密度计及其工作原理

发布时间:2024年7月8日

第一节 密度计的基本知识

密度计是什么?

密度计是用来间接确定表面吸收光的量的仪器。密度计的工作原理是比较表面反射的光(或透射的光)的强度与照射在表面上的光强度,然后通过大家认可的逻辑关系来计算密度值。

密度计有两种形式:

  • 透射密度计:用于测量透射过透明材料(如软片片基)的光量。
  • 反射密度计:用于测量从印刷品反射的光量,以便在印刷生产过程中对质量进行控制,这是本书的主要内容。

反射密度计的用途

在印刷出版中,广告代理商、出版社、分色部门、印刷厂和供应商广泛地使用反射密度计在印前和印刷操作中进行质量控制。通过测量反射光与光的红、绿、蓝成份的入射光(光源)的比例,可直接读出光学反射率(从材料反射出的光量和颜色,如油墨或染料)。根据这些反射值,反射密度计也可计算出主要的印刷属性,如主滤色片实地密度、反差、网点增益/色调增加、偏色和灰度。

反射密度计在印前部门的用途

在印前部门,反射密度计可用于:

  • 测量准备用于半色调复制的照片和画稿在高光、中间调和暗调的密度。测量这些材料上最亮和最暗部位,所得到信息有助于确定能在印版上产生与以给定油墨、纸张、印刷机条件能达到的范围相匹配的图像的曝光量。
  • 为要拍摄的物品指定颜色和照明范围。这个数据可由版式绘制人员甚至是摄影室的摄影人员作为调整的依据,以改善最终的印刷品。
  • 分析打样样张的特性,有助于控制颜色和色调复制的变化因素。
  • 分析购进的用于打样和脱机打样的材料(如油墨和纸张)。
  • 确定蒙版的系数。
  • 确定感光乳剂的特性曲线(也称作感光曲线)。

反射密度计在印刷车间的用途

在印刷车间,反射密度计可用于:

  • 分析所提供的脱机打样样张和印刷样张的质量,确定其是否符合标准或规格要求。
  • 分析印刷车间购入的材料(如油墨和纸张)。
  • 确定印刷机的性能*(*注意:在印刷过程中测量应该看作是印刷操作中的瞬间情况,只有在注意到有明确的趋势才要进行调整。短期的、周期性的改变可能是橡皮布不稳定的表现、或是油墨和润版液的批号不同的原因,或是各种临时性的因素所引起的。印品长期性的改变或漂移可能是纸张吸收性变化、印版磨损或印刷机调整等条件所引起的。)。密度计可用于评估印品一些性质,如印张与印张之间颜色一致性;印张上从左到右的颜色一致性;网点增益和模糊的程度;有关油墨墨膜的厚度;打样样张或签样的颜色与生产印刷时匹配的程度。这些信息可用作查找故障和统计过程控制的依据。
  • 分析信号条上的网点增益信息,调整油墨的印量,监测油墨和润版液的一致性,以堵版和浮色的指标来检查印版的条件。

在整个印刷过程,密度计可让印刷专业人员根据客观的数字和必要的主观的形容表达来沟通工艺信息。数值化的值是便于沟通印品质量、控制生产过程的关键。对于这类用途,密度值必须基于公共的定义,如T状态(Status T)。

第二节 密度计的工作原理

密度计测量密度吗?

密度计实际上名不符实,它并不测量密度值。密度计只是测量反射光,假设反射光和密度计提供的光之间的差别是光的吸收量,然后通过大家认可的对数关系计算密度值。
密度可以定义成测量入射光被表面吸收的比例。不过,表面吸收的光量是很难用任何精心制作的昂贵仪器测量的。因此,认可的过程是测量从已测量过的表面反射的光和比例,并假设其(在实际应用中)中所吸收的光量等于入射光(照射的光)减去反射的光量。
密度可定义成表面吸收入射光的比例。不过,表面吸收光的数量是很难用最精心制作的昂贵的仪器测量的。因此,用大家认可的过程来测量从测量表面反射的光的比例,并假设(用于实际测量目的)所吸收的光量等于入射光(照射的光)减去反射光的数量。

反射密度计的计算方式
密度计使用下面的式子来计算密度:
密度值=log101/R
这里R=反射光量。
这是纯的定义,这就是说其定义了反射光和密度之间的关系。这个定义从数值上解释了密度,更重要的是以大致相当于人眼看物体的方法来描述密度。(参见图1)。 

图1 光照射到表面上,再反射到人眼中
图2 密度计示意图

密度计的组成

要实现这种测量和计算,密度计有3个基本组成(当然还有要测量的样张)。这3个组成包括:

  • 1.照明系统。由灯具、照明光路和供灯具发光的电源。灯具发出的光通过转换使之符合ANSI/ISO标准,提供具有一定颜色质量的光(例如要使红光、绿光、蓝光得到平衡),称为光源A。这种颜色质量非常接近于从未加滤色片的钨丝灯发出的光的质量。密度计的灯泡是由一个能够很好控制亮度或给灯具提供脉冲使每次闪光的光的质量均能一致的电路来供电的。不过,无论光和电源是什么,灯具和电源都要保证作为这个比率中入射光部分的已知照明。
  • 2.采集光和测量的系统。这个系统由光接受器、采集光的光路和只将可见光谱的那部分光线传送到光接收器而把其他部分光线阻断的分光滤色片所组成。这个采集光的系统通常包括滤色片,使整个光谱感光度与某些提到的标准相匹配。* (*密度计依赖的标准是评估其用途的至关重要的部分。例如,在滤色光电管的光谱响应与相应与人眼的感受亮度(与颜色无关的亮度)相匹配时,这个密度称为是“视觉”密度。其他光谱响应的密度计可能是简便型光谱光度计或是异型色度计。这样,密度计可像色度计那样测量颜色,虽然在以这种方式使用时,其输出值的表达方式与色度计所用的L*a*b*提法不同。)
    印刷和出版使用的密度计以前用的滤色片组大约相当于印刷工艺中的分色特性。这些光谱值经ANSI IT2委员会重新定义过,产生一个成文的标准,称为T状态。这项工程规格使得其能使同一制造厂商生产的密度计相匹配,也能使不同密度计生产厂商生产的密度计相匹配。状态T的密度规定是按满足标准响应定义来设计、测量和校准的结果。
  • 3.信号处理系统。信号处理系统得到代表入射光和接收到的光能量的电子信号,进行计算和显示。这个系统可能是简单的比率检测器,连接到模拟式或数字式显示器的对数计算电路,也可包括存储功能,处理诸如网点增益和反差等衍生出来的功能。

标准在密度计操作中所起的作用
密度计元件的复杂关联更加需要能对其能力和“响应”特性进行定义的标准。美国国家标准研究所(ANSI)和国际标准组织(ISO)在对这种仪器的一些设计实行强制性标准上达成了一致。例如,照明和采光的光学系统限制在5°圆锥角内。测量入射光照到样本表面的光轴与表面垂直。通过至少最近40年在标准协议和实践上所作的努力,所有的反射密度计都以45°或0°的照射角制做。同样,反射光都是以0°或45°角来取样的。

照射角和光泽表面间的关系
在平滑的、有光泽的表面的情况下,入射光的一部分以照射到表面相同的角度反射回来。这种光称为镜面反射(specular reflection),其并不被密度计中位于45°角的光检测器所检测到。在用接受光的传感器位于45°角的密度计测量平滑的、有光泽的表面时,测得的读数表现出这样的表面比实际情况要吸收更多的光(读数值更高)。这个镜面反射只是在某个观视角度被人眼视为反光。在观视者意识到这种现象时,他会把印刷表面放在消除这种镜面反射(或反光)的角度来观视,因此,对正常观视和评估印刷表面时,密度计测量也与人眼感觉图像显得较暗的情况相一致。事实上,上光油通常用来达到图像的这种变暗的外观。上光油通过给予纸张一个光滑的表面来产生大量的镜面反射。

密度计的“响应”
所有的密度计都使用对数关系来确定密度。如果各自的测量系统中的部件(如滤色片、光传感器或是密度计中内建的对数关系)不同的话,其所得到的密度读数也各不相同。密度计的响应定义成密度计根据达到这些读数需要的所有输入变量而提供的读数。因此,“响应”标准是需要所有密度计提供一致的密度读数而不管滤色片组、感光装置或机内设置的对数关系是什么的一个标准。

第三节 宽谱、窄谱和带宽

“带”(band)一词是带宽(bandwidth)或传输频带(passband)的缩写,指的是滤色片允许通过滤色片可见光谱的范围,宽谱滤色片比窄谱滤色片允许更宽范围的光线通过。不过,这需要更精确地理解这些滤色片之间的不同之处。

宽谱密度计和窄谱密度计的区别

要大体理解宽谱密度计和窄谱密度计之间的区别在哪里,重要的是知道密度计主要是用来对表面给出客观的、数值化的测量,其与人眼观视同一表面所作的主观观视有一定的联系。
反射密度计测量表面的反射光,通常将入射光的种类(或颜色)分成三部分可见光。这三部分通知与视觉对红光、绿光和蓝光的感知相符合。
人的视觉能看到范围从400nm到700nm的可见光谱,这里毫微米(nm)是波长的单位(参见图3)。我们感受成蓝色的光谱区域大约从400nm到500nm,而450nm到640nm是绿色的,500nm到700nm是红色的。就像人眼的红、绿、蓝接受器,每种宽谱滤色片大约能够传过300毫微米范围的可见光中的100毫微米的光,约占三分之一。宽谱滤色片也类似于用于分色操作的彩色扫描仪中所用的滤色片。窄谱滤色片通常是干涉滤色片,大约有20nm的带宽。窄谱密度计的光谱规格需要峰值响应(50%响应的带宽)的测量,最重要的是对传输频带之外的被滤去的光线(没有响应)的一些测量。

 

图3 眼睛中的三种彩色机制大致感光度。这些值经过调整,使得峰值为100%。


在欧洲,印刷业多年来都使用雷登(Wratten)47B滤色片来测量黄色油墨的密度。47B滤色片测量的带宽大约为55-60nm。在美国,印刷业选用雷登47滤色片测量黄色油墨,其带宽大约为70-80nm。美国已经通过美国国家标准局(ANSI)对这个响应标准作了标准,这个标准是以行业选择雷登47滤色片为前提的。用47B滤色片得到的黄墨读数比47B高,因此也将使用47B滤色片的密度计称作“窄谱密度计”。不过,将其分类成宽谱密度计则更适当一些(因为窄谱滤色片一般要窄得多,只有20nm的带宽),在本文中都按宽谱来表述。

表A:人眼看到的彩色的范围和不同滤色片测得的范围相比较

滤色片的类型带宽*
要测量黄色的油墨(对蓝光的响应):
人眼的蓝色机制看到的是400-500nm
宽谱47测量的是400-510nm
宽谱47B测量的是400-480nm
窄谱测量的是415-445nm
要测量品红色的油墨(对绿光的响应):
人眼的绿色机制看到的是490-570nm
宽谱58测量的是490-570nm
宽谱61测量的是500-560nm
窄谱测量的是515-545nm
要测量青色的油墨(对红光的响应):
人眼的红色机制看到的是500-700nm
宽谱25测量的是580-640nm
宽谱29测量的是590-640nm
窄谱测量的是605-630nm
*所有的值都为大约值。参见图4A、4B和4C的图形表示。

为什么要使用宽谱密度计?

