CN107856409A

CN107856409A - 一种基于吸收光谱的印刷专色配色方法

Info

Publication number: CN107856409A
Application number: CN201711236838.0A
Authority: CN
Inventors: 周世生; 张研
Original assignee: Xian University of Technology
Current assignee: Xian University of Technology
Priority date: 2017-11-30
Filing date: 2017-11-30
Publication date: 2018-03-30
Anticipated expiration: 2037-11-30
Also published as: CN107856409B

Abstract

本发明公开了一种基于吸收光谱的印刷专色配色方法，具体为：在承印底基上标定原色油墨，获得用于配色的n种基色油墨；然后在黑白承印材料上印刷n种基色油墨，并分别测量黑白承印材料的光谱反射率和黑白承印底基下n种基色油墨的实地色块的光谱反射率，获得2n+2组光谱反射率；利用得到的光谱反射率计算n种基色油墨的光谱反射率和光谱透射率；建立基色油墨光谱反射率与目标专色光谱反射率的配色模型，从而得到配色所需各原色油墨的最佳配比。本发明实现了利用反射光谱求解吸收光谱从而针对凹版印刷的专色油墨进行计算机配色。该方法降低了原色油墨的差异对配色色相的影响，不仅扩大了配色色域，也节约了配色时间，并有效地保证了配色精度。

Description

一种基于吸收光谱的印刷专色配色方法

技术领域

本发明属于印刷配色技术领域，涉及一种基于吸收光谱的印刷专色配色方法。

背景技术

印刷品颜色再现通常是通过套版印刷实现的，即将原稿分色后，利用不同网线的青品黄黑(CMYK)单色印版按照印版色序依次重叠印刷，从而获得与原稿层次、色调相同的印品。专色印刷不同于套版印刷，它是在印刷前先调配好需要印刷的颜色，再用单版直接印刷出图文信息。专色印刷是凹版印刷中常用的印刷方式，可以满足凹印对于颜色饱和度与色彩准确性的要求。专色印刷多使用大实地色块，相比于套印颜色的精确度更高，且不会受套印精度、加网角度等因素的影响。

早期的配色以人工配色为主。需要配色人员凭借经验调配专色油墨，主观因素影响大，配色比例不够精确，同一颜色不同批次色差大，调配时间长，物资浪费大。计算机配色的产生是计算机工业与配色理论发展到一定程度的产物。它将现代色度学理论与计算机技术相结合，采用测量仪器将颜色信息转换为数据信息输入计算机，利用配色软件对颜色数据进行分析处理，通过计算、修正，配色，得出与目标色样最接近的颜色配方，从而完成了油墨的自动配色。

计算机配色大大减少了对人工经验的依赖，可以减少配色时间，降低配色成本，提高配色效率，可以在较短的时间内得出配方比例，以往的油墨颜色可以保存在数据库中，配色结果与色差结果均由配色软件计算得出，避免了人工误差。

目前应用及研究最广泛的配色方法可以分为色卡比对法，三刺激值配色和光谱反射率曲线匹配三种方法。潘通色卡是印刷、纺织等领域应用最广的专色色卡，可以在色卡中目测查找与目标色最接近的色样，根据专色色样标注的配比进行印刷。但由于油墨品牌、批次及承印物的不同会有呈色差异，仍需在打样中进行调整。三刺激值配色是在配色计算中使目标色与配方色的三刺激值相等从而达到匹配目的。由于三刺激值由一定的照明体和观察者色觉特点决定，所以是有条件配色。光谱反射率曲线匹配是光反射比与波长之间关系曲线的匹配，由于光谱反射率是对颜色最全面最准确的描述方式，适用于颜色准确再现，利用目标色与配方色的光谱特性进行匹配，可以获得最接近的配色方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于吸收光谱的印刷专色配色方法，为计算机配色提供了一种新的解决方案。

