一种确定印刷三原色密度的方法与流程

本发明属于印刷过程质量控制技术领域，尤其涉及一种确定印刷三原色密度的方法。

技术背景

针对一种给定的纸张、油墨组合，多大的印刷墨量才是最合理的问题，传统的方法是通过调整印刷时输出墨量大小，获得墨色深浅不同的印张，检测不同印张上的相对反差，以相对反差最大的印张的密度为最佳实地密度来控制青、品红、黄、黑四色的印刷墨量。文献《一种胶印油墨最佳印刷参数的确定方法研究》(2010年中国印刷与包装学术会议会刊，蒋文燕，王志宏)通过建立相对反差和实地密度的关系曲线，求出最佳实地密度和相对反差。与直接选择相对反差最大的样张的密度作为最佳密度相比，通过建立相对反差和实地密度的关系曲线，再确定的最佳实地密度更加准确。依据相对反差来确定最佳密度的方法可以确定当前生产条件下的最适合的墨量要求，但需要印刷并检测较多的测试样张，成本高、效率低，并且由于不同印刷企业各自依据本厂生产条件确定最佳密度，同一印前文件在不同印刷厂的印刷效果一致性差。

由于印刷生产专业分工协助程度的提高，为了使印前制作的文件由不同的印刷厂印刷后，能达到相同的、并与原稿尽可能一致的效果，不再根据相对反差来控制墨量，而是要求按照标准化的墨色要求来控制墨量，如《ISO 12647印刷过程控制标准：2004》是平版印刷生产过程的控制标准，该标准把纸张分为五类，针对每一类纸张，给出青、品红、黄、黑、红、绿、蓝色块的标准色度值，要求通过调整印刷墨量，使印张上的青、品红、黄、黑、红、绿、蓝色块的色度值尽可能接近标准色度值。一种方法通过调整印刷输出墨量，印刷大量墨色深浅不同的印张，或者一张印张上不同位置墨色深浅不同，检测深浅不同的青、品红、黄、黑色块的色度值，针对每一色，找出与标准色度值之间色差最小的色块，该色块的密度作为该色的最佳密度用于控制印刷墨量。这种方法需要印刷大量的测试样张，需要大量的人工检测与计算，成本高，效率低。有人提出采用比较不同印张上青、品红、黄、红、绿、蓝色的色差之和或平均色差，取色差和或平均色差最小的样张来确定青、品红、黄的密度，但由于红、绿、蓝色的色度值同时受二种原色的密度影响，需要检测计算大量的密度大小分布不同的样本才能获得较为合理的结果，效率太低。

中国专利公开号为CN105716995A，申请日为2016年3月18日的专利申请文件公开了一种确定最佳青、品红、黄、黑四色印刷密度的方法，针对青、品红、黄、黑四色中每一色，通过建立该色三刺激值和主密度之间的函数关系，再确定与标准色色差最小时的密度为最佳密度值。该方法通过建立的函数关系，自动地计算出最佳密度值，能大幅度节省材料和时间浪费，提高了生产效率。但是该方法在确定青、品红、黄的最佳密度时，是依据青、品红、黄三种原色的色度值各自尽量接近标准值来确定密度，没有顾及红、绿、蓝三种二次色也需要尽量接近标准值，而二次色的色度值会随着形成该二次色的二种基本色的密度而变化。当原色色度值尽量接近标准时，二次色色度值可能偏离标准较大，或者原色和二次色的综合颜色效果并不合理。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是高效地确定平版印刷时青、品红、黄三色最合理密度值的方法，所述的最合理青、品红、黄密度能够使青、品红、黄、红、绿、蓝六色的色度值尽可能地接近规定的标准色度值。为此，本发明采用以下技术方案：

本发明的方法是设计一条每一墨区包含青、品红、黄、红、绿、蓝等六种色块的测控条，印刷后检测每一色块的光谱反射率，计算出每一色块的三刺激值和其中青、品红、黄色块的主密度值，利用最小二乘法分别拟合青、品红、黄、红、绿、蓝的三刺激值和青、品红、黄主密度值的关系；再分别针对青、品红、黄三色，根据三刺激值和主密度之间的函数关系，循环计算主密度从低到高变化时，青、品红、黄、红、绿、蓝的三刺激值和色度值，再计算与标准色度值之间的色差，能够使得六色总色差值最小的青、品红、黄的主密度值确定为最合理密度值。

