光谱色彩控制方法

专利名称：光谱色彩控制方法
技术领域：
该发明涉及用于彩色油墨和非彩色油墨(PMS或专用)的印刷机中的在线色彩控制，特别涉及直接利用光谱测量结合线形方程式，以确定维持印刷机上精确的色彩所必需的墨流修正值。
相关技术讨论印刷机的精确色彩控制要求确定色彩目标和随后印刷的印刷品上的相应测试区域之间的色彩偏差保持在确定色彩容差内。当超过色彩容差时，使用以固态墨密度或墨层厚度修正形式的油墨调整，以减少色彩偏差，使得色差在容差内。
在印刷过程中，印刷机操作人员通常习惯目测监控印刷的图像并调整加入印刷机的墨流，直至达到视觉匹配。预印刷校样或先前印刷好的“色彩OK”印刷品典型地用作目标条件。由于观察者色视觉上内在的偏差，不同时间的个体内或不同个体之间，该方法有很大的可变性且耗费时间。仪器色彩控制提供了彩色油墨控制的一个选择，该控制可重复性更好，更精确，有效。
在图形技术产业内，密度测定是在彩色油墨控制中测量和控制原墨和相关属性的主要测量方法。尽管密度测定适合有关彩色油墨固态油墨层的相对强度的测量，但是密度测定不能用涉及色彩的视觉灵敏度的方式描述对象的色彩。作为其主要目的，应用于印刷机控制的色彩控制具有在确定色彩目标位置和随后印好的印刷品的同样位置之间维持视觉匹配的任务，使得在印刷机工作过程中不会出现视觉干扰色差。因此，需要能够在近似视觉方面描述对象色彩的色彩测量的工具。能够满足这些需求的工具包括色度计和分光光度计。分光光度计还具有以下优点，它能报告根据标准程序计算的光密度和色度数据。
最常用的是将色彩控制测量值制作在包含各种测试单元的色彩控制条上，其提供关于印刷质量属性的信息。尽管基于色彩条测量值的色彩控制提供了高水平的印刷质量，但是通过在图像内测量，也可能获得高水平的印刷质量。在这种情况下，基于图像内测量值的色彩控制，或者结合色彩条或者不，都可提供需要的印刷质量水平。
任何系统的控制都需要了解输入变量和输出变量之间的关系。在印刷中，尽管有许多输入变量的选项，但是主要的印刷控制或影响印刷图像的视觉印象的输出变量是上墨系统，该系统调节加入印刷机的墨流。通过改变加入印刷机的墨流量，沉淀在纸上的墨层厚度也会改变，因此影响印刷色彩。
尽管多色彩半色调像再现通常是非线形过程，但是通过将变换范围限制在色域的子域内，在一定条件下使用线性方程式模拟该过程是可能的。在以目标色彩作为原点的每个子域内，可使用一组的“局部化”方程式。局部化变换是线性的区域取决于目标色彩位置和用于表达在变换中测试和目标区域之间差别的输入和输出变量。
在使用分光光度计的印刷机上实施色彩控制的方法在美国专利号4,975,862，5,182,721和6,041,708中有阐述。可是，这些专利描述了用由光谱反射数据获得的光度坐标控制印刷机的方法，而不直接使用光谱反射数据。
上述美国专利的几个方面可以加以改进，以用于色彩控制系统。主要在两种油墨设置之间的光谱反射数据差不能用单个常数或倍增因子描述的情况下，色度模型没有光谱模型控制精确。此外，计算将固态墨密度或墨层厚度差与光谱反射差相联系的矩阵的参数的离线方法不够精确，不足以用于商业色彩控制系统。这种方法只能表现该系统一个时间点的状态。在印刷机工作过程中实时在线计算该矩阵的动态方法将极大提高控制方法的有效性和精确性。
发明概述通过直接使用光谱反射数据，本发明提供了一种印刷机色彩控制方法。目标和测试域之间的光谱反射差被确定并用于计算用来控制印刷机的固态墨密度或墨层厚度修正值。通过使用利用在线计算的经验导出变换矩阵的线性方程式，上述方法直接将光谱反射差转换成固态墨密度或墨层厚度修正值。该方法可应用于彩色油墨和非彩色油墨(PMS或专用)控制。