本发明所采用的技术方案是，一种基于吸收光谱的印刷专色配色方法，具体按以下步骤实施：

步骤1，选择一种承印材料作为原色油墨的承印底基，用于原色油墨标准化；

步骤2，原色油墨标准化：

在承印底基上标定原色油墨，获得能够用于配色的n种基色油墨；

步骤3，在黑白两色承印材料上印刷步骤2中得到的n种基色油墨，并分别测量黑白两色承印材料的光谱反射率和黑白两色承印底基下n种基色油墨的实地色块的光谱反射率，获得2n+2组光谱反射率；

步骤4，利用步骤3得到的2n+2组光谱反射率计算n种基色油墨的光谱反射率和光谱透射率；

步骤5，建立n种基色油墨的光谱反射率与目标专色光谱反射率的配色模型，从而得到目标专色所需的各个原色油墨的最佳配比。

本发明的特点还在于，

步骤1中选取的承印材料为白色。

步骤2具体为：将n种原色油墨与稀释剂分别按照一定比例稀释，将原色油墨的不同稀释率的色样梯尺在步骤1选择的承印材料上打印出来，测量不同稀释比例下的不同网点面积率的L*a*b*色度值，之后构建原色油墨在L*a*b*坐标系下的3D模型，选择线性趋势起始位置网点面积率为100％的稀释比例作为用于配色的基色油墨，即得到n种基色油墨。

步骤4具体为：

在印刷品中，上层介质为印刷油墨，下层介质为承印材料，

定义油墨光谱反射率为R_p，油墨透射率为T_p，承印材料的反射率为R_q，承印材料的透射率为T_q，则入射光同侧总的反射率R_pq和相反一侧总的透射率T_pq为：

结合公式(1)和公式(2)可以得出：

将步骤3中测得的黑白两色承印材料的光谱反射率与某一基色油墨在黑白不同底基下的实地印刷光谱反射率数据带入公式(1)，可以得出：

其中R_w为白色承印底基下的油墨光谱反射率，R_uw为白色承印材料的光谱反射率，R_s为黑色承印底基下的油墨光谱反射率，R_us为黑色承印材料的光谱反射率；

从而可以计算出某一基色油墨的油墨光谱反射率R_p为：

油墨透射率T_p为：

进而分别得到n种基色油墨的光谱反射率与光谱透射率。

步骤5具体为：

为了与目标专色相匹配，需要在相同的光照条件下，使计算配方色样TH的光谱反射率与目标专色EX的光谱反射率在可见光谱范围内对应的波长下相等，即：

R_th(λ)-R_ex(λ)＝0 (9)

其中R_th(λ)为计算配方色在波长为λ时的光谱反射率，R_ex(λ)为目标专色在波长为λ时的光谱反射率；

当R_th与R_ex在各个波长下差异的平方的总和为最小值min时，可以认为是TH的光谱反射率与EX的光谱反射率最接近，匹配程度最好，则有：

W＝∑[R_th(λ)-R_ex(λ)]²＝min (10)

其中W为EX与TH的光谱反射率的残差平方和；

利用步骤4得到的n种基色油墨的光谱反射率，对公式(10)进行解析求解，即得到目标专色所需的各个原色油墨的最佳配比。

解析求解利用基色油墨在承印材料上的吸收率进行求解。

解析求解过程为：

当n种基色混合获得计算配方色时，考虑到底基的吸收特性，基色油墨混合吸收具有比例叠加性：

a_th＝a₀+c₁a₁+c₂a₂+…c_na_n (11)

式中a_th为计算配方色的吸收率，a₀为承印底基的吸收率，a₁，a₂，…，a_n为n种基色油墨相应的吸收率，c₁，c₂，…，c_n为n种基色油墨混合时相应的浓度，则公式(10)简化为：

其中，c_i为第i种基色油墨的浓度，a_i为第i个基色油墨的吸收率；

根据能量定律，透射、反射和吸收的辐通量之和必须等于入射辐通量，则光线照射在物体表面，光谱反射率R、透射率T与吸收率A的总和为1，即：

R+T+A＝1 (13)

