基于蒙版方程防近視配色模型的研究

郭凌華，段小劍，任龍飛，劉國棟

(陜西科技大學(xué) 輕工科學(xué)與工程學(xué)院 陜西省造紙技術(shù)及特種紙品開發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安　710021)

?

基于蒙版方程防近視配色模型的研究

郭凌華，段小劍，任龍飛，劉國棟

(陜西科技大學(xué) 輕工科學(xué)與工程學(xué)院 陜西省造紙技術(shù)及特種紙品開發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安710021)

摘要：基于蒙版方程機(jī)理，對(duì)防近視顏色進(jìn)行分析，根據(jù)防近視光譜的顏色范圍，建立基于蒙版方程的防近視配色模型，并利用色差法對(duì)防近視配色模型進(jìn)行驗(yàn)證，達(dá)到了配色精度要求.通過印刷的方法替代了用制漿造紙方法生產(chǎn)防近視紙張，生產(chǎn)工藝簡單，成本低，達(dá)到了綠色環(huán)保的目的.

關(guān)鍵詞：蒙版方程；配色；防近視；色差

0引言

隨著工作和學(xué)習(xí)壓力增大，近視患者也越來越多.造成近視眼的原因主要有兩種：一種是由遺傳導(dǎo)致；另一種是由后天不正確的閱讀習(xí)慣引起.根據(jù)人眼分辨顏色的理論，人眼視網(wǎng)膜上[1]含有三種不同類型的錐體細(xì)胞，這三種錐體細(xì)胞中分別含有三種不同的視色素，分別稱為感藍(lán)、感綠、感紅視色素.外界光輻射進(jìn)入人眼時(shí)被這三種錐體細(xì)胞按它們各自的吸收特性所吸收，三種色素吸收光后產(chǎn)生光化學(xué)反應(yīng)，引起神經(jīng)活動(dòng)，經(jīng)雙極細(xì)胞和神經(jīng)節(jié)細(xì)胞傳至神經(jīng)中樞，大腦將這些信息綜合產(chǎn)生顏色感覺.通常白色紙張的反射光，會(huì)使三種錐體細(xì)胞長時(shí)間的同時(shí)興奮，所以極易引起視覺疲勞，進(jìn)而抑制色覺功能、降低視覺能力，進(jìn)而導(dǎo)致近視.白紙具有白色全頻反射，對(duì)眼睛有刺激，而淡黃色的防近視紙，能反射出特定的頻譜色光，與其他色光相配，反差適宜，從而能有效改善白色全頻光對(duì)視力的影響，達(dá)到防近視的作用.現(xiàn)有的生產(chǎn)防近視紙[2]所采取的主要方法是通過造紙工藝將紙張漂白到一定顏色，達(dá)到預(yù)防近視的目的.但是，這種方法的缺點(diǎn)是工藝復(fù)雜、成本高，同時(shí)容易對(duì)環(huán)境造成污染.因此，尋找一種綠色環(huán)保的生產(chǎn)防近視紙張[3]方法已迫在眉睫.

1實(shí)驗(yàn)原理

1.1蒙版方程的原理

蒙版方程是在假設(shè)油墨密度比例性和疊加性成立的基礎(chǔ)上建立的，用于專色油墨[4,5]的調(diào)配，尤其是防近視的黃綠色油墨調(diào)配，是一種新型的配色方法,如公式(1)所示：

(1)

式(1)中：cg、cb分別為青油墨在綠、藍(lán)濾色片下的密度與紅濾色片下的密度的比值；mr、mb分別為品紅油墨在紅、藍(lán)濾色片下的密度與綠濾色片下的密度的比值；yr、yg分別為黃油墨在紅、綠濾色片下的密度與藍(lán)濾色片下的密度的比值；C、M、Y為青、品、黃三原色油墨的主密度，即在補(bǔ)色濾色片下的密度；Dr、Dg、Db為印刷品上任意一點(diǎn)分別在紅、綠、藍(lán)濾色片下的密度值.

1.2防近視光譜范圍

黃綠色是對(duì)眼睛最好的顏色，555 nm的反射光譜是視覺最敏感的光譜[6]，觀察該顏色時(shí)眼睛疲勞最少，看得最清楚，并且有利于減輕視覺疲勞的效果，其光顏色波長范圍為500～590 nm.

2基于蒙版方程防近視配色模型建立

2.1查找光譜三刺激值

在防近視光譜500～590 nm范圍內(nèi)510～550 nm作為研究對(duì)象，通過查找表查找510～550 nm對(duì)應(yīng)的顏色三刺激值[7,8]，如表1所示.

表1　CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者光譜三刺激值

2.2構(gòu)建8個(gè)基礎(chǔ)顏色

在定量為157 g/m2的銅版上，選取天獅膠版印刷油墨，用IGT印刷適性儀打出8個(gè)基本色塊，測量得到8種紐介堡[9]基色實(shí)地印刷色塊的三刺激,在測量時(shí)采取的測量模式為減去紙張顏色，測量所得數(shù)值如表2所示.