在采用上述技术方案的基础上，本发明还可采用以下进一步的技术方案：

具体包括以下步骤：

a.以印刷机的一个墨区宽度为单位，当印刷机墨区数为奇数时，设计一条长度小于纸张宽度，并且为一个墨区宽度奇数倍的数字测控条；当印刷机墨区数为偶数时，设计一条长度小于纸张宽度，并且为一个墨区宽度偶数倍的数字测控条。测控条的每一墨区宽度内从左到右依次排列青、蓝、品红、绿、红、黄六种色块。印前制作时，在大版文件的拖梢边边缘，沿印刷滚筒轴向添加所述数字测控条，数字测控条的轴向中心与大版文件的轴向中心对齐。

b.印刷附着所述测控条的印张，利用扫描式分光光度计测量印张上的测控条，记录测控条的每一墨区的青、蓝、品红、红、绿、黄色色块的光谱反射率数据，利用青、品红、黄色块的光谱反射率数据计算青、品红、黄三色的XYZ值和主密度值，利用红、绿、蓝色块的光谱反射率数据计算每一色块的XYZ值。其中XYZ值指国际照明委员会创立的CIE 1931 XYZ颜色空间的坐标值，其中青色块的主密度指青色块的ISO标准红光密度，品红色块的主密度指品红色块的ISO标准绿光密度，黄色块的主密度指黄色块的ISO标准蓝光密度。计算XYZ值采用成熟的技术，如GB/T 19437-2004；计算青、品红、黄色的主密度值采用成熟的技术，如GB/T 23649-2009。

c.根据每一青色块的主密度值D_C和X值X_C，利用最小二乘法进行线性拟合，得到以D_C为自变量，X_C为因变量的线性函数采用同样的方法，得到以青色块的Y值和Z值随着主密度而变化的函数和

采用同样的方法，分别得到品红色的XYZ值随品红色主密度而变化的线性关系函数黄色的XYZ值随黄色主密度而变化的线性关系函数

以每一墨区内的青色块主密度D_C、同一墨区内的品红色块主密度D_M为自变量，同一墨区内的蓝色块的X值X_B为因变量，根据二元二次函数利用最小二乘法进行拟合：

其中a₀、a₁、a₂、a₃、a₄为经拟合得到的系数；采用同样的方法，得到蓝色块的Y值和青色块主密度、品红色块主密度之间的关系函数蓝色块的Z值和青色块主密度、品红色块主密度之间的关系函数

采用同样的方法，得到绿色块的XYZ值和青色主密度、黄色主密度之间的关系函数

采用同样的方法，得到红色块的XYZ值和品红色主密度、黄色主密度之间的关系函数

d.预设初始的最小色差ΔE_min为600；

根据青色的XYZ值随着主密度值而变化的函数循环计算当青色主密度值从0.70开始，以0.01为间距，直至1.80时对应的XYZ值，再根据XYZ值计算L^*a^*b^*值，再计算青色当前L^*a^*b^*值与标准L^*a^*b^*值之间的色差ΔE_C，其中L^*a^*b^*值指国际照明委员会推荐的CIE 1976L^*a^*b^*空间的颜色坐标值。计算L^*a^*b^*值和色差采用成熟的技术，如GB/T 19437-2004。

针对青色主密度值每一次取值，根据品红色的XYZ值随着品红色主密度值而变化的函数蓝色的XYZ值随青色主密度和品红色主密度而变化的函数循环计算当品红色主密度值从0.70开始，以0.01为间距，直至1.80时对应的品红色XYZ值和蓝色XYZ值，再根据品红色的XYZ值计算品红色的L^*a^*b^*值，根据蓝色的XYZ值计算蓝色的L^*a^*b^*值，再计算品红色当前L^*a^*b^*值与品红色标准L^*a^*b^*值之间的色差ΔE_M，计算蓝色当前L^*a^*b^*值与蓝色标准L^*a^*b^*值之间的色差ΔE_B。

针对品红色主密度值每一次取值，根据黄色的XYZ值随着黄色主密度值而变化的函数绿色的XYZ值随青色主密度和黄色主密度而变化的函数红色的XYZ值随品红色主密度和黄色主密度而变化的函数循环计算当黄色主密度值从0.60开始，以0.01为间距，直至1.60时对应的黄色XYZ值、绿色XYZ值和红色XYZ值，再根据黄色XYZ值计算黄色的L^*a^*b^*值，根据绿色XYZ值计算绿色的L^*a^*b^*值，根据红色XYZ值计算红色的L^*a^*b^*值，再计算黄色当前L^*a^*b^*值与黄色标准L^*a^*b^*值之间的色差ΔE_Y，计算绿色当前L^*a^*b^*值与绿色标准L^*a^*b^*值之间的色差ΔE_G，计算红色当前L^*a^*b^*值与红色标准L^*a^*b^*值之间的色差ΔE_R。计算青、品红、黄、红、绿、蓝六色的总色差ΔE₆，计算公式表示为：

