（教育技术学专业论文）印刷品颜色信息实时检测方法的研究.pdf

曲 阜 师 范 大 学 硕 士 学 位 论 文 ii 曲阜师范大学研究生学位论文原创性说明 （根据学位论文类型相应地在“”划“”） 本人郑重声明： 此处所提交的博士/硕士论文 水性墨水的研制 ， 是本人在导师指导下，在曲阜师范大学攻读博士/硕士学位期间独立进行 研究工作所取得的成果。论文中除注明部分外不包含他人已经发表或撰写的 研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中已明 确的方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。 作者签名： 日期： 曲阜师范大学研究生学位论文使用授权书 （根据学位论文类型相应地在“”划“”） 水性墨水的研制 系本人在曲阜师范大学攻读博士/硕士学位期 间，在导师指导下完成的博士/硕士学位论文。本论文的研究成果归曲阜 师范大学所有，本论文的研究内容不得以其他单位的名义发表。本人完全了 解曲阜师范大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部 门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权曲阜师 范大学，可以采用影印或其他复制手段保存论文，可以公开发表论文的全部 或部分内容。 作者签名： 日期： 导师签名： 日期： 摘 要 随着科技的进步和人民生活水平的提高，人们对印刷品颜色的质量也有着越来越高的 曲 阜 师 范 大 学 硕 士 学 位 论 文 iii 要求。特别是在包装印刷领域，一旦颜色出现偏差，会严重影响产品对人们的视觉上的冲 击力。但如今，许多印刷厂的颜色控制技术依然停留在一个较低的水平， “材料浪费”和 “工作效率低”早已经是传统技术的代名词，根本无法满足二十一世纪数字化、高效率的 生产经营模式。而机器视觉技术的发展为解决这一问题提供了可能。但目前机器视觉技术 在印刷领域中的应用大多是在缺陷检测方面，而没有在颜色控制方面的较为成熟的应用。 本文通过数字图像处理技术，探讨利用机器视觉技术在线检测印刷品颜色质量的方 法，搭建了一套印刷品图像的实时采集系统，采集到的图像经过预处理之后，提取出图像 的颜色信息，利用回归分析的方法，得到印刷品上相应各色密度值与实时采集到的图像的 rgb 值之间的关系。实验中通过设计不同的印刷测控条，来模拟在实际的印刷生产过程中， 印刷品颜色出现偏差的不同情况，来检测算法的准确性。 在验证过算法的可靠性之后，利用 c+程序设计语言，将采集到的印刷测控条的信息， 通过这种算法，计算得到的印刷品各色密度的偏移量，并在软件中直观的显示出来。这样， 印刷工人可以根据各色密度的偏移量，对各色油墨的供墨量进行调整。这种方法，不仅可 以节省印刷工人在等待样张印刷完成后再去判断颜色偏差的时间，提高生产效率，还可以 保证颜色控制的客观性和准确性。 关键词：彩色印刷 机器视觉 图像处理 线性回归分析 实时检测 曲 阜 师 范 大 学 硕 士 学 位 论 文 iv abstract with the progress of science and technology and the improvement of peoples living standard, people compete more and more severely and their demand for choosing printed matter. especially in the field of packaging and printing, once the color deviation will seriously affect peoples visual impact. but now, a lot of printing color control technology in some