宽谱密度计用于特殊用途有测量,一种说明样本“看”起来如何的特殊用途的测量。宽谱测量通常相应于印刷系统中的某些属性,如油墨墨膜厚度、油墨量、印刷反差、曝光量、网点增益/色调值增加、偏色、灰度,等等。宽谱密度计所进行测量可与那些用于评估套色版复制所用的色度计、曝光表和其他测量技术相媲美。
而且,人眼感色性类似于宽谱密度计中可见光谱的三个部分,虽然不完全一样(参见表A)。这个相关性事实上在重点放在印刷和出版的四色复制的任何讨论中表达得相当好。

为什么要使用窄谱密度计?
与宽谱密度计相比,窄谱密度计有光谱的传输频带的宽度大约只有20nm。如果这些光谱区位于最大吸收波长的中心,窄谱密度计的测量就具有最大的敏感性。这样,这些测量可说有分析性,因为它们说明吸收物质在所选择最大吸收性的波长中的表现。不过,窄谱密度计在它们的传输频带中有死区。在这些死区,这些设备感受不到要测量的样本。这个的结果之一是:如果有两种油墨的光谱特性在死区内不同的话,那么窄谱密度计在50nm带宽之内感知这两种油墨可能是一致的,但在人眼看来就显得不同。为了将窄谱测量与宽谱测量相关联起来,用户必须知道所测量样本的光谱特性。
有些人喜欢用窄谱滤色片,因为它们测量油墨墨膜的一定的厚度差时能产生更大的数字区别。使用窄谱滤色片的测量系统也对灯具和光接受器的差异不那么依赖。不过,一些测试表明窄谱密度计的信噪比(窄谱密度计的信号处理系统必须感受的光量以便能显示密度确实差别)并不像宽谱密度计的信噪比一样好。而且,要增加频带透过敏感性区域的感光度,就要损失敏感度窄谱区域之间的死区中对样本变量的敏感性,这样,使用窄谱滤色片的密度计就不能与人眼观视有很好的相关性。 

图4A:印品上黄色实地的光谱反射和滤色片的透射率(包括红外透过的滤色片)。

图4B:印品上品红色实地的光谱反射和滤色片的透射率(包括红外透过的滤色片)。

图4C:印品上青色实地的光谱反射和滤色片的透射率(包括红外透过的滤色片)。

该用哪一种密度计?

通过改善标准和电子器件,宽谱密度计现在对记录光的少量变化有很好敏感性,重复性也很好。可是专家建议有些制造的领域(特别是要制造的产品上要测量的颜色是已知的)应该使用窄谱密度计,专家还建议印刷、出版、包装和其他测量及控制应用中窄谱密度计不好用,因为可能得不到数据。这些专家推荐使用宽谱设备。

第四节 偏光滤色片的解释

偏光滤色片及用途

在20世纪50年代末,20世纪60年代初,美国印刷技术基金会(GATF)调查了在反射密度计上增加偏光滤色片来测量湿油墨的情况。这种革新的目的是使测量湿油墨时能得到与测量干燥油墨时相同的读数(前面提到的光泽或光滑的表面就像是湿油墨,会产生镜面反射,因此密度值比较高。)
偏光滤色片有时得到密度值的减少现象类似于在干迹(dryback)时产生的密度。不过,它们在预见干燥油墨墨膜密度时是无效的,这是因为:
·湿油墨干燥后光泽的程度不同,这样湿油墨和干油墨并不存在可重复的相关性。
·有不同的光泽和不同的外观的干燥样本对人眼的读数是一样的。
大家知道偏振光能够消除部分镜面反射的效果。在开发偏光滤色片时希望能够模仿印刷油墨的镜面反射或有光泽的成分,在油墨还是湿的时候进行密度计测量。不过,因为0°/45°密度计本身也不能(至少也是减少)检测到镜面反射,这样的密度计使用偏光滤色片没有必要也没有效果。
印刷工人常常以为带偏光偏色片的密度计能预知干迹(dryback)的结果——湿油墨被吸收而失去一些或全部光泽的现象,因此也降低了有效密度。事实上,偏光密度计并不能够预知干燥后的结果。

第五节 使用密度计

应该将纸张定为“零”吗?

不该。将纸张定为“零”指的是测量要用的未印刷纸张样本的密度值,然后调整密度计,使其能在后续的密度测量中自动从读数中减去这个纸张密度值。由于纸张密度和纸张颜色在图像复制时是重要的组成部分,它们应该包括在密度测量。因此,密度计不该将纸张定为零。

将纸张定为“零”的缺点

在纸张定为零的进行测量没有错(这样能够警告测量人员他测的相对值而不是绝对值),不过,在这么做时就已经存在了重要的缺点:
1.在将纸张定为零时,用户自动放弃纸张的值。这很重要,因为纸张的颜色事实上是我们在观看印品时看到的颜色(套版色油墨是透明的,实际上作为滤色片过滤从纸张反射出来的光,再回到观视者的眼睛)。有关纸张的红滤色片、绿滤色片和蓝滤色片,以及视觉滤色片密度在查找故障或给印刷或印刷工艺做特性化时是极为有用的。
2.现在的研究已经知道实地油墨墨膜层下面的纸张密度与同一张纸上未印刷部分的纸张密度是不同的。因此,从密度值中减去纸张的密度(将纸张定为零)并不能准确地展现油墨墨膜本身的密度。纸张密度与油墨密度并不相加!

如果将纸张定为零并不是个好想法,为什么大家还是这么做?

在最初开发密度计时,目的是做出一台低成本、足够简单能供印刷人员测量,而且测量要印刷在纸张上的油墨相关数量能够足够有效的仪器。这些最初的密度计因此相当简单,对这个目的相当有效。当时的测量相当粗糙,测量低密度时非常不精确,这有很多原因,包括视差和设备显示的指针漂移。纸张密度的测量因此从来就没有精确过了,仅仅改变看密度计的显示角度或只是过一会儿再看,变化的范围就能从0.00到0.20。这是一个原因,另外,由于用户使用这些早期的密度计只是要相对地测量纸张上的油墨墨量,其通过排除已知数量的纸张密度来测量印刷图像是有意义的。因此在使用时给纸张取零也相当于每次都“校准”了设备,使用户更好地理解油墨的相对数量。
与这些早期设备相比,今天的密度计非常精确,能够以±0.01以下的公差来测量密度。而且,今天的密度计可以精确地校准,(通过所有的滤色片)测量纸张的密度有很好的精度和准确性。因此不再需要给纸张定为零,因为这事实上也减少密度计的用途。

在用密度计测量时是否有要排除纸张密度的情况呢?

现在给纸张定为零并不是说用户不必从读数中减去纸张的密度。从读数中减去纸张的密度的一个例子是以墨莱-戴维斯(Murray-Davies)公式计算网点面积/色调值。在使用这个公式时,我们要从实地密度和加网色调的密度中减去纸张的密度。出于更好沟通的目的,要遵守这个惯例。另一个减去纸张密度有意义的印刷品属性是四分之一调的密度。四分之一色调的密度减去纸张密度(四分之一色调区域的相对密度)能更好地说明印刷油墨的影响,或是色相本身,因为测量得到的密度大部分来自纸张。不过,如果测量是绝对状态并将纸张密度包括进来时,实地油墨密度测量,以及重要的印刷属性(如印刷反差、偏色和灰平衡)都与人眼感知印刷图像更好地联系起来。总而言之,如果使用密度计的目的是提供客观的测量,使之与印刷机操作人员实际所看的有很好的联系的话,测量就应该是绝对的,要将纸张的密度包括进来。用现代的密度计使用三滤色片测量纸张的在评估和监控未印刷纸张的质量(如相对的颜色和亮度时)也是非常有用的。

在测量并计算印刷属性时是否要测量纸张密度并将其减去?

就像前面所说到的那样,过去的密度计用户在测量实地密度的测试块时通常要减去纸张的密度。他们这么做是因为当时的密度计不准确,精度不高,而且纸张也不能可靠地被测量出来,用户在会怕出错的想法下要将其“定为零”,这样可提高测量的一致性。有了今天的现代化密度计,要不要这么做取决于你要得到的信息:
·如果只是为了评估油墨或其他色相本身在复制品上的视觉外观的相对效果的话,则减去纸张的密度。
·如果想知道有关纸张加上油墨或是其他色相的总体视觉影响时,则减去纸张的密度,因为纸张有密度和颜色,这会对图像的视觉外观有影响。印刷反差的计算就是要得到纸张和油墨整体视觉影响的一个例子。
·如果要进行通过惯例要减去纸张的密度的印刷属性计算,则减去纸张的密度。网点增益/色调值增加的计算和叠印计算就是要减去纸张密度的例子,(注意:从习惯上讲,如果不是所有的密度计,也是大部分现代的密度计在计算网点增益时会自动减去纸张的密度。)
建议所有的密度计用户(印刷品购买者、分色人员和印刷工人)对密度计测量的值有很好的理解,在用密度计测量时要遵守这个原则。

在沟通时是否要说明测量是绝对的还是相对的?
是!一些密度计的用户还在将纸张的密度定为零。在以这种方式进行测量时,他们使用“相对密度”、“相对印刷反差”等一些技术术语,而不是说包括纸张密度时说的“绝对密度”、“绝对印刷反差”等术语。重要的是要说明测量是“相对的”还是“绝对的”,因为许多人假定这些测量是绝对的,除非另有说明。

在测量印张、打样样张、脱机打样样张和其他材料时的正确背衬
在测量印张、打样样张、脱机打样样张和其他材料时,正确的背衬是黑色的,而不是灰色的或白色的。ANSI/ISO 5/4-1983-ANSI PH2.17-1995“反射密度计密度测量时的几何条件”定义了反射密度计测量时的几何条件。这个标准中包括了下面的综述:

有必要指定在确定反射密度时样本背后所用材料的特性,以便没有疑问地定义测量。对于ISO反射密度,ISO 5的这一部分要求背衬材料对光谱是没有选择性的、漫射反射(没有可察觉的镜面反射),具有的反射密度值为1.50±0.20,这个选择可减少背衬材料带来的对读数的影响。这对于度量衡的目的以及过程控制的目的是很重要的,因为摄影、印刷和出版中使用的许多样本一般并不是完全不透明的,在材料的反面印刷或成像的图文会影响测量的结果,有时影响相当地大。


根据修订的文件,选择黑色背衬出于几个方面的考虑,其中包括:

  • 1.黑色的背衬减少了测量的变化因素。这对于度量衡的目的以及过程控制的目的来讲是重要的,因为印刷、出版中使用的许多材料通常不是完全不透明的,纸张反面印刷的图文会影响测量,有时影响还相当大。PSI协会的研究说明,事实上,对透射密度1.00以下的材料的测量会受到不同背衬和纸张背面所印的图文的影响。
  • 2.从光谱、密度和物理需要的观点看,密度大约为1.50的背衬会大大减少与保留背衬有关的问题。
  • 3.使用黑色背衬可以直接从密度读数计算吸收系数。
  • 这个标准也提出在印刷业中,样本通常要在背后衬上两三张同样的材料后再进行观视。这个标准认为没有理由说由承载图像的材料和基材组成的密度样本的ISO密度不能一起读出,虽然也不能将图像层和材料合起来的读数和不是图像层本身的读数等同起来。

背衬的有关情况

对不使用标准背衬材料导致的对测量变化因素的影响随着纸张越来越薄、透射密度值越来越低而增加了。PSI协会在这方面的初步研究表明,对于印刷纸张来说,用白色背衬和黑色背衬测量纸张的密度差,随着支持的透射密度从0.3增加到1.2,从0.07下降到0.002。这个数据说明基材的透射密度和同样材料从黑色背衬和白色背衬所取得的测量值的差异是指数的关系。这个研究中所用的白色是无选择性的白色陶瓷包覆于钢上的瓷砖,没有荧光,反射率为89%;黑色的背衬材料用的是符合ANSI/ISO要求的GCA BackStop。为了对纸张的透射密度值有实际的了解,PSI评估了几个印张,发现薄纸(如那些用于多联表格或是圣经印刷的纸张)的透射密度大约为0.30。20磅白色布纹胶版纸的透射密度值大约为0.60;80磅的涂料卡纸大约为0.90,120磅的卡纸大约为1.20。这项研究表明即使是相纸也有一定的相似情况,虽然它们有不同的曲线。

了解黑色背景能减少了测量的变动因素后,在下列场合中,使用标准背衬就很有必要了:

  • 仪器设定时。
  • 仪器校准(注意用于密度计设定时的校准测试条应该用黑色做背衬,因为这样的背衬是ANSI/ISO密度定义的一部分)。
  • 活件规格(例如按指定的目标点印刷一个活件),除非是指定不同的背衬。
  • 行业规格(例如产品的印刷类型,如杂志广告,能达到指定目标点),除非是指定不同的背衬。
  • 不同组织或不同的物理地点得到的测量值要进行沟通,除非是指定不同的背衬。

作为内部使用,例如在与打样样张或另一张机器印张相比较时,操作者主观地评估图像,黑色背衬能给印刷图像稍有不同的外观,这可能没有什么用。作为已经建议的标准,操作人员可在这些情形下要在纸张下放置一张或几张未印刷的纸张。
几个国际团体的成员已经提议开发一种标准的白色背衬。这种背衬的规格在定义下列参数时很有必要:

  • 颜色
  • 亮度
  • 表面漫射
  • 荧光
  • 密度

出于测量沟通的目的,使用白色背衬需要记录这些系数,使得测量的接受者在做这样的测量时要能理解。以度量衡学和用户的观点,当前的标准很实用,只使用黑色背衬(如已有的、已在使用的、符合目前ANSI/ISO的BackStop一类的材料)的简单性,与定义白色背衬不同意见认为开发标准的白色背衬无助于减少测量变量和用户社团对标准背衬材料的应用。
简要地说,印刷业在以度量衡和过程控制的目的进行颜色测量时应使用黑色背衬。这应该是标准的方案,使这些测量不受纸张反面印刷的图文的影响,或是受要测量的印张里面的纸张上的图像的影响;测量不该在印张叠放时进行。综上所述,如果密度计在没有背衬时进行测量,用户应该说明使用什么背衬,也要意识到这些测量应该会产生附加的变动因素。可通过比较同一张纸在标准黑色背衬下和没有背衬下的读数来确定变化有多大。

能用密度计测量印版上的网点区域/色调值吗?

