密度和色度测量在印刷中的不同应用

时间：2004-02-27 作者：修澄来源：修澄

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　　在现代印刷中，彩色密度和色度的测量被广泛的应用于制版、打样、印刷中，并开始更多的追求色彩的准确性和可描述性。那么什么是密度？什么是色度？密度在印刷中有什么作用？色度有什么作用？他们的测量仪器都是什么？它们各自的应用领域有什么区别？又存在什么样的缺点呢？这些问题困扰我们好多人，包括我们在必胜的论坛上也经常能看到很多类似这样的问题。带着上面的问题，我们开始本文的论述。相信读者看过之后，会对色度和密度测量能有一个更全面的了解和区分。

密度和色度

所谓密度是反射稿或透射稿上测得的反射率或透射率倒数的对数（下面为了讨论方便我们仅讨论反射稿的情况）。听上去这个概念似乎非常抽象，又是反射率，又是倒数，又是对数的，但只要稍微用心我们就会发现，测量的密度值最直接的来源是通过对测量得到的反射率来计算得到的。反射率也是能够影响到密度值的唯一因素。物体对光线的吸收能力越强，物体的反射率也就越底，那么该物体的反射率也就越高。这三者间的关系是确定的。

下面我们来看看什么是色度测量。

色度顾名思义，就是对颜色的度量，这种度量是对颜色的一种“客观”描述，之所以将客观加上引号，是因为这种客观是建立在人眼的视觉生理基础之上的，但它却是对大多数人对颜色的平均视觉感受上的。这种度量最后能够以值的形式表示，我们比较常用的有规范性意义的色度形式有三种：CIEXYZ、　CIELAB、CIELUV。这有点象我们使用的不同单位的长度度量衡（如：英寸和公分的关系），不同的是它们之间并没有一个比较绝对的换算关系。

通过上面论述我们知道了什么是密度，而色度又是什么（至少应该有一个大概的印象），接着我们来看看，测量密度和色度所使用的不同的测量工具。

密度和色度测量工具

很明显密度计是用来测量密度的。使用密度计对印刷品的测量值常用的主要有两种，一种是光谱窄带色密度，一种是光谱宽带色密度。光谱的窄带和宽带主要是通过不同的滤光镜实现的，使用宽带滤光镜的密度计，对颜色测量的结果当然是光谱宽带密度，窄带则相反。根据不同情况我们使用的密度计也会有不同。如窄带测量对密度的微小变化增加了敏感性，与宽带滤色片测量比较，它们更不象人的视觉响应。窄带密度测量主要用于测量网点增大、叠印、墨层厚度及油墨的强度。而宽带滤光镜密度测量值不取决于光谱分布的绝对值，而是取决于相对光谱辐射分布，即总是跟密度测量所使用的传感器的相对光谱另密度和滤光片的光谱透射率有关。宽带测量主要用于评价色相、灰度、透明度和校色。

现在我们抛开宽带和窄带的问题，笼统的说密度计的问题。密度计在对印刷样张的测量中，是使用三种不同颜色的滤色片，最常见的是使用油墨（一般为标准色油墨）的色相的补色滤光片，如对黄色测量的滤光片采用的是蓝色（λ=430nm），对品红的测量采用绿滤色片（λ=530nm），对基本青色测量采用的是红色（λ=620nm）。这样的测量结果很显然是针对油墨的，而非人眼。这种测量只能告诉我们正在印刷和已经印刷好的印品上的某种油墨的相对量，即在该测量部位的某种油墨量是否足够，是否达到了期待的密度。同时也能做出一定范围的颜色对比，这种对比和人眼的视觉几乎没有什么关系。

这样我们发现密度计对色相的测量和指示能力实在有限，密度计不是色度计虽然通过同时使用的三个滤色片的读数，可以近似地指示色相。但这种对色相的指示是相当不准确的，无法满足印刷测色的需要。为了更多的需要（如：对纸张白度的分析、分析原稿的色彩等情况下）色度的测量开始得到了更广泛的关注。

色度测量主要有两种。第一种方法是利用光电色度计测色的方法，光电色度计在原理上非常类似于密度计，其外观、操作方法甚至是购买价格都相当接近。光电色度计直接显示三刺激值x(—)（λ）、　　y(—)（λ）、z(—)（λ），大多数还把三刺激值转换为色空间标度，例如转换成CIELAB标度，但大多数只有一种或两种照明，所以用色度计测得的色彩并不总是表现视觉色彩，另外，CIELAB并不是对印刷非常理想的色度系统，因为它无法向CIELUV一样计算出色彩的饱和度。光电色度计在确定色差方面是足够的，因此可以在印刷车间用做色差比较的测量。许多高档的光电色度计的精度也高到足以进行绝对色彩和相对色差的测量，但是一般说来，人们更喜欢用分光光度计去完成上述任务。