printing enterprises remained at a lower level, the material waste and work efficiency low was already the pronoun of traditional technology that cannot satisfy the high efficiency of production and operation of the digital mode in 21st centruy. the development of machine vision technology offers the possibility to solve this problem. however, the application of machine vision technology in the field of printing mostly in defect detection, but not more mature applications to control color. this paper proposed a method of testing print color quality online based on machine vision technology according to the research of digital image processing technology.first,building a real-time image acquisition system.regression analysis is used to get the relationship between the rgb values of the image and the density values of all colors after pretreatment of the image.finally, different printing control strips will be designed to simulate the different situations in the actual printing production process to test the accuracy of the algorithm. after verifying the reliability of the algorithm,c+ programming language will be used to calculate the offset of the density of all colors according to the verified algorithm and display intuitively in the software. printing workers can adjust the ink amount according to the offset of the density. in this way, not only can save printing workers time and improve production efficiency, but also can guarantee the objectivity and accuracy of color control. key words: color printing machine vision image processing linear regression analysis of real-time detection 曲 阜 师 范 大 学 硕 士 学 位 论 文 v 目录 摘 要 . i abstract . iv 第一章 绪论 . 1 1.1 课题的研究背景及意义 . 1 1.2 国内外研究现状及存在的问题 . 1 1.3 课题研究的意义 . 2 1.4 课题研究的主要内容 . 3 1.5 论文的结构 . 3 第二章 图像实时采集系统的搭建 . 5 2.1 机器视觉技术概述. 5 2.2 机器视觉系统的组成 . 6 2.2.1 图像采集卡 . 7 2.2.2 工业摄像机 . 7 2.2.3 镜头 . 8 2.2.4 光源 . 8 2.3 系统搭建 . 9 第三章 印刷品颜色复制的基本理论 .10 3.1 印刷品颜色的密度测量 . 10 3.2 颜色在计算机系统中的表示 . 12 2.3.1 rgb 色彩空间. 12 2.3.2 cmyk 色彩空间 . 12 第四章 实验及数学模型的建立 .13 4.1 实验样张设计 . 13 4.2 样张的测量 . 14 4.3 图像的预处理 . 16 4.3.1 图像的去噪 . 16 4.3.2 白平衡 . 16 4.3.3 图像的定位 . 18 4.4 用线性回归法建立数学模型 . 18 4.4.1 算法的理论基础 . 18 4.4.2 线性回归 . 19 4.4.3 数学模型的建立 . 20 曲 阜 师 范 大 学 硕 士 学 位 论 文 vi 4.5 数学模型的修正 . 24 第五章 软件设计 .30 5.1 编程环境 . 30 5.2 编程思路 . 30 5.3 软件的界面 . 30 5.4 软件的功能 . 31 5.5 颜色实时检测的准确性验证 . 31 第六章 总结与展望 .33 参考文献 .34 在校期间的研究成果及发表的学术论文 .36 致谢 .37 曲 阜 师 范 大 学 硕 士 学 位 论 文 1 第一章第一章 绪论绪论 1.1 课题的研究背景及意义 随着科学技术的发展和人民生活水平的不断提高，人们对于印刷品质量的要求要越来 越高，质量也就成为了所有印刷企业都要面临的永恒的主题。因此，如果印刷企业不注重 对印刷过程中的质量控制， 就会在当今激烈的市场竞争中失去客户， 从而失去生存的空间。 印刷过程中的质量控制，主要包括两个方面。一是要控制产品的缺陷，比如油墨是否 有溅污，纸张是否有起邹、刮伤，套印是否准确，有没有漏印等等。二是要控制印刷过程 中的质量稳定性。特别是对印刷品颜色稳定性的控制。要提高产品质量的稳定性既需要有 较完善的质量监控措施和管理制度，同时还需要有工艺过程控制的技术手段和设备。这其 中，对颜色进行实时检测是必不可少的一项技术。 目前，在印刷环节，最主要的过程控制方法是 cpc（computer printing control，印刷 过程控制）技术，它是一种用于印刷机预调给墨量、遥控给墨、遥控套准，以及监控印刷 品质量的可扩展式系统。该技术已经成功应用了几十年。在该技术刚刚产生时，限于当时 的技术条件，缺少更有效的印刷品实时检验手段，因而不能实时自动反馈印刷状态，只能 通过人工实现半自动控制。而随着技术的进步，目前，在颜色检测方面，可以对印刷品进 行离线扫描，通过处理扫描图像提取各墨区印刷品的颜色信息，由此计算出各墨区墨量的 修正量.配合 cpc 原有的功能实现墨量参数的反馈，以代替人工的颜色测量和对墨量调整 的判断。 海德堡公司 cpc24 将这项技术与其印刷机配合， 可以实现印刷墨量的检测和控制， 这在一定程度上是一个进步，可以有效克服由操作人员差别带来的质量问题。但检测仍然 依靠人工操作。其实，自从 cpc 这项技术诞生之日起，印刷质量过程控制的焦点就从原来 如何调节墨量转移到如何准确判断墨量的调节量上，由此产生了一系列控制方法，成为这 几十年来印刷行业中一直热议的话题和重点的研究方向12。 1.2 国内外研究现状及存在的问题 在国外，印刷图像的检测系统的发展是十分迅速的，海德堡和曼罗兰都采用基于数字 图像处理的印刷品直接检测技术，日本的 printcapver4 系列高科技数码检测产品也 能对印刷品质量进行直接检测。