参考以下的详细描述和附图，可以更好地理解本发明的特征和优点。该描述和附图阐明了利用本发明原理的一个示意性的实施例。
附图描述

图1a阐明了一种用以形成色彩条的典型的测试样本配置。
图1b阐明了色彩条的一种可选的配置。
图1c阐明了色彩条的一种可选的配置。
图2阐明了用于色彩控制的邻近区域的油墨调整。
图3说明根据本发明的色彩控制方法的流程图。
图4阐明了使用墨层厚度修正值结合光谱反射数据测量，用以控制非彩色油墨的优点。
详细描述本发明利用光谱测量获得的数据，该数据是对色彩条样本，印刷品内的图像区，或同时对以上两区域的光谱测量。
参考图1，用于过程控制的色彩条由排列成一行的测试单元组成。垂直于印刷方向印刷的色彩条，最常位于装订或折叠区中的印刷标志的顶部，中间或底部，如图2所示。用来测量印刷质量属性的测试样本在本领域众所周知，并在文献中有阐述(查看，例如，“Introductionto color barsA User’s guide to color bar Application”(色彩条介绍色彩条应用用户指南)，图形通信协会，1992)。
在色彩条中常用的测试样本包括固体(100％区域范围)(1)，每种基本油墨(黑色，青色，红紫色和黄色)的不同区域范围的半色调(2)和基本彩色油墨(青色，红紫色和黄色)的两或三种色彩套印(3)。
在无装订区域存在，如报纸印刷的情况下，色彩条通常以其在视觉上不会影响读者的方式设计进页面内。在这种情况下，分别参考图1b和1c，通常或者印刷单个色彩条，该色彩条由三色中性色(4)和黑色半色调(5)的交变样本组成，或者印刷两个色彩条，其中一个完全由三色中性半色调(4)组成，另一个由黑色半色调(5)组成。关于该主题的其他色彩条变化也是可能的。应该注意，在适当的印刷条件下，图1b和图1c种示出的三色中性半色调样本和黑色半色调样本在视觉上颜色和亮度应该是一样的。图中存在的亮度差别只是为了概念澄清。
在大多数印刷机中，以逐区原则进行加墨控制，其中每个区域对应于如图1所示例如32mm的宽度。在每个区域(10)，自动加墨控制系统中由伺服马达控制的油墨键或类似的装置用于调整进入印刷机中该区域的油墨量，这又将影响位于该特定区域的样本的颜色，并不同程度地影响图2中的邻近区域。依这种方式，可以调整油墨以产生期望的样本颜色。因此，选择测试样本和/对于重要印刷质量属性上的差别非常敏感的图像区域，以及在整个色彩条中定位控制样本和/或在印刷区域中定位图像区域，对于精确色彩控制来说是很重要的。
为了确定试验样本或图像区域的颜色，必须有对从测量位置反射来的光进行检测的测量设备。该测量设备优选为分光光度计。用分光光度计采集和分析光的首选的且公知的方法是使用光谱光栅和带有计算机分析的传感器阵列。输出是一组光谱反射数值，该数值描述了一个对象在某些小的恒定宽度波长间隔的可见光谱上的相对光反射特性。该反射数值是通过计算光谱反射因子获得的，该因子是在整个可见光谱内逐个波长地，在相似光照情况下，从样本反射的光量与从标准参考材料反射的光量的比率。分光光度计具有额外的优点，根据标准计算，光谱反射数值可转换成色度的和光密度的表示方法。在该文件内，当使用术语“密度”时，通常指根据标准惯例计算的密度，其在以下文献中提及，例如，美国国家摄影(感光学)标准-密度测量-光谱条件。ANSI/ISO5/3-1984，ANSIPH2.18-1985，纽约美国国家标准协会，1995。术语色度用于指根据标准惯例计算的色度坐标，其在CGATS.5-1993图形技术-图形技术图像的光谱测量和光度计算一文中提及。