色度计可以看成是一个反射率计，或一个不带对数变换器但带有一套专门滤色片的密度计。当然，这是一种能完成色度测量的方法。附加一套滤色片的目的是根据CIE光谱三刺激值在色度计的每个通道中给光谱的各个波长加权。但色度计不同于密度计，它涉及的主要是反射率问题而不是一个对数问题，但反射率很容易转换成密度，反之也是可以的。色度计的光谱成分被认为跟人的视觉灵敏度有良好的线性关系。但事实上这是不可能的（涉及到卢瑟条件*问题），因此光电色度计在原理上存在误差。

第二种方法是利用分光光度计测量色彩的方法。正像三滤色片光电色度计可看成是一个专门的反射率测量仪器一样，分光光度计也可以这样看，但它与光电色度计不同，分光光度计测量的是一个物体的整个可见反射光谱，分光光度计是在可见光谱域逐点测量，即在一些离散点上进行测量，通常每隔10或　20nm测量一个点，在400～700nm的范围内测量16～31个点。有些分光光度计是连续地对光谱进行测量，而三滤色片光电色度计只对三个点进行测量，所以分光光度计能提供的信息要多得多，至少是对16个点进行测量。

分光光度计把色彩作为一种不受观察者支配的物理现象进行测量。为了获得三刺激值它可以对反射光谱进行积分，可以把色彩作为视觉响应加以解释，它是一种最灵活的色彩测量仪器。

印刷工艺中的某些现象如纸上网点覆盖率、油墨强度、等本质上就是在窄波段范围内发生的物理现象，当然最好还是用窄带测量进行评价。但是应当指出，窄密度测量不能用于测量视觉色彩，但分光光度测量能解决这个问题。因为它所作的测量是窄带测量，它对光谱的抽样是充足的，所以可以做与视觉一致的色彩测量。为了进行预期类型的测量（窄带或宽带），可以为分光光度计预先编写计算程序。许多新型分光光度计包含有计算机，根据程序去完成标准的印刷复制质量控制和窄带测量都是合适的，但它明显的比密度计昂贵。

众所周知，对颜色进行测量的最基本的方法是主观目视法。这种方法是根据色谱中的颜色用目视匹配未知的颜色，用分光光度计测得的色彩数据比人眼的分辨能力要精细，这对分析颜料的浓度是有用的，只需要根据一些公式进行计算，便可以分析和控制原材料的份量。

根据分光光度计的测量数值可以计算密度值和色度值（但反向计算是不正确的）；可以分析同色异谱现象；新型分光光度计还可以把分光光度测量数据直接转换成其它表色系统的参数，转换方法与色度计是一样的。

密度测量和色度测量在印刷中的应用：

一、为了使印刷品产生稳定一致的色相，印刷机操作人员似乎是通过调节输墨去补偿印刷参数的变化。在印刷中间，当网点增大改变时，叠印色将发生明显的变化。印刷机操作人员将通过调节墨量保持或重建印刷品跟标准样张的匹配关系。印刷到印张上的墨量会影响网点增大量，反过来说，通过改变实地密度也可以控制网点增大量。

自动调节可以获得更好的过程控制。印刷机是通过输墨量控制的，基于这个前提，量化预期的网目调值（在图像中，观察者看到的是色相和色彩饱和度），测量网目调密度（而不是实地密度）是可能的。由于色彩的合成作用，观察者看到的是印张反射的红、绿、蓝紫光，这些光到达眼睛形成综合色觉。改变网点增大量和油墨叠印对印刷色彩的效果有明显的影响，形成印刷色的红、绿、蓝紫光量可以在荧光屏上显示出来并跟标准印刷样张进行比较，这样就有可能控制印刷色彩的一致性。

密度计可以有效地测定给定面上的红、绿、蓝紫光的反射率。所以可以用一台新式密度计去测量彩色打样或标准印张上指定的网目调面，把测量值作为该面印刷时的控制值或目标值。当印刷品通过印刷机时，对印张上对应部位进行测量，将测量值跟目标值进行比较，即可实现印刷品质量的自动化控制。

密度计是在标准印张上调零后，再在生产印张上测量密度，然后跟标准印张上同部位的密度读数相比较。测量值可以指明两者的黄、品红、青的含量是否相等。如果生产印张的值偏离零值，这表明印刷图像不再跟标准印张相匹配，可能必须进行校正，三个密度读数值将显示必要的校正功能。密度计读数不会指出印刷条件改变的情况，而是指示墨层厚度变化的情况，补偿印刷条件的改变，将使该测量面重新回到红、绿、蓝紫色彩的平衡。

