（制浆造纸工程专业论文）浅色纸色差控制的研究.pdf

山东轻工她学院硕士学位论文 摘要 在英囡、韩国、港澳、台湾等国家和地区，为保护人眼，早就采用色泽柔和 的染色纸作阅读和书写用纸，国内的广东、上海、武汉等地为预防学生近视也己 大力推广米黄色、浅绿色等有色纸作为书写用纸。用浅色的绿色环保纸品替代原 来较为刺眼的自色书写纸或英他纸种，已越来越得到入们的认因，具有较广阔的 市场空间。 彩纸髂颜色匮配相当复杂，成晶纸的颜色主要取决予所加入的染料或颜料的 颜色及各颜色相互之间的配比。纸张染色是一个非常复杂的过程，影响染色效果 的因素也很多，比如浆料基色、浆料质量、染料种类和用量、染色方法、染色和 抄纸时的物理与化学环境等。本课题通过研究浅色纸在染色时的光学特性，借鉴 织物染色盼计算机配色系统，根据实验研究结果，编制出可以预测配色结果的配 色软件。 本文第一部分研究了影响颜色匹配准确性的匿素。主要是从打浆度、温度、 p h 值、接触时间等方面，研究这些因素变化时，它们之间的色差e 也随之发生 变化。因此，颜色匹配时，应尽可能使这些因素保持稳定，以保证匹配算法的准 确性。 本文第二部分研究了三种基本色的染料对针时木浆染色的最佳条件，从而实， 现最佳条件下的颜色匹配。直接大红4 b s 对针叶木浆染色的最佳条件为：打浆度 4 9 0 s r ，温度5 0 0 ( 2 ，p h 值6 0 ，接触时闻4 5 m i n ；直接湖蓝5 b 对针时木浆染色的 最佳条件为；打浆度4 0 0 s r ，温度4 5 0 c ，p h 值5 5 ，接触时间4 5 m i n ；直接黄2 g r 对针叶木浆染色的最佳条件为：打浆度4 0 0 s r ，温度4 0 0 ( 2 ，p h 值6 0 ，接触时间 4 5 m i n 。 本文第三部分研究了单色纸的染色规律和二次色纸染色的配合规律。研究结 果经过线憔规划表明，在低浓度下，染料加入量与k s 值增量间呈较好的线性关 系。染料混合染色时，他们之间有相互干扰问题，研究三种染料染色时的配伍性 闯题，弓| 入纠正系数，对出现的偏差进行适当的修正，从而提高预测算法的准确 性。 本文第四部分研究了配色程序实现的功能及实现这些功能所采取的结构与实 摘要 现方法。 本文第五部分研究了利用编制好的程序对浅绿，浅蓝，米黄这三种浅色纸进 行配方预测及试染的情况，验证配色程序的实用性。实验结果表明，所编制的计 算机配色系统可以大致预测出样品的配方。 关键词：彩色纸；计算机配色；色差；k u b e l k a - m u n k 理论；染色 i i 山东轻工业学院硕士学位论文 a bs t r a c t t h ec o l o r - m a t c hi nt h em a n u f a c t u r eo ft h ec o l o rs h e e t si sv e r yc o m p l i c a t e d a l t h o u g h ，t h ec o l o ro fc o l o rs h e e t sd e p e n d sm a i n l yo nt h eq u a n t i t ya n dp r o p o r t i o no f t h e d y e p a p e rd y e i n gi sav e r yc o m p l i c a t e dp r o c e s s ；t h er e s u l t sw e r ea f f e c t e db yal o to f f a c t o r s ，s u c ha st h et r i c h r o m a t i ca n dq u a l i t yo fp u l p ，q u a n t i t ya n dt y p eo fd y e ，d y e i n g m e t h o d s ，t h ep h y s i c a la n dc h e m i c a le n v i r o n m e n to fd y e i n ga n dp a p e r - m a k i n ga n ds oo n a c c o r d i n g t os t u d yo no p t i c a lf e a t u r e so fl i g h t - c o l o r e dp a p e ri nt h i sp a p e r , an e wc o l o r m a t c ha l g o r i t h mw a sd e v e l o p e d ，f r o mt h ec o m p u t e rc o l o rm a t c h i n gs y s t e mo ff a b r i c d y e i n g a c c o r d i n g t oe x p e r i m e n t a lr e s u l t s ，ap r e d i c t a b l eo u t c o m eo ft h ec o l o rm a t c h i n g s o f t w a r ew a se s t a b l i s h e d i nt h ef i r s