能。不过数据的重复性和精确性有些问题。这是因为密度计计算密度信息是根据反射光进行的,由于目前所用的许多印版并不使用足够暗颜色的乳剂,印版的表面也不够亮,乳剂和背景之间没有足够的反差,印版乳剂和印版表面的测量属于比较不敏感,随后的网点区域和/色调值计算的重复性也不好。
如果使用反射密度计来测量印版,要注意到测量会受到以下几方面的特性和一致性的影响:

  • 曝光和显影的印版的印版颗粒的类型;
  • 曝光和显影的印版的印版颗粒的方向;
  • 曝光和显影的印版的印版乳剂颜色;
  • 曝光和显影的印版的印版表面的颜色。

由于这些特性通常随制造厂商和印版牌号的不同而不同,绝对的网点区域/色调值通常也随不同类型的印版而不同。即使是评估同一家厂商生产的同个牌号的印版,也会因为这四个特性的变化而使测量值产生变化。注意所用的密度计也可对测量的结果产生影响。
在测量印版时选择什么滤色片才能使印版表面和印版乳剂之间产生最高反差也很重要。要确定这点,使用所有四种滤色片(红、绿、蓝和琥珀/视觉)对曝光显影后的印版乳剂的某个点进行测量。在这四种滤色片中找出最高读数的滤色片,在测量这种牌号的印版时只使用这种滤色片,其他印版牌号和印版制造厂家的印版可能会使用有不同颜色的乳剂,因此可能需要使用不同的滤色片进行测量。
在这些限制下,行业的用户也报告说已经成功地使用反射密度计测量并控制印版网点区域/色调值,并以此用于过程控制目的。“相对的”指的是比较不同印版所做的测量,就像是前面列出的四种特性那样定义的,不同印版类型可能产生不同的绝对值,但在每个单独类型的印版是能产生可重复的值。例如,50%软片网点可在给定的阴图型印版上产生物理性的52%点子。反射密度计可能会将此测量成57.5%的网点。不过,密度计应该能够将同一种印版上的这种调子测成57.5%的点子,不同的时间、印版和印版之间都能一样,成为使用这种测量方法得到正常的变量。在不同牌号或不同厂家生产的阴图型印版上,印版上52%的点子可能会被测成55%的网点,即使第二块印版上的实际物理点子等同于第一块印版上的物理点子。只查第一块印版,密度计用这种方法测量的话,总是将这种调子的网点测成55%的网点,不同时间,印版与印版之间都会相同。因此要说一种印版测量比另一种印版测量更精确是不正确的,因为处理因素只是相对而不是绝对的确定印版上的色调值。
使用密度计来测量印版上的网点面积/色调值的方法最好是:

  • 1.在软片/文件上的测试条上至少要有额定网点面积为50%的调子。加网线数和网点形状无所谓。这块测试条可以是已有印刷机彩色信号条的一部分。
  • 2.在要印刷的生产印版上用这个软片/文件测试条对印版曝光并显影。
  • 3.在显影印版时,测量:
    • 曝光显影后的印版表面(印版的非图文区域)。
    • 曝光显影后的印版乳剂层(印版的图文区域)。
    • 印版上曝光并显影的额定网点面积为50%的调子。
  • 4.对于每组三次测量,都要将反射密度计以三个角度(0°、45°和90°)放在印版的边缘。
  • 5.用默莱-戴维斯公式计算每种测量角度的网点面积/色调值。
  • 6.比较这三个值。这些三组计算的平均值就是这块印版的网点面积/色调值。这三个计算中最大的差异就是测量过程中的变化量。
  • 7.要比较测量密度计的影响,可用同样的测量方法对同一块印版以不同的密度计进行测量。
  • 8.要理解制版过程中的变量,用同样的密度计进行测量,不过以常规的基础测量印版样品。
  • 9.使用视觉测试条(如前后是加网的调子的GATF网点增益刻度Ⅱ)交叉检查这些可比较的密度计的测量结果。如果平均的密度计测量确实与GATF网点增益刻度Ⅱ不同,最好是做更细的评估。如果两种测量方法类似,它们会互相增强。
  • 10.如果将这些从密度测量所得的网点面积/色调值与尽可能成熟的方法得到的印版上实际的、物理的网点面积作比较,请与GATF或RIT等组织联系做分析。

可以使用其他方法测量印版吗?

可以。除了使用密度计,还有其他用于测量印版的方法:

  • 1.计算通过图像扫描装置以一定灰色调层次成像的印版半色调点照片上的像素。这种办法类似于平均加网调子的密度但用的点子数比较少,这取决于图像扫描系统的分辨率。
  • 2.使用成像在印版上的半色调的显微镜图片,用计算机程序或人工方法画出这些网点的轮廓。然后计算在轮廓点内部的面积。这种方法,在本身就很精确,但对操作者的依赖很大。
  • 3.以前这种方法要采用印版的显微照片,由操作人员使用求积仪手工描出网点的轮廓。然后由求积仪计算轮廓点子内部的面积。一般要画出四到八个点子,计算平均的面积,如果操作人员有时间测量就能尽可能多地多描几个点子。事实上,Yule和Nielson在推导工程“经验”系数(在这项研究中将其称为“n”值)时用的就这种人工方法。

这三种方法(密度计、电子印前和手工)各有优缺点,其都是以要测量的那块印版上的一部分为基础的。重要的是知道这些方法都不能做到下面几点:

  • 不能进行绝对精确的印版测量,因为有许多影响测量的因素。
  • 不能预先得知印版上要测量的半色调将印成什么样子。

不过,这三个方法都能用于过程控制的用途。而且,在写这本书时,行业内研究印版测量的话题也逐渐多起来了,制造厂商推出了新的经过增强的印版测量设备。出于这个原因,一些方法和一些指定的测量设备会比其他方法进行更精确的测量。对于哪种方法是最好的,或是比其他方法能产生更精确的结果的提法要谨慎对待,要通过测试印版和工艺来验证制造厂商所说的设备优越性的提法。事实上,用户最好是交叉检查不同的测量方法,以便更全面地了解测量设备的准确度和精度。

用密度计来测量网点增值益/色调值增加

网点增益/色调值增加是机械性(物理性半色调点增大)和光学效果的共同作用。在使用密度计时,网点面积/色调值是按加网色调吸收的光量与实地吸收的光量之比来计算的。网点增益/色调值增加只能通过已知的软片/文件型测试条的网点面积和印刷的或成像的同一测试条的网点面积/色调值之差来计算。

印品上的网点面积/色调值-软片/文件测试条的网点面积/色调值=网点增益/色调值增加。

印品上表观的网点面积/色调值可使用许多密度计已有的自动功能或使用下列反射密度值手工测量:

  • 印品的纸张背景的密度
  • 位于靠近测试区域(如50%的中间调网点)的颜色实地块的密度,
  • 印刷网点调子的密度。

然后使用默莱-戴维斯公式计算表观网点面积/色调值:

  • TV(%)=(1-10-Di)/1-10-Ds×100
  • Dt=网点色调的密度。
  • Ds=实地的密度。
  • TV=色调值/网点面积。

通过转换,总体网点增益/色调值增加是表观网点面积/色调值的增加量。举个例子,使用默莱-戴维斯方程,印刷的50%色调值测量为72%总网点面积/色调值,总体网点增益/色调值增加了22%。因此,22%网点增益/色调值增加并不意味着50%的点子增加了22%,现在测量像61%的点子(参见图5)。 

图5 网点增益/色调值增加测量的是增量。

测量不使用半色调的连续调图像

反射密度计和默莱-戴维斯方程同样可以用于监控和描述连续调打样样张或图像上的网点增益/色调值增加。部分是因为这个原因,美国印刷标准和国际标准制订小组在给整个色调复制过程中特性化时推出更精确的术语“色调值”(tone value)和“色调值增加”(tone value increase),代替原来的术语“表观网点面积”(apprarent dot area)和“网点增益”(dot gain),而不管这些色调值是按半色调成像,还是按连续调成像。数字式连续调成像技术的扩展使用更强调了更好地、更精确地描述这种现象的需要。

有了这些新术语的概念,就知道为什么反射密度计和默莱-戴维斯方程如此重要了。

由于密度计并不测量密度或是网点面积/色调值,而是从反射光的测量来计算这些特性。同样,密度计也不能直接测量网点面积/色调值或是网点增益/色调值增加。不过,通过使用默莱-戴维斯方程,印刷出版业习惯于用密度值计算理论上的表观网点面积/色调值和网点增益/色调值增加值。

尽管默莱-戴维斯方程过去的用法在只使用半色调的过程中不会产生误解,连续调成像技术的扩展使用需要默莱-戴维斯方程有更精确的表述。这种表述要求以基本测量方式来考虑默莱-戴维斯方程,这里色调值(表观网点面积)是按加网色调的吸收值与实地吸收值的比值来计算的。使用这种方法,色调值增加(网点增益)就是印刷或成像的色调值与所提供的软片/文件型的色调值间的差异。

与重新表述默莱-戴维斯方程同等重要的是如何描述要产生的计算值。
  色调值(以前称为网点面积)和色调值增加(以前称为网点增益)应该还是以百分比值来出现,唯一的变化是行业理解这些百分比值代表的是什么。因此,举个例子说,精确的、可以推荐的是将连续调打样样张看成是标有“25%色调值增加”的中间调,甚至这种打样样张并不使用半色调加网调子来作为这个目的。注意反射密度计的网点面积和网点增益功能并不需要在测量连续调图像时作改动,虽然用户需要以相当于“25%网点增益”来代替“25%色调值增加”来表述这些值。

密度计是“色盲”的吗?

不,事实上,宽谱状态T密度计通常用于精确地辨识颜色,虽然不像一般人眼那样看得那么精确。以下是原因的所在:
每种印刷的油墨(淡青、亮红、深绿等)都会根据青、品红、黄和黑油墨叠印后产生的墨膜来吸收和反射光。要测量叠印的实地或加网调子,用户可使用宽谱密度计的三种滤色镜(红、绿、蓝)计算叠印的主滤色片密度(滤色片能够产生最高的密度读数),次小滤色片密度(滤色片会产生最低的密度读数),主小滤色片密度(滤色片产生中等的密度读数)。通过记录这些值,使用简单的方程来计算能够绘在GATF色轮和GATF色六角上的偏色和灰度,用户将知道颜色的主滤色片密度、色相和灰度,可用密度计得到的数字来唯一地定义颜色。
这与色度计有什么不同的吗?色度计不使用密度值,而是用L*a*b*值来标识颜色,或一些类似的测量系统用来定义能够更紧密地与人眼的颜色响应相关联的颜色输出。

我该使用密度计还是色度计?
在确定该使用密度计还是色度计时,用户要考虑的一些因素如下:

  • 成本:密度计一般比较便宜。
  • 标准:状态T定义了标准宽谱密度计的响应(T-ref用作测量系统来检查是否符合标准——参见附录A)。CIE响应功能很好地定义了色度法,虽然也用了几个表示数值的系统(如l*a*b*、L*u*v*和L*c*h*),并有一种以前的并不是用户友好的方法来检查是否符合哪一种方案。因此,用户的色度计可使用L*a*b*值标识一种测量的颜色,其会与第二个用户用不同的色度计测量同一色块所得到的有所不同。
    这些对色度法的限制目前已经改变了。首先,通过印刷技术标准委员会(CGATS)的工作和CGATS.4-1993,CGATS,5-1993以及相关文件的出版,印刷和出版业现在有了以前不存在的适合色度应用的指南。另外,美国图像传播协会(GCA)已经开发并为色度计用户提供一个L*a*b*-Ref测试条,就像T-Ref测试条一样,这也是第三方的测试条,用于理解与CIE响应功能和测量变量有关的色度计。
    色度计技术在这段时间里也提高了。技术的进步提高了设备的准确度和精度,拓宽了这些设备在生产设定时的用途。这些进步使色度计和密度计成为分光光度计的简版。因为这些简版的分光光度计测量反射光时经过标准的很好的定义,因此各家厂商的产品都具有一致性和精确度,从这些光谱数据计算所得的密度值和色度值也是一致的、精确的。
  • 用途:对于测量印张间的一致性或样张与印刷机印张的相互关联性的印刷工人来讲,密度计可能是最好的解决方案。对于要知道印刷样张与一张透射稿如何相关的分色人员或是面临同样任务的印刷人员,色度计是最好的,因为使用织物或食品染料所得到的颜色的色域或范围能够与可能用到的印刷油墨的颜色相区分,因此能满足对一般颜色定义方法的需要。

有关密度计、色度计和分光光度计比较的论述,参见附录D。

信号条在印刷控制中的作用

人眼能够识别100万种颜色。套色版油墨(青、品红、黄色)加上黑色可产生大约4000种颜色。虽然密度计能够测量所有这4000种颜色,但这样的测量是困难的、高成本的。信号条可让印刷专业人员测量从这种呈色域和色调域中所选的样本,以计算主要的印刷特性,这样可简化彩色复制的测量和控制。
这里是信号条色块简化工艺的方式:

  • 测量青、品红、黄、黑油墨的密度,揭示了有关用于复制所有颜色的这4种基本色墨(不考虑专色)的信息。
  • 测量实地叠印成的红、绿、蓝色块,通过检查这些色块叠印的情况,可知道油墨在整幅图像上叠印的情况。要知道实地的叠印是最坏情况的例子,因为大多数半色调面积都有一部分纸张与第二色、第三色和第四色油墨相连接。
  • 测量青、品红、黄和黑版上25%、50%和75%的网点色调,可知道这些加网调子网点增益的情况。在考虑实地油墨密度和纸张密度后,这个信息能提供印刷机系统(包括印刷机、油墨、纸张、操作人员、软片、印版、橡皮布和其他因素)在彩色复制和色调复制方面的情况。

通过测量(及分析)这些所选择的信号条色块,我们能够以最优价格性能比的方法更好地了解并控制整印刷复制。

如果在印版上放不下信号条该怎么办?

专家建议说,每种颜色(包括黑版)的印版上至少要在某个地方有一个实地色块加相邻的75%加网色调块,哪怕是放在装订线亦可。这是因为好的印刷品要在印刷复制的暗调区域拉得开的。印刷反差的测量用的是实地和75%的加网调子,让我们用数字来定义这种印刷反差。

如果不可能在每个印刷活件都使用信号条的话,也可以在尽可能多的活件上使用信号条,或是在定期的基础上,如每个月用一次。也要考虑到从定期基础追踪印刷机的性能。它可让你的客户在评价正印刷的活件时有机会挑毛病之前搞清楚复制上的问题。记住:做了测量比不做测量要好。

印刷反差及其重要性

印刷反差是暗调反差的量度,它是观视者能够在复制品的暗调区域辨别印刷色调的程度。印刷反差的计算方法是比较四分之三调子区域(通常是70%或75%加网色调)和实地色块之间的密度读数差别。公式是:

  • PC(%)=(Ds-Dt)/Ds×100
  • Ds=实地色块的密度(包括纸张密度)。
  • Dt=四分之三调子的色块(包括纸张密度)。
  • PC(%)=印刷反差,单位为%,例如25%。

美国图像传播协会(GCA)印刷特性委员会的研究认为,在5号磨木浆涂料纸上使用热固型卷筒纸印刷工艺印刷时,印刷反差值在25以上的印刷品对应的是观视者认为优质的印刷品。
印刷反差因此也是个要测量的很有用的印刷属性,原因如下:

  • 印刷工人和分色人员认为它很有用是因为它在色调曲线上的一个重要的点上提供图像的色调复制情况。
  • 印刷机操作人员(不管有没有用到客观计算的印刷反差)在操作印刷机时要尽可能多地在实地加墨,同时又要使暗调区域拉得开。这个操作基本上通过调整油墨和水的平衡来控制,可进行客观的测量,并用印刷反差来描述。
  • 印刷购买者(无论他是否认识到他们以视觉评估印刷反差)使用印刷反差来确定印刷质量。有高度印刷反差的印张有丰富的、有深度的暗调区域和拉得开的中间调和四分之三区域,显得有三维的特性。相反地。印刷反差值低的图像通常也称为“平”。

印刷反差值本身提供大量的工艺信息,如:

(1)油墨层的密度,

(2)四分之三调子区域的网点增益;

(3)增加油墨密度而在中间调的复制不会发生网点增益的印刷能力。例如,如果印刷反差值增加了,就可能是实地油墨的密度值增加了而四分之三调子的密度没有增加(其意味着色调值增加/网点增益),实地和四分之三区域的视觉反差增加了。同样,印刷反差的下降说明密度增加了,四分之三调子的网点堵版了,图像复制变平,实地和四分之三调子之间的视觉反差减少了。

注意到印刷反差值并不描述所有图像间的绝对关系。而是,印刷反差值根据生产经验提供优质印刷品的识别方式。例如,高反差或低反差的图像(如北极熊在雪地上)仍然会有最小的反差,而不管印刷时的印刷反差是多少。

在操作中用哪种密度计最好?

现代的密度计都适用于你的操作。最近15年里(即1985年以后)的密度计制造厂商都能算是现代的。现代的密度计大多(如果不是全部的话)具有以下的功能:

  • 固化电子元件(如果密度计使用真空管就该换了;这些管子会产生波动)。
  • 数字式读数(如果密度计用的是模拟类的仪表来记录密度值就该换了,因为操作人员解释模拟的读数时会有主观的偏差)。
  • 符合ANSI/ISO几何学和光谱规格。
  • 易于校正或标准化的过程。
  • 可通过EIA RS-232接口与计算机联接。
  • 使用可调节的或脉冲式的卤素灯。
  • 电池操作或有长的柔性的电源线。
  • 如果是便携式密度计,应该足够轻便地在厂区内移动和使用,而不会扯伤。

在购买密度计时我该问些什么?

在与厂方的销售人员讨论密度计的购买时,你可就下列问题(除上述所说的)提问并得到有用的回答,以便加以比较:

  • 在正常的电池充电周期内密度计能测量多少次?
  • 密度计在电池快用完时读数会改变吗?
  • 光源是标准的A2854K照明吗?(虽然你无法检验密度计是否符合标准,但可以通过用视觉比较密度计的光源与小型卤素灯的闪光灯来看到大概的差别。)
  • 密度计多长时间要校准一次——每日、每周、每月一次或数次,或是还有别的校准周期?
  • 密度计的校准随着换灯具而进行吗(不是“0”)?
  • 密度计能连接到计算机上吗,联接时的说明完整吗?
  • 密度计(如果是宽谱的)测量标准测试条(如T-Ref)的精确程度?密度计在读T-Ref测试条时的准确度是由制造厂商指定的吗?而且,厂方指定的密度计重复性是多少?
  • 如果密度计从桌面高度(约74cm)上掉下来后其寿命如何?
  • 制造厂商或分销假商的维修/替代的政策如何?谁用过这类密度计?
  • 更换密度计的灯泡方便吗?
  • 密度计的光孔直径是多少?密度计的光孔直径要大得足够精确地进行印刷特性的评估,又要小得足以测量信号条和其他印刷测试条。注意:如果用小孔径的密度计测量用粗网线印刷的图像,读数会比较不准确,重复性也小(参见附录C)。

上述问题的大多数的答案不管是错或对,只有在与其他密度计比较性能和价格,并只有严格地评估你所要的性能后才能做出。不过,你应该不要轻易对待这些点。

密度计对表面不平整的敏感程度
符合ANSI/ISO标准的密度计对测量表面是相当敏感的。虽然这些标准要求密度计测量要在硬的、平的表面上进行,用户有时要在软的易弯曲的表面(如一堆印张)上测量。要知道不平的表面对密度计的“Z”或上下位置的稳定性是否有影响,可按下列步骤进行:

1.在硬和平的表面上给密度计调零。 2.在硬的表面上测量平整的信号条或其他测试条,记录下测量值。
3.用卡片或其他类似的材料垫起密度计,对同一信号条或测试条进行测试,记下第二套测量值。
4.用文件卡片或其他类似的材料部分垫高的密度计测量信号条或测试条,记下第三套测量值。(参见图6) 

图6 符合ANSI/ISO标准的密度计对表面接触的微小变动很敏感。

特别是在密度计完全垫高或部分垫高时测量有微小的变化,可能对表面的不平整相当敏感,按ANSI/ISO标准指定,密度计的倾斜不得超过5°的角度。不能符合这个标准的密度计不能很好地对表面进行聚焦,会对密度计读数的整体偏差产生影响。使用不符合标准的密度计的结果就是在印刷密度或其他属性有微小变化时,用户没有足够的信心来确认。

第六节 密度计的改进

密度计有什么改进?

在近5年到10年里密度计在很多方面得到了长足的进步。根据美国图像传播协会(GCA)对广告代理商、出版商、分色部门、印刷厂、供应商和制造厂商的调查,这些改进包括以下几点:

  • 反射标准ISO 5/3(状态T)现在用来定义反射密度计的光谱产品。制造厂商现在有标准可以瞄准,用户有数学的定义,由此非中性样本的绝对密度可以通过测量美国标准和技术研究所(NIST)授权的测片来确定。
  • 电子精确度和元件的控制性(包括更好的传感器、光源和滤色片安排)使今日的密度计有更一致的测量结果,光电倍增管被光电二极管和硅平面传感器所替代,后者能提供的线性和稳定性是用光电倍增管几乎不可能达到的。滤色片夹层是密封好的。FET放大器在稳定性方面提高了至少一个数量级。
  • 数字式电路也提高了密度计的精度、可靠性和一致性。这些电路缩短了热机时间或者不再需要热机,更重要的是,这缩小了热引起的读数变化,因为相电压的波动并不影响固化的机型。现在的密度计更加稳定,操作时测量噪声减少(有些密度计有10倍的放大,这样可以读到小数点后三位的数字)。新的密度计可在更长的时间后再校验,这样在工作班次中频繁校准的要求减少了。密度计现在对维护的要求更少,更成熟,更不容易出故障。
  • 有了适合反射密度计的小型钨丝卤素灯,能提供更亮、更稳定的照明。·数字式读数显示使读数更精确,更易理解。读数区域本身经过重新设计,减少了眼睛的疲劳。数字式读数所提供的分辨率充分利用了新型密度计非常线性而稳定的可能性。
  • 密度计的设计使测量头更舒适,电源线放在机背的中央,这样可很容易地使用左手或右手操作。
  • 密度计的校准总是最大的问题。新的密度计易于校准的性能(现在是用户友好的)是密度计最重要的优点之一。
  • 微处理器类的增强功能扩展了密度计能够执行的范围和分析功能。这些增强的功能包括直接读出网点面积百分比、叠印、偏色、灰度和效率。这些增强功能还有编程功能、存储能力和与计算机联机进行分析的能力,能快速而精确地提供信息,使密度计易于操作。密度计容易清零,能更容易地改变测量密度和测量网点增益的模式。
  • 密度计的便携功能更好。
  • 数据通信能力现在也成为可能,可直接将数据输入到计算机化的系统里,可以使用以前读数的数据库进行软片和打样样张的评估。大多数密度计也可联接打印机。
  • 有更小的和更宽的测量孔径作为选项供选用。
  • 有将反射和透射的能力组合在一起的设备。
  • 现在也有能同时通过视觉滤色片、红滤色片、绿滤色片和蓝滤色片测量的能力。

这项调查也显示出窄谱密度计没有推出什么新的改进。

第七节 标准和符合标准的校准

ANSI/ISO标准

1984年批准的ANSI标准PH2.18/ISO标准5/3“密度测量:光谱条件”定义了一套数字,指出标准光谱响应为:

  • 状态A:定义了测量感光产品(如照相像纸、35mm幻灯片和使用直接或投射的方法来进行视觉显示的透射稿)的响应函数。
  • 状态M:定义了测量印前的软片的响应函数,包括要印在像纸上的照相制版软片,但是并没有直接观视,如用于制作彩色像片的中间负片。
  • 状态T:其定义了使用宽谱密度计测量的脱机打样、印刷样张和印刷机印张和其他印刷材料的响应函数。

密度计制造厂商和印刷出版领域的用户能够确定它们的状态T密度计是不是符合标准的唯一实用的方法是通过使用印刷的纸张测试条,这是美国标准和技术研究所(NIST)通过的。美国图像传播协会(GCA)的T-Ref测试条适合这种规格(参见附录A)。

ANSI的IT2-28子委员会也制订了一个窄谱的响应标准,称为状态I,而使用47B宽谱方案的密度计的标准称为状态E,还有其他一些与印刷和摄影密度计、色度计和分光光度计相关的标准。

DIN标准
德国标准制订的组织——德国标准研究所(DIN)也制订了密度计的标准,DIN标准16536,名为“印品的彩色密度测量:反射密度计对测量设备的要求”,包括3个部分,所用的术语、彩色密度测量设备的要求和测量步骤。与美国的标准(ANSI)和国际标准(ISO)相比,DIN的文件中不含有响应标准。
从DIN标准的译文中可以看到,这个文件指定了测量的几何学、给样本照明的光源类型、光接收器、测量滤色片、测量值显示给观察者看的方式、测量域的大小、设备的线性化和测量的校验方法。
DIN标准的摘要如下:

测量几何学
45°/0°或0°/45°,±5°,在测量纸张一类材料时推荐使用带圆环的系统。

  • 样本照明用的光源
    照明A(2854K±100K)
  • 光接收器
    光电接收器必须是“在380nm到720nm之间……足够敏感。靠近红外线(大于720nm)的敏感程度应该用红外线阻断滤色片去除。”
  • 测量滤色片
    测量滤色片在光路中可位于样本之前或之后。(注:ANSI/ISO反对滤色片位置这个选项方案,因为这个变异会产生潜在的测量差异。这个差异产生的影响在DIN文件中称作“不合理的”。)
    滤色片的彩色密度作为使用吸收滤色片(其中一个例子是雷登滤色片)的“光谱加权”方案进行的测量。这个加权有用作像ANSI的状态响应函数的光谱产品的扩展功能,但是与ANSI不同,只指定滤色片响应,而不是整个仪器的响应。对于滤色片彩色密度的测量,DIN指定的是:
    • 测量黄色:使用峰值为430nm±5nm的蓝滤色片,40nm最大带宽有50%的透射率,在80nm处有10%的透射率(参见图7A)。
    • 测量品红色:使用峰值为530nm±5nm的绿滤色片,60nm最大带宽有50%的透射率,在100nm处有10%的透射率(参见图7B)。
    • 测量青色:使用峰值为620nm±5nm的红滤色片,在适当的位置有红外线抑制功能,50nm最大带宽有50%的透射率,在100nm处有10%的透射率(参见图7C)。
      滤色片必须在由DIN定义的光谱颜色密度的±0.1密度单位里也能测量。
      “光谱颜色密度”一词在过去用于单色的测量,其是色彩透过率、反射率或一个波长密度值的评估。使用分光光度计得到的值在DIN标准中被认为是单色的或是光谱的。要测量光谱彩色密度,DIN是这样指定的:
    • 测量黄色:使用峰值为430nm±5nm的蓝滤色片,20nm最大带宽有50%的透射率,在30nm处有10%的透射率(参见图7A)。
    • 测量品红色:使用峰值为530nm±5nm的绿滤色片,20nm最大带宽有50%的透射率,在30nm处有10%的透射率(参见图7B)。
    • 测量青色:使用峰值为620nm±5nm的红滤色片,在适当的位置有红外线抑制功能,20nm最大带宽有50%的透射率,在30nm处有10%的透射率(参见图7C)。

DIN文件没有给出考虑到密度计设计在测量光谱颜色密度时应该采用的设计方针。这是关键的,因为即使是分光光度计在实践中也不能以精确地单色方式进行测量。因此,两台无法仔细设定和校准的分光光度计对单个颜色能产生不同的“单色”值。最后,为了保证密度计以特殊的方式感知光,DIN标准还不足够,因为至少要指出一个密度范围被排斥的,称为“decade”,在要测量的最高密度值之外。因此,在印刷和出版应用场合时使用反射密度计,重要的是指定密度计如何感知3.0的密度。

图7A 黄色实地印刷品的光谱反射密度和要测量滤色片彩色密度和光谱彩色密度的DIN滤色片的透射率(包括红外线阻断滤色片)。
图7B 品红色实地印刷品的光谱反射密度和要测量滤色片彩色密度和光谱彩色密度的DIN滤色片的透射率(包括红外线阻断滤色片)。
图7C 青色实地印刷品的光谱反射密度和要测量滤色片彩色密度和光谱彩色密度的DIN滤色片的透射率(包括红外线阻断滤色片)。
图7D 能满足DIN标准但不产生一致的青墨读数的滤色片。

测量值表示给观视者看的方式
密度计应以直接数字的方式显示密度值,显示到小数点后两位,如1.61,0.53,0.95。

  • 光孔的大小:密度计的光孔直径应该是3.5mm,虽然指定3mm为绝对的最低值。这些直径是以60线/cm的加网线数(150线/英寸)为基础来来选择的。DIN解释说,对于较粗的加网线数,要测试孔径的大小。DIN也解释说,测量区域不得受测量点周围区域的影响,包括纸白。DIN也提出一种确定在周围的面积还没有开始影响读数时的可测量的较小面积的方法。与此相比,ANSI PH2.17指定最小的光孔直径是0.5mm。ANSI标准也指定照明的均匀性和测量孔跨度方向上的敏感性,并提出这些功能的不均匀性在测量不均匀的样本时会导致偏差;纸张就是不均匀的样本。DIN的文件没有提到这些因素。
  • 设备的线性:设备必须是线性的,用严格校准过的灰梯尺测试条测试时,偏差在±0.02密度单位内。如果灰梯尺测试条的变化为±0.02密度范围,用户可期待密度计的读数的整体变量与线性的偏差为±0.04密度单位。密度计在加滤色片也必须保持线性。
  • 测量校准:密度计可使用由其他DIN标准定义的理想白作为参考来校准。文件中解释在密度计的正确校准的情况下,或是与测量值一致的校准,密度计的线性图应该通过图的零点。

ANSI(不是DIN)提到的另一项测量方法过量照明的问题。ANSI PH2.17指出了测试条的照明区域要超过测量区域2mm。这个过量照明减少了由于材料表面以下反射引起的测量误差。这个效果在印刷出版过程中可能非常实在,因为其粗糙的表面、缺少硬的反射性涂料(这在像纸上很常见),印刷纸张的另一种物理性质让大量的光线从表面下反射出来。
不管DIN标准如何制订,还要考虑几点:
·其指定了等同于ANSI/ISO标准所描述的几何尺寸和照明条件。
  ·虽然标准中指定了成分(包括某些滤色片所选择的透射值),其仍然不是响应标准,这就是说不能精确指定密度计的光谱(颜色)响应是什么。对于用户来讲,DIN中所允许的偏差允许制造厂商要符合DIN标准,也要生产能够沟通密度值的密度计。这个允许的偏差也指的是不能开发有确定符合DIN时的值(如用T-Ref测试条确定是否符合ANSI/ISO)的检查装置。另一方面,可以使按DIN的规格制作的密度计事实上符合ANSI/ISO状态T的标准。检查是否是这种情况时的方法要使用T-Ref测试条。
  ·其给制造厂商有选择密度计中用哪一类型滤色片的余地,一套是宽谱的,另一套是窄谱的。结果是用户必须知道密度计中使用的是哪一套DIN滤色片(参见图7D)。

附录A:使用GCA T-Ref的步骤

状态A是有关宽谱密度计响应的ANSI/ISO标准,用来测量印张和脱机打样样张,T-Ref可让印刷出版业检查密度计是否由制造厂商按状态T校验过了。今天已经发行成千份,越来越多的用户找到能够有精度来沟通密度计数量的数值,保证它们能够使用状态T,有共同的语言。

附录B:标准光源

ISO 3664的草拟的国际标准(DIS)“观视条件:图像技术和摄影”正在投票,1998年9月评论期结束。这个文件一经表决就取代ANSI PH 2.30-1989,这个标准定义了印刷和出版业中使用的标准光源条件。标准中提到了光源的最小呈色索引(也称为CRI)、亮度(每平方米烛光数)、照度(lux)、均匀性(额定值的百分比)、光谱功率分布、关联的色温(卡尔文度)和周围的条件。
即使消费者通常是在室温下或日光下观看印刷品,这种光线可能较亮或较暗,或许也比标准光源是“较暖”或“较冷”,印刷生产专业人员使用这个标准是因为:

  • 1.5000K的标准光源落在人眼曝露于光的中心,是色平衡的白色光,不强调哪一种颜色比另一种好。
  • 2.印刷生产过程的色彩学专家必须用视觉评估、分析和比较各种彩色材料(包括透射稿和其他原搞、脱机打样样张和印刷样张)的颜色外观、密度和表面特性。商业光源不适合这些观视需要,因为这些光源在颜色上是不完善的(不是色平衡)。中性的日光是平衡的,但是它会不断的改变,因此也不适合。

这次提出的标准允许两个照明值:
对要求严格的印品做评估和比较,如在印前和印刷车间区域执行,照明指定为2000lux±500lux。以前印刷和出版业已经用这种照明评估印刷和打样的印张,工艺专家推荐继续采用这个标准。如果涉及到交付活件时的环境照明,用户也能在代理商的地点观视打样和印刷,但是这个非标准的观视条件无论什么理由也不得用作评估印品·出于美学的鉴定,照明条件指定为500lux±125lux。

“标准的”照条件不该是:

用5000K的光源评估彩色图像在色平衡上会逐渐改变,整体的光输出随着荧光灯的磷使用的时间而退化。用户怎么样才能检查光源启动后能与ISO标准保持一致?专家建议采用下列方法:
1.安装灯泡使用监测表,在观视系统制造厂商指定的周期内更换灯具。
2.使用光度计测量来确定光源的输出。这些表提供的以英尺烛光或英尺朗伯为单位的读数,可说明观视系统是否在规格允许的范围内。
选项:使用辐射色度计测量。不过,廉价的手持式色度计不能指出观视系统的绝对色度值或准确的相关色温值。这样的基准测量要有实验室类的分光光度计。也有作为快速检测是否光源系统能发出合适光的装置来销售的。这些装置由基于同色异构的概念的两个油墨块所组成,卡上的油墨在一种光源下显得一致,但是在另一种光源下却不一致。*
(*注意:专家指出,虽然这些装置在白炽灯或冷白荧光照明下并没有很好的呈色性能,它们在分析观视系统时没有效果。这些卡上用的同色异构油墨非常接近于相当宽的范围相关色温下的颜色外观,范围从4500K到7500K,假设光源有好的呈色指数。而且,在我们行业中单项最大的观视不足的原因是不合适的荧光灯维护,这些同色异构的装置测不出这种不规则。在考虑到这一点时,重要的是注意到ISO光源标准规格的5个条件:光的质量、光的强度、照明的均匀性、照明/观视的几何学,以及环境条件。这5个条件的目的必须满足标准的要求。使用同色异构油墨的卡片只能提到第一个条件,而且不是非常准确。)

随着时间的推移,T-Ref用户已经形成许多经过思考的问题,这里是问题的一些答案;如有其他有关校准的问题,请与美国图像传播协会(GCA)联系。

美国图像传播协会(GCA)的T-Ref测试条

美国图像传播协会(GCA)的T-Ref测试条用SWOP油墨印刷成的覆膜纸张测试条,让广告代理商、出版商、分色部门、印刷厂和材料供应商用来确定他们的宽谱反射密度计是否符合ANSI/ISO标准。在保证符合标准后,T-Ref测试条能够使用户比较不同密度计的数值。
虽然T-Ref测试条可以用陶瓷片或其他非印刷材料来制作,美国图像传播协会(GCA)的密度计小组(Task Force)有目的地选择用油墨印在纸张上的测试条,使读数从物理上与操作人员在生产设定中所遇到的情况相一致。

T-Ref测试条是如何校准的

在Southworth以前引用的文章里提到John Yuke的研究认为使用分光光度计可以用来校准反射密度计的测试材料。Franc Grum在他过早离去前让RIT研究公司和孟塞颜色试验室试着校准T-Ref,这是第一次试图将Yule的建议付诸实践的行动。在对分光光度计做了必要的调整之后(将这种最新的测量技术提高了一步),接替Grum当上孟塞尔颜色实验室主任的Roy Bern、RIT研究公司的Milt Pearson和PSI协会的WiIlliam Voglesong进一步改善了校准系统,以满足行业对一致性和精确度的要求。T-Ref测试条现在在Lucid公司进行校验,这是一家专门从事感光计校验、咨询和研究的公司。

如何让T-Ref适合生产的设定?

