密度法測定 灰平衡及中性灰

灰平衡是一個重要的顏色再現(xiàn)參數(shù)，因為它對一個圖像或一個印刷樣張上的所有顏色產(chǎn)生全局性影響。任何偏差或偏離灰平衡，在所有其他顏色中也會產(chǎn)生相同的偏差，這可能會導(dǎo)致色輪或色環(huán)上相鄰的顏色改變色相。例如，在洋紅中添加一些偏黃的顏色會使它看起來更紅。同樣地，互補(bǔ)色疊加飽和度下降或變得灰暗。這種現(xiàn)象常用的術(shù)語是蹭臟。例如，在藍(lán)色（不是青色）中添加一些偏黃的顏色會使它顯得不那么飽和或灰白，而不是更綠，見圖1。

灰平衡是指中性灰色，即沒有任何程度的偏差或偏色。攝影和攝像通常把灰平衡稱為色平衡，也就是，在場景中再現(xiàn)一個盡可能中性的灰階。在CIE Lab色彩空間，中性灰位于中心交叉點，在這一點a*和b*值均為零（0）。在RGB色空間，當(dāng)?shù)攘康募t、綠、藍(lán)色光混合不論是從不透明的物體反射、從透明的物體透射或者從光源投射都可以產(chǎn)生中性灰。所以，如果R=G=B，則它等同于中性灰色。例如，輸入到Adobe Photoshop中的RGB值相等或平衡時，顏色選擇器始終產(chǎn)生一個中性灰，此時的a*值和b*值都是零（0），見圖2。接近0的RGB灰度值是黑色，接近255的RGB灰度值是白色，接近128的RGB灰度值是中性灰色。因此，只有明度L*在變化。

在CMYK色彩空間，使用著色劑吸收RGB色光，用非等量的CMY著色劑（相同的網(wǎng)點面積50% C，50%M，50%Y），可獲得中性灰色但是他們的密度是不相等的。但是，如果我們使用不同的網(wǎng)點面積（50%C，40%M，40%Y），可以獲得中性灰色此時它們的密度相等。見圖2。CMY網(wǎng)點面積是著色劑輸入信號，它可以調(diào)節(jié)RGB色光；由此產(chǎn)生的CMY密度既是輸出響應(yīng)。D=-logR。所以，在RGB加色空間正確的，在CMY減色空間中也是正確的，因為他們是互補(bǔ)或?qū)α⒌年P(guān)系。

究其原因相同的網(wǎng)點面積不能產(chǎn)生中性灰是因為在印刷油墨中使用的顏料純度不理想，并且還有一些正常但不想要的光吸收。打印機(jī)把這種光密度稱為色相誤差和灰度。由于洋紅大約有45%偏黃的色相誤差，青色大約25%偏向洋紅的色相誤差，網(wǎng)點面積相同（50%C，50%M，和50%Y）的三色灰看起來像被橘子污染過的暖褐色。但是，如果將品紅色和黃色的網(wǎng)點從50%減少至40%，我們就可以消除這種暖彩色。當(dāng)然，我們也可以增加青色的用量從50%至60%，但是這樣會加深色調(diào)。在圖3中，外圍背景始終是50% 1/cK畫面色調(diào)，中心插圖有不同的CMY網(wǎng)點面積。

理論上或科學(xué)的非彩色（中性灰）定義，基于色度學(xué)，即當(dāng)C*=0，這意味著A*和B*也為零。然而，為了技術(shù)上實現(xiàn)一個更實際的對中性灰的定義，應(yīng)該考慮任何視覺參照的影響，比如紙白（0%網(wǎng)點），實地（100%網(wǎng)點），或50%的黑色網(wǎng)屏即半色調(diào)網(wǎng)點。在50%的網(wǎng)點，白色的紙張和黑色的油墨都會影響外觀。在亮調(diào)部分，紙白有較大影響。同樣，在暗調(diào)部分，油墨會產(chǎn)生較大的影響。因此，任何紙張或油墨的改變，以及照明或觀看條件的變化，都會使中性灰的外觀產(chǎn)生變化。當(dāng)前有一種趨勢使紙張更藍(lán)，即具有較大的-b*值。這增加了美國紙漿與造紙工業(yè)技術(shù)協(xié)會（Technical Association of the Pulp and Paper Industry）TAPPI值的亮度。目前，ISO 1號類型紙張（銅版紙）的Lab值為L*=95，a*=0，b*=-2，在一個白色背襯的材料上測量。

當(dāng)然，灰平衡最好用色度測定法測量，具體的就是用CIE L*C*H*中的C*。只要有可能，灰平衡就應(yīng)該用色度C*測量。色度是基于XYZ三刺激值的三原色基色。三刺激值的生成結(jié)合了光源、物體改變環(huán)境光以及人眼通過紅、綠、藍(lán)視錐細(xì)胞的視覺反應(yīng)等方面的影響。色度測定法最優(yōu)，是因為它建立在人的視覺生理基礎(chǔ)上，使用了CIE標(biāo)準(zhǔn)觀察者（2度視角）并且定義光源為標(biāo)準(zhǔn)照明體（D50）。