在上述文献中很好地论述了使用固体(100％区域范围)样本测量的色彩控制方法。尽管这些方法是控制的直接手段，但是当固态墨密度(SID)是可直接实时调整的唯一的变量时，这些方法有局限性，因为涉及图像质量的几个重要特性，如色度增加(点增益)和套色印刷，没有予以考虑，且除了固态墨密度的变化外，对图像重构有影响。所以，当仅仅基于固态墨密度执行色彩控制时，印刷对象的外表可能明显偏离确定的“色彩OK”，尽管固态墨密度测量显示并不这样。因此，选择这样的样本和/或图像区域很重要，它们或者对上述重要的印刷质量属性的变化有最大的灵敏度，或者是印刷中视觉上明显的方面。另外，应当使用最小数量的样本，以减少控制所需的色彩测量值。
参考流程图3流程图，根据本发明，使用分光光度计测量(100)测试样本或图像区域的光谱反射。光谱反射被转换成CIE推荐的统一色彩空间之一(CIELAB，CIELUV)中的色彩坐标/色彩参数(102)，该空间主要的优点在于根据近似的视觉量化色彩的能力。根据上述标准计算法，从光谱反射数值计算出色度坐标。测试样本或图像区域的色度坐标与在同一色彩空间中表示的相应的目标样本或图像区域的色度坐标比较(104)，以获得色彩参数差值。从目标光谱反射数值计算出的目标色度值可通过几种方法获得，包括根据以前印刷好的被称为“色彩OK”的印刷品测量。可选地，目标值可由操作者通过不同的方法手动设置，包括使用手持分光光度计，也可在试生产或试印刷过程中由系统自动设置。色彩参数差还可用于使用一个众所周知的色差方程式如ΔE*ab，ΔE*uv，ΔE*94等计算总色差。为确定油墨修正是否需要，将色彩参数差与涉及的目标确定色彩容差相比较(106)。目标样本或图像区域的色彩容差在印刷前建立，并基于如行业标准或印刷厂规定。如色度参数差超过容差，则需要修正。如需要修正，则放弃色度坐标的使用，光谱反射数据被用来计算油墨修正。通过比较测试区域的光谱反射数据(100)和相应的目标光谱反射数据，以获得光谱反射差值(108)。接着使用线性矩阵公式(公式1)，将光谱差直接转换为固态墨密度修正值(110)。
公式1ΔDCΔDMΔDY=a11a12a13......a1ma21a22a23......a2ma31a32a33......a3mΔR(λ)1ΔR(λ)2..ΔR(λ)m]]>D＝J’.R其中R是包含光谱反射差ΔR(λ)的光谱反射差向量，D是固态墨密度差或修正向量，该向量包含通过它们的基本色彩过滤器分别测量后计算出的青色，红紫色和黄色固态墨密度差ΔDc，ΔDm，ΔDy，J′是涉及两向量的3×m“修正”矩阵(112)，其中m是波长间隔数。尽管大多数的分光光度计报告近似31个光谱反射数值以描述对象的光谱反射数值，但是在许多情况下，可以选择取决于所考虑光谱的特定波长，以较少的光谱反射数值来表示反射光谱。为控制彩色的单色固体，在最大吸收区的波长自然值得注意。减少用于计算的光谱反射数值的数目将加快计算速度，并减少估计J矩阵系数所需的测量值。
也可以使用公式1的形式，直接从光谱反射数据差计算墨层厚度修正，而不是固态墨密度修正。这种变换在非彩色油墨控制，仅基于图像内测量的彩色油墨控制和在例如报纸印刷的情况下，其中只有三种中间色和黑色半色调测试单元可用于控制测量，有显著的优点。参考图4，对于控制非彩色油墨，该方法的优点主要在于，对于许多非彩色油墨，最大吸收区和通常用于图形技术的状态T及状态E过滤器的最大透射比的区域并不完全对齐。这种不对齐导致光密度值降低了对墨层厚度变化的灵敏度。参考图4，可以看到这一点，图中画出了蓝，绿和红状态T过滤器的非彩色油墨的反射系数光谱。
再参考图3流程图，修正矩阵(112)包含因变量对自变量的偏导数。修正矩阵的元素很大程度上取决于几个因素，包括印刷条件(油墨，纸张，印刷机等等)，和主要油墨的区域范围。因此，每个测试区域都需要修正矩阵以适应上述情况。另外，由于印刷机工作过程中运转条件的变化，该变化可影响印刷特性，所以最初定出的变换矩阵需要更新，直至运转条件稳定。