3美国 printvision9000 和 printvision 9000nt automatic defect detection system（印刷瑕疵自动检测系统） ，采用显微视觉技术，可以对印刷过程 中出现的问题，如颜色变化、套印不准、拉毛、污点等缺陷进行自动检测，一旦发现问题 会及时报警。4但这些检测系统主要是为了检测印刷过程出现的缺陷，而非控制印刷过程 中的稳定性。再比如，日本的 printcapver4 系列高科技数码检测产品，在检测的过 曲 阜 师 范 大 学 硕 士 学 位 论 文 2 程中，首先读取一幅图像作为基准图像，通过 ccd 照相机摄取的图像与基准图像同一地 址上的像素数据进行比较，检测出缺点后，显示缺点图像，再将缺点数据储存，并利用附 选的浏览软件对保存的缺点数据进行分析，最后贴标。但是，该系统也是基于缺陷检测的， 而且它比较的是基准图像与待测图像之间的 rgb 值，存在着一定的不合理性，并且只能 提供一个关于印品的颜色值，而不能给出油墨的变化量，不利于实际生产过程中对油墨量 的控制。 而在印刷过程控制方面， 德国 gmg 公司开发的印刷墨量控制系统， 利用了 teckon 扫描颜色测量系统在印刷机台上测量印刷测控条，实时计算印刷机各墨区的墨量调整量， 可以实现对印刷过程的智能控制，但它却是一种离线的检测的方法，仍需要由操作人员根 据计算出的墨量调整量进行手工调整。日本的小森印刷机已经配备了闭环在线质量检测系 统，在国内有很多用户了。quadtech 公司的在线质量检测系统已经在国内很多商业轮转印 刷机和报纸印刷机上安装，实现了无人值守。 而在国内，对于印刷品颜色检测和控制系统的研究还处在理论分析及实验研究阶段， 很多是针对其中的一些模块进行分析处理。在市场上也有一些检测系统，但一般仅针对票 证号码、标签、烟包等一些特定的产品或者控制条的内容进行检测。56如上海印钞厂推 出的人民币在线印刷质量在线检测装置，成都印钞公司已经在使用的钞票防伪号码在线实 时监测系统等。还有一些关于印刷品质量的检测系统，如武汉三维光之洋电气有限公司开 发的 sw-yp0001 系列全自动彩色线阵扫描视觉检测系统7， 深圳科拓科技开发有限公司开 发的 vision expert 4000 印刷质量检测系统8等，但它们对于颜色的检测方面，也只能检测 像漏印、颜色不均、墨色浅等缺陷。同时，国内的这些检测系统没有将颜色的变化进行量 化、无法给出油墨的变化量，操作人员在知道颜色发生偏差的时候，通常还是根据自己的 经验来完成具体某一种或几种油墨墨量的调整，无法实现对油墨量的自动控制。在国内的 研究领域，也有一些针对印刷品质量在线检测的成果，但这些成果也是针对缺陷检测的。 121314 1.3 课题研究的意义 从上面对国内外研究现状的分析中可以看出，尽管在国外，已经有好多印刷品颜色质 量检测系统，而且相关的研究已经较为深入，但是，这些系统大多都是针对缺陷检测的， 而不是针对过程控制的。在国内，这方面目前还处于研究阶段，并没有一个较为成熟的产 品。目前，国内的大多数印刷企业，在印刷品颜色的在线检测方面，主要还是靠着印刷工 人的经验来判断颜色是否准确，而且，印刷工人经过长时间的工作，也非常容易出现视觉 上的疲劳现象，从而难以迅速的做出准确判断。由于当前印刷机的印刷速度非常高，所以， 一旦在印刷生产过程中，出现了不稳定的因素，在印刷品颜色方面出现了质量问题，又没 有及时采取相应的调整措施，就会产生大量废品。从印刷企业来说是个巨大的损失。即便 对于部分已经采用了在线检测系统的企业，他们基本上都是从国外直接购买，不但价格十 曲 阜 师 范 大 学 硕 士 学 位 论 文 3 分昂贵，而且如果出现问题，售后服务也不能保证，耽误生产的正常进行。因此，在国内 开发出一套能够自动在线检测颜色稳定性的系统，一旦发现印刷品的颜色出现了波动，能 够迅速判断出各色油墨调整的方向，并在后序的工作中实现墨量的自动控制，是十分有必 要的。 1.4 课题研究的主要内容 本课题主要研究以下几个方面的内容。 1.图像信息的采集方法。 