当印刷承印物为不透明材质时，可忽略承印物的透射对于色料呈色的影响，则结合公式(12)和(13)得到：

其中，R₀为承印材料的光谱反射率，R_i为第i种基色油墨的光谱反射率，T_i为第i种基色油墨的透射率；

考虑到油墨中各个基色浓度和为1，则化简公式(14)可得：

将公式(15)带入公式(10)，则配色模型的最终形式变为：

利用步骤4中计算所得的n种基色油墨的光谱反射率和测量的承印物的光谱反射率以及目标专色EX的光谱反射率数值，对公式(16)规划求解求最小值，可以解出唯一解K＝(c₁，c₂，…，c_n)，即为获得目标专色所需的各个原色油墨的最佳配比。

本发明的有益效果是，一种基于吸收光谱的印刷专色配色方法，实现了利用可见光谱反射率计算吸收光谱，从而针对凹版印刷的专色油墨进行计算机配色。该方法中对于原色油墨的标准化，大大降低了各个厂家各个批次原色油墨的差异对配色色相的影响，同时可以使用任意颜色的油墨经过标准化作为配色的基色油墨，不局限于印刷三原色，一方面可以扩大配色色域，另一方面可以根据生产企业自有的油墨库存进行自定义配色，减少了油墨的浪费。在配方计算中，两种及两种以上的基色混合配方在运算中均可以实现。该方法降低了物料的浪费，节约了配色时间，并有效地提高了配色精度。

附图说明

图1是本发明一种基于吸收光谱的印刷专色配色方法的流程图；

图2是标准化前后的C原色油墨梯尺，其中图a为未经过标准化的C原色油墨梯尺，图b为标准化后的基色油墨梯尺；

图3是光线在两层介质多次反射与透射的传播示意图；

图4是实施例中5种基色油墨的反射率曲线；

图5是EX光谱反射率与计算比例所得TH光谱反射率的拟合曲线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明提供了一种基于吸收光谱的印刷专色配色方法，其流程如图1所示，按照以下步骤实施：

步骤1，选择一种白色承印材料作为原色油墨的承印底基，用于原色油墨标准化；

步骤2，原色油墨标准化：

原色油墨标准化是将原色油墨标定并转换为用于配方计算与配色混合的基色油墨，原色油墨标准化的具体方法为：

将n种原色油墨与稀释剂分别按照一定比例稀释，将原色油墨的不同稀释率的色样梯尺在步骤1选择的承印材料上打印出来，测量不同稀释比例下的不同网点面积率的L*a*b*色度值，之后构建原色油墨在L*a*b*坐标系下的3D模型，选择线性趋势起始位置网点面积率为100％的稀释比例作为用于配色的基色油墨，即得到n种基色油墨。

理想情况下，一种油墨随着稀释剂增多和网点面积率降低，颜色的明度、色相、饱和度呈线性变换，色度坐标点在3D模型中的分布呈直线，稀释剂越多或网点面积率越低，颜色越趋近于白色。如图2所示。在实际操作中，由于油墨浓度过高，色相会产生非线性变化，这种变化直接影响配色精度，为了避免这种影响的发生，选择线性趋势起始位置网点面积率为100％的稀释比例作为用于配色的基色油墨。

步骤3，在黑白两色承印材料上分别印刷步骤2中得到的n种基色油墨，并分别测量黑白两色承印材料的光谱反射率和黑白两色承印底基下n种基色油墨的实地色块的光谱反射率，获得2n+2组光谱反射率。

步骤4，利用步骤3中的2n+2组光谱反射率计算基色油墨的光谱反射率与光谱透射率，具体计算方法为：

光线在两层介质中传播时，传播路径如图3所示。定义上层介质的反射率为R_p，透射率为T_p，吸收率为A_p，下层介质的反射率为R_q，透射率为T_q，吸收率为A_q，考虑到光线在介质中的多层内反射，则有：