表2　8種紐介堡基色實(shí)地印刷色塊三刺激值平值

2.3求解三原色油墨網(wǎng)點(diǎn)面積百分比

借助紐介堡方程，然后根據(jù)方程逆向求解印刷品上所需青、品紅、黃三原色網(wǎng)點(diǎn)面積率c、m、y.如公式(2)所示.

(2)

式(2)中：X，Y，Z為所生成色的三刺激值；fi為各色在單位面積上所占的比例；Xi，Yi，Zi為各色元的三刺激值，如表3所示.

表3　各波長光譜色對(duì)應(yīng)三原色油墨面積率的比值

2.4構(gòu)建模擬色塊

按照表3的數(shù)據(jù)利用coredraw構(gòu)510～550 nm顏色效果圖，并通過HP數(shù)碼設(shè)備進(jìn)行輸出，如圖1所示.

圖1　510～550 nm對(duì)應(yīng)的配色圖

2.5測試三原色密度值

用密度計(jì)測試色塊的密度值，測試結(jié)果如表4所示.

表4　各波長光譜色對(duì)應(yīng)的三原色油墨密度

將表4中的數(shù)據(jù)帶入蒙版方程中，得到簡化的蒙版方程配墨系數(shù)方程，如公式(3)所示：

(3)

3基于蒙版方程的防近視配色模型驗(yàn)證

3.1模型驗(yàn)證點(diǎn)選取

在波長為500～590 nm范圍內(nèi)，任意取非建模光譜色點(diǎn)進(jìn)行模型驗(yàn)證.

通過上述算法將500～590 nm光譜色的密度值帶入到蒙版方程配色模型中，計(jì)算出待配色的主密度值C、M、Y.

3.2求出待配色比例

帶入尤爾尼爾遜公式(4)中，求出待配色的配色比例.

(4)

按照間隔為5 nm分別求出555～590 nm的光譜色的配色比例如表5所示.

表5　光譜色對(duì)應(yīng)的三原色的比例

3.3色差評(píng)價(jià)

根據(jù)紐介堡方程得到的光譜色的配色比例，按照C、M、Y進(jìn)行配色，用IGT印刷適性儀打出樣條，對(duì)樣條進(jìn)行測試色度值，并通過如下算法完成顏色評(píng)價(jià)和驗(yàn)證.

CIE1976L*a*b*均勻顏色空間是由CIEXYZ色度系統(tǒng)經(jīng)過非線性轉(zhuǎn)換得到的，它用明度指數(shù)L*，色品指數(shù)a*和b*構(gòu)成的三維坐標(biāo)系統(tǒng)來表示顏色感覺，其轉(zhuǎn)換公式如(5)所示.

(5)

式(5)中：X、Y、Z為顏色樣品的三刺激值；Xn，Yn，Zn為CIE標(biāo)準(zhǔn)照明體[9]照射到完全漫反射體表面的三刺激值，代表光源的顏色.文中所涉及到的CIE標(biāo)準(zhǔn)照明體均為D65光源，并且所有的測量得到的三刺激值[10]均是在D65光源照射條件下測得的.已知D65光源的三刺激值為Xn=95.23，Yn=100.00，Zn=108.88.

使用MATLAB軟件編寫算法，完成由三刺激值XYZ向L*a*b*轉(zhuǎn)換，其輸入變量為X、Y、Z，輸出變量為L*、a*、b*.算法如下所示：

%光譜顏色三刺激值XYZ數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為Lab數(shù)據(jù)

%輸入原始XYZ數(shù)據(jù)

%輸入使用的光源的三刺激值XnYnZn

X，Y，Z；

Xn，Yn，Zn;

Lab(:,1)=L;

Lab(:,2)=a;

Lab(:,3)=b

%樣條顏色三刺激值XYZ數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為Lab數(shù)據(jù)

%輸入原始XYZ數(shù)據(jù)

%輸入使用的光源的三刺激值XnYnZn

X，Y，Z；

Xn，Yn，Zn;

Lab(:,1)=L;

Lab(:,2)=a;

Lab(:,3)=b

執(zhí)行上述算法，分別得到波長560 nm，570 nm光譜色和對(duì)應(yīng)樣條顏色的L*a*b*值，結(jié)果如表6所示.

表6　波長光譜顏色和樣條顏色的L*a*b*值

%輸入兩個(gè)顏色樣品的Lab值

L1，a1，b1;

L2，a2，b2;

計(jì)算結(jié)果如表7所示.