由于本课题要实现对印刷品颜色的实时检测，所以首先要解决的问题就是图像的实时 采集， 本部分将研究图像实时采集系统的组成、 工作原理及在图像采集过程的具体方法等。 2.图像信息的预处理方法。 在线采集印刷品样本时，由于各方面的原因，如印刷机械速度不稳定、振动、印刷介 质轻微变形等，会造成在不同时刻采集的图像可避免的混入噪声，图像同时可能还存在旋 转、平移等。所以，要将由 ccd 采集的图像和标准图像进行比较分析时，应该先将这些 噪声予以去除。更重要的是，由于照明光源等原因，由 ccd 采集到的图像的颜色可能会 发生改变，所以，在对图像信息进行处理之前，要对图像进行白平衡的情况进行检测，也 就是说，印刷品中的白色部分，在采集到的图像中，要被正确的还原成白色。而且由 ccd 采集到的各级灰梯尺不能出现偏色，如果出现了偏色，则要对其进行一定的调整，通过这 种调整，可以使采集到的图像的色彩和人眼所看到的图像色彩最大限度地接近一致，从而 保证最终计算结果的准确性。因此，对采集图像进行预处理在印刷品颜色质量检测的过程 中是非常关键的。本论文将研究对图像进行白平衡的控制方法，以及常用的去除图像噪声 的几种方法和对图像进行准确定位的算法等，以便为后序的工作打下基础。 3.印刷品颜色稳定性的检测方法。 由 ccd 直接采集到的是图像的 rgb 值，在这部分中，首先要研究出将这些 rgb 颜 色值计算出各色密度值的算法，并在实验室中模拟印刷生产的实际情况，对算法的准确性 进行评估。最后通过程序语言，对实时采集和预处理后的印刷品图像颜色信息进行计算， 实时判断印刷品的颜色质量是否稳定。如果不稳定，判断出是哪一色油墨的墨量出现了偏 差。 1.5 论文的结构 论文的第一章介绍本课题的国内外研究现状，本课题研究的目的及意义。第二章讲述 机器视觉系统的组成，以及本课题中需要用到的各种硬件的选择。第三章论述印刷品颜色 的密度学体系，为后面数学模型的提出打下基础。第四章是实验及数据处理部分，是本论 曲 阜 师 范 大 学 硕 士 学 位 论 文 4 文的核心，提出了印刷品颜色信息在线检测的实现算法，并对算法的准确性进行验证。第 五章是软件设计部分， 利用 vc+程序设计语言将第四章中提出的算法利用软件进行实现。 第六章是对课题的总结与展望，提出今后可以进一步研究的方向。 曲 阜 师 范 大 学 硕 士 学 位 论 文 5 第二章第二章 图像实时采集系统的搭建图像实时采集系统的搭建 2.1 机器视觉技术概述 机器视觉检测系统采用 ccd 照相机将被检测的目标转换成图像信号，传送给专用的 图像处理系统，然后输入到计算机进行处理和分析得到想要的信息。简而言之，机器视觉 就是代替人眼来做测量和判断。 15机器视觉系统可提高生产线的自动化程度和满足人眼不 能达到的要求，例如印刷品颜色控制，它属于大批量重复性高的生产工作，由于人的主观 作用和人眼的局限性，造成人工视觉检查产品颜色效率低而且精度不高，所以用机器视觉 系统的应用可以大大提高生产的自动化程度和测量数据的准确性。 机器视觉和人类视觉的比较如表 2.1 所示。 表 2.1 人类视觉与机器视觉的比较 人类视觉 机器视觉 适应性 适应性强， 可在复杂及变化的 环境中识别目标 适应性差， 容易受复杂背景及 环境变化的影响 智能性 具有高级智能， 可运用逻辑分 析及推理能力识别变化的目 标，并能总结规律 虽然可利用人工智能及神经 网络技术， 但智能很差， 不能 很好地识别变化的目标 对颜色的识别 容易受人的心理影响， 不能量 化 可以量化 灰度分辨力 差，一般只能分辨 64 个灰度 级 强，目前一般使用 256 灰度 级，采集系统可具有 10bit、 12bit、16bit 等灰度级 空间分辨力 分辨率较差， 不能观看微小的 目标 目前有 4k4k 的面阵摄像机 和 8k 的线阵摄像机，通过备 置各种光学镜头， 可以观测小 到微米大到天体的目标 速度 0.1 秒的视觉暂留使人眼无 法看清较快速运动的目标 快门时间可达到 10 微妙左 右，高速像机帧率可达到 1000 以上，处理器的速度越 来越快 感光范围 380nm-780nm 范围的可见光 从紫外到红外的较宽光谱范 围， 另外有 x 光等特殊摄像机 曲 阜 师 范 大 学 硕 士 学 位 论 文 6 对环境要求 对环境温度、湿度适应性差， 另外有许多场合对人有损害 对环境适应性强， 另外可加防 护装置 观测精度 精度低，无法量化 精度高， 可到微米级， 易量化 其它 主观性， 受心理影响， 易疲劳 客观性，可连续工作 从表 2.1 中看以看出，机器视觉这种用计算机代替人眼进行测量和判断的技术，与人 眼相比具体非常多的优势，所以它也具有广泛的应用前景。