公式1中表示的修正矩阵将光谱反射差与相应的固态墨密度差联系起来。修正矩阵也可用于将光谱反射数据差与墨层厚度差联系起来。下面矩阵中的元素是固态墨密度对光谱反射数据的偏导数。J′=∂Dc∂R(λ)1∂Dc∂R(λ)2∂Dc∂R(λ)3......∂Dc∂R(λ)m∂Dm∂R(λ)1∂Dm∂R(λ)2∂Dm∂R(λ)3......∂Dm∂R(λ)m∂Dy∂R(λ)1∂Dy∂R(λ)2∂Dy∂R(λ)3......∂Dy∂R(λ)m]]>行1中的元素表示对于特定波长上反射的单位变化，特定测试单元的青色固态墨密度值的变化率。其它两行分别表示红紫色和黄色固态墨密度值的同样变化关系。获得这些元素的一种方法是独立调节青色，红紫色和黄色固态墨密度值，并测量由此引起的光谱反射数值的变化。这种方法的局限性是需要在印刷机印刷过程中进行特定的固态墨密度变化，这可能和当时的控制需要相矛盾，从而降低了控制方法的效率。推荐的克服了该局限的方法利用最小二乘法估计修正值矩阵。根据公式2计算修正矩阵元素的最小二乘法估计。
公式2J＝(X＇X)-1·X＇Y
其中X是n×m自变量值矩阵，Y是n×3因变量值矩阵，n是用于估计的样本数。从固态墨密度或墨层厚度值及最初排版调整过程中可得到的光谱反射差可以定出修正矩阵的元素。在该方式中，不需另外进行固态墨密度和墨层厚度变化，并且当同时调整一种以上油墨时，矩阵的估计元素将进一步计算二次影响。
修正值元素的最小二乘法估计利用与公式2表示的同样的方式确定，其中自变量是光谱反射数据差，因变量是固态墨密度或墨层厚度差。执行计算出的修正将把规定的色差最小化。
应当理解，上面描述的本发明的实施例的各种变化也可用于实施本发明。因此，以下权利要求限定本发明的范围，并且由其覆盖这些权利要求范围内的方法和结构及它们的等价物。
权利要求
1.印刷机上控制印刷品色彩的方法，该方法包含测量印刷品上形成的测试区域的光谱反射数值；将测量的与印刷品相关的色彩值和目标色彩值相比较，以确定色彩值差；判断色彩值差是否在容差范围内；如色彩值差不在容差范围内，将测量的光谱反射数值直接转换成修正值；和使用修正值控制印刷机上的墨流。
2.印刷机上控制印刷品色彩的方法，该方法包含测量印刷品上形成的测试区域的光谱反射数值；将测量的光谱反射数值和目标反射值相比较，以确定光谱反射差值；将光谱反射差值直接转换成修正值；和使用修正值调节印刷机上的墨流。
3.权利要求2中的方法，还包含在转换步骤前，判断光谱反射差值是否在容差范围内，并只有在光谱反射差值不在容差范围内时才执行转换步骤。
4.权利要求2中的方法，其中转换步骤包含利用线性公式将光谱反射差值转换成修正值。
5.权利要求4中的方法，其中转换步骤包含动态确定和应用修正矩阵到线性公式，以产生修正值。
6.权利要求5中的方法，其中修正矩阵中的元素是利用最小二乘法定出的。
7.权利要求2中的方法，其中印刷品上印有图像，测试区域在该图像内。
8.权利要求2中的方法，其中印刷品上印有图像，测试区域在该图像外。
9.权利要求8中的方法，其中该测试区域包含色彩条。
10.权利要求2中的方法，其中印刷品上印有图像，测试区域包括在图像内的第一区域和图像外的第二区域。
11.权利要求10中的方法，其中第二区域包含色彩条。
12.权利要求2中的方法，其中光谱反射差值被直接转换成固态墨密度修正值。
13.权利要求2中的方法，其中光谱反射差值被直接转换成墨层厚度修正值。
14.权利要求2中的方法，其中测试区域包含具有测试样本的色彩条，该样本包括固体。
15.权利要求14中的方法，其中固体包括特定色彩油墨固体。