入射光线进入上层介质时，上层介质会首先对光线进行一次反射，即为R_p，进入上层介质的剩余光线透射入下层介质的光线为T_p，抵达下层介质的光线中一部分透射出去形成T_pT_q，另一部分光线又被反射回上层介质，即为T_pR_q，进入上层介质T_pR_q光线又分为上行透射出去形成T_pR_qT_p和下行进入下层介质的T_pR_qR_p两部分，进入到下层介质的T_pR_qR_p光线或向下透射形成T_pT_qR_qR_p，或继续向上进入上层介质，进入到上层介质的光线为T_pR_q ²R_p，这部分光线透射出介质表面的量为T_pT_pR_q ²R_p，而在介质中下行传播的光线继续进行，如此往复。

由于介质中的物质对光线的吸收与影响，反射率与透射率可以通过以下公式间接计算：

定义入射光同侧总的反射率为R_pq，相反一侧总的透射率为T_pq，则有：

R_pq＝R_p+R_qT_pT_p(1+R_pR_q+…) (1)

其中，(1+R_oR_q+…)是公比为R_pR_q的等比数列，求和可得：

同理可得，

T_pq＝T_pT_q(1+R_pR_q+…) (3)

即

结合公式(2)和公式(4)可以得出：

将步骤3中测得的黑白两色承印材料的光谱反射率与某一基色油墨在黑白不同底基下的实地印刷光谱反射率数据带入公式(2)，可以得出：

在印刷品中，上层介质为印刷油墨，下层介质为承印材料。公式中，R_p为油墨光谱反射率，T_p为油墨透射率，R_w为白色承印底基下的油墨光谱反射率，R_uw为白色承印材料的光谱反射率，R_s为黑色承印底基下的油墨光谱反射率，R_us为黑色承印材料的光谱反射率。

结合公式(7)和公式(8)，可以得出油墨光谱反射率R_p为：

油墨透射率T_p为：

根据以上公式(9)和(10)可分别计算出n种基色油墨的光谱反射率与光谱透射率。

步骤5，选取示例色样EX作为目标专色，测量目标专色与其承印材料的光谱反射率，分别记为R_ex，R₀；

步骤6，利用步骤4中得到的n种基色油墨的光谱反射率构建计算配方色TH，并与步骤5中的目标专色光谱反射率建立颜色匹配模型：

为了与目标专色相匹配，需要在相同的光照条件下，使计算配方色样(TH)的光谱反射率R_th与目标专色(EX)的光谱反射率R_ex在可见光谱范围内对应的波长下相等，即：

R_th(λ)-R_ex(λ)＝0 (11)

在解析计算中，残差平方和W是评价离散数据点与回归点相应位置差异的一个量，一组数据的残差平方和越小，其拟合程度越好，即在一定意义下最佳地逼近或拟合已知数据。当R_th与R_ex在各个波长下差异的平方的总和为最小值min时，可以认为是TH的光谱反射率与EX的光谱反射率最接近，匹配程度最好，则有

W＝∑[R_th(λ)-R_ex(λ)]²＝min (12)

其中W为EX与TH的光谱反射率的残差平方和，R_th(λ)为计算配方色在波长为λ时的光谱反射率，R_ex(λ)为目标专色在波长为λ时的光谱反射率。

当n种基色油墨混合获得计算配方色时，考虑到底基的吸收特性，基色油墨混合吸收具有比例叠加性：

a_th＝a₀+c₁a₁+c₂a₂+…c_na_n (13)

式中a_th为计算配方色的吸收率，a₀为承印底基的吸收率，a₁，a₂，…，a_n为n种基色油墨相应的吸收率，c₁，c₂，…，c_n为n种基色油墨混合时相应的浓度，则公式(12)可以简化为：