近年来，随着工业水平的提高， 以及计算机和图像处理技术的进步，促使其得到了迅速的发展。这样就使得利用机器视觉 和图像处理技术来实现印刷品颜色的自动化检测成为可能。机器视觉技术的应用在工业检 测领域已经非常广泛，对于印刷领域也有借鉴意义。 基于机器视觉的印刷品颜色信息实时检测系统的大概过程就是，利用高清晰，高速的 摄像头对图像进行拍摄，ccd 线性传感器将每一个像素的光亮变化转换成电子信号，再经 过一次的算法，将它转换成各颜色的密度值，并显示出来，印刷工人可以根据这些数值可 以对颜色的正确与否进行判断，如果颜色出现了偏差，则可以做出相应的调整。 2.2 机器视觉系统的组成 一套完整的机器视觉系统通常由图像采集卡、工业摄像机、镜头、光源、图像处理系 统和其他外部设备组成，如图 2.1 所示。 图 2.1 机器视觉系统的构成 曲 阜 师 范 大 学 硕 士 学 位 论 文 7 2.2.1 图像采集卡图像采集卡 图像采集卡是图像采集部分和图像处理部分的接口。图象经过采样、量化以后转换为 数字图象并输入、存储到帧存储器的过程，叫做采集、数字化。由于图像信号的传输需要 很高的传输速度，通用的传输接口不能满足要求，因此需要图像采集卡。0图像采集卡还 提供数字 i/o 的功能。 按图像采集卡的主要特性可作如下分类。 1.彩色图像采集卡与黑白图像采集卡。 由于本课题要实现对颜色的采集，所以要选用彩色图像采集卡。彩色图像采集卡在采 集图像信息时，采集到的是图像的 rgb 值。 2.模拟图像采集卡与数字图像采集卡。 本课题需要对数字图像进行处理，故要选用数字图像采集卡。 根据本课题的实际需要，最终选择了 solios 的数字图像采集卡，如图 2.2 所示。 图 2.2 图像采集卡 2.2.2 工业摄像机工业摄像机 工业摄像机根据不同的图像传感器，可以分为 ccd 相机与 cmos 相机。 cmos 相机使用 cmos 式感光芯片作为图象传感器， 它的成本较为低廉、 功耗比较低， 具有较好的系统整合性。但由于生产工艺上的差距，cmos 目前在去噪及灵敏度方面比 ccd 还有一些差距，所以 cmos 相机一般都以家用为主，不太适合作为本课题的相机。 而 ccd 相机使用 ccd 式感光芯片作为图象传感器，现在市面上绝大多数机器视觉系 统中所使用的相机都是 ccd 相机，因为无论是在图像格式、分辨率还是敏感度等各个方 曲 阜 师 范 大 学 硕 士 学 位 论 文 8 面都比 cmos 要好。所以，本课题中需要选择 ccd 相机。 工业摄像机根据不同的图象颜色分类，可以分为单色相机与彩色相机，由于本课题要 实现对印刷品颜色的在线检测，显然应该选择彩色相机。 对于 ccd 相机来讲，根据 ccd 器件按其感光单元的排列方式不同，可以分为线阵 ccd 相机和面阵 ccd 相机两类。 对于面阵相机， 它的 ccd 感光芯片上的点阵呈面状分布 的，其所成图像是二维的“面” 。而线阵相机的 ccd 感光芯片上的点阵呈线状分布，其所 成图像为一维“线”图像。但这条线却很长，可以达到几 k。由于线阵 ccd 的扫描速度 快、频率响应高，能够实现动态测量，并能在低照度下工作。而且在机器视觉领域，如果 待检测的目标是运动的，而且需要连续检测，应该选择线阵相机，所以在本课题中，选择 了 basler l304kc 线阵相机。 2.2.3 镜头镜头 镜头最重要的功能就是光学成像。