tp a no ft h ep a p e r , t h ei n f l u e n c i n gf a c t o r sw e r es t u d i e di nt h ed y e i n g p r o c e s s m a i n l yf r o mt h eb e a t i n g ，t e m p e r a t u r e ，p hv a l v e ，c o n t a c tt i m ea n ds oo n ，w e s t u d yt h e s ef a c t o r sc h a n g e s ，t h ec o l o rd i f f e r e n c e eb e t w e e nt h e ma l s ow i l lb ec h a n g e d t h e r e f o r e ，w h e nc o l o rm a t c h i n g ，t h e s ef a c t o r sm u s tb er e m a i ns t a b l ea sf a ra sp o s s i b l e ， i no r d e rt oe n s u r et h ea c c u r a c yo fm a t c h i n ga l g o r i t h m i nt h es e c o n dp a r to ft h ep a p e r , t h ec o n d i t i o n sw e r es t u d i e dav a r i e t yo fd y es t a i ni n t h ew o o dp u l p ，t oa c h i e v ec o l o rm a t c h i n gu n d e rt h eb e s tc o n d i t i o n s t h er e s u l t ss h o w t h a tt h eo p t i c a lt e c h n o l o g i c a lc o n d i t i o nf o rw o o dp u l pd y e i n g 、 ，i t l ld i r e c t - r e d4b sa r e a sf o l l o w s ：b e a t i n gd e g r e e4 9o s r , t e m p e r a t u r e5 0o c ，p hv a l u e6 0 ，t h ec o n t a c tt i m e4 5 m i n ；d i r e c t - b l u e5bf o rt h eb e s tc o n d i t i o n s ：b e a t i n gd e g r e e4 0o s r , t e m p e r a t u r eo f 4 5 o c ，p hv a l u e5 5 ，t h ec o n t a c tt i m e4 5 m i n ；d i r e c t - y e l l o w2 g rf o rb e s tc o n d i t i o n s ： b e a t i n go f4 0o s r , t e m p e r a t u r eo f 4 0o c ，p hv a l u eo f6 0 ，t h ec o n t a c tt i m e4 5r a i n i nt h et l l i r dp a no ft h ep a p e r ，t h el a ww a ss t u d i e db ym o n o c h r o m ea n ds e c o n dc o l o r p a p e r t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h ea m o u n to fd y ea n dk | s v a l u ei n c r e m e n tt ob ea g o o dl i n e a rr e l a t i o n s h i p ，i nl o wc o n c e n t r a t i o n m i x e dd y ed y e i n g ，t h ei n t e r f e r e n c e p r o b l e mw a sb e t w e e nt h e m w h e ns e v e r a ld y e s t u f f sa r eu s e ds i m u l t a n e o u s l y , t h er e s u l t o fd y e i n gi sd i f f e r e n tf r o mt h a tu s e do n eb yo n e ，a n dt h ea p p r o p r i a t em o d i f i c a t i o n t o w a r d st h ed e v i a t i o ni sf o u n do u t s ot h ea c c u r a c yo ff o r e c a s t i n ga l g o r i