T-Ref用于让用户知道他们的密度计在实际情况下接近真正状态T宽谱反射的程度。T-Ref由青、品红、黄和黑色油墨所印成的样本,用11个读数校准ANSI/ISO的状态T响应,这个校准源于美国标准和技术研究所(以前是美国国家标准局)。用户用密度计检查T-Ref上的测量块,将这些读数与T-Ref的校验值相比较。如果它们不一致,用户应该恢复制造厂商的数据重新对密度计进行测量。通过使用T-Ref,用户能够随时保证密度计的读数尽可能的准确。

我的密度计的读数值与T-Ref值要多接近才行?

越接近越好。不过这是不可能精确定义的,因为其依赖于用户与密度计制造厂商在购买密度计时达成的协议。用户在用T-Ref测试之前要从这个出发点开始。

T-Ref的读数与ANSI/ISO接近的程度

小于ANSI指定响应的1%,起源于美国国家标准技术研究所(NIST),并得到美国图像传播协会(GCA)和Lucid公司的授权。T-Ref数的整体不确定性(其与ANSI/ISO标准)之差应该指定为T-Ref点的密度,T-Ref用计算机生成的标签规定的是这个点的密度)大于0.02密度计单位或2%。

T-Ref与SWOP的Hi-Lo的区别

T-Ref是仪器用的测试条;SWOP的Hi-Lo是打样控制的测试条。T-Ref测试条用于定期地检查制造厂商的宽谱状态T密度计的校准,让用户可以用密度计的数字读数来评估正在印刷的工作。SWOP的Hi-Lo测试条有高密度和低密度的样本,SWOP打样材料的密度值应该落在这个范围内。

SWOP对状态T的看法
1977年版的《热固型卷筒纸胶印出版物的推荐规格(SWOP)》中的第17页写道:
SWOP规格建议使用状态T密度计来测量过程控制参数,如密度、整体网点增益/色调值增加和印刷反差。

使用T-Ref的频率

要经常使用,根据密度计的使用情况、密度计所使用的环境,可安排为每天一次,每班一次或是每星期一次。在印刷车间或印前生产的环境下,温度、清洁程度、操作人员的人数还有其他一些因素等都是频繁使用T-Ref给密度计做校准的原因。在用户无法从现场活件上得到预期的读数时,也应该随时使用T-Ref。

T-Ref可用于各种工作吗?

是的。

我要用T-Ref校验吗?

回答根据制造厂商有关校验的说明而不同。原因如下:对于最终用户,从印刷和打样样张上读取状态T的数值时,密度计的制造厂商必须首先在密度计中建立状态T的响应。这要求使用最适应的滤色片、透镜、光路、计算机程序和机内其他元件。密度计会从它在厂里建立的校准值漂移开。为了提供一种方法使用户能够在发生漂移时进行调整,制造厂商要求用户经常校准,并提供说明书说明校准的步骤。
密度计的校准有时只使用厂方提供的校准瓷片就行了。有些厂商指定使用T-Ref上的黑测标和白测标来校准。从度量衡学(彩色测量学)的角度说,两种方案都能接受。而在校准T-Ref的黑测标和白测标时,T-Ref的值作为第三方检验密度计的响应不可缺少的;彩色测标用于校验符合状态T响应的设备。不过,无论什么情况,在重新校准时都要按照制造厂商的说明书进行,因为每个公司都为自己设备开发出校准的步骤。(注意:以比较技术的术语说,在白测标和黑测标的校准无论是在T-Ref的测标上还是在其他测试块上进行,都能用于建立密度计的光度测定的层次来。建立了这个层次后,光谱响应好的密度计就能在所述的公差范围内读出T-Ref上的彩色测标而无需进一步地调整。密度计可能会按照对单色做最小调整的方式来设计。)

如果在T-Ref的彩色测标上进行校准会怎么样?

这取决于密度计的情况:以状态T建立起来的密度计可以以T-Ref进行校验(黑色、白色和彩色),就能测量印刷品,提供状态T的值。有两个原因说明为什么用T-Ref的彩色测标校验并不是个好主意:

1.T-Ref是第三方用于检查密度计机内建立的状态T响应。全新的密度计(即使是标签上说密度计符合这个标准)并不能精确地读取状态T的的响应。旧的设备会因为硬件或软件的失效使密度计以状态T读取印刷品的能力有所改变。即使密度计的部件没有失效,各种设备也互不相同,各种密度计的元件也不相同。由于这些原因,用户需要T-Ref作为有保证的测试条来检查密度计。按T-Ref的彩色测标校准而不是按照厂方所说的校验说明,能防止T-Ref用作无彩色的检测。

2.T-Ref彩色测标的校准在某种程度上会有压缩密度计内部建立的响应。密度计制造厂商是以指定的方式进行设计以及建立要设备的校验的。不按照制造厂商的步骤会导致不必要的测量的偏差。特别是在对T-Ref的彩色测标进行校验时在油墨密度处于大约的0.80到1.70的中间调范围里可能不会影响实际的状态T读数,但是设备现在已经改变的曲线不能精确地测量较高或较低密度值的印品。

为什么我需要更换T-Ref?

这些材料可能会出现老化。要使T-Ref尽可能与油墨印在纸张上的情况相似,需要每日进行测量,美国图像传播协会(GCA)的密度小组认为T-Ref应该用SWOP油墨印刷在白纸上制成,在大多数使用情况下,其暗调落在白纸色相的中间。由美国图像传播协会(GCA)进行的综合研究与现在在Lucid公司、曾就任过ANSI IT2委员会的主任,负责过状态T的开发的Bill Voglesong所做的一致,说明在正常磨损的情况下,从T-Ref产生的状态T密度的有效程度为1年,可能还会更长一些。为了防止出现测量错误,密度计小组的成员同意保守一些,声明对读数正确性的保证在任何情况下不长于用户购买T-Ref后的12个月。因此建议用户每年更换一次T-Ref。为了使这个决定执行起来更容易一些,美国图像传播协会(GCA)提供以旧换新的打折措施。

在我的操作中如何使用T-Ref?

下面是一个建议方案,用其他方案也行:

首先,每家工厂(或是整个公司)指定一个人负责用T-Ref校准密度计。也可以每个班次或每个部门指定一个人来负责。

原因:不是厂里所有的人都有时间或相应的知识来校准并检查密度计的精确程度。而且,每个人(即使他们受过适当的培训,很精确地理解如何用T-Ref校验密度计)都会以稍微不同的方式来执行这项操作。让一个人专门负责这些功能将会减少这方面的偏差。

其次:即使你有不止一台密度计、不止一种校准片或T-Ref测试条,还是要选择一台密度计、一个校验片和一个T-Ref测试条,并用此作为母板来使用。

原因:密度计、校准片,甚至是T-Ref,都有可能在某种程度上有所不同,无论其偏差程度有多么小,通过只使用一个作为母板进行测量校准的过程能够排除另一个变化因素。

第三,要求指定的测量人员根据制造厂商的说明书用主校准样片校准主密度计,并用主T-Ref来检查。指派的测量人员然后只使用主校准片和主T-Ref来校准并检查操作中的所有设备。

原因:执行这个方案能够最大程度上排除由于采用不同校准片和操作人员产生的可能变化因素。

作为一个选项:由这个专门的测量人员使用主密度计读取厂内其他校准片,并注意到校准片的密度值,如果它们与校准片上已经的密度值不同。

作为附加的选项:这个测量人员可能使用已经用T-Ref校验过的主密度计来读取其他一些多少稳定的测试材料,如实地青、品红、黄、黑色印成的打样样张,加上打样基材的未成像的区域。状态T密度值然后可给这个第二测试条,其能够用于校验在厂内各个地点使用的其他的密度计。用这种选项,T-Ref仍然保存在桌子抽屉中,而第二测试条将在室外使用,测量人员要经常确认这个第二测试条不要偏离给定的值。
使用这个方法,可减少任何测量系统固有的变量,无论这个系统是密度计、色度计还是分光光度计。在这种情况下就是说你的密度计,如果它们是(1)由制造厂商建立的有状态T的响应,(2)由一个人根据制造厂商的说明书进行校验,(3)用单个T-Ref检查,都应该使你的密度计的密度在±0.02之内(有些会大到±0.03范围)。事实上,行业人士建议一组密度计预期的变量一般不会大于±0.02。

状态T密度计的变量会大于±0.02吗?

是,甚至在设备符合状态T响应时,也可能统计到大于此的变量,虽然情况不同。大多数密度计制造厂商都保证变量在±0.02之内,你的状态T的设备在最坏的情况下,读取T-Ref的密度为1.65的测标,作为1.60到1.70之间的某处的值,仍然符合标准。原因是:2%的1.65大于±0.02的密度值,因此是用来确定T-Ref变量的数字。这就意味着除了T-Ref固有的变量外没有其他的理由,合适地校准状态T密度计将这个测标测定为1.62到1.68之间的某处。加上±0.02密度计变量会扩展到变量从1.60到1.70的潜在窗口。
这很像一个大窗口,但要知道正确校准的设备不会看到这种变量,虽然这种情况下也是可能的。±0.05值是最坏的情况:合适校准过的状态T的设备一般读取的T-Ref在±0.02的范围内,或者也可能是±0.03。

有可能改善吗?

我们可能使这个±0.05最坏的情况变小?在这个测量过程中看到在多数变量是由操作人员和使用密度计的方法引起的,不仅是密度计自身或T-Ref(分析这种变量的详细内容,参看附录C)。使用前面提到的步骤,有助于减少变量。同时,有前瞻的密度计制造厂商正在努力减少这个由设备产生的变量。Lucid公司与美国图像传播协会(GCA)的密度计小组。也一致地按ANSI/ISO标准评估可能的改进,以及T-Ref生产和校验过程,以减少由T-Ref给这个过程产生的最小限度的变量。

什么是“整体不可靠”?

T-Ref数的整体不可靠在ANSI/ISO标准将指定作T-Ref点的密度和T-Ref计算机生成的标签提到的那个点密度之间的差别。与美国图像传播协会密度计子委员会合作的Lucid公司,美国标准和技术研究所和其他度量的实验室,已经取得精确的T-Ref读数,使它们不再超过0.02密度单位,也不超过由ISO 5/3:1995定义的真正的标准2%(可能会大一些)。
在技术术语中,不可靠是单项实验(精度)的变量和其他标准实验室(准确度)的变量。因此:
Lucid公司所做的T-Ref读数精度测试说明它们进行准确测量的可重复性。精度测量T-Ref校验重复性。T-Ref标签上注明的0.003的偏差说明T-Ref校准的精度。
Lucid公司测量T-Ref的读数的准确度测试说明它们使用现实世界的设备和材料测量T-Ref油墨点并以数学方式计算派生出的状态T的接近程度。(记住每个变量,包括用于校准T-Ref以及其他元件,如用于测量分光光度计NIST瓷片,分光光度计的每个硬件和软件元件。)准确度包括来自其他标准实验室用测量接受性程序(MAP)测试的平均变量,这个程序导入NIST瓷片的圆带测量,并分析这些测量值。
T-Ref值的整体不稳定性(0.02密度单位或2%)是读取T-Ref读数时的精度和准确度之总和。
用实际操作的方式讲,在T-Ref说明用视觉滤色片测量黑色点为1.65时,真正的数学产生的状态T值位于1.62和1.68之间的某处(因为±2%的1.65大于±0.02密度单位),虽然我们不能精确地说出在哪里,因为就是是材料引起的,测量是校准系统内固有的。相比较之下,大多数密度计制造厂商保证它们生产的密度计的读数本身的整体不稳定性为±0.02,测量已给的密度计的读数1.65不会因密度计中测量系统中的固有变量的问题而落在1.63到1.67的范围内。
取得T-Ref的0.02或2%的整体不稳定性的成就意味着T-Ref的值如果不考虑校样系统中性色的变量,已经非常接近于真正的状态T,不管给定的密度计是按状态T响应校准还是已经从保持这个响应上偏离开,都有极好的指示。

