一种判别不同素面镭射母版微观结构的方法与流程

本发明涉及一种判别不同素面镭射母版微观结构的方法，使用多角度分光光度计测量不同素面镭射母版上固定位置的色度信息和光谱信息，判别、比较不同素面镭射母版的微观结构。固定母版位置，改变颜色测量仪器与母版的夹角，测量镭射母版上同一位置不同相对角度处的色度信息。通过色度信息校正不同素面镭射母版的初始测量位置。结合光栅方程，通过颜色测量仪器采集到不同素面镭射母版的光谱能量分布曲线，比较光谱能量曲线的形状和峰值波长位置，判别、比较不同素面镭射母版的微观结构。

背景技术：

镭射纸因其炫丽的亮彩虹效果，在包装印刷领域得到了广泛应用。目前市面上较多使用光柱镭射纸和素面镭射纸作为承印基底材料。镭射纸是由镭射母版经过转印、加工形成，在自然光照下，由不同镭射母版加工得到的不同镭射纸均为亮彩虹效果，人眼无法识别和区分由不同微观结构母版加工得到的镭射纸颜色差异。现有研究主要围绕如何检测镭射纸张的颜色质量和色差评价展开。文献“基于漫射照明的镭射纸颜色测量方法研究，包装学报，2015，(01)，付马，程卫”、“光柱镭射纸的光谱和色度测量分析，光学学报，2014，(06)，黄敏，王灵芳，刘瑜等”和专利cn105424191a提出了一种使用积分球式分光光度计进行镭射纸张的颜色测量和色差评价方法。目前针对素面镭射纸的相关研究和文献介绍较少，因此，在进行素面镭射纸颜色测量时，也选用积分球式分光光度计。用积分球式分光光度计测量由不同微观结构镭射母版加工形成的镭射纸张色度值时，漫射光照射下采集到的纸张色度值差异较小，属于同色异谱现象，该方法无法用来鉴别不同镭射纸张是否由同一微观结构的镭射母版加工得到。

镭射母版的微观结构(包括光栅周期、光栅结构等)是判别镭射母版真伪的重要依据。在进行镭射母版微观结构检测时，可选用激光共聚焦形貌测量显微镜和超景深三维视频显微镜较为直观的进行光栅微观影像的观测，但由于此类设备属于高精度光学仪器，较为昂贵，并不能为包装印刷企业广泛选用。专利cn104330240b提出了一种使用多角度分光光度计测量光柱镭射纸光栅周期的方法。但由于光柱镭射母版的微观结构是一维的，素面镭射母版的光栅结构是x，y二维的，所以用来检测两种镭射母版微观结构的方法并不能通用。

技术实现要素：

本发明的目的在于确定一种判别不同素面镭射母版微观结构的方法，可用来判别、比较不同素面镭射母版的微观结构。本发明判别不同素面镭射母版微观结构的方法，通过固定镭射母版位置，改变颜色测量仪器与镭射母版的相对夹角，测量得到不同素面镭射母版上同一位置不同相对角度测量仪器接收到的色度信息和光谱信息，可用于判别不同素面镭射母版的微观结构。通过该方法可以快速、准确的判断不同素面镭射母版的微观结构，从而进行素面镭射母版的真伪鉴别。避免对素面镭射母版的微观结构检测需要借助高倍数放大镜。