t h mi st ob e i m p r o v e db ya l lt h ea m e n d m e n t s i nt h ef o u r t hp a r to ft h ep a p e r ，t h ec o l o r - m a t c hs o f t w a r e sf u n c t i o n sw e r es t u d i e d t h es t r u c t u r eo fs o f t w a r ew a sa l s os t u d i e d i i i a b s t r a c t i nt h ef i f t hp a r t ，t h eu s a b i l i t yo ft h es o f t w a r ew a sv e r i f i e d ac o l o r - m a t c h e x p e r i m e n to ft h r e er e p r e s e n t a t i v ec o l o r so fw r i t i n gp a p e rs u c ha sl i g h tr e d ，y e l l o wa n d b l u ew a sd o n es u c c e s s f u l l y ，w h i c hs h o w st h a tt h es o f t w a r ei sa c c u r a t ee n o u g ht ou s e di n w r i t i n gp a p e rp r o d u c tl i n e k e y w o r d s ：c o l o rs h e e t s ；c o m p u t e rc o l o rm a t c h i n gs y s t e m ；a b e r r a t i o n ； k u b e l k a - m u n kt h e o r y ；d y e i n g i v 学位论文独创性声明 本人声骧，所呈交的学位论文系在导师指导下本人独立完成的研究成果。文中 引用他人的成果，均已做出明确标注或得到许可。论文内容来包含法律意义上已 属于他人的任何形式的研究成果，也不包含本人已用于其他学位申请的论文或成 采，与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并表示谢意。 学位论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作路，知识产权归属山东轻工业 学院。山东轻工照学院享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专 利等权利，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成莱时，署名 单位仍然为山东轻工业学院。 日期：2 凶塞年月正日 日期：巡1 2 年月位曰 山东轻工业学院硕士学位论文 第1 章绪论 纸张染色【l 】是在纸浆或纸张中加入某一种染料使其有选择性地吸收可见光中 大部分光谱，未被吸收而被反射出来的光谱为我们所需要的颜色。这一过程称为 染色或调色。纸张染色是一个非常复杂的过程，受浆料基色、浆料质量、染料种 类和用量、染色方法、染色和抄纸时的物理与化学环境等很多因素的影响l z 吲。由 于以上诸多因素的影响，使得彩色纸的色相控制非常困难。色差问题是彩色纸生 产厂家最大的障碍。为了更好的解决色差问题，实现颜色的准确匹配和复现，必 须对染色过程进行数量化和模型化，并在此基础上编制出相应的配色软件。 1 1 彩纸的染色现状 国内外市场上常见的彩纸很多，彩色复印纸、彩色打印纸( 彩色喷墨打印纸和 彩色激光打印纸) 、彩色瓦楞纸、彩色卫生纸等等。彩色纸的颜色多种多样，彩色 纸的品种数不胜数。不过这些颜色都可以用一种或多种染料进行染色而获得。纸 张的染色方式一般有浆内染色和纸张表面染色两种。兼顾到染色技术和经济的合 理性，一般的彩纸都是采用浆内染色。 1 2 染料的性质 1 2 1 造纸用染料的分类 在纸张调色前，首先掌握染料方面的基础知识，正确地选择染料进行纸浆或 纸张的染色试验。染料的种类很多，其化学结构、化学性质以及染色的适应性有 较大的差别，在确定染色工艺时应首先根据浆料的种类、特性和纸张的用途和染 色的各种条件( 如：温度、p h 值、时间等) 选用最佳的染料。目前，造纸工业广泛 应用合成染料进行造纸调色。合成染料可分为碱性染料、酸性染料、直接染料及 活性染料( 一般不用于造纸) 等【1 0 , 1 1 , 1 2 】。 ( 1 ) 碱性染料是具有( n h 之) 氨基的碱性有机化合物，可溶于水。着色后色彩鲜 艳，价格低廉。但它的耐光、耐热性极差，对酸、碱、氯离子的抵抗力弱，故成 品容易褪色。碱性染料对不同种类的浆料有不同的染色性能，对木素的亲合力大， 适合于本色化学木浆和磨木浆染色，但对漂白浆其染色的亲合力较弱。 碱性染料可分为偶氮、二苯甲烷、三苯甲烷、噻嗪等类型，代表性的品种有 碱性品红、碱性嫩黄，碱性品蓝、碱性橙、碱性棕等。 ( 2 ) 酸性染料是具有苯羟基或磺酸基( h s o 。