表7　光譜顏色與樣條顏色的色差

所配油墨打樣得到的顏色與真實(shí)的顏色存在一定色差.根據(jù)實(shí)際配墨經(jīng)驗(yàn)[14]可知，非專業(yè)人員配墨時(shí)，得到的目標(biāo)顏色與理想顏色的色差一般控制在15 NBS左右時(shí)，即可視為較好的顏色再現(xiàn).此次配墨結(jié)果得到的平均色差為9.99 NBS，因此，配墨結(jié)果相對(duì)較好.但與國標(biāo)要求的一般印刷產(chǎn)品色差控制在5～6 NBS相比，此次配墨結(jié)果的色差偏大.經(jīng)分析導(dǎo)致色差偏大的因素有配色油墨類型、紙張的各種性質(zhì)、實(shí)驗(yàn)條件以及個(gè)人配墨經(jīng)驗(yàn)不足.在今后的研究工作中，重點(diǎn)探討影響配墨精度的重要因素，對(duì)影響因素進(jìn)行權(quán)重分析，對(duì)基于蒙版方程的配色模型進(jìn)行修正[15]，以提高配墨精度，最終達(dá)到生產(chǎn)可用的目的.

4結(jié)束語

目前印刷企業(yè)如何提高產(chǎn)品的科技含量，最終達(dá)到提高產(chǎn)品高附加值成為行業(yè)競爭的熱點(diǎn).在印刷品尤其是包裝印刷產(chǎn)品中顯得尤其重要.建立基于蒙版方程的防近視配色模型，并對(duì)配色模型進(jìn)行了色差驗(yàn)證，方法可行.應(yīng)用印刷的方式替代造紙工藝來完成防近視紙張的制作，對(duì)成本要求低，對(duì)操作人員沒有特殊要求，能夠有效地實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保，該生產(chǎn)防近視紙張的方法是一種有廣泛應(yīng)用前景的新技術(shù).

參考文獻(xiàn)

[1] 劉武輝.印刷色彩學(xué)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2011：10.

[2] 曹平.防近視簿冊及印刷工藝[P].中國專利：CN1537733A，2004-10-20.

[3] 王忠厚.制漿造紙工藝[M].北京：中國輕工業(yè)出社,2011:26-28.

[4] 劉際鬧.專色油墨的調(diào)配方法[J].印刷技術(shù),2010(17):59-60.

[5] Kuehni Rolf G.The CMC(l:c) color difference formula and the values for the weights l and c[J].AATCC Review,2005,5(11):25-26.

[6] 周春霞,唐正寧.包裝印刷專色油墨的計(jì)算配色理論研究[J].包裝工程,2006,27(5):121-123.

[7] 曹前.專色印刷的特點(diǎn)及應(yīng)用[J].印刷世界,2005(10):1-3.

[8] 祁永清.凹版印刷專色配色數(shù)學(xué)模型及應(yīng)用的研究[D].西安:西安理工大學(xué),2004.

[9] 徐艷芳.色彩管理原理與應(yīng)用[M].北京：印刷工業(yè)出版社,2011.

[10] 汪榮鑫.數(shù)理統(tǒng)計(jì)[M].西安:西安交通大學(xué)出版社,1986.

[11] 成剛虎,王西珍.紐介堡方程應(yīng)用誤差的理論探析[J].西安理工大學(xué)學(xué)報(bào),2011,27(1):74-78．

[12] 劉江浩,魏先福.專色油墨配色數(shù)據(jù)庫的建立[J].北京印刷學(xué)院學(xué)報(bào)，2010,18(2):6-8.

[13] 羅如柏,周世生,蔣楠，等.基于密度的計(jì)算機(jī)凹印專色配色理論及其系統(tǒng)開發(fā)[J].中國印刷與包裝研究,2010,2(s1):76-78.

[14] 郭凌華.蒙版方程配墨精度的分析研究[J].包裝工程,2007,28(6):73-75.

[15] 胡新月.基于墨量計(jì)算的專色配色系統(tǒng)[D].南京:南京林業(yè)大學(xué),2009.

【責(zé)任編輯：蔣亞儒】

Research on myopia prevention color model based on masking equation

GUO Ling-hua, DUAN Xiao-jian, REN Long-fei, LIU Guo-dong

(College of Light Industry Science and Engineering, Shaanxi Province Key Laboratory of Papermaking Technology and Specialty Paper, Shaanxi University of Science & Technology, Xi′an 710021, China)

Abstract:Myopia prevention color was analyzed based on masking equation theory at first,then the myopia prevention color model based on masking equation was built according to the color gamut of myopia prevention spectral and was verified using color difference method,which achieved successful accuracy of color matching.Myopia prevention paper was produced by printing technique instead of pulp and papermaking in the end,which has an easier producing technique and lower cost and was environmentally friendly to the society.

Key words:masking equation; color matching; myopia prevention; color difference

*收稿日期:2016-03-11

基金項(xiàng)目：陜西省教育廳專項(xiàng)科研計(jì)劃項(xiàng)目(15JK1071)

作者簡介:郭凌華(1970-)，女，山東煙臺(tái)人，副教授，博士，研究方向：防偽印刷及顏色科學(xué)

文章編號(hào)：1000-5811(2016)04-0031-04

中圖分類號(hào)：TS853+.6

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A