它是机器视觉系统中的重要组件，对成像质量有着 关键性的作用，它对成像质量的几个最主要指标都有影响，包括：分辨率、对比度、景深 及各种像差。镜头不仅种类繁多，而且质量差异也非常大，从表可以看出，镜头为影响到 采集到的图像的很多方面，本课题中选择了尼康 af 20mm f/2.8d 镜头。 表 2.2 各硬件设备对图像成像质量的影响 图像质量的参数 影响图像质量的因素 分辨力（resolution） ，指能分清楚物体的能 力，单位 lp/mm（line pairs/milimeter） 镜头 摄像机 图像采集卡 显示器 对比度（contrast） 镜头 照明光源 摄像机 景深（depth of field） ，指镜头当物体在对 焦清晰范围内，维持一定品质的能力 镜头 失真（distortion） ，也叫畸变 镜头 投影误差 镜头 2.2.4 光源光源 在我国国家标准 gb 569885 中，颜色定义为： “色是光作用于人眼引起除形象以外 的视觉特性” 。19也就是说，颜色是一种光学现象，是光刺激人眼的结果，有光才有色。 彩色也是一种心理感觉，它与照明光源的辐射能力分布及观看者的视觉生理结构有关。人 眼可以感知的光谱范围为 380nm-780nm，但人感知一个物体的颜色一般是指在日光照明的 环境下所显示的色彩，对于同一物体在不同光线的照射下人会感觉到不同的色彩，可见光 源对于正确认知物体的色彩是至关重要的。 曲 阜 师 范 大 学 硕 士 学 位 论 文 9 在机器视觉系统中， 为得尽可能的消除外界环境的影响， 使采集到的图像尽可能稳定， 一般采取主动照明的方式，也就是用人工光源来照明被检测的对象。其中常见的人工光源 有高频荧光灯，光纤卤素灯和 led 灯等等。考虑到 led 光源具有输出光强比较稳定，寿 命长（可达 3 万小时） ，响应时间短（可达百万分之一秒） ，而且功耗低，维护管理的工作 量较少等之类的优点，在本课题中，选择了 led 线形光源对待检测的样张进行照射。 2.3 系统搭建 将所有需要的硬件连接好，就可以在实验室的环境中搭建起印刷品颜色信息的实时采 集系统，来模拟真实的印刷生产过程。如图 2.3 所示。 图 2.3 实验室环境下搭建的印刷品颜色信息模拟在线检测系统 将设计好的测试样张粘贴在滚筒上，将 led 线形光源打开，并使滚筒转动。随着滚筒 的转动，ccd 线阵相机就会采集到图像。同时，编码器将滚筒的转动角度，以脉冲的方式 传给图像采集卡，使滚筒的转速与相机的采集频率同步。这样，滚筒的速度变化不会造成 采集图像的变形，图像采集卡再把相机采集的印刷品的图像信息传递给计算机，并在软件 中显示出来。160在本课题中，由于测试样张中有着不同的测控条，而每一条测控条代表 着在实际生产中可能出现的印刷品颜色出现偏差的不同情形，随着滚筒的转动，ccd 线阵 相机将会采集到不同的测控条，通过对这些测控条的检测，就可以做到对真实印刷过程的 模拟。 曲 阜 师 范 大 学 硕 士 学 位 论 文 10 第三章第三章 印刷品颜色复制的基本理论印刷品颜色复制的基本理论 3.1 印刷品颜色的密度测量 1.印刷品的密度 在印刷品上，印刷油墨能吸收光，墨层越厚，吸收的光也就越多，相应的反射回来的 光量就越少。印刷品看起来也就会越暗。从印刷区域反射回来的光量和从空白区域反射回 来的光的比值，称为反射率，用表示。而它吸收的光量，则用倒数来定义，也就是 1/, 然后将它取对数，就得到了密度值 d，也就是： 1 lgd （公式 3.1） 之所以用对数来表示密度，是因为这样表示有以下优点： (1)这样的密度表示法得到的密度值，与墨层厚度之间更呈现出线性关系。 (2)它更好的将人眼对亮度差别的视觉感受联系起来。 (3)它提高了反射率差别较小时的测量精度。 (4)套印的墨层密度可以相加。 如图 3.1 所示，最初，随着墨层厚度的增加，反射光量迅速减少，但是在墨层厚度进 一步增加的过程中，反射光量减少的速度逐渐减慢。在数学上，可以很方便的用对数来表 示这种关系。