16.权利要求2中的方法，其中测试区域包含具有测试样本的色彩条，该样本包括半色调色彩。
17.权利要求2中的方法，其中测试区域包含具有测试样本的色彩条，该样本包括印刷油墨的套印混合。
18.权利要求2中的方法，其中测试区域包含具有三色中性色和黑色半色调色彩的交变测试样本的色彩条。
19.权利要求2中的方法，其中测试区域包含第一和第二色彩条，第一色彩条完全由三色中性色半色调色彩组成，第二色彩条具有黑色半色调色彩。
20.权利要求2中的方法，其中测量步骤是利用分光光度计实施的。
21.权利要求20中的方法，其中分光光度计使用光谱光栅和带有计算机分析的传感器阵列。
22.权利要求20中的方法，其中分光光度计产生输出，该输出是一组光谱反射数值，该数值描述了在预先定义的恒定宽度波长间隔上，该测试区域对于可见光谱的相对光反射特性。
23.权利要求22中的方法，其中光谱反射数值是通过在可见光谱中逐个波长计算光谱反射数据因子而获得的。
24.权利要求20中的方法，其中光谱反射数值被转换成光密度表示。
25.权利要求24中的方法，其中光密度表示是根据ANSI/ISO标准响应和方法，从光谱反射数值计算出来的。
26.权利要求2中的方法，其中目标值是由印刷机操作者手动设置的。
27.权利要求2中的方法，其中目标值是从“色彩OK”印刷品中获得的。
28.权利要求2中的方法，其中目标值是从预印刷系统中获得的。
29.权利要求2中的方法，其中将光谱反射差值直接转换成修正值的步骤包含使用线性矩阵公式。
30.权利要求29中的方法，其中线性矩阵公式包含ΔDCΔDMΔDY=a11a12a13......a1ma21a22a23......a2ma31a32a33......a3mΔR(λ)1ΔR(λ)2..ΔR(λ)m]]>D＝J′·R其中R是包含光谱反射数据差ΔR(λ)的光谱反射数据差向量，C是修正向量，该向量包含通过它们的基本色彩过滤器分别测量后计算出的青色，红紫色和黄色固态墨密度差ΔCc，ΔCm，ΔCy，J′是涉及两向量的3×m“修正”矩阵，其中m是波长间隔数。
31.权利要求30中的方法，其中修正矩阵在印刷机运转过程中逐色彩区在线建立。
32.权利要求30中的方法，其中估计参数或修正矩阵在印刷机运转过程中更新。
33.权利要求2中的方法，其中印刷品包括多个印刷区，其中控制到印刷机的墨流的步骤包含根据在墨流被修正的特定区域内的测试区域的测量值，逐区控制墨流。
34.印刷机上控制印刷品色彩的方法，该方法包含测量印刷品上形成的测试区域的光谱反射数值；将测量的光谱反射数值转换成相应测试区域的色度坐标；将测试区域色度坐标和目标色度坐标相比较，以确定色彩参数差值；判断色彩参数差值是否在容差范围内；如色彩参数差值不在容差范围内，将测量的光谱反射数值和目标光谱反射数值相比较，以确定光谱反射差值；将光谱反射差值直接转换成修正值；和使用修正值控制到印刷机上的墨流。
35.权利要求34中的方法，其中转换步骤包含利用线性公式将光谱反射差值转换成修正值。
36.权利要求35中的方法，其中转换步骤包含动态确定和应用修正矩阵至线性公式，以产生修正值。
37.权利要求36中的方法，其中修正矩阵中的元素是利用最小二乘法定出的。
38.权利要求34中的方法，其中印刷品上印有图像，测试区域在该图像内。
39.权利要求34中的方法，其中印刷品上印有图像，测试区域在该图像外。
40.权利要求39中的方法，其中该测试区域包含色彩条。
41.权利要求34中的方法，其中印刷品上印有图像，测试区域包括在图像内的第一区域和图像外的第二区域。
42.权利要求41中的方法，其中第二区域包含色彩条。
43.权利要求34中的方法，其中光谱反射差值被直接转换成固态墨密度修正值。
