CN110399904B - 一种基于全彩荧光印品的发射光谱重建方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于全彩荧光印品的发射光谱重建方法。包括制备颜色样本，颜色样本涉及不同的网点覆盖率0%，25%，75%到100%的红、绿、蓝以及三者之间相互叠加形成的黄、品、青等336个，选择不同的承印材料和不同的加网方式处理；测量颜色样本在不同的激发光功率下的发射光谱强度；计算协方差矩阵E;计算协方差矩阵的特征值和特征向量，并将特征值从大到小进行排列；确定前m个主成分及相应的主成分样本矩阵Z；计算主成分的组成系数U，转换矩阵C；根据各自发光强度均值,主成分组成系数和转换矩阵重建发射光谱曲线。本发明的操作简单，可以准确表达全彩色荧光图像的颜色特征，评价图像色域与质量。

Description

一种基于全彩荧光印品的发射光谱重建方法
技术领域
本发明涉及防伪印刷技术领域，更具体地，涉及一种基于全彩荧光印品的发射光谱重建方法。
背景技术
发射光谱是指用荧光油墨印刷出的样本在红外光激发下发射出来的可见光波长范围内的光强度曲线图谱，是表征无色荧光印刷图案显色的途径之一。此外，近红外光激发比起下转换发光材料，具有较低的声子能量，从而可以获得较高的发光效率，将其优越的发光性能和印刷相结合，用于防伪图案的印刷，可以加大防伪力度。同时利用不同于传统印刷的色光加色法原理，还可以用来生成保护品牌产品的独特彩色图像。为了实现整个技术流程，和光谱预测模型的建立相同，需要对荧光发光样本建立一种光谱重建方法，通过此种方法，可以预先根据想要得到的颜色重建出其发射光谱曲线。实现光谱重建，是准确表达全彩色荧光图像颜色特征的前提，也是评价图像色域与质量的标准，为指导进一步的印刷工作提供保证，所以荧光光谱重建研究受到广泛的关注。
随着假冒伪劣产品的日益渐涨，防伪产业在政府的大力支持下也得到了飞速发展，各种各样的防伪技术和手段层出不穷。隐形防伪油墨因防伪力度高，制备流程简单在众多防伪措施中脱颖而出，而上转换荧光防伪油墨与下转换相比有优越的发光性能，制备过程中因采用水性聚氨酯可以同时达到环保的目的，被作为防伪印刷领域研究热点之一。所以，对于其相应印刷工艺的研究也尤为重要，因发光原理不同，理应研究一种基于全彩荧光印品的发射光谱重建的方法。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供了一种基于全彩荧光印品的发射光谱重建方法，该方法流程简便，成本低，可以准确表达全彩色荧光图像颜色特征。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种基于全彩荧光印品的发射光谱重建方法，包括以下步骤：
S1.利用凹版印刷机和上转换荧光墨水印刷制备颜色样本；
S2.对制备完成的颜色样本进行发射光谱强度的测量；
S3.对所测量的荧光样本在351～748nm波长下的发射光谱强度均值化为E_0(λ)；
S4.对每个荧光样本计算其协方差矩阵E；
S5.计算各自协方差矩阵的特征值和特征向量，并将结果按从大到小顺序排列；
S6.对荧光样本的光谱强度值确定前m个主成分并计算对应的主成分样本矩阵Z；
S7.计算上述主成分样本矩阵的组成系数矩阵U和转换矩阵C；
S8.利用所计算出的系数矩阵、均值矩阵和转换矩阵对随机抽取的测试样本的发射光光谱值进行重建，得到重建后的发射光谱曲线。
进一步地，步骤S1中所述上转换荧光墨水中包括水性聚氨酯和稀土上转换发光材料。
本发明采用水性聚氨酯和稀土上转换发光材料作为原材料，制作的上转换荧光墨水的发光效果优于紫外发光即下转换发光材料，且更加难以复制，提高了印品的防伪性能。
进一步地，步骤S1中所述颜色样本的数量为336个。
优选地，所述颜色样本包括网点面积率分别为0％、25％、75％、100％的红、绿、蓝以及四种网点面积相互叠加后的不同明度的黄、品红、青；及其在不同的加网方式下和不同的承印材料上的荧光样本。
进一步地，步骤S2中所述对发射光谱强度的测量过程如下：利用F-4500FLSpectrophotometer荧光密度仪测量在不同的激发光功率下(1.1-1.6每间隔0.05)的光谱强度值。