素面镭射母版上同一位置上的光谱信息，随着颜色测量仪器在母版平面上旋转角度的不同，呈对称性变化。同一位置测量的光谱分布曲线在[0°，90°]和[180°，90°]两个范围内形状相近；在[0°，45°]和[45°，90°]两个范围内形状相近。因此，可将素面镭射母版的光谱测量范围缩小至[0°，45°]范围。本发明使用多角度分光光度计，在[0°，45°]范围内，改变颜色测量仪器和素面镭射母版的相对夹角，测量素面镭射母版上同一位置不同角度位置处的色度值。按照l^*值最大值出现的位置，调整、校正各镭射母版的初始测量角度。使用多角度分光光度计测量各镭射母版上任一位置不同角度位置的光谱能量分布，结合光栅方程，对比分析颜色测量仪器采集到不同素面镭射母版的光谱曲线形状和峰值波长出现位置，判别、比较不同素面镭射母版的微观结构。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种判别不同素面镭射母版微观结构的方法，使用多角度分光光度计测量不同素面镭射母版任一位置的色度信息和光谱信息，可判别、比较不同素面镭射母版的微观结构，包括如下步骤：

(1)固定素面镭射母版，选取素面镭射母版上任一处位置，保证颜色测量仪器测量孔径与测量点相对位置不变，改变颜色测量仪器与镭射母版的夹角，颜色测量仪器的探测角度(即接收角度)设定为45°，依次测量夹角分别为0°、5°、10°、15°、20°、25°、30°、35°、40°和45°时的色度值l^*值；对需要判别微观结构的不同素面镭射母版，分别进行上述测量；

(2)标记步骤(1)中测量得到的各素面镭射母版10组l^*值中最大值出现的夹角位置；

(3)任意选取其中一块素面镭射母版作为标准母版，将其l^*值最大值出现的夹角位置定义为初始测量角度位置；

(4)将各待比较素面镭射母版l^*值最大值出现的位置与标准母版l^*值最大值出现的位置对齐，调整、校正各待比较素面镭射母版的初始测量角度位置；

(5)选用颜色测量仪器采集标准母版和待比较素面镭射母版上任一处位置的光谱信息；在保证颜色测量仪器测量孔径与测量位置不变的情况下，旋转颜色测量仪器，从初始位置开始，依次采集0°，45°夹角位置的光谱信息，并绘制仪颜色测量仪器在该夹角位置处，25°和45°探测角度接收并测量到的光谱能量分布曲线；

(6)根据绘制的光谱能量分布曲线形状和峰值波长出现位置，结合光栅方程，比较、分析不同待测试素面镭射母版与标样镭射母版的微观结构差异。

步骤(1)中，所述的素面镭射母版上任一处位置或者标准母版和待比较素面镭射母版上任一处位置，为素面镭射母版上无明显划痕、蹭脏的平整区域，作为测量区域。

步骤(1)中，所述的颜色测量仪器为多角度分光光度计，其测量条件为d65照明光源，10°视场，测量光谱范围为400nm-700nm，间隔为10nm。多角度分光光度计光源入射角为45°，光电探测器件接收角度(即为光接收角度与镜面反射光的夹角)分别为15°，25°，45°，75°和110°。需记录颜色测量仪器在45°探测角度测量得到色度值l^*值。颜色测量仪器与镭射母版的夹角，为颜色测量仪器的测量孔径所在的平面与镭射母版的夹角。

步骤(2)中，固定镭射母版，旋转颜色测量仪器，在[0°，45°]范围每间隔5°，依次记录颜色测量仪器在45°探测角度测量得到色度值l^*值。色度值l^*值，随着测量仪器在[0°，45°]范围内的旋转，测量得到的数值有明显的峰值变化。

步骤(3)中，所述的标准母版，为参照标样镭射母版。以其中一块镭射母版作为标样，将其l^*值最大值出现的位置作为初始测量角度位置，将初始测量角度位置定义为0°。

步骤(4)中，比较不同素面镭射母版l^*值最大值出现的位置，将各素面镭射母版l^*值最大值出现的位置定义为初始测量角度位置。调整、校正各待测镭射母版的初始测量角度，以保证各镭射母版的初始测量位置是一致的。将标准母版和校正后各待比较素面镭射母版的初始测量角度位置均定义为0°。