44.权利要求34中的方法，其中光谱反射差值被直接转换成墨层厚度修正值。
45.权利要求34中的方法，其中测试区域包含具有测试样本的色彩条，该样本包括固体。
46.权利要求45中的方法，其中固体包括特定色彩油墨的固体。
47.权利要求34中的方法，其中测试区域包含具有测试样本的色彩条，该样本包括半色调色彩。
48.权利要求34中的方法，其中测试区域包含具有测试样本的色彩条，该样本包括印刷油墨的套印混合。
49.权利要求34中的方法，其中测试区域包含具有三色中性色和黑色网板色彩的交变测试样本的色彩条。
50.权利要求34中的方法，其中测试区域包含第一和第二色彩条，第一色彩条完全由三色中性色半色调色彩组成，第二色彩条具有黑色半色调色彩。
51.权利要求34中的方法，其中测量步骤是利用分光光度计实施的。
52.权利要求51中的方法，其中分光光度计使用光谱光栅和带有计算机分析的传感器阵列。
53.权利要求51中的方法，其中分光光度计产生输出，该输出是一组光谱反射数值，该数值描述在预先定义的恒定宽度波长间隔上，该测试区域对于可见光谱的相对光反射特性。
54.权利要求53中的方法，其中光谱反射数值是通过在可见光谱中逐个波长计算光谱反射数据因子而获得的。
55.权利要求51中的方法，其中光谱反射数值被转换成光度和光密度表示。
56.权利要求55中的方法，其中光密度表示是根据ANSI/ISO标准响应和方法，从光谱反射数值计算出来的。
57.权利要求34中的方法，其中测量的光谱反射数值经由CIE标准光谱曲线或CIE标准光谱曲线的任何线性组合，被转换成色度坐标。
58.权利要求34中的方法，其中测量的光谱反射数值根据一个CIE推荐的色彩空间，被转换成色度坐标。
59.权利要求34中的方法，其中目标值是由印刷机操作者手动设置的。
60.权利要求34中的方法，其中目标值是从“色彩OK”印刷品中获得的。
61.权利要求34中的方法，其中目标值是从预印系统中获得的。
62.权利要求34中的方法，其中将光谱反射差值直接转换成修正值的步骤包含使用线性矩阵公式。
63.权利要求62中的方法，其中线性矩阵公式包含ΔDCΔDMΔDY=a11a12a13......a1ma21a22a23......a2ma31a32a33......a3mΔR(λ)1ΔR(λ)2..ΔR(λ)m]]>D＝J’.R其中R是包含光谱反射数据差ΔR(λ)的光谱反射数据差向量，C是修正向量，该向量包含通过它们的基本色彩过滤器分别测量后计算出的青色，红紫色和黄色固态墨密度差ΔCc，ΔCm，ΔCy，J′是涉及两向量的3×m“修正”矩阵，其中m是波长间隔数。
64.权利要求63中的方法，其中修正矩阵在印刷机运转过程中逐个色彩区在线建立的。
65.权利要求63中的方法，其中估计参数或修正矩阵在印刷机运转过程中更新。
66.权利要求34中的方法，其中印刷品包括多个印刷区，其中控制到印刷机的墨流的步骤包含根据在墨流被修正的特定区域内的测试区域的测量值，逐区控制墨流。
全文摘要
揭示了在印刷过程中，利用光谱测量在印刷机上控制色彩的方法。当色差超过，测量的测试区域光谱反射数值与相应的目标反射系数值相比较，由此建立光谱反射数据差。线性公式被用于将光谱反射数据差与固态墨密度或墨层厚度联系起来，用于油墨调节，利用在线依靠经验建立的修正矩阵，使得光谱反射数据差最小化。该控制方法对于彩色油墨和非彩色油墨都是适用的。
文档编号B41F31/02GK1479675SQ01820095
公开日2004年3月3日 申请日期2001年7月27日 优先权日2000年12月6日
发明者D·布里奇斯, E·托比尔森, D 布里奇斯, 榷 申请人:特拉华资本构造公司