光譜色彩控制方法
2023-12-11 17:37:32 1
專利名稱：光譜色彩控制方法
技術領域：
該發明涉及用於彩色油墨和非彩色油墨(PMS或專用)的印刷機中的在線色彩控制，特別涉及直接利用光譜測量結合線形方程式，以確定維持印刷機上精確的色彩所必需的墨流修正值。
相關技術討論印刷機的精確色彩控制要求確定色彩目標和隨後印刷的印刷品上的相應測試區域之間的色彩偏差保持在確定色彩容差內。當超過色彩容差時，使用以固態墨密度或墨層厚度修正形式的油墨調整，以減少色彩偏差，使得色差在容差內。
在印刷過程中，印刷機操作人員通常習慣目測監控印刷的圖像並調整加入印刷機的墨流，直至達到視覺匹配。預印刷校樣或先前印刷好的「色彩OK」印刷品典型地用作目標條件。由於觀察者色視覺上內在的偏差，不同時間的個體內或不同個體之間，該方法有很大的可變性且耗費時間。儀器色彩控制提供了彩色油墨控制的一個選擇，該控制可重複性更好，更精確，有效。
在圖形技術產業內，密度測定是在彩色油墨控制中測量和控制原墨和相關屬性的主要測量方法。儘管密度測定適合有關彩色油墨固態油墨層的相對強度的測量，但是密度測定不能用涉及色彩的視覺靈敏度的方式描述對象的色彩。作為其主要目的，應用於印刷機控制的色彩控制具有在確定色彩目標位置和隨後印好的印刷品的同樣位置之間維持視覺匹配的任務，使得在印刷機工作過程中不會出現視覺幹擾色差。因此，需要能夠在近似視覺方面描述對象色彩的色彩測量的工具。能夠滿足這些需求的工具包括色度計和分光光度計。分光光度計還具有以下優點，它能報告根據標準程序計算的光密度和色度數據。
最常用的是將色彩控制測量值製作在包含各種測試單元的色彩控制條上，其提供關於印刷質量屬性的信息。儘管基於色彩條測量值的色彩控制提供了高水平的印刷質量，但是通過在圖像內測量，也可能獲得高水平的印刷質量。在這種情況下，基於圖像內測量值的色彩控制，或者結合色彩條或者不，都可提供需要的印刷質量水平。
任何系統的控制都需要了解輸入變量和輸出變量之間的關係。在印刷中，儘管有許多輸入變量的選項，但是主要的印刷控制或影響印刷圖像的視覺印象的輸出變量是上墨系統，該系統調節加入印刷機的墨流。通過改變加入印刷機的墨流量，沉澱在紙上的墨層厚度也會改變，因此影響印刷色彩。
儘管多色彩半色調像再現通常是非線形過程，但是通過將變換範圍限制在色域的子域內，在一定條件下使用線性方程式模擬該過程是可能的。在以目標色彩作為原點的每個子域內，可使用一組的「局部化」方程式。局部化變換是線性的區域取決於目標色彩位置和用於表達在變換中測試和目標區域之間差別的輸入和輸出變量。
在使用分光光度計的印刷機上實施色彩控制的方法在美國專利號4,975,862，5,182,721和6,041,708中有闡述。可是，這些專利描述了用由光譜反射數據獲得的光度坐標控制印刷機的方法，而不直接使用光譜反射數據。
上述美國專利的幾個方面可以加以改進，以用於色彩控制系統。主要在兩種油墨設置之間的光譜反射數據差不能用單個常數或倍增因子描述的情況下，色度模型沒有光譜模型控制精確。此外，計算將固態墨密度或墨層厚度差與光譜反射差相聯繫的矩陣的參數的離線方法不夠精確，不足以用於商業色彩控制系統。這種方法只能表現該系統一個時間點的狀態。在印刷機工作過程中實時在線計算該矩陣的動態方法將極大提高控制方法的有效性和精確性。
發明概述通過直接使用光譜反射數據，本發明提供了一種印刷機色彩控制方法。目標和測試域之間的光譜反射差被確定並用於計算用來控制印刷機的固態墨密度或墨層厚度修正值。通過使用利用在線計算的經驗導出變換矩陣的線性方程式，上述方法直接將光譜反射差轉換成固態墨密度或墨層厚度修正值。該方法可應用於彩色油墨和非彩色油墨(PMS或專用)控制。