如果待比较素面镭射母版的l^*值最大值对应角度位置比标准母版l^*值最大值对应角度位置大时，则将待比较素面镭射母版逆时针旋转两个测量角度间的差值，此差值为标准母版所在角度位置减去待比较素面镭射母版角度位置；反之，则将待比较素面镭射母版顺时针旋转两个测量角度间的差值。

步骤(5)中，所述的初始位置，为已将各待比较镭射母版按照步骤(4)中的方法与标准母版比较后，校正后的初始测量位置。从初始测量位置开始，固定母版，旋转颜色测量仪器，依次采集0°，45°位置的光谱信息，并绘制仪器在该位置处探测器件接收角度为25°和45°时的光谱能量分布曲线。

步骤(6)中，光栅方程为d(sini+sinj)＝mλ。其中，d为光栅周期，i为入射角，j为衍射角，λ为入射光波长，m为衍射光级次，m＝±1,2,3……。仪器入射光角度和衍射光角度确定，镭射母版光栅周期不同，则发生相同衍射级次的峰值波长位置不同，光电探测器件在固定位置处接收到的光谱能量信息不同。根据绘制的光谱能量分布曲线的形状和峰值波长出现的位置，结合光栅方程，比较、分析不同素面镭射母版与标样镭射母版的微观结构差异，判别不同素面镭射母版的微观结构。

需要注意的是，相同微观结构的镭射母版，由于其光栅刻槽深度和镀铝等工艺因素的影响，光谱能量曲线分布强弱并不一定相同。因此，光谱曲线能量的强弱分布并不能作为区分母版微观结构差异的主要评价依据。

本发明判别不同素面镭射母版微观结构的方法，通过固定镭射母版位置，旋转颜色测量仪器，改变颜色测量仪器与母版的夹角，测量母版上固定位置处不同相对角度的色度值。通过色度信息校正不同素面镭射母版的初始测量位置，结合光栅方程，对颜色测量仪器采集到的不同素面镭射母版光谱信息中的光谱能量分布曲线的形状和峰值波长出现的位置进行比较，进而测定判别、比较不同素面镭射母版的微观结构。

通过本发明使用多角度分光光度计判别不同素面镭射母版微观结构的方法，可以快速、准确的判断不同素面镭射母版的微观结构，从而进行素面镭射母版的真伪鉴别。该方法可避免使用高精度光学显微系统进行母版微观结构的观测，使用常见的分光光度计即可完成素面镭射母版微观结构的比较、鉴别，操作较为简单，也可用来进行不同镭射母版的防伪鉴别。

下面通过附图和具体实施方式对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。

附图说明

图1-1至图1-8是不同素面镭射母版在激光共聚焦显微镜下的微观结构分布图；其中，图1-1：a版微观结构平面图，图1-2：a版微观结构立体图；图1-3：b版微观结构平面图，图1-4：b版微观结构立体图；图1-5：c版微观结构平面图，图1-6：c版微观结构立体图；图1-7：d版微观结构平面图，图1-8：d版微观结构立体图。

图2-1至图2-4是多角度分光光度计转角度测量的光谱能量分布曲线图。其中，

图2-1：0°位置测量，探测器件25°角接收；图2-2：0°位置测量，探测器件45°角接收；图2-3：45°位置测量，探测器件25°角接收；图2-4：45°位置测量，探测器件45°角接收。

图3-1至图3-2是多角度分光光度计转角度测量的光谱能量分布曲线图。其中，

图3-1：25°位置测量，探测器件25°角接收；图3-2：25°位置测量，探测器件45°角接收。

具体实施方式

本发明为一种判别不同素面镭射母版微观结构的方法，使用多角度分光光度计测量不同素面镭射母版上的色度信息和光谱信息，可用来判别、比较不同素面镭射母版的微观结构。固定母版位置，旋转颜色测量仪器，测量母版上固定位置处不同相对角度的色度值。通过色度信息校正不同素面镭射母版的初始测量位置，结合光栅方程，通过对光谱信息中的光谱能量曲线分布形状和峰值波长出现位置比较，提出一种使用多角度分光光度计判别不同素面镭射母版微观结构的方法。