3 ) 的酸性有机化合物，极易溶于水。 第1 章绪论 与碱性相比，其着色能力和色彩鲜艳性比碱性染料差，但耐光、耐热性强，对酸、 碱、氯离子的抵抗力比较差。与纤维之间染色没有亲合力。借助施胶、加矾才能 使染料留着在纤维上。通常适合于纸张的表面染色。 用于造纸的酸性染料主要是偶氮类、三芳甲烷类及葸醌类，代表性的染料有 酸性嫩黄g ，酸性葸醌蓝、酸性湖蓝、酸性大红g 、酸性大红g r 、酸性金黄g 等。 ( 3 ) 直接染料是含有磺酸基( h s o 。3 ) 保护的偶氮化合物，可溶于水。对纤维具有 天然的亲和力。因此，若与浆料混合不均匀，则出现染色不均匀和产生色斑。特 别适用于纸张的浆内染色。直接染料的着色力与鲜艳度远不如碱性染料，耐热、 耐光性优于酸性染料及碱性染料。 常用的直接染料品种有直接品蓝、直接湖蓝、直接红棕、直接大红、直接冻 黄、直接深棕m m 、直接黑e x 等。 1 2 2 染料的作用机理 光是具有一定波长的电磁波，电磁波的波长范围很广。通常只有波长在3 8 0n r n 到7 8 0n r n 之间的电磁波才能引起人的视觉。这段波长叫做可见光谱。在可见光谱 范围内不同波长的辐射引起人的不同颜色感觉，7 0 0i l l n 为红色；5 8 0a m 为黄色； 5 1 0n m 为绿色；4 7 0n l t l 为蓝色。 在光照射下，染料分子中的电子吸收光能而跃迁，如果吸收光的波长在可见 光范围内时，就会呈现出颜色。均匀吸收一切波长光的物质，视吸收光量的多少 表现为灰色或为黑色，若吸收是不均匀的，则会呈现彩色，染料的混合使吸收光 谱增多而反射光减少，物体的色彩是从复色光中( 或是从白光中) 减去一种或几种单 色光而得到另一种色光的效果，演绎如下【1 3 】： 吸收红色光谱的色素，反射绿、蓝光，呈青色； 吸收绿色光谱的色素，反射红、紫光，呈品红； 吸收蓝色光谱的色素，反射红、绿光，呈黄色。 色素的三原色黄、青、品红不能由其它色素混合得到，反之调整色素三原色 的比例却可以混合出所有的色彩。 用红、黄、蓝三种基本色可以配制成各种颜色。用任何两种基本色配合成的 颜色为二次色。二次色配合而成的颜色为三次色。它们之间存在如下关系【1 4 】： 2 山东轻工业学院硕士学位论文 基本色 红黄 蓝红 黄 二次色橙绿紫橙 三次色橄榄灰棕褐 1 。3 颜色的表示方法 豳l 。1 色彩匹配图 1 3 1h 、v 、c 表色系统 为了便予了解颜色管理方恧的机理，首先介绍颜色立体图( 圈l 。2 ) 。颜色立体 是利用三维坐标把颜色知觉的三个属性( 色调、明度和饱和度) 完整地表示出来 【1 5 l 。图中的每个具体空间位置均代表着一个特定颜色。 ( 1 ) 色调固 蓝绿 缘 自 熬 图1 2 颜色立体图 第1 章绪论 色调又称色相，是色彩最主要的特征，是色与色的主要区别。光谱中不同波 长的光都具有特定的颜色，所以一定波长的光或某些不同波长的光混合，呈现出 不同的色彩表象，这些色彩的表象就称为色调。 ( 2 ) 明度( v ) 对于色调相同的颜色来说，如果光波的反射率、透射率或是辐射光能量不相 等时，最终的视觉效果也不相同，这个变化的量称为明度。愈接近白色明度愈大， 愈接近黑色则明度愈小。人眼对明度的变化是很敏感的。 表1 1 明度等级与亮度因素之间的关系 ( 3 ) 饱和度( c ) 饱和度亦称纯度、艳度或彩度，表示颜色的浓淡程度。某颜色的色相表现越 明显，它的饱和度就越高。在纯色颜料中加入白色或黑色后饱和度就会降低。 染料的饱和度取决于其着色物表面反射光谱辐射的选择性，若着色物对光谱某一 较窄波段的光反射率高，而对于其他波长的反射率很低或没有反射，则表明它有 很高的光谱选择性，这一染料或颜料的选择性就高。反之，不仅能反射某一色光， 同时也能反射一些其它色光时，饱和度就小。 1 3 2c ie 标准色度学系统 ( 1 ) c i e l 9 3 1r g b 色度系统【拍j 1 9 3 1 年，国际照明委员会根据w d r i g h t 和j g u i l d 的实验结果，推出了 “c i e l 9 3 1 r g b ”标准色度观察者光谱三刺激值。 由加混色原理可知，任何一个颜色均可以用线性无关的三个原色以适当的比 例相加混合而与之匹配，写成色方程即为： c = c ( c ) - - r ( r ) + g ( g ) + b ( b )式( 1 ) 式( 1 ) 中r 、g 、b 是匹配颜色c 所需要的三个原色的刺激量，称之为颜色c 的三刺 激值。如果令r 刮( r + g + b ) ，g - ( r + g + b ) ，b = b ( r + g + b ) 则( 1 ) 式变为 c 再百而叫( c ) 。“r ) + g ( g ) + b ( b ) 式( 2 ) 式( 2 ) 中r 、g 、b 是颜色c 的色品坐标。 4 山东轻工业学院硕士学位论文 如果定义颜色c 的一个单位为1 ( c ) - - r ( r ) + g ( g ) + b ( b ) 式( 3 ) 郎c = r + g + b ，两显然一g 啦l ，所以可以用r 、g 作为直角坐标绘制嬲一个直角坐标 图它是由所有光谱色的色品坐标点连接起来而形成的光谱轨迹，称之为色品图。 