參考以下的詳細描述和附圖，可以更好地理解本發明的特徵和優點。該描述和附圖闡明了利用本發明原理的一個示意性的實施例。
附圖描述
圖1a闡明了一種用以形成色彩條的典型的測試樣本配置。
圖1b闡明了色彩條的一種可選的配置。
圖1c闡明了色彩條的一種可選的配置。
圖2闡明了用於色彩控制的鄰近區域的油墨調整。
圖3說明根據本發明的色彩控制方法的流程圖。
圖4闡明了使用墨層厚度修正值結合光譜反射數據測量，用以控制非彩色油墨的優點。
詳細描述本發明利用光譜測量獲得的數據，該數據是對色彩條樣本，印刷品內的圖像區，或同時對以上兩區域的光譜測量。
參考圖1，用於過程控制的色彩條由排列成一行的測試單元組成。垂直於印刷方向印刷的色彩條，最常位於裝訂或摺疊區中的印刷標誌的頂部，中間或底部，如圖2所示。用來測量印刷質量屬性的測試樣本在本領域眾所周知，並在文獻中有闡述(查看，例如，「Introductionto color barsA User’s guide to color bar Application」(色彩條介紹色彩條應用用戶指南)，圖形通信協會，1992)。
在色彩條中常用的測試樣本包括固體(100％區域範圍)(1)，每種基本油墨(黑色，青色，紅紫色和黃色)的不同區域範圍的半色調(2)和基本彩色油墨(青色，紅紫色和黃色)的兩或三種色彩套印(3)。
在無裝訂區域存在，如報紙印刷的情況下，色彩條通常以其在視覺上不會影響讀者的方式設計進頁面內。在這種情況下，分別參考圖1b和1c，通常或者印刷單個色彩條，該色彩條由三色中性色(4)和黑色半色調(5)的交變樣本組成，或者印刷兩個色彩條，其中一個完全由三色中性半色調(4)組成，另一個由黑色半色調(5)組成。關於該主題的其他色彩條變化也是可能的。應該注意，在適當的印刷條件下，圖1b和圖1c種示出的三色中性半色調樣本和黑色半色調樣本在視覺上顏色和亮度應該是一樣的。圖中存在的亮度差別只是為了概念澄清。
在大多數印刷機中，以逐區原則進行加墨控制，其中每個區域對應於如圖1所示例如32mm的寬度。在每個區域(10)，自動加墨控制系統中由伺服馬達控制的油墨鍵或類似的裝置用於調整進入印刷機中該區域的油墨量，這又將影響位於該特定區域的樣本的顏色，並不同程度地影響圖2中的鄰近區域。依這種方式，可以調整油墨以產生期望的樣本顏色。因此，選擇測試樣本和/對於重要印刷質量屬性上的差別非常敏感的圖像區域，以及在整個色彩條中定位控制樣本和/或在印刷區域中定位圖像區域，對於精確色彩控制來說是很重要的。
為了確定試驗樣本或圖像區域的顏色，必須有對從測量位置反射來的光進行檢測的測量設備。該測量設備優選為分光光度計。用分光光度計採集和分析光的首選的且公知的方法是使用光譜光柵和帶有計算機分析的傳感器陣列。輸出是一組光譜反射數值，該數值描述了一個對象在某些小的恆定寬度波長間隔的可見光譜上的相對光反射特性。該反射數值是通過計算光譜反射因子獲得的，該因子是在整個可見光譜內逐個波長地，在相似光照情況下，從樣本反射的光量與從標準參考材料反射的光量的比率。分光光度計具有額外的優點，根據標準計算，光譜反射數值可轉換成色度的和光密度的表示方法。在該文件內，當使用術語「密度」時，通常指根據標準慣例計算的密度，其在以下文獻中提及，例如，美國國家攝影(感光學)標準-密度測量-光譜條件。ANSI/ISO5/3-1984，ANSIPH2.18-1985，紐約美國國家標準協會，1995。術語色度用於指根據標準慣例計算的色度坐標，其在CGATS.5-1993圖形技術-圖形技術圖像的光譜測量和光度計算一文中提及。