本发明采用的颜色测量仪器为多角度分光光度计，其测量条件为d65照明光源，10°视场，测量光谱范围为400nm-700nm，间隔为10nm。多角度分光光度计光源入射角为45°，光电探测器件接收角度(即为光接收角度与镜面反射光的夹角)分别为15°，25°，45°，75°和110°。

使用多角度分光光度计测量素面镭射母版的色度值和光谱能量分布，结合光栅方程，判别、比较不同素面镭射母版的微观结构，具体步骤如下：

(1)分别选取a、b、c、d四种不同素面镭射母版上任一处位置，可选取素面镭射母版上任一处无明显划痕、蹭脏的平整区域为测量区域。固定镭射母版，保证分光光度计测量孔径与测量点相对位置不变，改变颜色测量仪器(分光光度计测量孔径所在的平面)和镭射母版的夹角，依次测量0°、5°、10°、15°、20°、25°、30°、35°、40°和45°不同夹角的色度值，并记录仪器探测器件(分光光度计)接收角度为45°时测量的色度值l^*、a^*、b^*值，如表1-表4所示。

表1仪器接收角度为45°时a版的色度值

表2仪器接收角度为45°时b版的色度值

表3仪器接收角度为45°时c版的色度值

表4仪器接收角度为45°时d版的色度值

由于素面镭射母版的光栅结构是二维的(如图1-1至图1-8所示)，其中，用激光共聚焦显微镜测量得到a版水平方向的光栅周期为1.05μm，b版水平方向的光栅周期为1.05μm，c版水平方向的光栅周期为1.05μm，d版水平方向的光栅周期为0.9μm。颜色测量仪器与母版固定位置处的相对夹角不同，在保证仪器测量孔径与测量点的位置不变时，旋转颜色测量仪器，获得的素面镭射母版不同夹角方向的色度信息有较大差异。

(2)比较步骤(1)中各镭射母版l^*值最大值出现的位置，可知，a、b、c和d版l^*值最大值出现的位置依次是45°、35°、40°和0°。

(3)选取步骤(2)中的素面镭射母版d版为标准镭射母版，定义其l^*值最大值出现的位置为初始测量位置0°。

(4)将素面镭射母版a、b和c测量得到的l^*值最大值出现的相对夹角位置与d版l^*值最大值出现的相对夹角位置进行对齐。以步骤(2)中d版的测量位置作为初始位置，将a版逆时针旋转45°，b版逆时针旋转35°，c版逆时针旋转40°，作为它们各自的初始测量位置。以保证采集到的各版光谱信息不受母版微观结构的影响。

(5)选用多角度分光光度计在标样d版和测试版a，b，c版任一位置采集其光谱信息，在保证仪器测量孔径与测量位置不变的情况下，从初始位置开始，旋转颜色测量仪器依次采集0°，45°夹角的光谱信息(光谱能量)，光谱能量如表5-表8所示。绘制仪器在该位置处光电探测器件接收角度为25°和45°时的光谱能量分布曲线，如图2-1至图2-4所示。图2-1：0°位置测量，探测器件25°角接收；图2-2：0°位置测量，探测器件45°角接收；图2-3：45°位置测量，探测器件25°角接收；图2-4：45°位置测量，探测器件45°角接收，图中，a版：带圆点的曲线；b版：带三角的曲线；c版：带交叉的曲线；d版：带菱形的曲线。

表5母版0°位置测量探测器件25°角接收的光谱

表6母版0°位置测量探测器件45°角接收的光谱

表7母版45°位置测量探测器件25°角接收的光谱

表8母版45°位置测量探测器件45°角接收的光谱

(6)结合光栅方程d(sini+sinj)＝mλ，其中，d为光栅周期，i为入射角(45°)，j为衍射角(25°或45°)，λ为入射光波长(400nm-700nm)，m为衍射光级次，m＝±1,2,3……；根据步骤(5)中绘制的素面镭射母版a、b、c和d的光谱能量分布曲线，比较、分析不同素面镭射母版与标样镭射母版的微观结构差异。