小结

我们在能够完成这个相当地紧凑的窗口、使这些内容考虑到密度计的性能的测量技术上迈出了一大步。而且现在正在进行的度量学研究正在进一步改进这个变量。要知道被广泛地被认为是解决这个变量的“解决方案”的色度计和分光光度计在使用中只有这些固有的变量,不会再多了。

附录C:确定密度计能力的方法

要理解密度计和操作一起引起的变量

用密度计测量是个过程。这个过程包括从仪器输入、操作人员、测试步骤、反射的标准和数据记录和报告。这些项目都有固定的变量,每一项都会对变量的累积产生影响,最终影响最后的密度计测量。密度计包括所有的这些输入值,必须考虑它们对变量的影响。密度计只是系统的一个组成。如果制造厂商提到密度计的重复性在±0.015以内(或类似的)公差,虽然是这么说,如果不指定这个范围包括由密度计测量系统的任何组成部分而不是密度计本身产生的变量,则还是会产生混淆。
用户要理解它们的设备和它们的测量工艺有多准确,精度有多高,他们应该用什么方法评估整个密度计测量系统中固有的变量。*(*负责制订印刷用密度计标准的ANSI的IT2-28委员会目前正在进行确定标准密度计能力的研究,就像在本附录中所谈到的,它们将让用户评估不同因素对密度计测量系统整体产生的影响。根据IT2-28委员会前主任William Vogleson在《GCA密度计指南》中先提出的材料,然后由PSA协会和现在由Lucid公司加入,这些研究检查了测量过程的变量,如操作人员和密度测量系统,这个测量系统的密度计部分和密度计的感光光度测定的部分。他们采用考虑是统计过程中控制(SPC)实践的一部分的统计分析技术。)前面提到密度计测量系统有3个主要的组成部分:

  • (1)照明系统;
  • (2)集光和测量系统;
  • (3)信号处理系统。也要记住每个部分的变量都会达到某个程度。测量能力的研究只会提醒你大于你应用目的的变量。它不指出要检查的装置在没有变化因素作用下操作。

虽然这些方法包括了有关密度计元件和测量方法的一些描述,用户可随着它们的过程需要的要求和经验的充实而采取其他的方法。例如,这些方法也可用来了解色度计变量,让用户研究密度计和色度计测量系统之间的不同。

  • 1.校准密度计,用T-Ref测试条检查,这样在生产设定中才能正常。
  • 2.使用有等同于校准密度的青、品红、黄、黑和白测标的T-Ref测试条或采用由制造厂商提供的测试条,每个测标每小时读3次,至少要测20个小时而不把密度计关掉。你不必在20个连续小时测量,只要在密度计不关掉的两三天里进行就行(由电源供电的便携式装置在测量期间会进入“休眠的”状态;如果使用充电器,这些密度计基本上处于“on”(接通)的状态下。)关掉密度计会产生一套新的变量。可以以任意顺序进行测量,建议采用白-黑-青-品红-黄,重复三次。
  • 3.用X直方图/R图分析这些数据。将这20组三次测量值(从统计学的角度讲,建议像这样最少使用20组数据进行统计分析)按图中的说明将每组数的平均值绘在图上,计算最大的和最小的控制极限和范围。每种颜色(白、黑、青、品红、黄)用一张X直方图/R图。
  • 4.产生的结果说明测量“系统”(包括操作人员和要评估的密度计)的不可靠性。例如,品红X直方图/R图的平均值(X-双直方图)可能是1.38,控制上限是1.44,控制下限是1.32,所有绘出的点都落在上限和下限之间。这就是说操作人员加密度计的整个测量系统的统计对品红色来讲是稳定的。注意这个例子中读数的范围宽于制造厂商所谈及的他们所生产的密度计的公差。这是操作人员加密度计的整个测量系统预期的,也是整体的、累积的变量产生的结果,这与密度计自身的变量不同。

这样你就知道操作人员加上密度计所产生的变量有多稳定,这就能理解操作人员和密度计测量测标时的实际密度值实际上应该在该点±0.06范围内的任意位置。如果操作人员使用那台密度计来测量印刷机印张,品红的读数为1.28,密度实际上可在1.22到1.34间的任意位置里。
这项技术能够让你比较:

  • 如果同个操作人员使用这两台密度计测量,并使用相同的测试条,就能比较密度计之间的差别。
  • 如果两个操作人员使用同一台密度计,并使用同一测试条,就能比较操作人员的不同。

了解密度计本身引起的变量

密度计在表面所放的位置(包括操作人员放置密度计以及他如何按下密度计的测量头进行测量)都会产生不同。这可通过研究位置和上下动作,或是密度计本身“Z”之形移动,来理解这个变量有多大。

  • 1.校验你的密度计,用T-Ref测试条检查,这样在生产设定中才能正常。
  • 2.从印刷样张或打样样张上裁下白、黑、青、品红、黄的测试条,将它们牢牢贴在密度计底座上的小孔上,检查并确保密度计测量头按下时孔能够完全被测试条所覆盖。
  • 3.让操作人员每隔两分钟按下测试头一次,直到获得至少20组三次测量读数(测量60次)。
  • 4.每种颜色(白、黑、青、品红、黄)都重复这个步骤。
  • 5.结果说明密度计测量系统中密度计部分各方面的整体不可靠性。

这项技术能够让你比较:

  • 密度计排除了操作人员放置密度计的影响后本身的差别。
  • 密度计之间的差别。

了解由环境引起的变量

纸张行业所用的光泽度测试仪的研究说明室温对设备的稳定性会有很大的影响。从设备设计的观点讲,密度计也类似于光泽度测量仪,也会受到影响。这项研究通过测量室温对变量的影响能够理解这个变量有多大。

  • 1.从统计的角度确认密度计测量头引起的变量有多稳定。
  • 2.开发出一种机构让操作人员通过遥控装置用计算机启动密度计的测量。这可让密度计的测量头在所有时间都处在“下”的位置,排除由于放置或上下动作引起的变化因素的影响,这个计算机程序可自行开发或购置。
  • 3.将密度计所在的房间里的室温设定在能够达到的最低位置,或将其移放到冷的区域。低温应该是房间空调可能达到的最低温度,或是在冬天里取暖不足或关掉暖气时的温度。
  • 4.在室温低时,让操作人员使用计算机每隔两分钟启动密度计光源一次,直到得到至少20组三个读数(测量60次)。
  • 5.用T-Ref或其他一些测试条对每种颜色(白、黑、青、品红、黄)重复这个过程,并使用X直方图/R图来分析。
  • 6.设定室温,使得密度计处于能得到的最暖和的状态下,或是将其移动到暖和的区域。这个高温应该代表室内取暖后可能出现的最暖和的环境,或是在夏天条件下空调不足或是关掉的情况下。
  • 7.在室内温度为高时,要操作人员使用计算机每隔两分钟启动密度计光源一次,直到得到至少20组三个读数(测量60次)。
  • 8.对每种颜色(白、黑、青、品红、黄)重复这个过程,并使用X直方图/R图来分析。
  • 9.比较两套X直方图/R图的平均值和值的分布范围,如果有的话,指出室温对密度计测量系统的影响。

WiIliam Voglesong建议用两种方法来增加密度计的温度而不必增加整个房间的温度:

  • (1)在密度计上拉上电热毯,通上电,温度不要太热。
  • (2)用几个亮的灯(如摄影室用的灯具)照射到密度计上。在各种情况下,都要记下密度计周围的温度。

了解由于周围环境的光线引起的变量

虽然照射到密度计周围的区域的光线通常不会影响到现代的密度计,这种光线对密度计的影响(如果它进入密度计里面称为“游离光”)会对测量的变化产生影响。要评估这种因素:

  • 1.用统计的方法确认密度计测量头引起的变量是稳定的,温度的改变也不会影响密度计的稳定性。
  • 2.开发出一种机构让操作人员通过遥控装置用计算机启动密度计的测量。这可让密度计的测量头在所有时间都处在“下”的位置,排除由于放置或上下动作引起的变化因素的影响,这个计算机程序可自行开发或购置。
  • 3.将强光照射在密度计上,或将其放在一直很明亮照明的地方。
  • 4.在周围环境很亮的情况下,让操作人员使用计算机每隔两分钟启动密度计光源一次,直到得到至少20组三个读数(测量60次)。
  • 5.用T-Ref或其他一些测试条对每种颜色(白、黑、青、品红、黄)重复这个过程,并使用X直方图/R图来分析。
  • 6.关掉光源,将密度计放在暗的区域,或是将密度计罩住。
  • 7.在周围环境很暗的情况下,让操作人员使用计算机每隔两分钟启动密度计光源一次,直到得到至少20组三个读数(测量60次)。
  • 8.用同样的T-Ref或其他测试条对每种颜色(白、黑、青、品红、黄)重复这个过程,并用X直方图/R图来分析。
  • 9.比较两套X直方图/R图的平均值和值的分布范围,指出周围环境光进入密度计后对测量的影响,如果有的话,还要指出周围的光对密度计测量系统影响的程度。

了解由密度计光度测定引起的变量

将密度计测量头按下的物理动作会产生变量。这个实验检查密度计照明系统、受光和测量系统、信号处理系统产生的整体变量。

  • 1.以统计方式确认由密度计读数头引起的变量是稳定的。
  • 2.开发出一种机构让操作人员通过遥控装置用计算机启动密度计的测量。这可让密度计的测量头在所有时间都处在“下”的位置,排除由于放置或上下动作引起的变化因素的影响,这个计算机程序可自行开发或购置。
  • 3.要操作人员使用计算机每隔两分钟启动密度计光源一次,直到得到至少20组三个读数(测量60次)。
  • 4.用T-Ref或其他一些测试条对每种颜色(白、黑、青、品红、黄)重复这个过程,并使用X直方图/R图来分析。
  • 5.结果说明密度计测量系统的光度测定部分的整体不稳定性。这项技术让你知道密度计光源测量部分不会从操作人员或按下密度计头时增加变量的能力。

了解什么时候应该重新对密度计进行校准?

在密度计没有漂移时重新校准密度计会增加变量,而不是减少变量;在密度计已经有漂移时不校验也会产生问题。专家义为重新校准是使用的功能(测量一定次数后)。要知道密度计的光测量部分的固有能力来保持校验,而不漂移:

  • 1.使用能让操作人员通过遥控装置用计算机启动密度计的测量。
  • 2.要操作人员使用计算机每隔一小时启动密度计光源一次,持续4天,不要关掉密度计。使用T-Ref或其他测试条的白测标来作这项能力试验的这个部分。
  • 3.只使用同一个T-Ref或其他测试条的黑测标重复第2步。
  • 4.用控制图绘出从白测标和黑测标得到的数据,在图上画出密度计的光度测量系统的控制上限和下限。
  • 5.在读数逼近、达到、超过白测标和黑测标的控制限,该图指出密度计应该重新校验的测量数目。这个能力的实验是适当的,因为漂移是密度计测量系统的能力,不是操作人员或测量头移动的结果。如果发现即使在4天里每个小时都采集数据,说明重新校验的需要不大,还可进行8天或更长时间的实验,来确定什么时候需要重新校准。

这项实验也可用于比较两种牌子的密度计,或是确定它们能够保持校准值的能力。

了解由光孔直径引起的变量

在反射密度计中,光孔直径大约从2mm至4mm,各有不同。虽然密度计的光孔直径在测量纸张上的实地测标时不是变量的主要起因,这个组成部分在测量半色调或加网调子区域的有较大的影响。这是因为光孔定义了密度计照射到印刷材料上并采集反射光线的面积。较小的光孔直径定义的是较小的印刷表面的面积,因为密度计在纸张上的位置的稍微改变,(参加图8)就会产生的读数的变化。光孔直径因此是由密度计加操作人员系统引起的变化的因素。 

图8 在用小光孔直径的密度计进行测量时,密度计位置的微小变动就会产生明显的测量变化。

要确定这个变量的程度,可用两台同一家公司生产的密度计,最好是各种情况下都尽可能一致,只是一台的测量光孔直径大约为2mm,另一个使用较大的光孔(如3.5mm或4mm)。然后:

  • 1.像生产设定那样校验两台密度计,用T-Ref测试条检查。确保它们都符合状态T响应。
  • 2.用生产中一般使用的加网线数(133线/英寸,150线/英寸,120线/英寸等)的印刷控制条选用50%的网点测标,先用大光孔的密度计测量,然后用小光孔的密度计测量,将大光孔密度计读数的记录在X直方图/R图上,将小光孔的密度计的读数记录在第二张X直方图/R图上。
  • 3.重复这一过程,用相同的操作人员测量同一块印有50%网点的测标。一次接一次地测量120次,其中60次测量(分成20组三个读数)记录在大光孔的X直方图/R图上,另60次测量也分成20组三个读数,记录在小光孔的X直方图/R图上。操作人员应把密度计放在50%网点测标上稍微不同的地方。120个读数可在一段时间里一个接一个地进行。不过,不需要每5分钟或按照指定的时间间隔来测量。
  • 4.分析两张X直方图/R图,比较这两台设备产生的平均值和值的分布范围。假定两台密度计是相同的(虽然它们非常相似,但实际不是这样的情况),50%的网点测标和操作人员都是一样的,这个结果说明光孔的直径对密度计加操作人员的系统产生的变量的影响程度有多大。

探索光孔直径影响测量系统程度的另一种有用的方法是:

  • 测量并分析25%和75%网点以及实地的测标。
  • 比较有不同加网线数或网点形状的测试条的统计分析。
  • 用不同的纸张进行这项实验,因为纸张的平滑度会影响结果(想想油墨是如何铺展到平滑的铸涂纸张的以及粗糙的新闻纸的)。

这里还有一个快捷的试验,没有统计级的那么严格,不过对光孔直径测量任意纸张-油墨-网线综合情况的影响仍有效果:

  • 1.用小孔径的密度计测1次50%(别的也可以)网点的测标,记下这个测量值。
  • 2.用小孔径的密度计测量10次同一色块,记下这些测试值,然后取平均值。记下平均值。(再将密度计放在同一色块的稍微不同的位置上,共测10次。)
  • 3.如果有大孔径的密度计,测1次50%(别的也可以)网点的测标,记下这个测量值。
  • 4.用大孔径的密度计测量10次同一色块,记下这些测试值,然后取平均值。记下平均值。(再将密度计放在同一色块的稍微不同的位置上,共测10次。)
  • 5.比较4个产生的值,其表明:
    • 用小孔径测量的单个读数与大孔径测量的单个读数不同。
    • 小孔径密度计多次测量的平均值与大孔径读数单次测量值接近。
    • 大孔径密度计多次测量的平均值与大孔径密度计的单次测量值不同。

考虑到光孔直径和加网线数,注意到随着加网线数的增加,光孔直径减少,光孔本身引起的测量能力没有明显的改变。这是符合逻辑的,因为较高的加网线数,每英寸有更多的点子,增加了小孔径密度计每次放置在测试条上测量同一加网纹样的相似性。*(*由GATF在TAGA ’89会上发布的研究表明,在测量新闻纸印品时,较大光孔能提供更一致的读数,在生产设定中,一般要强制性使用窄的(或一半大)的彩色信号条,这就需要使用有较小孔径的密度计进行测量。虽然大家意识到较小的孔径的对读数变化会产生影响,但使用窄的信号条和小孔径的密度计比什么都不用更有意义。罗彻斯特技术学院T&E中心的Franz Sigg用更高的质量纸对光孔直径产生的读数值的影响对纸张表面特性作了理论分析,他的研究认为,用2mm光孔直径的密度计测量85线/英寸时可能会有±2的变化程度,这就是说由于纸张的原因,50%的网点可能表现成48%到52%。专家评估平滑纸张上印的粗网线后报告说他们看到的只有±1%的偏差,也就是说,由于纸张自身的原因,50%的网点会在49%到51%之间变化。不过他们说,在考虑到所有可能的纸张和可能的密度计后,±2%也是有可能的。这对用户意味着什么?首先,在实际生产中粗糙的纸张应该用大光孔直径的密度计进行测量;其次,测量较粗糙纸张上的印品可看到一般引起的变量大于印刷在平滑纸张上印品的变量。)
注意到用较小的光孔直径进行的测量还是很容易受到诸如纸张平滑或粗糙程度、环状白斑和油墨层变量等因素的影响。这是因为较小的光孔定义并测量的是印刷材料或成像材料上较小的部分,对在要测量的较小区域上的这些印刷现象的影响要重要一些。
必须使用较小光孔直径的密度计测量粗线数的用户仍然可得到大光孔直径的密度计的测量精确性,这需要对控制条进行多次(至少3次)测试来取得。在进行这些测量时,每次都要将密度计在测试条上稍微偏移一下,或是在其他印刷区域进行测试,然后取其平均值。使用这个方法,可让较小孔径的密度计测量较大的印刷面积,模仿大光孔直径的密度计用一次测量时的测量的面积数量。
用户可使用这样的方法开发出一种另外的方法来。印刷技术标准委员会(CGATS)开发出一个标准的密度计,建议这些过程以及有关新的过程能力的评估。评估可直接写给GCA,100 Gaingerfield Road, ALexanderia, VA 22314,USA

附录D:密度计、色度计和分光光度计的一般特性

一些设备制造厂商和用户说色度计、分光光度计的测试比密度计的测试更准确、精度更高。Bill Voglesong(以前曾经在PSA协会,现在加入Lucid公司)对这三类测量技术做了总结和比较,列出了在实际中的操作、有关的优点和限制。

这三种测量技术共有的测量方案和几何学

分光光度计、色度计和密度计是有共同测量方案的光电仪器。它们都能测量脱机打样样张、印刷机打样样张、印刷机印张和其他物理样本的透射和反射能力。这些仪器都能将光线照射到(入射到)印刷样张或成像样张,并记录下透射过的光线或从这个样本反射回来的光线。假定这个过程损失的光量是被吸收的,在这个假设下客观地评估样本。将反射测量的表达式写成:

  φiar  (式1)

式中:
  φi是入射光通量;
  φa是吸收的光通量;
  φr是返回的光通量。

不过,实际样本和测量的仪器并不是按式1那样计算光的总量的。有些光从样本表面散射开,或被纤维或表面下的油墨那样的颗粒散射开。而且,有些光在样本本身展开。光在样本上不规则的散射可用点扩展功能ξ来表示。光以这种方式散射的量可写成φξ,而散射的光可写成φs
落在样本上的光量则可用稍微复杂一些的式子来表达:

  φiaξsr  (式2)

要测量的从样本上反射回来的光φr因此是根据表面、表面散射和表面点扩展而有所不同。测量仪器接收到的光也取决于与中心线的角度、照明光束和采集光束的圆锥角。这些测量参数称为系统几何学,它们是由ANSI标准PH2.17-ISO 5/4所指定的,而PH2.19-ISO5/2所指定的。图像扩展损失的光量φξ根据样本大小和测量孔径的大小而不同;PH2.17-ISO5/4包括为减少所有这些偏差所做设计的定义。

建立一个实际仪器所需要的设计协定会偏离这些ANSI/ISO标准的严格的规格。当然,这指的是仪器的不同制造厂商或机型之间的测量重复性中的一些协定。这些协定通常不能代表是对质量测量的主要障碍。

光谱响应:相同光源的不同解释

彩色测量的保真度取决于测量仪器的整体光谱响应。响应是灯具的功率输出的产生的光谱、光学元件的光谱调制和光接受器感光度所定义的。ANSI标准PH 2.18-ISO5/3对这个产生的光谱定义如下:

Пλλtλsλ   (式3)

式中:
  Пλ为仪器产生的光谱;
  φλ为灯具的光谱功率;
  tλ为光谱衰减(透镜、滤色片、光栅等)
  sλ为接收器的敏感度。

对于带滤色片的密度计和色度计,tλ受所选用的光学吸收滤色片的控制,具体到每个测量方案来讲:

  • 1.对于密度计来讲,响应(也称为状态)按ANSI PH2.18-ISO 5/3定义成Пλ。本文所谈到的光谱响应由不同组的密度计用户把以前所用的密度测量法定义成标准。特别是,状态A响应的透射频带相对比较窄,用于分色和用作直接展示产品所用的照相染料的视觉感知。状态M的透射频带比较宽,有重叠的值,仿效像纸所用材料叠印的光谱敏感度。因此状态M用来预知这些预印刷材料是很有用的。状态T提到的是北美印刷团体常用的宽谱密度计响应,而状态E则是欧洲印刷团体一般所用的密度计响应。状态I是北美的窄谱密度计响应。
  • 2.对于三刺激值色度计,Пλ响应相当于CIE颜色混合函数x、y、z。光源应该加滤色片,提供供观视照明用的φλ。有时在实际操作中滤色片选择要折衷一下,以补偿照明的规格。
  • 3.对于分光光度计,光谱调制器tλ可能是衍射光栅、透镜或干涉滤色片。受光器的光谱敏感度sλ并不是临界的,因为透射带Δλ很小。对于光栅和透镜分光光度计,入口的缝成像在测量平台上。入口缝的宽度确定光谱的纯度和透射频带。这个图像的中心是额定的波长λ,而滤色片的侧带阻断确定了透射带。计算机控制的分光光度计一般不扫描整个光谱,而只是代替不同间隔Δλ,扫描样本。

以小于透射带宽的Δλ取样不增加光谱分辨率,但是平滑的提供数据。用大于透射带宽的Δλ取样需要更复杂的平滑算法。增加透射频带提供更稳定的测量信号,但是要损失分辨率。频繁取样会减少平滑算法的依赖性,却要损失操作速度。这些协定都不能看作是最好的。当透射频带和波长间隔通常常是相等的,这不是很好测量所必须的条件。对于反射性测量,最经常使用的照片染料、印刷油墨和绘画颜料沿着光谱的变动极慢,这样就不需要非常窄的透射频带和小的光谱间隔了。
在光谱里面Пλ内的信号是所需的模拟信号,而信号外面的Пλ是噪声,会被认为出错。好的数据需要高的信噪比,因此小信号能被忍受打算的测量带之外。分光光度计因此需要比滤色片密度计更好的拒绝,窄谱滤色片密度计需要比宽谱密度计更好的拒绝。

信号处理:一个方案,不同的数据格式
测量是由灯具能量所组成的光谱部件的电子模拟,从测试条返回的信号,密度计的光谱调制和光电管的响应。这个数字在下面的完整表达式中用Пr表示:

Пr=∫φλtλrλsλdλ   (式4)

从100%或0(零)密度测试块返回的能量,与入射到要测试的测试条的能量是相同的:

Пi=∫φλtλsλdλ   (式5)

通过式4加权的入射光返回的比率根据测试条的性质称为反射率或透射率:

R=Пri    (式6)

密度计按密度值显示输出的数据,这是通过对数计算出的转换值:

D=log101/R    (式7)

至于色度计,三个函数Пλ=x,y,z。这个计算相当于式6,产生三刺激函数X,Y,Z的值。这些刺激值函数是诸如L*a*b*的首选的色度计参数的范围中派生出的起始点。
分光光度计为入射光和返回的光得出的数据集tλi。这些数据可通过由CIE建立的公式用作计算机色度计算,或是计算在ANSI PH2.18-ISO 5/3中指定的密度。
  

用途

密度测量
密度值与化学物质的数量有关,因为化学物质(如油墨层)的浓度遵守Beer-Lambert定律。除了图像表面返回的光,密度值根据样本上染料或颜料的数量的比例而变化。在生产调整中,这意味着密度计与给定的印品条件(包括印刷机、纸张、油墨和相关的成份)的油墨的数量是成比例的。对于过程控制目的,密度计测量较敏感、能分析,并预知一些信息。

色度测量
色度值在说明色差方面与人眼感知的一样方面已经规格化了。它们在高浓度的吸收液中敏感度很差。尤其是,在三维色空间中以线性差的方式测量色差。色差表达成ΔE。ΔE的值大约定义得差别足够大。靠近白色处,ΔE≈1相当于ΔD≈0.005。可是在暗的样本处,,如那些密度值接近1.4以上的,ΔE≈1相当于ΔD≈0.03。这些数据说明色度计在变换对颜色改动敏感的用户时更加精确,事实上密度计在控制生产色差的过程比色度计更精确。

分光光度测量
分光光度数据一般表示光谱数据图或这个信息的表。它定义颜色更完整,这些数据很难用于生产的设定,因为印刷机、脱机打样系统和摄影室处理方法在基本的色相密度和相关的复制属性方面依赖于测量和控制指针,以便控制颜色。不过,分光光度的数据能用来计算成密度值或色度值,这种设备是功能更强大的数据采集工具。

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