其中，c_i为第i种基色油墨的浓度，a_i为第i个基色油墨的吸收率。

根据能量定律，透射、反射和吸收的辐通量之和必须等于入射辐通量。则光线照射在物体表面，光谱反射率R、透射率T与吸收率A的总和为1，即：

R+T+A＝1 (15)

当印刷承印物为不透明材质时，可忽略承印物的透射对于色料呈色的影响，则结合公式(14)和(15)可以变为：

其中，R₀为步骤5中测量的承印材料的光谱反射率，R_i为第i种基色油墨的光谱反射率，T_i为第i种基色油墨的透射率。

考虑到油墨中各个基色浓度和为1，则化简公式(16)可得：

将公式(17)带入公式(12)则配色模型的最终形式变为：

利用步骤4中计算所得的基色油墨光谱反射率、光谱透射率数值和步骤5所测得的光谱反射率数值，对公式(18)规划求解求最小值，可以解出唯一解K＝(c₁，c₂，…，c_n)，即为获得目标专色所需的各个原色油墨的最佳配比。

由于配色的前提是基于标准化的基色油墨，本方法并不局限于某一种特定的印刷油墨，而可以针对不同厂商具有差异化的油墨原料，使之成为新的标准基色，从而降低了生产误差对于配方计算的影响，同时消除了油墨本身由于粘度、颜料浓度带来的误差。基色油墨随着冲淡率的提高色相线性化率越高，也导致混合后油墨的线性度越高，配方更准确。另一方面，本方法在油墨混合时，并不局限于常用的套印原色青、品、黄、黑，可以任意选择基色进行配色，能够更好地扩充油墨配色的色域。

下面以具体实例来进行说明。

步骤2，原色油墨的标准化：

以青(C)、品红(M)、黄(Y)、绿(G)、橘(O)5种原色油墨为例，将原色油墨与稀释剂分别按照100％、68％、47％、33％、22％比例稀释，将各个原色油墨的不同稀释率的色样梯尺在步骤1选取的承印材料上打印出来，测量不同稀释比例下的50％-100％网点面积率的L^*a^*b^*色度值，之后分别构建5种原色油墨在L^*a^*b^*坐标系下的3D模型。选择线性趋势起始位置网点面积率为100％的稀释比例作为用于配色的基色油墨。在本次实验中选取了33％的青色油墨，33％的品红色油墨，47％的黄色油墨，68％的绿色油墨和68％的橘色油墨为五种基色油墨。

步骤3，在黑白两色承印材料上分别印刷步骤2中选取的5种基色油墨，并分别测量黑白两色承印材料的光谱反射率和黑白两色承印底基下的实地色块的光谱反射率，获得10+2组光谱反射率。用分光光度计采集可见光谱范围内波长为400-700nm的光谱反射率，采样间隔10nm。

步骤4，根据公式(9)和(10)分别计算出5种基色油墨的光谱反射率与光谱透射率。

基色油墨的光谱反射率曲线如图4所示。可以看出不同基色油墨对光谱的反射响应区域不同，不同的反射曲线能够在人眼中产生不同的颜色效果，在混合配色中，随着基色油墨添加比例的变化，能够获得更多的颜色。

步骤5，选取示例色样EX作为目标专色，测量目标专色与其承印材料的光谱反射率，分别记为R_ex，R₀；用分光光度计采集可见光谱范围内波长为400-700nm的光谱反射率，采样间隔10nm。

步骤6，利用步骤4中得到的5种基色油墨的光谱反射率构建计算配方色TH，并与步骤5中的目标专色光谱反射率建立颜色匹配模型：

利用步骤4中计算所得的基色油墨光谱反射率、光谱透射率数值和步骤5所测得的光谱反射率数值，对公式(18)规划求解求最小值，边界条件为0≤c_i≤1且∑c_i＝1，可以解出唯一解K＝(0，0，0.05，0，0.95)，即黄色与橘色按照0.05：0.95的比例添加即可获得目标专色。