ΔE₆＝ΔE_C+ΔE_M+ΔE_B+ΔE_Y+ΔE_G+ΔE_R；

如果当前六色总色差值ΔE₆小于最小色差值ΔE_min，令最小色差值ΔE_min等于当前色差值ΔE₆，表示为：

ΔE_min＝ΔE₆；

取当前的青、品红、黄密度为最合理密度D_{C_best}、D_{M_best}、D_{Y_best}，表示为：

D_{C_best}＝D_C；

D_{M_best}＝D_M；

D_{Y_best}＝D_Y。

进一步地，步骤c中，利用最小二乘法根据二元二次多项式拟合蓝色块的值和同一墨区内的青、品红主密度值之间的关系，绿色块的值和同一墨区内的青、黄主密度值之间的关系，红色块的值和同一墨区内的品红、黄主密度值之间的关系；步骤d中，随青、品红、黄三色主密度的变化，以能够使青、品红、黄、红、绿、蓝六色总色差最小的密度确定为青、品红、黄三色最合理密度。

本发明的有益效果：本发明所述的方法所确定的青、品红、黄三色密度能够使得青、品红、黄、红、绿、蓝六色色度值与标准色度值之间的色差之和最小，精度高，有利于满足印刷生产标准化的要求；本发明所述的方法只需以扫描方式检测一张或以上印张上各墨区的光谱反射率，对样本数量要求低，通过程序计算确定最合理的密度，效率高，对于使用者的技术要求低。

附图说明：

图1为本发明的青、品红、黄色最合理密度确定方法的实现流程图。

图2为本发明设计的数字测控条的其中一个墨区示意图。

具体实施方式

结合附图，对本发明提供的一种确定印刷三原色密度的方法作进一步说明。

印刷生产过程中，为了通过分工协助提高生产效率，同时又能正确地还原原稿的颜色，需要整个生产过程按照标准化要求进行质量控制。标准化的印刷生产要求青、品红、黄等原色和红、绿、蓝等二次色的色度值尽可能接近标准色度值要求。对于给定的纸张和油墨，青、品红、黄等原色的色度值随着青、品红、黄的密度而变化；而红、绿、蓝等二次色由于是二种原色叠印而成，其色度值会随着形成该二次色的二种颜色的密度而变化，由于二次色色度值随二种原色密度而变化的关系相对复杂，目前生产中，一般只根据使青、品红、黄等原色度值尽可能接近标准要求的原则来确定青、品红、黄的最合理密度，用于控制印刷过程中的输出墨量。但在这种青、品红、黄密度条件下，红、绿、蓝可能并不符合标准要求，或者综合比较青、品红、黄、红、绿、蓝六种颜色与相应标准的总色差并不是最小的。本发明所要解决的技术问题是提供一种确定平版印刷时青、品红、黄三色最合理密度值的方法，所述的最合理青、品红、黄密度能够使青、品红、黄、红、绿、蓝六色与相应标准之间色差之和达到最小，更好符合标准化生产的要求。

本发明的方法是设计一条每一墨区包含青、品红、黄、红、绿、蓝色块的测控条，如图2所示。印刷后检测每一色块的光谱反射率，计算出每一色块的三刺激值和每一青、品红、黄色块的主密度值，利用最小二乘法分别拟合青、品红、黄、红、绿、蓝的三刺激值和青、品红、黄主密度值的关系；再分别针对青、品红、黄三色，根据三刺激值和主密度之间的函数关系，循环计算主密度从低到高的变化过程时，青、品红、黄、红、绿、蓝的三刺激值和色度值，再计算与标准色度值之间的色差，能够使得六色总色差值最小时的青、品红、黄的主密度值确定为最合理密度值，如图1所示。具体包括以下步骤：

步骤a以印刷机的一个墨区宽度为单位，当印刷机墨区数为奇数时，设计一条长度略小于纸张宽度，并且为一个墨区宽度奇数倍的数字测控条；当印刷机墨区数为偶数时，设计一条长度略小于纸张宽度，并且为一个墨区宽度偶数倍的数字测控条。测控条的每一墨区宽度内从左到右依次排列青、蓝、品红、绿、红、黄色色块。印前制作时，在大版文件的拖梢边边缘，沿印刷滚筒轴向添加所述数字测控条，数字测控条的轴向中心与大版文件的轴向中心对齐。