将反射率与墨层厚度之间的关系，转换成密度与墨层厚度的关系后，密度与 墨层厚度之间呈现出了近似的线性关系。 图 3.1 反射率与墨层厚度的关系 曲 阜 师 范 大 学 硕 士 学 位 论 文 11 从上一节的讨论中可以知道，图像采集卡在采集图像时，采集到的是rgb值，由色彩 学知识可以了解到：rgb值的实质就是图像表面不同颜色的反射率，即公式里所提出的反 射率。 所以在颜色测量时，我们将公式转换为： r adr 1 lg 1 lg 1 ， g adg 1 lg 1 lg 2 ， b adb 1 lg 1 lg 3 （公式 3.2） 2.叠印密度 第一层的反射率 1 和光密度 1 d为： i 11 )1lg( 11 d 第二层的反射率 2 和光密度 2 d 为： 122 )1lg( 22 d 则通过两层物质后的合成透射率和合成光密度值为： 合成透射率： 211212 *)(*)( ii 合成光密度值： 212121 )1l g ()1l g () )*(1l g ()1l g ( rrr ddd （公式 3.3） 从上面的讨论中可以看出，多层色料叠加后合成反射率是各层反射率的“相乘” ，叠 加后的合成密度值是各层密度值的“相加” 。但是值得注意的是在实际印刷中，几种油墨 叠印时，用同一滤色片测得的叠印色块的光密度值往往明显比各单色油墨光学密度值之和 要小，应考虑实际条件，进行适当的补充与修正。 3.朗伯-比尔定律 由于物体吸收了部分可见光的能量，致使光强变弱。光的吸收作用是受朗伯-比尔定律 所支配的，朗伯-比尔定律指出，在一定的波长下，光的吸收量与吸光材料的浓度成正比， 与吸光材料的厚度有关数学表达式为： cld*lg 0 （公式 3.4） 在公式 3.4 中， 为吸光指数或称为消光指数，它与吸收物体的分子式有关，而且与 照射光的波长有关，l 为吸光材料的厚度，c 为吸光材料中所含色料的浓度。 曲 阜 师 范 大 学 硕 士 学 位 论 文 12 根据朗伯-比尔定律，在印刷中，利用反射密度能够很容易的判断印品墨层厚度 l 与密 度的关系，故可以用反射密度 d 来表示和控制印刷中墨量的变化。 3.2 颜色在计算机系统中的表示 2.3.1 rgb 色彩空间色彩空间 rgb 色空间是一种基于色光的表色模式。在日常生活中，电视机、计算机显示屏等都 利用色光加色法来呈色。印刷出版中使用的扫描仪在扫描时，也首先需要提取原稿图像上 的 rgb 色光信息。通过 r、g、b 的不同大小，可描述出任何一种颜色。 计算机定义颜色时 r、g、b 三种成分的取值范围是 0-255，可以组合出 1670 万 （255*255*255）种颜色，0 表示没有刺激量，255 表示刺激量达最大值。r、g、b 均为 255 时就合成了白光，r、g、b 均为 0 时就形成了黑色。在显示屏上显示颜色或进行颜色 定义时，往往采用这种模式。本课题中使用的图像采集卡，在采集图像的过程中，采集到 的也是图像的 rgb 值。 2.3.2 cmyk 色彩空间色彩空间 cmyk 颜色空间是在印刷领域中常用的色彩模式。这是一种减色模式，遵循色料减色 法混合规律。cmyk 模式实质指的是再现颜色时印刷的青、品、黄、黑的百分比，它们数 值的聚会范围为 0-100%。全为 0 是表示白色，全为 100%时则表示黑色。 理论上黄油墨、 品红油墨、 青油墨的不同比例的混合可以实现所有颜色的再现， 将100% 黄色、100%的品红色和 100%青色混合，可以产生黑色。但是由于印刷使用的油墨并不是 理想油墨。比如说，理想的黄色油墨本来应该完全反射 500-700nm 的可见光，完全吸收 400-500nm 的可见光，但是实际使用的黄色油墨并不是这样，它在 500-700nm 这部分的反 射不足，在 400-500nm 处吸收不足。其原因是黄色油墨显色时呈现少量的品红和青色的成 分。其他油墨也存在同样的问题。在印刷或打印输出时，如果我们不使用黑墨，100%的黄 色、100%的品红色和 100%的青色混合将得到一种棕褐色，表现不出真正的黑色。