在上述文獻中很好地論述了使用固體(100％區域範圍)樣本測量的色彩控制方法。儘管這些方法是控制的直接手段，但是當固態墨密度(SID)是可直接實時調整的唯一的變量時，這些方法有局限性，因為涉及圖像質量的幾個重要特性，如色度增加(點增益)和套色印刷，沒有予以考慮，且除了固態墨密度的變化外，對圖像重構有影響。所以，當僅僅基於固態墨密度執行色彩控制時，印刷對象的外表可能明顯偏離確定的「色彩OK」，儘管固態墨密度測量顯示並不這樣。因此，選擇這樣的樣本和/或圖像區域很重要，它們或者對上述重要的印刷質量屬性的變化有最大的靈敏度，或者是印刷中視覺上明顯的方面。另外，應當使用最小數量的樣本，以減少控制所需的色彩測量值。
參考流程圖3流程圖，根據本發明，使用分光光度計測量(100)測試樣本或圖像區域的光譜反射。光譜反射被轉換成CIE推薦的統一色彩空間之一(CIELAB，CIELUV)中的色彩坐標/色彩參數(102)，該空間主要的優點在於根據近似的視覺量化色彩的能力。根據上述標準計算法，從光譜反射數值計算出色度坐標。測試樣本或圖像區域的色度坐標與在同一色彩空間中表示的相應的目標樣本或圖像區域的色度坐標比較(104)，以獲得色彩參數差值。從目標光譜反射數值計算出的目標色度值可通過幾種方法獲得，包括根據以前印刷好的被稱為「色彩OK」的印刷品測量。可選地，目標值可由操作者通過不同的方法手動設置，包括使用手持分光光度計，也可在試生產或試印刷過程中由系統自動設置。色彩參數差還可用於使用一個眾所周知的色差方程式如ΔE*ab，ΔE*uv，ΔE*94等計算總色差。為確定油墨修正是否需要，將色彩參數差與涉及的目標確定色彩容差相比較(106)。目標樣本或圖像區域的色彩容差在印刷前建立，並基於如行業標準或印刷廠規定。如色度參數差超過容差，則需要修正。如需要修正，則放棄色度坐標的使用，光譜反射數據被用來計算油墨修正。通過比較測試區域的光譜反射數據(100)和相應的目標光譜反射數據，以獲得光譜反射差值(108)。接著使用線性矩陣公式(公式1)，將光譜差直接轉換為固態墨密度修正值(110)。
公式1DCDMDY=a11a12a13......a1ma21a22a23......a2ma31a32a33......a3mR1R2..Rm]]>D＝J』.R其中R是包含光譜反射差ΔR(λ)的光譜反射差向量，D是固態墨密度差或修正向量，該向量包含通過它們的基本色彩過濾器分別測量後計算出的青色，紅紫色和黃色固態墨密度差ΔDc，ΔDm，ΔDy，J′是涉及兩向量的3×m「修正」矩陣(112)，其中m是波長間隔數。儘管大多數的分光光度計報告近似31個光譜反射數值以描述對象的光譜反射數值，但是在許多情況下，可以選擇取決於所考慮光譜的特定波長，以較少的光譜反射數值來表示反射光譜。為控制彩色的單色固體，在最大吸收區的波長自然值得注意。減少用於計算的光譜反射數值的數目將加快計算速度，並減少估計J矩陣係數所需的測量值。
也可以使用公式1的形式，直接從光譜反射數據差計算墨層厚度修正，而不是固態墨密度修正。這種變換在非彩色油墨控制，僅基於圖像內測量的彩色油墨控制和在例如報紙印刷的情況下，其中只有三種中間色和黑色半色調測試單元可用於控制測量，有顯著的優點。參考圖4，對於控制非彩色油墨，該方法的優點主要在於，對於許多非彩色油墨，最大吸收區和通常用於圖形技術的狀態T及狀態E過濾器的最大透射比的區域並不完全對齊。這種不對齊導致光密度值降低了對墨層厚度變化的靈敏度。參考圖4，可以看到這一點，圖中畫出了藍，綠和紅狀態T過濾器的非彩色油墨的反射係數光譜。