步骤b以印刷机的一个墨区宽度为单位，当印刷机墨区数为奇数时，设计一条长度小于印刷纸张宽度2厘米或以上，并且为一个墨区宽度奇数倍的数字测控条；当印刷机墨区数为偶数时，设计一条长度小于印刷纸张宽度2厘米或以上，并且为一个墨区宽度偶数倍的数字测控条。测控条的每一墨区宽度内从左到右依次排列青、蓝、品红、绿、红、黄色色块。

例如，某一型号的印刷机有34个墨区，每一墨区的宽度为30毫米，印刷纸张的宽度为1000毫米，可以设计一条包含32个墨区宽度，即宽度为960毫米的测控条。测控条的每一墨区内依次排列青、蓝、品红、绿、红、黄色色块。印前制作时，在大版文件的拖梢边边缘，沿印刷滚筒轴向添加上述制作的数字测控条，数字测控条的轴向中心与大版文件的轴向中心对齐，使得印刷时，控制条轴向中心与印刷机轴向中心对齐，控制条上的每一墨区和印刷机的墨区位置相对应。

步骤b印刷附着所述测控条的印张，利用扫描式分光光度计测量印张上的测控条，记录测控条的每一墨区的青、蓝、品红、红、绿、黄色色块的光谱反射率数据，如步骤a所述测控条，扫描一张样张上的测控条，可快速获得青、蓝、品红、红、绿、黄色各32个色块的光谱反射率数值；如果扫描检测n张样张，则获得青、蓝、品红、红、绿、黄色各32×n个色块的光谱反射率数值。利用每一青、品红、黄色色块的光谱反射率数据计算该色块的XYZ值和主密度值，利用每一红、绿、蓝色块的光谱反射率数据计算该色块的XYZ值。

利用物体色的光谱反射率计算XYZ值有成熟的技术，计算方法如式(1)-(4)所示。利用物体色的光谱反射率计算主密度值有成熟的技术，计算方法如式(5)所示。

X＝K·∑(S_λ·ρ_λ·x₂) (2)

Y＝K·∑(S_λ·ρ_λ·y₂) (3)

Z＝K·∑(S_λ·ρ_λ·z₂) (4)

其中S_λ表示标准照明体的光谱功率分布，ρ_λ表示各个色块的波长为λ对应的光谱反射率，x₂、y₂、z₂表示国际照明委员会规定的CIE 1931标准色度观察者光谱三刺激值，K为系数，X、Y、Z表示测试图上色块在标准照明体下的XYZ值。

其中D为物体的密度值，Π_λ表示波长为λ对应的光谱乘积，根据所选择的响应状态和模拟滤色片的不同，计算青色主密度时选择红光滤色片，计算品红色主密度时选择绿光滤色片，计算黄色主密度时选择蓝光滤色片，ISO标准有规定的Π_λ值，可以从已有资料中查到。

步骤c根据每一色块青色色块的主密度值D_C和X值X_C，利用最小二乘法进行线性拟合，得到以D_C为自变量，X_C为因变量的线性函数根据每一青色色块的主密度值D_C和Y值Y_C，利用最小二乘法进行线性拟合，得到以D_C为自变量，Y_C为因变量的线性函数根据每一青色色块的主密度值D_C和Z值Z_C，利用最小二乘法进行线性拟合，得到以D_C为自变量，Z_C为因变量的线性函数

采用同样的方法，分别得到品红色的XYZ值随品红色主密度而变化的线性关系函数黄色的XYZ值随黄色主密度而变化的线性关系函数

以每一墨区内的青色色块主密度D_C、同一墨区内的品红色块主密度D_M为自变量，同一墨区内的蓝色块的X值X_B为因变量，根据式(6)所示的二元二次函数利用最小二乘法进行拟合：

其中a₀、a₁、a₂、a₃、a₄为经拟合得到的系数。采用同样的方法，得到蓝色块的Y值和青色块主密度、品红色块主密度之间的关系函数蓝色块的Z值和青色块主密度、品红色块主密度之间的关系函数

采用同样的方法，得到绿色块的X、Y、Z值和青色主密度、黄色主密度之间的关系函数

采用同样的方法，得到红色块的X、Y、Z值和品红色主密度、黄色主密度之间的关系函数

步骤d根据充分的生产实践经验，青、品红、黄、红、绿、蓝六色油墨在各种纸张上印刷时，每一实地色块的色度值与标准色度值之间的色差不可能大于100，所以预设初始的青、品红、黄、红、绿、蓝六色色差之和的最小值ΔE_min为600；