如躁l 。3 所示，其中w e 代表等能自色。 圈1 3c i e l 9 3 1r g b 色品图 从图1 3 可以看到，r 、g 、b 光谱三刺激值和光谱轨迹的色品坐标中均有很大 一部分出现负值。计算不方便，不易于理解。于是，c i e 又在“c i e - r g b ，的基础 上导出了 ( 2 ) c i e1 9 31x y z 色度系统f 1 7 1 c i e1 9 3 1r g b 系统中波长谱线的坐标点连接起来，就形成了c i e l 9 3 1x y z 系 统色晶图，如图1 4 所示 5 第l 章绪论 y s ，_q ，o 卜 、 弋 i 姗弋 、。 9 0 7淤6 2 0 r 6 翔凇 ，l l q a m 。a 一弼i 删 础撅i x 图1 4c i e1 9 3 1x y z 系统色品图 由c i e1 9 3 1r g b 系统转换而来的等能光谱色品坐标，连成的曲线称为c i ex y 色品图的光谱轨迹在光谱轨迹的红端波长到波长为5 6 0a m 的区间内，光谱色轨迹 接近直线，然后光谱色轨迹形成弧形曲线直至光谱的短波区域，蓝紫色的波长被 压缩在很小的范围之内由该光谱轨迹曲线以及连接光谱的红端和蓝端的直线所构 成的马蹄形内，包括了一切物理上能实现的颜色 1 8 - 2 0 】。 x yz 三刺激值是通过色刺激函数每一个波长的值乘以c i e 色匹配函数每一个 波长上的值，并将每一组乘积在相应整个可见光谱的波长范围内积分起来得到。 按实践中常用的方法，对于反射物体色，其结果可用4 0 0 7 0 0n m 波长范围内，间 隔2 0n m 的波长处的乘积和来近似表示。 ( 3 ) c i e l 9 7 6l 拳a 书b 幸表色系统 c i e 推荐的x ，y ，z 空间是不均匀的，在此空间中，两对等距的颜色点，并 不一定给人以相同的颜色感觉。为了提高计算结果与视觉的相关性，c i e 推出了几 种均匀颜色空间( c i e l 9 6 4 w * u 幸v 宰、c i e l 9 7 6 l * u 幸v 、c i e l 9 7 6 l * a + b 宰等) ，其 中应用最广泛的是c i e l 9 7 6 l * a * b * 均匀颜色空间。当x ，y ，z 和x o ，y 0 ，z o 满 足条件x x o 0 0 0 8 8 5 6 ，y y o 0 0 8 8 5 6 ，z z o o 0 0 8 8 5 6 时，其坐标参数为 l * = i1 6 ( y y o ) 1 3 1 6 a * = 5 0 0 ( x x o ) 1 3 ( y 仃o ) 1 乃】 b * = 2 0 0 ( y y o ) m ( z z o ) 1 乃】 当x x o ，y y o ，z z o 三个值中任一个小于0 0 0 8 8 5 6 时，其坐标参数为： l * = 9 0 3 3 y 厂y o 6 山东轻t 业学院硕士学位论文 a * = 3 8 9 3 5 * ( x x o y y o ) b * = 1 5 5 7 4 毒曝疆铲z z o ) 式中的x o ，y o ， z o 代表c i e 标准照明体照射在完全漫反射体上，然后反射 到人眼中的- - * u 激僮，其值列予表l - 2 巾。 表1 2 几种观测条件下的x o 、y o 、z 0 值2 1 】 l 率为明度指数，表示黑白轴，a 木和酽为色度指数，分别表示红绿轴和黄蓝 轴。l 为l o 时，表示对光完全散射的漫射体；l 为0 时，表示对光完全吸收的黑 体。矿值越大，样品的色调越红；b 宰值越大，色调就越黄。 1 。4 色差的表示方法 1 4 。l 色差的视觉判断 对于两个颜色之间差别的视觉判断，主要有两种直观的评价，即可感知性 ( p e r c e p t i b i l i t y ) 和n - i l l 接受性( a c c e p t a b i l i t y ) 阎。可感知性是指观察者麓够看到颜色兹 差别或能够判断两个颜色样品对之间色差的入小的视觉属性；而可接受性则表示 观察者是否可以接受被观察颜色差别的视觉判断。 目视比较和判断具有较大的主观性和易变性，在工业生产中不直接作为颜色 质的评价依据。因此，仪器测色显得尤为重要。但是，物理测量的数据应该能预 测观察者所看到的情况，帮需要有合适的色差公式，使之计算出来的色差能够预 测目视色差。 。4 。2 色差公式 两带色样品间的颜色在颜色知觉上的差异可用“色差来表示。1 9 7 6 年以来， 出现了多种色差公式如c m c ( 1 ：e ) 色差公式豳】、c i e l 9 7 6 ( al 毒ac a b * ah a b * ) 色差 模型、c i ed e 2 0 0 0 色差公式【2 4 1 、c i e l 9 7 6 ( l * a * b * ) 色差公式等。其中c i e1 9 7 6 ( p 扩铲) 色差公式是国际上公认的色差公式。色差包括明度差、彩度差和色相差三 个方面。我们常说的色差是这三方面色差经一定公式计算后得出的总色差值。 