再參考圖3流程圖，修正矩陣(112)包含因變量對自變量的偏導數。修正矩陣的元素很大程度上取決於幾個因素，包括印刷條件(油墨，紙張，印刷機等等)，和主要油墨的區域範圍。因此，每個測試區域都需要修正矩陣以適應上述情況。另外，由於印刷機工作過程中運轉條件的變化，該變化可影響印刷特性，所以最初定出的變換矩陣需要更新，直至運轉條件穩定。
公式1中表示的修正矩陣將光譜反射差與相應的固態墨密度差聯繫起來。修正矩陣也可用於將光譜反射數據差與墨層厚度差聯繫起來。下面矩陣中的元素是固態墨密度對光譜反射數據的偏導數。J=DcR1DcR2DcR3......DcRmDmR1DmR2DmR3......DmRmDyR1DyR2DyR3......DyRm]]>行1中的元素表示對於特定波長上反射的單位變化，特定測試單元的青色固態墨密度值的變化率。其它兩行分別表示紅紫色和黃色固態墨密度值的同樣變化關係。獲得這些元素的一種方法是獨立調節青色，紅紫色和黃色固態墨密度值，並測量由此引起的光譜反射數值的變化。這種方法的局限性是需要在印刷機印刷過程中進行特定的固態墨密度變化，這可能和當時的控制需要相矛盾，從而降低了控制方法的效率。推薦的克服了該局限的方法利用最小二乘法估計修正值矩陣。根據公式2計算修正矩陣元素的最小二乘法估計。
公式2J＝(X＇X)-1·X＇Y
其中X是n×m自變量值矩陣，Y是n×3因變量值矩陣，n是用於估計的樣本數。從固態墨密度或墨層厚度值及最初排版調整過程中可得到的光譜反射差可以定出修正矩陣的元素。在該方式中，不需另外進行固態墨密度和墨層厚度變化，並且當同時調整一種以上油墨時，矩陣的估計元素將進一步計算二次影響。
修正值元素的最小二乘法估計利用與公式2表示的同樣的方式確定，其中自變量是光譜反射數據差，因變量是固態墨密度或墨層厚度差。執行計算出的修正將把規定的色差最小化。
應當理解，上面描述的本發明的實施例的各種變化也可用於實施本發明。因此，以下權利要求限定本發明的範圍，並且由其覆蓋這些權利要求範圍內的方法和結構及它們的等價物。
權利要求
1.印刷機上控制印刷品色彩的方法，該方法包含測量印刷品上形成的測試區域的光譜反射數值；將測量的與印刷品相關的色彩值和目標色彩值相比較，以確定色彩值差；判斷色彩值差是否在容差範圍內；如色彩值差不在容差範圍內，將測量的光譜反射數值直接轉換成修正值；和使用修正值控制印刷機上的墨流。
2.印刷機上控制印刷品色彩的方法，該方法包含測量印刷品上形成的測試區域的光譜反射數值；將測量的光譜反射數值和目標反射值相比較，以確定光譜反射差值；將光譜反射差值直接轉換成修正值；和使用修正值調節印刷機上的墨流。
3.權利要求2中的方法，還包含在轉換步驟前，判斷光譜反射差值是否在容差範圍內，並只有在光譜反射差值不在容差範圍內時才執行轉換步驟。
4.權利要求2中的方法，其中轉換步驟包含利用線性公式將光譜反射差值轉換成修正值。
5.權利要求4中的方法，其中轉換步驟包含動態確定和應用修正矩陣到線性公式，以產生修正值。
6.權利要求5中的方法，其中修正矩陣中的元素是利用最小二乘法定出的。
7.權利要求2中的方法，其中印刷品上印有圖像，測試區域在該圖像內。
8.權利要求2中的方法，其中印刷品上印有圖像，測試區域在該圖像外。
9.權利要求8中的方法，其中該測試區域包含色彩條。
10.權利要求2中的方法，其中印刷品上印有圖像，測試區域包括在圖像內的第一區域和圖像外的第二區域。
11.權利要求10中的方法，其中第二區域包含色彩條。
12.權利要求2中的方法，其中光譜反射差值被直接轉換成固態墨密度修正值。
13.權利要求2中的方法，其中光譜反射差值被直接轉換成墨層厚度修正值。
14.權利要求2中的方法，其中測試區域包含具有測試樣本的色彩條，該樣本包括固體。
15.權利要求14中的方法，其中固體包括特定色彩油墨固體。