进一步地，所述协方差矩阵的计算公式为：
E＝[eij]
Figure BDA0002112305600000021
Figure BDA0002112305600000022
式中的N为样本总数量336，eij即为发射光谱强度对应值，Sj为样本矩阵的标准差，其计算公式为：
Figure BDA0002112305600000031
Figure BDA0002112305600000032
进一步地，所述协方差矩阵E的特征值λ1，λ2，...，λp和特征向量在MATLAB环境下用eig函数计算，并按大小顺序排列以找出主成分个数：
Figure BDA0002112305600000033
进一步地，所述主成分样本矩阵的确立，计算公式为：
Figure BDA0002112305600000034
进一步地，所述主成分系数矩阵U通过主成分分析函数在MATLAB中进行计算，转换矩阵C的计算方法是：
U(λ)C≈E(λ)-E0(λ)
UT(λ)U(λ)C≈UT(λ)[E(λ)-E0(λ)]
C＝UT(λ)[E(λ)-E0(λ)]
进一步地，所述重建测试样本的发射光谱的计算公式是：
E(λ)≈E0(λ)+C1U1(λ)+C2U2(λ)+C3U3(λ)+C4U4(λ)+…
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明的光谱重建方法可以预先根据想要得到的颜色重建出相对应的荧光发射光谱曲线，全程都在matlab环境下实现，所以操作简便、成本低。
本发明的计算流程简单，可以高效实现光谱重建，准确表达全彩色荧光图像的颜色特征，评价图像色域与质量。
附图说明
图1是本发明一种基于全彩荧光印品的发射光谱重建方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对发明实施方式作进一步描述。
实施例1
如图1所示，本实施例提供了一种基于全彩荧光印品的发射光谱重建方法，包括以下具体步骤：
S1.利用凹版印刷机和上转换荧光墨水印刷提前设计好的颜色样本，颜色样本总数量为336个，包括网点面积率分别为0％、25％、75％、100％的红、绿、蓝以及四种网点面积相互叠加后的不同明度的黄、品红、青；此外，还包括其在不同的加网方式下和不同的承印材料上的荧光样本；
本实施例中，上转换荧光墨水由以下组分和重量配比组成：稀土上转换发光材料：20g、水性聚氨酯：50g、水：20g、氨水：0.6μL、水性消泡剂：0.1g、乙醇：1.5ml；
本实施例中，加网方式包括调幅加网、局部并列和点并点加网处理；承印材料包括白卡纸和牛皮纸。
S2.利用F-4500FL Spectrophotometer荧光密度仪，对制备完成的颜色样本在不同的激发光功率下(1.1-1.6每间隔0.05)的光谱强度值进行测量，对发射光谱强度的测量。
S3.对所测量的荧光样本在351～748nm波长下的发射光谱强度均值化为E0(λ)；
S4.对每个荧光样本计算其协方差矩阵E；
协方差矩阵以及光谱强度均值的计算公式为：
E＝[eij]
Figure BDA0002112305600000041
Figure BDA0002112305600000042
式中的N为样本总数量336，eij即为发射光谱强度对应值，Sj为样本矩阵的标准差，其计算公式为：
Figure BDA0002112305600000043
Figure BDA0002112305600000044
S5.计算各自协方差矩阵的特征值和特征向量，并将结果按从大到小顺序排列；特征值λ1，λ2，…，λp和特征向量在MATLAB环境下用eig函数计算，并按大小顺序排列以找出主成分个数：
Figure BDA0002112305600000051
S6.对336个荧光样本的光谱强度值确定前m个主成分并计算对应的主成分样本矩阵Z；计算公式为：
Figure BDA0002112305600000052
S7.计算上述主成分样本矩阵的组成系数矩阵U和转换矩阵C；转换矩阵C的计算方法是：
U(λ)C≈E(λ)-E0(λ)
UT(λ)U(λ)C≈UT(λ)[E(λ)-E0(λ)]
C＝UT(λ)[E(λ)-E0(λ)]