密度計是一種三原色的測量儀器，包括3個寬的或?qū)掝l的紅色、綠色和藍(lán)色濾色片。在北美，T響應(yīng)是基準(zhǔn)。在正常的過程控制實踐中，實地油墨密度（SID）通過補(bǔ)色濾色片測量來生成最高密度值（信號），見圖4。

然而，通過查看CMY三色濾色片的密度（X-Rite“全部”顯示模式），我們可以提高單一濾色片密度提供的有限的信息，（X-Rite“自動”顯示模式）。顯然，三色濾色片密度計的三原色響應(yīng)不同于色度計的標(biāo)準(zhǔn)觀察者。技術(shù)名詞是異常三色器。

C*是一個相對a*和b*來說更有效的度量，因為只有一個值需要進(jìn)行評估。數(shù)學(xué)上C*是一個直角三角形的最長邊，斜邊。當(dāng)C*是零（0）時，顏色是無色，非彩色的中性灰色。在CIE Lab中評估中性色，a*和b*必須檢查并且值為零時才為中性色。從圖形上看，C*是有一定長度的半徑線，并且只顯示大小不顯示方向。色相角（H）或者A*和B*會顯示方向。該C*半徑線越短，顏色越中性。最短的距離是零，在中心交叉點。C*半徑線越長，顏色更加豐富多彩或飽和。由于C*是從a*和b*計算出的，這使得C*是一個二維的測量。

本論文針對的是擁有小型印刷機(jī)的讀者群，他們可能不具備必要的儀器技術(shù)或?qū)嵺`比色法的正確理解。色度計約4000元的售價，是密度計價格（2000元）的兩倍，分光光度計幾乎是密度計3倍的價格。許多印刷廠買一個分光光度計，但是僅僅使用，知道和了解它的一些簡單的功能——密度。通常，是為脫機(jī)掃描儀的情況，不是僅靠手持的儀器。某些打印機(jī)可能有一個精密的X-Rite ATS或ITX的掃描儀，但只用它來測量密度。因此，本研究考慮到這些印刷廠。再次重申，研究問題是“密度測定法能否合適的替代測定灰平衡”。隨著2006年GRACoL G7TM標(biāo)準(zhǔn)和控制方法的引進(jìn)，對灰色平衡又重新產(chǎn)生了興趣使這一研究課題及時并且有重大意義。在印刷媒體生產(chǎn)流程中，印前分色創(chuàng)建灰平衡，然后制作一個打樣顯示灰平衡。最終印刷車間的印刷品維持印前建立的灰平衡?；移胶馐枪ぷ骰贗SO、FOGRA、GRACoL和SWOP的一個重要方面。

研 究 目 的

1.確定T響應(yīng)密度計是否是一個有效的中性預(yù)測者，可以精確測量灰平衡。

2 .為光密度測定的灰平衡確定適當(dāng)?shù)娜莶罘秶?/p>

方法與實驗

為了進(jìn)行實驗，合適的一臺測量設(shè)備和一個印刷或打樣的色標(biāo)是必要的。一臺X-Rite的528分光光度計被用于提供光密度（CMYK）和色度（（Lab）信息。光譜反射數(shù)據(jù)不是必須的。測試色標(biāo)可以是任何典型的從多個來源獲得或定制的灰平衡色標(biāo)，見圖5。

此調(diào)查的范圍被限制在色調(diào)復(fù)制比例尺50%的中間色調(diào)部分，而不是25%或75%的色調(diào)。ISO 12647-2規(guī)定，中間色調(diào)灰色平衡由50%C，40% M，40%Y和0%K生成，此時油墨實地密度（SID）和網(wǎng)點擴(kuò)大（TVI）都正常。

測 量

所有測量數(shù)據(jù)均符合美國國家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會（American National Standards Institute）ANSI CGATS.4（美國印刷技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)委員會）、CGATS.5、國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（International S t a n d a r d i z a t i o n Organization）ISO 13655和ISO 13656。該測量采用D50光源，標(biāo)準(zhǔn)觀察者為2度視角，0/45幾何條件，黑色背襯，狀態(tài)T濾色片響應(yīng)，干密度，絕對包括相對紙白和非偏振。

每個色塊測定兩次，第一次為狀態(tài)T測定密度，緊接著再次測定CIE Lab色彩。密度的測定使用高精度的全息濾色片，這樣可獲得3個小數(shù)位。

分 析

測量數(shù)據(jù)在Microsoft Excel中進(jìn)行分析，并創(chuàng)建幾個圖表。

根據(jù)Lab，可計算C*。公式為C*=（a*2+b*2）1/2。對于每個色塊，CMY三色濾色片密度“灰色差 ”可計算。灰色差=Max （Dr， Dg， Db） Min（Dr， Dg， Db）。例如，如果C=0.61，M=0.59，Y= 0.60，那么灰色差將是0.02。