生产印张上可能有正确的色相而没有正确的饱和度，在这种情况下，全部三个密度读数将都是错误的。根据读数的大小和平衡情况可以指出必要的校正，保持色彩平衡要比保持正确的色彩饱和度更重要。

此时此刻不知道的是合格色相和色彩饱和度变化的正确量，如果确定了这些量，就可以确定算法，编制程序和将它们加人这个系统。以往的经验指出，如果密度计在纸上调零而不在预打样上调零就会更精确一些，这一需要由实验确定。

大多数色彩控制系统的测试项目是相同的，各个项目根据不同的理由以不同的形式组合在一起。可能包括的测试项目有实地、叠印实地、叠印的网点块、三色灰平衡网点块、网点增大、重影、滑版或印版曝光等。

二、对于多色印刷而言，密度测量是有缺点的。它跟人眼的彩色视觉不相吻合，人们无法用密度测量语言明确、有效地跟顾客交换色彩信息。但是，这样的信息交换在目前变得越来越重要了。必须用顾客能领会的方法说明产品的规格，色彩测量已经成为印刷者义不容辞的研究对象。只有色彩测量才能表达眼睛看到的是什么色彩和什么样的色差是容许的。

当今国际上公认的色彩分类系统是1931年由CIE制订的CIE色彩空问，CIE标准色度图包括了全部色相，色彩的饱和度自内向外依次渐增。

可以通过数学变换把CIE坐标变换成三维CIELAB和CIELUV色彩空间。这两种色彩空间把数学方法的精确性和视觉色彩等距分布的优点结合起来了。这些系统已被用在海德堡CPC色彩控制系统中，它的好处最主要的有三点：

第一，足以使被复制色跟样本色达到客观的匹配，跟照明条件的变化和人对色彩的主观感受无关；

第二，这些系统在工业上的任何配色工艺中都是适用的，没有任何限制；

第三，它们是印刷工人确保印刷质量的极好工具。

观察色彩是一码事，印刷这个色彩则是另一码事。选择色彩是一个主观行为，而为待复制的色彩确定公差却要求客观的标准，印刷者应该怎样跟顾客就色彩问题交换意见并同时对它们所看到的色彩做出正确的说明呢？通常在印刷过程控制中所使用的是密度测量语言，在印刷中仍然局限于标准油墨，而且不认为这是肤浅的。事实上油墨密度测量有一个缺点：它不是像人的眼睛那样评价色彩，而只提供墨层厚度的结论。对于客观的以视觉为基础的色彩匹配来说，分光测色是一个先决条件。正像指纹是一个人的独有特征那样，每个色彩的特征是由它的波长位置决定的。借助于色度测量可以把光谱波长转换成CIELAB色彩空间中一个确定的点并可以对色彩进行客观的比较。

在这个系统中，色差表现为色彩位置的不同，用ΔE表示，若主观评价时具有大的色差，那么ΔE值亦大（即位置偏差也大），而不管它是什么颜色。

把色相值从原稿传递到印刷品需要有关人员具有丰富的经验和熟悉其间的各个工序，因此分色、加网、打样、印刷等各个工序必须正确地配合。但由于需要把印前设备中的RGB系统转换到胶印工艺的CMYK系统，因而产生了一些特殊的困难。若把色度测量引进印刷过程，那么在印刷车间就可以直接确定色彩，对任何一张反射图像，如照相原稿、预打样样张、在印刷机上抽取的样张都可以进行测量（只要这些被测量的色度值是可以比较的）。这样，就可以利用印刷机的输墨控制和调节系统进行快速调节，使印刷中的色彩波动保持在公差范围之内

在印刷工业中，色度测量的研究对理解色彩的处理、产品和仪器设计都是有用的，色度测量有一些明显的优点。

目前，色度测量在印刷工业中的应用主要在如下方面：

①原材料的质量控制，尤其是油墨和纸张的控制，在有些印刷厂，这已经成为例行的工作。分光光度数据对纸张白度的测量是很有价值的；

②制定油墨、纸张标准的精确规范；

③灰平衡的分析测量、最佳阶调复制及针对不同油墨、纸张和印刷条件的校色；

④分析打样样张的色彩和印刷用纸的匹配情况，分析预打样工艺中所用颜料的色度特性；

⑤分析一套油墨再现的色域和各套油墨再现色域的不同；

⑥分析原稿和复制图像之间的关系；

⑦采用色度测量规范，提高标准化生产的程度，以达到节省材料、减少差错、提高产品质量的目的；

⑧印刷色彩的质量控制；

⑨分析匹配专色的颜料的组成；

⑩在分色设备上进行精确校色，在印刷机上控制色彩复制。