在与颜色感觉一致的均匀颜色空间内，两今颜色样品之间的色差表示为其坐 标点之闻的距离，即【2 5 】 7 第1 章绪论 a e a b 水= 【( l l 一l 2 宰) 2 + ( a l 掌a 2 幸) z + ( b l 一b 2 * ) z 】z 或e i = 【( l ) 2 + ( a ) 2 + ( b 牛) 2 1 陀 式中，l l ，a l ，b l 母和l 2 * ，a 2 * ，b 2 * 分别是两个样品的坐标值。色差公式的 几何意义，是在均匀颜色空间以标准色样的坐标点为中心的一个椭球，其在l 、 a 幸、b 宰三个方向的半轴长分别为( l l 事一l 2 ) 、( a l 枣a 2 木) 和( b l 木- b 2 木) 。若规定椭球内的 颜色满足色差容限的要求，则椭球外的颜色与标准色样的色差超出了色差容限范 围，便不满足色差的要求。 一般来讲，两样品的色差与目视色差感觉的关系如下： 表1 3 色差值与目视色差感觉的关系 e 目视色差感觉 0 - o 5 0 5 1 5 1 5 3 3 “ 能微微感觉到 稍有一些感觉 感觉明显 感觉显著 如果样品的色彩较饱和，两样品间如果有1 0 的色差，一般人看不出它们的差 别【2 6 1 。 1 5 标准照明和观测条件 1 5 1 标准照明体 人眼观察颜色是在不同的光源下进行的，如日光和人造光源。不同的光源有 不同的光谱功率分布，在不同光源下观察时，同一物体表面所呈现的颜色也是不 尽相同的【2 0 】。 从色度学的实践考虑，需要有几种约定的具有代表性的光源，可以在这几种 光源下标定物体和颜色。为此，c i e 推荐了四种标准照明体a 、b 、c 、d 【2 7 - 2 羽。具 体说明如下： 标准照明体a ：相当于绝对黑体在加温到2 8 5 6k 时所辐射出来的光。 标准照明体b ：相当于相关色温4 8 7 4k 的直射阳光，光色相当于中午阳光。 标准照明体c ：相当于相关色温为6 7 7 4k 的平均阳光，光色近似阴天天空的 日光。 标准照明体d 6 5 ：具有相当于色温约为6 5 0 4k 的完全辐射体的光谱功率分布， 其光谱功率分布更接近于平均日光的光谱功率分布，又称重组日光。 标准照明体d ：代表标准照明体d 6 5 以外的其它日光。 标准照明体e ：将在可见光区内光谱辐射功率为恒定值的光刺激，定义为标准 8 山东轻工业学院硕士学位论文 照明体e ，也称为等能光谱或等能白光这是一种人为规定的光谱分布，实际上并不 存在具有这种光谱分布的现实光源删。 1 5 2 标准照明 c i e 规定了三种标准光源，它们分别为删： a 标准光源：色温为2 8 5 6k 的充气螺旋钨丝灯，其光色偏黄。 b 标准光源：色温为4 8 7 4k 由a 光源加罩b 型d g 液体滤光器组成。光 色相当于中午日光。 c 标准光源：色温为6 7 7 4k ，由a 光源加罩b 型d g 液体滤光器组成。光 色相当于有云的天空光。 c i e 规定的色差观测条件如表1 4 所示： 表1 4 计算色差的标准观测条件 照明光源 模拟c i e 标准照明体d 6 5 项对光谱功率分布的光源 照度 观察者 背景 样品模式 色样大小 色样间隔 色差幅度 色样表面结构 1 0 0 0i x 正常色觉观察者 具有中等明度( l 幸= 5 0 ) 的均匀灰色 物体色 4 0 视场 两个样品边缘直接接触，间距尽量小 0 , - , 5 个c i el a b 色差单位 颜色均匀，无可见花纹或不均匀性 人眼对色彩的分辨率也受视场大小的影响。实验表明：人眼从小视场( 2 0 ) 增大 到大视场0 0 0 ) 时，颜色匹配的精度和辨别色差的能力提高，但当视场再进一步增 大时，颜色匹配的精度提高就不大了。这是因为1 0 0 标准视场对4 0 0n m 5 0 0l l n l 区 域短波光谱有更高的敏感性。 1 6 计算机配色 1 6 1 计算机配色的历史 本世纪30 年代是计算机配色的奠基阶段。c i e 建立了三刺激值表色系统，哈 代制成了自动记录式反射率分光光度计，库贝尔卡一芒克发表了光线在不透明介 质中被吸收和散射的理论【3 1 1 。 4 0 年代是计算机配色的萌芽阶段。美国派克和斯坦思向美国光学学会提出： 9 第1 章绪论 各种色料吸收光线的光学特性能够独立地带进由几种色料拼合的结果中去【3 2 。3 3 】。 这一理论被称为k u b e l k a - m u n k 理论( 简称k m 理论) ，它为计算机配色提供了理论 基础。尽管这一理论是在近似的假设i j 提下，有很多缺陷和不完善的地方，但其 基本内容和方法至今一直被使用，而且通过长期的大量的实践及数据进行了各种 各样的改进和补偿，同时也通过算法和应用方法的进步，大大提高了这一理论的 实际应用效果，因此在具体的实际工业应用中仍可取得令人满意的效果。 5 0 年代是计算机配色的初创时期。1 9 5 8 年在美国台温威拉姆安装了第一 台由戴维逊和海门丁哲开发的模拟式专用配色计算机c o m i c 。各色料的单位浓度 吸收特性数据( k s ) 值分贮于磁带上由配色者选用。 6 0 年代是计算机配色的兴起时期。1 9 6 3 年两家大染料厂美国的氰胺和英国的 i c i 相继宣布可用数字计算机代替作配色服务。 至7 0 年代，基于k m 理论的计算机配色算法己相当成熟，并建立起主导地 位。