S8.利用所计算出的系数矩阵U、均值矩阵E0(λ)和转换矩阵C对随机抽取的测试样本的发射光光谱值进行重建，得到重建后的发射光谱曲线。重建测试样本的发射光谱的计算公式是：
E(λ)≈E0(λ)+C1U1(λ)+C2U2(λ)+C3U3(λ)+C4U4(λ)+…
本发明提供的光谱重建方法流程简便、通过对训练样本的发射光谱值进行统计分析，再随机选取检测样本对整个计算流程进行检验，结果证明，该方法可以有效地运用于荧光印品的光谱重建，而且因为波长间隔小，还有效提高了重建效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用做限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于全彩荧光印品的发射光谱重建方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.利用凹版印刷机和上转换荧光墨水印刷制备颜色样本；
S2.对制备完成的颜色样本进行发射光谱强度的测量；
S3.对所测量的荧光样本在351～748nm波长下的发射光谱强度均值化为E0(λ)；
S4.对每个荧光样本计算其协方差矩阵E；
S5.计算各自协方差矩阵的特征值和特征向量，并将结果按从大到小顺序排列；
S6.对荧光样本的光谱强度值确定前m个主成分并计算对应的主成分样本矩阵Z；
S7.计算上述主成分样本矩阵的组成系数矩阵U和转换矩阵C；
S8.利用所计算出的系数矩阵、均值矩阵和转换矩阵对随机抽取的测试样本的发射光光谱值进行重建，得到重建后的发射光谱曲线。
2.根据权利要求1所述的基于全彩荧光印品的发射光谱重建方法，其特征在于，步骤S1中所述上转换荧光墨水中包括水性聚氨酯和稀土上转换发光材料。
3.根据权利要求1所述的基于全彩荧光印品的发射光谱重建方法，其特征在于，步骤S1中所述颜色样本的数量为336个。
4.根据权利要求3所述的基于全彩荧光印品的发射光谱重建方法，其特征在于，所述颜色样本包括网点面积率分别为0％、25％、75％、100％的红、绿、蓝以及四种网点面积相互叠加后的不同明度的黄、品红、青；及其在不同的加网方式下和不同的承印材料上的荧光样本。
5.根据权利要求1所述的基于全彩荧光印品的发射光谱重建方法，其特征在于，步骤S2中所述对发射光谱强度的测量过程如下：利用F-4500FL Spectrophotometer荧光密度仪测量在1.1-1.6每间隔0.05的激发光功率下的光谱强度值。
6.根据权利要求1所述的基于全彩荧光印品的发射光谱重建方法，其特征在于，步骤S4中所述协方差矩阵以及光谱强度均值的计算公式为：
E＝[eij]
Figure FDA0004129867310000021
Figure FDA0004129867310000022
式中的N为样本总数量336，eij即为发射光谱强度对应值，Sj为样本矩阵的标准差，其计算公式为：
Figure FDA0004129867310000023
Figure FDA0004129867310000024
7.根据权利要求6所述的基于全彩荧光印品的发射光谱重建方法，其特征在于，所述协方差矩阵E的特征值λ1，λ2，…，λp和特征向量在MATLAB环境下用eig函数计算，并按大小顺序排列以找出主成分个数：
Figure FDA0004129867310000025
8.根据权利要求7所述的基于全彩荧光印品的发射光谱重建方法，其特征在于，所述主成分样本矩阵的确立，计算公式为：
Figure FDA0004129867310000026
9.根据权利要求8所述的基于全彩荧光印品的发射光谱重建方法，其特征在于，所述主成分系数矩阵U通过主成分分析函数在MATLAB中进行计算，转换矩阵C的计算方法是：
U(λ)C≈E(λ)-E0(λ)
UT(λ)U(λ)C≈UT(λ)[E(λ)-E0(λ)]
C＝UT(λ)[E(λ)-E0(λ)]。
10.根据权利要求9所述的基于全彩荧光印品的发射光谱重建方法，其特征在于，所述重建测试样本的发射光谱的计算公式是：
E(λ)≈E0(λ)+C1U1(λ)+C2U2(λ)+C3U3(λ)+C4U4(λ)+…。
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