说明

图1是光柱镭射纸的外观视觉效果。

图2是光柱镭射纸的不同测量位置示意图。

图3是光柱镭射纸的微观结构示意图（不同测量位置处）。

图4是图2不同测量位置的色度值a^*b^*散点图分布及线性拟合效果。

图5是以A-1测量位置为参照，其它测量位置与其比较的色度值差异。

图6是不同计算方法得到单张镭射纸上不同位置的55个采样点间CIELAB色差值。

具体实施方式

本发明对光柱镭射纸在某一固定角度进行光柱彩虹效果的检测，首先确定垂直于彩虹光柱方向，两条彩虹光柱间的距离。用积分球式分光光度计，测量条件为D65光源，在保证分光光度计与镭射纸的平面夹角不变的前提下，照明与观察几何条件为d/8，CIE1964标准观察者，SCI（包含镜面反射）。测量时分别沿彩虹光柱方向和垂直于彩虹光柱的方向采样。沿彩虹光柱方向的色度信息较为一致，而垂直于光柱方向的L^*值变化不大，a^*b^*色度值随着测量位置y的变化满足线性变化的关系，同时在一个光柱周期内保持周期性的变化。

以积分球式分光光度计X-Rite Color Eye7000A为例。需要说明的是，本发明并不局限于该系列漫反射光源分光光度计，其适用于不同的专业级积分球式漫反射分光光度计，用于检测单张光柱镭射纸的光柱彩虹分布均匀性，同时可进行不同批次镭射纸基之间的色差评价。

由于光柱镭射纸的特殊彩虹呈色效果，在不同观察角度观察到的颜色外观有很大的差异，颜色测量仪器在纸基不同位置得到的光谱和色度信息无法用来准确表征镭射纸上不同位置的颜色，甚至是颜色测量仪器在纸基相同的位置不同测量方向得到的光谱和色度信息也会有很大的差别。即常用的盲目的测量方法是无法用来准确评判不同批次镭射纸的颜色差异。鉴于此，目前对镭射纸基的颜色质量检测大多还是依赖于目视评价。

对光柱镭射纸的颜色测量和色差评价方法，具体步骤如下：

（1）对单张光柱镭射纸进行纸基表面0°光源照明，45°方向观察，测试镭射纸的彩虹带周期，如图1所示，测试光柱镭射纸的彩虹带周期L为4.8cm；

（2）以相邻两条彩虹带为基准，将光柱镭射纸在沿光柱方向和垂直于光柱方向划分成不同的测量区域，以x-y编号，其中x表示沿光柱方向，y表示垂直于光柱方向，如图2所示。其中x方向分别以A-E编号，y方向分别以1-11编号，短边方向的-1系列与-11系列恰好位于光柱镭射纸的两条光柱带上，为一个周期；

（3）使用积分球式分光光度计X-Rite Color Eye7000A进行颜色测量，测量条件为D65光源，照明与观察几何条件为d/8，光谱范围360-750nm，波长间隔为10nm，CIE1964标准观察者，LAV（直径为2.54cm的圆），SCI（包含镜面反射）；

（4）保持分光光度计测量光孔平面和镭射纸平面纸基的平面夹角不变，即保证对于图3所示光柱镭射纸的不同测量位置处的刻划光栅条纹，照明光源和采集光孔位置确定；

（5）采集光柱镭射纸上不同位置的光谱数据，并转换为L^*a^*b^*色度值，如图4所示为图2中55个采样点的颜色a^*b^*色品值散点分布；

（6）由图4可见，光柱镭射纸的a^*b^*色度值分布满足一定的规律，沿光柱方向的a^*b^*值差异不大，散点分布较为集中，随着采样位置沿垂直于光柱方向变化，a^*b^*色度值的变化满足图4所示线性方程b^*=m×a^*+n的拟合关系，其中拟合系数m=-2.14，n=-1.17，拟合线性方程的相关系数r²=0.938。图4中，从-1系列到-11系列，a^*b^*色度值的变化随着测量位置y的变化呈现周期性的变化；

（7）采用三种方法评价光柱镭射纸的各个位置处的颜色差异：分别以a）A-1为参照物，计算54个采样点与A-1的CIELAB色差值；b）以55个采样点的L^*a^*b^*色度值平均值为参照值，计算55个采样点与该平均值比较的CIELAB色差值；c）分别以每个x方向的第一个采样点为参照物，其余四个采样点与其比较，计算CIELAB色差值。

采用第一种方法a）以单张镭射纸上的编号为A-1的区域为参照物，其它54个采样位置的L^*a^*b^*色度值分别与A-1比较，计算ΔL^*，Δa^*，Δb^*值，如图5所示。可见，同一长边位置L^*值随着x的增大会有所增大，但差别很小，垂直于光柱y的方向，随着y的增大，a^*b^*色度值的变化满足步骤（6）所示的线性关系。图4中，镭射纸的a^*b^*色度值的变化范围为（0.45，-2.13）到（-0.66，0.27）。从图5可以看出垂直于光柱方向的-1系列到-5系列明度高于-6系列到-10系列的明度。