7 0 年代同时是计算机配色由高潮转向低潮的一次曲折，其主要原因是人们对 计算机配色要求过高，即：准确无误，不需试验。 8 0 年代计算机配色技术又有了一定的发展。8 0 年代初，汽巴嘉基公司研究的 以c h a n d r a s e k h a r s 辐射传输方程为基础的全新模式计算机配色法曾一度企图异军 突起，然而尽管其效果相当好，但仍未动摇基于传统k - m 理论的配色算法的主导 地位和商业价值。 9 0 年代至今，国外的染色工艺已经普遍采用了计算机配色系统。 近些年来又有人用模糊数学的方法配色得到了相当的改善，也有人用线性规 划方法进行配方计算，配色效果都有一定的改进1 3 训。 1 6 2 计算机配色的现状 计算机配色大体有两种实现方法：三刺激值配色和全光谱配色。这两种方法 的光学基础都是k u b e l k a - m u n k 理论。实际上应用的k m 理论仅仅是它的简化形 式，k m 理论分别模拟着色的吸收系数k 和散射系数s ，确定着色剂的特性。k m 理论是多光通理论中的二光通理论。吸收系数k 和散射系数s 的转化关系式： k s = ( 1 r ) 2 ( 2 r ) r = i + k s ( 1 + 列s ) 2 - 1 o 5 a l l e n 建立了分别基于k u b e l k a - m u n k 理论单常数理论和双常数理论的两种三 刺激值配色方法，基本思想是匹配标样的三刺激值，使匹配色的- * 0 激值和标样 的三刺激值的差别达到最小，即基本的数学表达式为( a x ，a y ，a z ) - - , ( o ，0 ，0 ) 。 - - * 0 激值配色的优点是在一个固定光源照明下，产生的色差a e 为零【3 5 - 3 6 1 。 在三刺激值法发展的同时，m c g i n n i s 首先提出全光谱匹配方法，基本思想是 匹配其反射率曲线，使配方的反射率曲线与标样的反射率蓝线的差别达到最小， 1 0 山东轻工业学院硕士学位论文 从而使色差达到很小，满足配色的目的。其基本表达式为：z j 2 a r ( 九j ) 2 - + m i n 【j 。 e r i c w a l o w i t 等人建立了使用双常数理论的全光谱匹配方法【3 8 】。国外配色系统 以d a t a c o l o r 公司为代表，最新的进展主要是配色软件的智能化。其一方面是使配 色系统具有学习和记忆的功能，可以把各种配方实际染色结果的信息记录在案， 然后随时给新计算出的配方提供修正系数。另一方面是，配色软件逐渐在印染厂 或其它和着色加工有关的工厂，与整体生产工艺的软件解决方案相结合，即 s m a r t m a t c h 精明配色技术。在某种意义上来说，d a t a c o l o r 计算机配色技术己经比 较成熟。 国内1 9 9 8 年，陈尊田等提出“四刺激值”匹配的配色思想【3 9 1 。文章中提到在 c i e 标准施照态d 6 5 光源下三刺激值达到匹配的两物体，若二者在可见光谱区域 内的反射率不完全相同，当转换到标准施照态a 光源下的色空间时，两物体沿三 刺激值中x 方向的差异要比沿y ，z 方向的差异大。如果能使配色试样与标样在 施照态d 6 5 光源下的三刺激值及施照态a 光源下的x 刺激同时达到匹配，则配色 试样在与标样之间在施照态a 光源下的y ，z 刺激值也可达到匹配。故可以施照 态d 6 5 光源下的三刺激值( x ， y ， z ) 与施照态a 光源下的x 刺激( x ) 构成广义 上的四维刺激矢量，使标样s 与配色处方在四刺激值上相等。 同期黑龙江巴以农业大学的王乐新提出了平均色差计算机配色【4 0 1 。即按照三 刺激值的配色方法，分别在a 光源和d 6 5 光源下照明的色差的平方和达到最小， 因而使色差比较平均。 此两种方法的原理基本相同。 在全光谱配色匹配其反射率曲线的迭代算法中，西安工程科技学院常薇、赵 振河提出采用3 次b 样条拟合曲线来修正曲线【4 l 】，即对于某一浓度所对应的k s 值，采用了3 次b 样条拟合曲线来求某一浓度所对应的k s 值。 同样采用最d , - 乘法来拟合曲线也在配色技术的研究中得到应用。 1 6 3 计算机配色的方法与途径 计算机配色一般途径是建立基础数据库，自动配方预测，最优配方的确定三 个步骤：在实施计算机配色应用之前，首先结合用户的印染工艺条件建立染料的 定标着色基础数据库，然后在该基础数据库所存有的染料品种范围内进行自动配 方预测，其中包括染料的选择和配方的计算两个过程。染料的选择可以由计算机 自动组合并给出最优配方，也可以手工选择。最后输出配方以某个指标如成本评 估优劣等进行排序，由用户根据具体条件和要求选用，当然这些配方的配色误差 都在用户设定的色差容限之内。 第1 章绪论 1 7d eip hi 技术 本程序的编写必然涉及到大运算量的矩阵计算及对分析结果进行实时、直观 的图形化显示。d e l p h i 4 2 】是i n p r i s e 公司( 即原b o r l a n d ) 推出的基于真正面向对象语 言o b j e c tp a s c a l 语言的可视化编程工具，是当今世界上最快的编译器。能大大提 高编程效率。