根据充分的生产实践经验，青、品红色实地色块的主密度不可能小于0.70或大于1.80，黄色实地色块的主密度不可能小于0.60或大于1.60，同时由于人眼所能察觉的密度变化阀值约为0.05，而目前的密度计检测精度一般为0.01。因此，本方法根据青色的XYZ值随着主密度值而变化的函数循环计算当青色主密度值从0.70开始，以0.01为间距，直至1.80时对应的XYZ值，再根据XYZ值计算L^*a^*b^*值，计算L^*a^*b^*值采用成熟的技术，计算方法如式(7)-(15)所示。

当

当

当

当

当

当

其中X_e、Y_e、Z_e表示白场的XYZ值，L^*、a^*、b^*分别表示某一XYZ值对应的L^*a^*b^*值中的L^*值、a^*值、b^*值。

再计算该L^*a^*b^*值与青色标准L^*a^*b^*值之间的色差ΔE_C，计算色差采用成熟的技术，计算方法如式(16)所示。

其中分别表示标准L^*a^*b^*值，ΔE表示当前L^*a^*b^*值与标准L^*a^*b^*值之间的色差。

在循环计算青色色差随着青色主密度值逐渐增加而变化的过程中，针对青色主密度值每一次取值，根据品红色的XYZ值随着品红色主密度值而变化的函数蓝色的XYZ值随青色主密度和品红色主密度而变化的函数循环计算当品红色主密度值从0.70开始，以0.01为间距，直至1.80时对应的品红色XYZ值和蓝色XYZ值，再根据品红色的XYZ值计算品红色的L^*a^*b^*值，根据蓝色的XYZ值计算蓝色的L^*a^*b^*值，再计算品红色当前L^*a^*b^*值与品红色标准L^*a^*b^*值之间的色差ΔE_M，计算蓝色当前L^*a^*b^*值与蓝色标准L^*a^*b^*值之间的色差ΔE_B。

在循环计算品红色和蓝色的色差随着品红色主密度值逐渐增加而变化的过程中，针对品红色主密度值每一次取值，根据黄色的XYZ值随着黄色主密度值而变化的函数绿色的XYZ值随青色主密度和黄色主密度而变化的函数红色的XYZ值随品红色主密度和黄色主密度而变化的函数循环计算当黄色主密度值从0.60开始，以0.01为间距，直至1.60时对应的黄色XYZ值、绿色XYZ值和红色XYZ值，再根据黄色的XYZ值计算黄色的L^*a^*b^*值，根据绿色的XYZ值计算绿色的L^*a^*b^*值，根据红色的XYZ值计算红色的L^*a^*b^*值，再计算黄色当前L^*a^*b^*值与黄色标准L^*a^*b^*值之间的色差ΔE_Y，计算绿色当前L^*a^*b^*值与绿色标准L^*a^*b^*值之间的色差ΔE_G，计算红色当前L^*a^*b^*值与红色标准L^*a^*b^*值之间的色差ΔE_R。再计算青、品红、黄、红、绿、蓝六色的总色差ΔE₆，计算方法如式(17)所示：

ΔE₆＝ΔE_C+ΔE_M+ΔE_B+ΔE_Y+ΔE_G+Δ_R (17)

如果当前六色总色差值ΔE₆小于最小色差值ΔE_min，令最小色差值ΔE_min等于当前色差值ΔE₆，如式(18)所示：

ΔE_min＝ΔE₆ (18)

取当前的青、品红、黄密度为最合理密度D_{C_best}、D_{M_best}、D_{Y_best}，如式(19)、(20)、(21)所示：

D_{C_best}＝D_C (19)

D_{M_best}＝D_M (20)

D_{Y_best}＝D_Y (21)

当全部循环计算完成后，程序中当前贮存的D_{C_best}、D_{M_best}、D_{Y_best}就分别是青色、品红色和黄色的最合理密度值，当前贮存的ΔE_min就是在青色、品红色和黄色的最合理密度值时，青、品红、黄、红、绿、蓝六色的总色差。

综上所述，本发明的方法是通过扫描检测色块的光谱反射率，计算获得所需的三刺激值、色度值、色差、主密度值，利用最小二乘法建立青、品红、黄、红、绿、蓝的三刺激值和青、品红、黄主密度值的关系，循环计算青、品红、黄三色主密度从低到高变化时，青、品红、黄、红、绿、蓝六色总色差值，取色差最小时的青、品红、黄的主密度值确定为最合理密度值。

虽然本发明已通过参考优选的实施例进行了图示和描述，但是，本专业普通技术人员应当了解，在权利要求书的范围内，可作形式和细节上的各种各样变化。