16.權利要求2中的方法，其中測試區域包含具有測試樣本的色彩條，該樣本包括半色調色彩。
17.權利要求2中的方法，其中測試區域包含具有測試樣本的色彩條，該樣本包括印刷油墨的套印混合。
18.權利要求2中的方法，其中測試區域包含具有三色中性色和黑色半色調色彩的交變測試樣本的色彩條。
19.權利要求2中的方法，其中測試區域包含第一和第二色彩條，第一色彩條完全由三色中性色半色調色彩組成，第二色彩條具有黑色半色調色彩。
20.權利要求2中的方法，其中測量步驟是利用分光光度計實施的。
21.權利要求20中的方法，其中分光光度計使用光譜光柵和帶有計算機分析的傳感器陣列。
22.權利要求20中的方法，其中分光光度計產生輸出，該輸出是一組光譜反射數值，該數值描述了在預先定義的恆定寬度波長間隔上，該測試區域對於可見光譜的相對光反射特性。
23.權利要求22中的方法，其中光譜反射數值是通過在可見光譜中逐個波長計算光譜反射數據因子而獲得的。
24.權利要求20中的方法，其中光譜反射數值被轉換成光密度表示。
25.權利要求24中的方法，其中光密度表示是根據ANSI/ISO標準響應和方法，從光譜反射數值計算出來的。
26.權利要求2中的方法，其中目標值是由印刷機操作者手動設置的。
27.權利要求2中的方法，其中目標值是從「色彩OK」印刷品中獲得的。
28.權利要求2中的方法，其中目標值是從預印刷系統中獲得的。
29.權利要求2中的方法，其中將光譜反射差值直接轉換成修正值的步驟包含使用線性矩陣公式。
30.權利要求29中的方法，其中線性矩陣公式包含DCDMDY=a11a12a13......a1ma21a22a23......a2ma31a32a33......a3mR1R2..Rm]]>D＝J′·R其中R是包含光譜反射數據差ΔR(λ)的光譜反射數據差向量，C是修正向量，該向量包含通過它們的基本色彩過濾器分別測量後計算出的青色，紅紫色和黃色固態墨密度差ΔCc，ΔCm，ΔCy，J′是涉及兩向量的3×m「修正」矩陣，其中m是波長間隔數。
31.權利要求30中的方法，其中修正矩陣在印刷機運轉過程中逐色彩區在線建立。
32.權利要求30中的方法，其中估計參數或修正矩陣在印刷機運轉過程中更新。
33.權利要求2中的方法，其中印刷品包括多個印刷區，其中控制到印刷機的墨流的步驟包含根據在墨流被修正的特定區域內的測試區域的測量值，逐區控制墨流。
34.印刷機上控制印刷品色彩的方法，該方法包含測量印刷品上形成的測試區域的光譜反射數值；將測量的光譜反射數值轉換成相應測試區域的色度坐標；將測試區域色度坐標和目標色度坐標相比較，以確定色彩參數差值；判斷色彩參數差值是否在容差範圍內；如色彩參數差值不在容差範圍內，將測量的光譜反射數值和目標光譜反射數值相比較，以確定光譜反射差值；將光譜反射差值直接轉換成修正值；和使用修正值控制到印刷機上的墨流。
35.權利要求34中的方法，其中轉換步驟包含利用線性公式將光譜反射差值轉換成修正值。
36.權利要求35中的方法，其中轉換步驟包含動態確定和應用修正矩陣至線性公式，以產生修正值。
37.權利要求36中的方法，其中修正矩陣中的元素是利用最小二乘法定出的。
38.權利要求34中的方法，其中印刷品上印有圖像，測試區域在該圖像內。
39.權利要求34中的方法，其中印刷品上印有圖像，測試區域在該圖像外。
40.權利要求39中的方法，其中該測試區域包含色彩條。
41.權利要求34中的方法，其中印刷品上印有圖像，測試區域包括在圖像內的第一區域和圖像外的第二區域。
42.權利要求41中的方法，其中第二區域包含色彩條。
43.權利要求34中的方法，其中光譜反射差值被直接轉換成固態墨密度修正值。