結(jié)果與討論

第一步首先確定灰平衡檢測目標(biāo)中哪個色塊是采用比色法測得的真正灰色。在49個色塊中，10號色塊被認(rèn)為是“灰色”使用C*容差≤2.0，見圖6。不采用a*和b*的容差是因為它產(chǎn)生一個方形的容忍限度。相反，C*生產(chǎn)的是一個圓形的容差限度。擬合較小面積的圓形在較大面積的方形會產(chǎn)生4個邊角，這不在圓形范圍之內(nèi)。這些角落代表不需要的錯誤判斷。一個更為嚴(yán)格的公差是C*≤1.0，這里只有5個中性色塊。這樣嚴(yán)格的公差不被采用是因為在制造業(yè)中不實用。

下一步是評估CMY三色濾色片密度灰色差?；疑钤叫。珻MY三色塊的中性灰越明顯，見圖7。12個色塊有一個≤0.02密度的灰色差。其中，9個色塊有一個很好的密度可以和C*的數(shù)據(jù)匹配，達(dá)75%的準(zhǔn)確率。通常引用的灰平衡密度差值≤0.03。這個更寬的容差范圍，包括20個色塊。不幸的是，這個更大的容差產(chǎn)生許多錯誤的判斷，準(zhǔn)確率下降至50%。

最后，C*和灰色差比較發(fā)現(xiàn)使用二次多項式比較好，見圖8。系數(shù)相關(guān)性（R2）為79%，被認(rèn)為是可以接受的。如果其中只有10個色塊C≤2和密度灰色差≤0.02被使用，則相關(guān)性可提高到84%。

結(jié) 論

以下以問答形式總結(jié)這個調(diào)查報告。

密度計能否準(zhǔn)確地測量灰平衡？

是的。印刷廠一般沒有色度測量儀或者他們的操作人員不懂色度測量法，不知道密度分布是C*的一個有效（84%精確度）替代法。為這種方法可以很容易地用任何手持式密度計實現(xiàn)，上面可以同時顯示所有四個濾色片的密度。密度計中一個軟件起著重要作用，它自動計算密度分布總結(jié)出一個接近的數(shù)值。

這個密度法的優(yōu)點是可以使用現(xiàn)有的、舊的密度計，不需要更多的先進(jìn)技術(shù)培訓(xùn)。脫機(jī)掃描儀將明顯快很多。目前X-Rite的IntelliTrax（ITX）掃描儀（軟件版本1.4.0.30）使用CMY三色濾色片密度差值即可顯示灰平衡。

這個方法需要什么校準(zhǔn)，設(shè)置條件和規(guī)程？

根本的問題是密度測定法使用狀態(tài)T過濾而不是色度學(xué)的D50光源和2度觀察視角，它模仿的是人類色覺。因此，為了彌補(bǔ)這種差異，提高精確度，把測量值作為一個相對已知或有針對性的參考。該參考存儲在記憶中，可以很容易地測量后自動檢索。作為參考的目標(biāo)可以是一個OK的打樣稿或是一個OK的印刷樣張。使用這種方式是一個有效的過程控制技術(shù)。為了找到一個已知的中性灰色C*=0作為參考，它必須獲得以前用色度計測量的以核實的樣品?？赡軜悠酚蟹浅５偷腃*色度值，是在樣品觀看展臺桌面或墻壁發(fā)現(xiàn)的Munsell N8或Pantone Cool Gray 7.

什么是光密度灰平衡差值適當(dāng)?shù)娜莶罘秶?/b>

3個濾色片CMY密度得出的灰度差值在0.02或以下（<= 0.02），對用密度計確定灰平衡來說是一個恰當(dāng)?shù)娜莶?。然而，這種嚴(yán)格容差范圍的一個重要部分就是儀器可重復(fù)性的消耗?，F(xiàn)在色度密度測量很少有儀器重復(fù)性噪音或誤差。老版本的儀器，精確度是±0.01。如今，提升為±0.005密度，這是每個產(chǎn)品的技術(shù)規(guī)格。因此，0.02的密度容差值和±0.005的設(shè)備重復(fù)精度相比，表現(xiàn)了25%的測量誤差。一個量具重復(fù)性和再現(xiàn)性（簡稱GR&R）的研究報告建議測量噪音應(yīng)低于總?cè)莶罘秶?0%。然而，從投入實際的角度來看，目前攝像機(jī)感光底片的讀數(shù)能精確到0.5%的網(wǎng)點面積。如果CtP的容差為±1%，那么噪聲也是25%。這種誤差結(jié)果似乎并沒有關(guān)心到許多用戶。

深度研究

將來，應(yīng)該在25%的亮調(diào)和75%的暗調(diào)做更多的附加實驗。此外，灰平衡測試圖標(biāo)為一個確定的50%青色值改變洋紅和黃色值。額外±5%青色值，從45%～55%，應(yīng)該進(jìn)行評估。另一種測量方法應(yīng)該要測量光譜數(shù)據(jù)，并利用Excel計算Status T密度和CIE Lab，LCh。