匹配结果如图5所示，图中分别为白色承印物下的基色油墨黄、橘与配方色TH、目标色EX的光谱反射率曲线。可以得出两个颜色混合后的曲线必然落在两个基色的曲线之间。计算得出配方色与目标色在解为K＝(0，0，0.05，0，0.95)时，两条曲线的残差平方和W取得最小值0.02，两条光谱曲线十分接近，在一定程度上可以表达相同的颜色。计算两条曲线的色差为2.13，能够满足配色需求。

通过本文所提出的方法，实现了利用吸收光谱进行凹版印刷专色配色的可行性。在实际生产中，配色基色不限于5种，两种及以上的基色配方在运算中均可以实现。该方法大大降低了物料的浪费，节约了配色时间，并有效地提高了配色精度。

由于印刷条件、印刷材料以及光源的差异，并不能得出两条颜色完全相同的的光谱反射曲线。使用光谱配色方法能够降低光源与承印物对配色的影响，得出与目标曲线最接近的一条匹配光谱曲线，该方法可以获得色差符合生产要求的配色油墨。

Claims

1.一种基于吸收光谱的印刷专色配色方法，其特征在于，具体按以下步骤实施：

步骤2，原色油墨标准化：

步骤3，在黑白两色承印材料上印刷步骤2中得到的n种基色油墨，并分别测量黑白两色承印材料的光谱反射率和黑白两色承印底基下n组基色油墨的实地色块的光谱反射率，获得2n+2组光谱反射率；

2.根据权利要求1所述的一种基于吸收光谱的印刷专色配色方法，其特征在于，所述步骤1中选取的承印材料为白色。

3.根据权利要求1所述的一种基于吸收光谱的印刷专色配色方法，其特征在于，步骤2具体为：将n种原色油墨与稀释剂分别按照一定比例稀释，将原色油墨的不同稀释率的色样梯尺在步骤1选择的承印材料上打印出来，测量不同稀释比例下的不同网点面积率的L*a*b*色度值，之后构建原色油墨在L*a*b*坐标系下的3D模型，选择线性趋势起始位置网点面积率为100％的稀释比例作为用于配色的基色油墨，即得到n种基色油墨。

4.根据权利要求1所述的一种基于吸收光谱的印刷专色配色方法，其特征在于，所述步骤4具体为：

在印刷品中，上层介质为印刷油墨，下层介质为承印材料，

结合公式(1)和公式(2)可以得出：

从而可以计算出某一基色油墨的油墨光谱反射率R_p为：

油墨透射率T_p为：

进而分别得到n种基色油墨的光谱反射率与透射率。

5.根据权利要求1所述的一种基于吸收光谱的印刷专色配色方法，其特征在于，所述步骤5具体为：

R_th(λ)-R_ex(λ)＝0 (9)

W＝∑[R_th(λ)-R_ex(λ)]²＝min (10)

其中W为EX与TH的光谱反射率的残差平方和；

6.根据权利要求5所述的一种基于吸收光谱的印刷专色配色方法，其特征在于，所述解析求解利用基色油墨在承印材料上的吸收率进行求解。

7.根据权利要求5或6所述的一种基于吸收光谱的印刷专色配色方法，其特征在于，所述解析求解过程为：

a_th＝a₀+c₁a₁+c₂a₂+…c_na_n (11)

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R+T+A＝1 (13)

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其中，R₀为承印底基的光谱反射率，R_i为第i种基色油墨的光谱反射率，T_i为第i种基色油墨的透射率；

考虑到油墨中各个基色浓度和为1，则化简公式(14)可得：

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将公式(15)带入公式(10)，则配色模型的最终形式变为：

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利用步骤4中计算所得的基色油墨光谱反射率、光谱透射率数值和测量所得的承印材料、目标专色的光谱反射率数值，对公式(16)规划求解求最小值，可以解出唯一解K＝(c₁，c₂，…，c_n)，即为获得目标专色所需的各个原色油墨的最佳配比。