面向对象的程序设计( o b j e c t o r i e n t e dp r o g r a m m i n g ，简写为o o p ) 是 现在最成功的高级语言程序设计方法，面向对象的程序设计的目的是创建可重用 代码，通过把属性和方法封装进“对象”中，以更好地模拟现实世界。 d e l p h i 是全新的可视化编程环境，为我们提供了一种方便、快捷的w i n d o w s 应用程序开发工具。它使用了m i c r o s o f t w i n d o w s 图形用户界面的许多先进特性和 设计思想，采用了弹性可重复利用的完整的面向对象程序语言( o b j e c t o r i e n t e d l a n g u a g e ) 、当今世界上最快的编辑器、最为领先的数据库技术。对于广大的程序 开发人员来讲，使用d e l p l l i 开发应用软件，无疑会大大地提高编程效率，而且随 着应用的深入，您将会发现编程不再是枯燥无味的工作i d e l p l l i 的每一个设计 细节，都将带给您一份欣喜。 d e l p h i 在你编好程序后自动转换成e x e 文件它运行时速度比v b 快，而且编 译后不需要其他的支持库就能运行。它的数据库功能也挺强的，是开发中型数据 库软件理想的编程工具。d e l p h i 适用于应用软件、数据库系统、系统软件等类型 的开发。而且它拥有和v b 差不多一样的功能，而且一样能应用a p i 函数，这在 控制w i n d o w s 很有用。 1 8 论文研究的内容及意义 1 8 1 研究内容 ( 1 ) k u b e l k a m u n k 理论描述了由反射率计算出的k s 值与染料用量间的关系， 是进行染料配方预测计算的理论基础。因此，本课题必须对彩色纸染色时的光学 性质的变化规律进行研究，包括散射量、反射率和k s 值等，验证在一般情况下 这些特性的变化规律与k u b e l k a - m u n k 理论的相符性。 ( 2 ) 影响染色的因素很多，要研究每一种染料在什么条件下上色最好，确定适 合每种染料的最佳条件。 ( 3 ) 在最优条件下，研究每一种单色的成色规律。 ( 4 ) 由于混合染色时染料间的干扰问题，染料在单一染料染色和混合染料染色 时的染色效果是不完全相同的，要研究三种直接染料在染色时的配伍性问题，对 出现的偏差寻求适当的修正方法，以提高预测计算的准确性。 ( 5 ) 研究配色程序的组成、应该具备的功能和实现的方法。 1 2 山东轻t 业学院硕士学位论文 ( 6 ) 对配色程序的应用性进行研究。 1 8 2 研究意义 只有更好的掌握染料的性质和色度学方面的知识，我们才能更好的控制彩纸 生产的各个工艺条件。并有助于彩色纸生产中减少色差、减小染色的不均匀程度、 提高产品质量，可以保证彩色纸的质量稳定，既具有理论指导意义，又有指导生 产的现实意义。 第2 章k u b e i k a - m u n k 理论及影响颜色匹配的准确性的因素 第2 章k u b e l k a m u n k 理论及影响颜色匹配的准确性的因素 k u b e l k a - m u n k 理论描述了由反射率计算出的k s 值与染料用量( 吸附量) 间的 关系，是进行染料配方预测计算的理论基础。在推导该理论的过程中有一些假设 条件，其适用性取决于这些假设条件与实际相符的程度。该理论在纺织印染工业 中的适用性得到了验证，建立在该理论基础上的一些修正后的配色模型也己在生 产中得到了广泛的应用。根据国内外的一些研究人员的研究结论，在一定范围内， 纸页染色后光学性质的变化与k u b e l k a m u n k 理论的描述是相符的，但造纸业和纺 织印染行业又有所不同，因此需要研究纸页染色后得各种光学特性的变化规律， 以保证下一步匹配的准确性。 2 1k u b e i k a - m u n k 理论 2 1 1k u b e l k a m u n k 理论方程 经典的散射理论k u b e l k a - m u n k 定律是实际色料膜层在下述假设条件下的抽象 和简化【删：( 1 ) 适用于不透明介质和半透明介质；( 2 ) 膜层在水平方向向两维空间扩 展，光通量在水平地通过与之垂直的边缘时的损失与其上下行进时的损失相比非 常小，不必考虑；( 3 ) 只考虑在膜层中向上和向下行进的漫射光在膜层中穿行时发 生的情形。k u b e l k a - m u n k 理论的微小光学模型如图2 1 所示： 譬髫 图2 - 1k u b e l k a - m u n k 理论的微小光学模型 在k u b e l k a - m u n k 理论的微小光学模型中，设其基底的反射比为r g ，膜层厚 1 4 山东轻工业学院硕上学位论文 度为x ，膜层中存在向下和向上两个光散射方向，即向下通道和向上通道，且向下 通道也包含了被散射前的原始光，两通道中的光均为漫散光。取任意深度处厚度 为d ) 【的单元，设下行通道的光强为i ，上行通道的光强为j ，在下行通道中通过厚 度单元的光的强度衰减为d i ，d i 与其强度成正比。比例常数由吸收系数k 和散射 系数s 组成。由于上行通道中的光被散射回来，使下行通道中从单元底部透出的 光增强，因而有： - d i dx = 一( k + s