上述三种方法计算的CIELAB色差分布图如图6所示。结果表明，光柱基镭射纸的沿光柱方向各采样点间的色差很小。如步骤（7）中a）方法测量55个采样点的最大色差为1.58左右，平均色差为0.88，b）方法测量55个采样点的最大色差为1.52，平均色差为0.88。c）方法测量55个采样点最大CIELAB色差值为0.54，平均色差为0.19。

本发明的方法可用于检验单张镭射纸的彩虹全息效果以及颜色均匀性，测量时需注意在光柱和垂直于光柱方向的采样位置以及仪器和纸基的摆放位置，同时需保证分光光度计和镭射纸的平面夹角不变；沿光柱方向（x方向）各采样点之间的CIELAB色差数值在0.1左右，垂直于光柱方向（y方向）各采样点之间的CIELAB色差数值在1.0左右，并且a^*b^*色度值满足步骤（6）所示的线性关系。以上的测量结果表明，该光柱镭射纸样品的彩虹全息效果以及颜色均匀性很好。

本发明的方法还可用于光柱镭射纸基标样和测试样进行色差检测和颜色测量。由于单张镭射纸的特殊光栅刻划条纹周期导致不同采样位置的颜色具有一定的差异性，对光柱镭射纸基标样和测试样进行色差检测时，需注意标样和测试样的采样位置以及仪器和纸基的摆放位置。沿光柱方向（x方向）的采样位置变化，对计算色差的影响不大，而在垂直光柱方向（y方向）采样位置的变化，将会对计算色差产生较为明显的影响。比较时特别需要注意两次采样时的y方向差异。

如在检测标样和测试样色差时，分别采集图3所示标样A-2位置L^*a^*b^*色度信息,测试样A-6，D-2，D-6三个位置点的L^*a^*b^*色度信息，以标样A-2位置处为参考物，分别与上述测试样的三个位置进行CIELAB色差比较，A-2和D-2的CIELAB色差为0.275，A-2和A-6的CIELAB色差为1.381，A-2和D-6的CIELAB色差为1.470。由此可见，如果标样采样点位于-y系列，测试样的采样点也位于沿着彩虹带方向的-y系列（如A-1，B-1，C-1，D-1，E-1），则其CIELAB色差较小，如上述A-2和D-2的0.275。反之如果标样采样点位于-y₁系列，而测试样的采样点位于-y₂、-y₃等其它系列，则CIELAB色差较大，如上述A-2和A-6间的色差为1.381。因此在评价两种镭射纸的颜色差异时，选择标样和测试样的采样位置很重要。

综合考虑上述光柱彩虹镭射纸基与测量位置变化的颜色差异性分布，在检测单张镭射纸的颜色和比较不同批次镭射纸的颜色时，均需注意采样位置，测量仪器和测量纸张的摆放位置。

Claims (5)

1.一种光柱镭射纸的颜色测量方法，包括如下步骤：

（1）对光柱镭射纸进行彩虹带周期测试，确定垂直于彩虹光柱的方向及两条彩虹光柱间的距离；

（2）以相邻两条彩虹带为基准，将光柱镭射纸在沿光柱方向和垂直于光柱方向划分成不同的测量区域，以x-y编号，其中x表示沿光柱方向，y表示垂直于光柱方向；

（3）采用漫反射光源，包含镜面反射光，测量光柱镭射纸的颜色；

（4）采集光柱镭射纸上不同测量区域的光谱数据，并转换为L^*a^*b^*色度值，绘制各个采样点的色度值a^*b^*的散点分布图；采集数据时，依次固定镭射纸不同采样点和分光光度计的位置，同时保持分光光度计测量光孔平面与测量纸基平面的夹角不变；

（5）分析光柱镭射纸上沿光柱方向和垂直于光柱方向的采样点颜色的L^*a^*b^*色度值变化规律；

（6）选择不同的参照点，计算各个采样点与它的CIELAB色差值，评价镭射纸上不同位置处的颜色差异；

（7）检验单张镭射纸的彩虹全息效果以及颜色均匀性，或者对光柱镭射纸标样和测试样进行色差检测和颜色测量。

2.如权利要求1所述的光柱镭射纸的颜色测量方法，其特征在于：在光柱镭射纸纸基表面0°光源照明，45°方向观察，确定垂直于彩虹光柱的方向及两条彩虹光柱间的距离。

3.如权利要求1所述的光柱镭射纸的颜色测量方法，其特征在于：采用积分球式分光光度计，测量条件为D65光源，照明与观察几何条件为d/8，CIE1964标准观察者，SCI。

4.如权利要求1所述的光柱镭射纸的颜色测量方法，其特征在于：沿光柱方向，颜色色度值较为接近，而垂直于光柱方向，a^*b^*色度值满足线性变化的关系，且色差大于沿光柱方向不同采样位置之间的差异。

5.如权利要求1所述的光柱镭射纸的颜色测量方法，其特征在于：采取以下三种方式中的任一种，选择参照点，计算各个采样点与它的CIELAB色差值：

a）以x和y方向的第一个采样点A-1为参照，计算各个采样点与A-1的CIELAB色差值；

b）以所有采样点的L^*a^*b^*色度值平均值为参照，依次计算各个采样点与该平均值比较的CIELAB色差值；

c）分别以每个光柱方向的第一个采样点为参照，计算该光柱方向采样点与其比较的CIELAB色差值。

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