44.權利要求34中的方法，其中光譜反射差值被直接轉換成墨層厚度修正值。
45.權利要求34中的方法，其中測試區域包含具有測試樣本的色彩條，該樣本包括固體。
46.權利要求45中的方法，其中固體包括特定色彩油墨的固體。
47.權利要求34中的方法，其中測試區域包含具有測試樣本的色彩條，該樣本包括半色調色彩。
48.權利要求34中的方法，其中測試區域包含具有測試樣本的色彩條，該樣本包括印刷油墨的套印混合。
49.權利要求34中的方法，其中測試區域包含具有三色中性色和黑色網板色彩的交變測試樣本的色彩條。
50.權利要求34中的方法，其中測試區域包含第一和第二色彩條，第一色彩條完全由三色中性色半色調色彩組成，第二色彩條具有黑色半色調色彩。
51.權利要求34中的方法，其中測量步驟是利用分光光度計實施的。
52.權利要求51中的方法，其中分光光度計使用光譜光柵和帶有計算機分析的傳感器陣列。
53.權利要求51中的方法，其中分光光度計產生輸出，該輸出是一組光譜反射數值，該數值描述在預先定義的恆定寬度波長間隔上，該測試區域對於可見光譜的相對光反射特性。
54.權利要求53中的方法，其中光譜反射數值是通過在可見光譜中逐個波長計算光譜反射數據因子而獲得的。
55.權利要求51中的方法，其中光譜反射數值被轉換成光度和光密度表示。
56.權利要求55中的方法，其中光密度表示是根據ANSI/ISO標準響應和方法，從光譜反射數值計算出來的。
57.權利要求34中的方法，其中測量的光譜反射數值經由CIE標準光譜曲線或CIE標準光譜曲線的任何線性組合，被轉換成色度坐標。
58.權利要求34中的方法，其中測量的光譜反射數值根據一個CIE推薦的色彩空間，被轉換成色度坐標。
59.權利要求34中的方法，其中目標值是由印刷機操作者手動設置的。
60.權利要求34中的方法，其中目標值是從「色彩OK」印刷品中獲得的。
61.權利要求34中的方法，其中目標值是從預印系統中獲得的。
62.權利要求34中的方法，其中將光譜反射差值直接轉換成修正值的步驟包含使用線性矩陣公式。
63.權利要求62中的方法，其中線性矩陣公式包含DCDMDY=a11a12a13......a1ma21a22a23......a2ma31a32a33......a3mR1R2..Rm]]>D＝J』.R其中R是包含光譜反射數據差ΔR(λ)的光譜反射數據差向量，C是修正向量，該向量包含通過它們的基本色彩過濾器分別測量後計算出的青色，紅紫色和黃色固態墨密度差ΔCc，ΔCm，ΔCy，J′是涉及兩向量的3×m「修正」矩陣，其中m是波長間隔數。
64.權利要求63中的方法，其中修正矩陣在印刷機運轉過程中逐個色彩區在線建立的。
65.權利要求63中的方法，其中估計參數或修正矩陣在印刷機運轉過程中更新。
66.權利要求34中的方法，其中印刷品包括多個印刷區，其中控制到印刷機的墨流的步驟包含根據在墨流被修正的特定區域內的測試區域的測量值，逐區控制墨流。
全文摘要
揭示了在印刷過程中，利用光譜測量在印刷機上控制色彩的方法。當色差超過，測量的測試區域光譜反射數值與相應的目標反射係數值相比較，由此建立光譜反射數據差。線性公式被用於將光譜反射數據差與固態墨密度或墨層厚度聯繫起來，用於油墨調節，利用在線依靠經驗建立的修正矩陣，使得光譜反射數據差最小化。該控制方法對於彩色油墨和非彩色油墨都是適用的。
文檔編號B41F31/02GK1479675SQ01820095
公開日2004年3月3日 申請日期2001年7月27日 優先權日2000年12月6日
發明者D·布裡奇斯, E·託比爾森, D 布裡奇斯, 榷 申請人:德拉瓦資本構造公司