由图2-4可知，a版、b版的峰值波长为660nm，c版的峰值波长为670nm，d版的峰值波长为400nm。将a、b、c和d版的峰值波长，光入射角45°，光探测角45°对应的衍射角0°代入光栅方程，得到a版和b版水平方向的光栅周期为0.93μm，c版水平方向的光栅周期为0.95μm，d版水平方向的光栅周期为0.57μm。同时可见，a版和b版的光谱分布曲线形状相同，变化趋势相同，而c版，d版与a版，b版比较，光谱能量分布曲线形状，变化趋势有很大差异。因此，可推断a版和b版为同一种结构的素面镭射母版。而a版、c版和d版为三种不同结构的素面镭射母版。

同时由图2-1，2-2，2-3也可见，颜色测量仪器采集到a版和b版的光谱能量分布曲线，峰值波长位置相近，与c版和d版的光谱能量分布曲线比较，峰值波长位置不同。可知，a版和b版为同一微观结构的母版，c版，d版为不同微观结构的母版。

本发明选择比较两个位置两个角度的光谱曲线，主要的目的是为避免初始测量角度的选择不同，导致光谱能量曲线分布的差异，而出现的误判。如在下面两种情况下，测量单一角度时会产生误判。

如图3-1所示，为颜色测量仪器在a版、b版、c版和d版上25°位置测量，探测器件25°角接收到的光谱能量分布曲线。a版、b版和c版的光谱能量分布曲线形状和峰值波长位置相近，因此推断a版、b版和c版为同一微观结构的母版，但显然与图1-1至图1-8所示的不符，因此单一角度测量会产生误判。

如图3-2所示，为颜色测量仪器在a版、b版、c版和d版上25°位置测量，探测器件45°角接收到的光谱能量分布曲线。a版和b版的光谱能量曲线形状和峰值波长位置相近，c版和d版光谱能量曲线形状接近。因此推断a版和b版为同一微观结构的母版，c版和d版为同一微观结构的母版，但显然与图1-1至图1-8所示的不符。

采用高倍放大镜(24000倍的放大倍数)对a、b、c和d四种素面镭射母版进行观测和验证，通过显示出来的图像，可以判断a版和b版均为金字塔形，且它们的微观结构基本相同；c版，d版均是凹陷半球形，但它们的微观结构不同。由此可见，本发明方法与传统的高精度光学显微设备的差别结果一致。

本发明的方法可用于判别、比较不同素面镭射母版微观结构。由于素面镭射母版的光栅结构具有x，y方向的对称性，颜色测量仪器与母版的摆放位置不同，测量得到的光谱能量信息具有一定的差异。测量发现，素面镭射母版的光谱能量分布曲线在[0°，90°]和[90°，180°]这两个范围内形状相同或接近，在[0°，45°]和[45°，90°]两个范围内形状相同或接近。因此只需在任意[0°，45°]范围内进行色度值和光谱信息采集即可。

本发明使用多角度分光光度计测量不同素面镭射母版上的色度信息和光谱信息，判别、比较不同素面镭射母版的微观结构。本发明通过固定素面镭射母版位置，旋转颜色测量仪器，测量镭射母版固定位置不同相对角度和探测角度的色度信息和光谱信息。结合光栅方程，分析不同素面镭射母版的光谱能量分布曲线形状和峰值波长出现的位置，判别、比较不同素面镭射母版的微观结构。避免了素面镭射母版微观结构需要借助高精度光学显微设备进行观测的麻烦，直接使用颜色测量仪器测量测得的光谱能量分布，判别、比较不同素面镭射母版的微观结构，具有操作方便、简单快捷的特点。