噴墨打印彩墨互滲程度的表征與檢測方法

張碧芊，石麗麗

（北京印刷學(xué)院 印刷與包裝工程學(xué)院 北京 102600）

0 引言

市場上常用的噴墨打印墨水主要是以水作為溶劑，黏度較小，流動(dòng)性較大。在使用紙張類吸收基材時(shí)，墨滴噴射至基材上時(shí)往往會沿著基材表面的紋路流動(dòng)，使墨滴的沉積面積增大，浸染到鄰近的墨滴。當(dāng)鄰近墨滴為其他原色時(shí)，就形成了相鄰不同原色的互滲，鄰接處產(chǎn)生出兩個(gè)原色的混合色彩邊。這一現(xiàn)象不僅影響色彩的還原質(zhì)量，也會降低圖文的清晰度。因此，需從墨水、基材性能及工藝過程等因素的改進(jìn)加以克服。同時(shí)，也需對此給予量化表征，以期在材料開發(fā)、生產(chǎn)控制、產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)等過程中的墨色互滲程度給予正確評估。

目前，還缺少針對噴墨輸出顏色互滲程度測評的國際標(biāo)準(zhǔn)。我國的國家標(biāo)準(zhǔn)GBT 36598-2018（數(shù)字印刷噴墨印刷圖像質(zhì)量屬性的測試方法-Digital printing-Test method for image quality attribute of inkjet printing）[1]，以及相關(guān)研究[2]，均參照了Briggs提出的方法[3]，通過測量印品線條的寬度，以無底色時(shí)色墨的線條寬度與有底色時(shí)相應(yīng)的色墨線條寬度之差，表征線條色墨和底色色墨間的互滲程度。其中，線條寬度的求解遵循國際標(biāo)準(zhǔn)ISO/IEC TS 24790:2012[4]。但實(shí)踐表明，對于亮度接近的兩個(gè)彩墨情況，該方法往往無法確定有底色時(shí)色墨線條的寬度，從而無法給出互滲數(shù)值，國家標(biāo)準(zhǔn)GBT 36598-2018中也明確互滲程度的測量不包含某些彩墨情況。為此，需建立更為有效的方法克服這一困難，使互滲程度的測量適應(yīng)所有彩墨情況。

1 互滲程度的表征與檢測方法

鑒于不同的彩墨互滲總會在互滲區(qū)域形成第三色的特點(diǎn)，本文采用的印品彩墨互滲程度，用彩墨鄰接區(qū)域兩彩墨混合而成的第三色寬度來表征。在這一寬度的求解技術(shù)中，與Briggs及國家標(biāo)準(zhǔn)相類似，亦是基于印品圖像的數(shù)字圖像及圖像處理技術(shù)，提取出彩墨互滲形成的第三色寬度，但在具體的檢測圖案，以及相應(yīng)的互滲寬度求解算法等方面具有特色。

1.1 互滲圖案設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)含有至少一條兩個(gè)彩墨實(shí)地色塊（墨量為100%）無縫鄰接的直邊矢量圖案，為檢測用互滲圖。如圖1所示，為本文所用含有兩個(gè)彩墨鄰接直邊的數(shù)字原稿圖，即彩墨1實(shí)地色，兩邊緊密鄰接彩墨2實(shí)地色。其中，兩個(gè)實(shí)地彩墨區(qū)域相鄰接的直邊長L為6 mm，彩墨1與彩墨2的非接觸邊的長度為W1，兩側(cè)的彩墨2在彩墨1兩邊的非接觸邊長為W2，W1=W2=3 mm。彩墨1和彩墨2的不同組合，可構(gòu)成M（品紅）-C（青）、C-M、M-Y（黃）、Y-M、C-Y和Y-C共六種互滲圖案，將該數(shù)字原稿圖像存儲為pdf格式。

圖1所示圖案的特點(diǎn)是：1）彩墨1與彩墨2相接觸的兩個(gè)鄰邊間有足夠的距離（即距離W1），使彩墨1與彩墨2的兩個(gè)鄰邊均能充分地展現(xiàn)其互滲程度，同時(shí)，足夠長的鄰邊長度L也能充分地展現(xiàn)互滲性能；2）彩墨1與彩墨2的兩個(gè)鄰邊同時(shí)用于互滲性能的測試與表征，提高了測試效率和結(jié)果的穩(wěn)定性。

1.2 互滲寬度和求解

將互滲檢測圖案的pdf原稿文件打印輸出后的印品圖像，由一個(gè)性能穩(wěn)定、顏色響應(yīng)符合sRGB標(biāo)準(zhǔn)、分辨率不小于2 400 dpi的數(shù)字成像系統(tǒng)成像，所稱數(shù)字圖像稱為檢測圖像。成像時(shí)，要求互滲圖案中鄰接直線段的方向盡量橫平豎直，偏離角度不大于0.2°。獲得的檢測圖像需存為*.tif或*.bmp格式。

利用檢測圖像，求解彩墨互滲所成第三色寬度的方法和步驟如下：

1）將成像獲得的檢測圖像按照sRGB與CIE色度的標(biāo)準(zhǔn)關(guān)系[5]，由RGB轉(zhuǎn)換為色相角h灰度圖像；

2）在色相角h灰度圖像中，由圖像的非鄰近邊緣區(qū)域確定墨色1的平均色相角h1和墨色2的平均色相角h2，并在h1和h2之間確定兩個(gè)色相角閾值hth1和hth2，分別如式（1）和式（2）；

3）對色相角h灰度圖像中的每一行（沿彩墨互滲方向）像素值，確定h變化曲線中互滲區(qū)域內(nèi)閾值hth1和hth2對應(yīng)的像素位置X1和X2，如圖2所示，由式（3）確定該行位置彩墨互滲對應(yīng)的第三色寬度，即該行的互滲寬度Di；

式中，p為圖樣數(shù)字圖像每個(gè)像素對應(yīng)的物理尺寸，單位為“μm/pixel（微米/像素）”。

4）對色相角h灰度圖像中所有行的互滲寬度Di求平均，得到式（4）所示的兩彩墨互滲寬度D。

式中，i為色相角h灰度圖像的行標(biāo)記，N為色相角h灰度圖像的總行數(shù)。

2 檢測應(yīng)用

2.1 互滲圖案的打印輸出

選用EpsonL1800噴墨打印機(jī)和四種噴墨專用紙張，紙張類型及對應(yīng)的樣品編號如表1所示。

表1 互滲檢測實(shí)驗(yàn)用紙張Table 1 Papers for color ink interpenetration test

每種紙張分別包括圖1所示的M-C、C-M、M-Y、Y-M、C-Y和Y-C六個(gè)圖案的打印圖樣。

2.2 互滲印品圖樣的數(shù)字成像

選用彩色掃描儀Epson GT-X970作為互滲印品圖樣的數(shù)字成像系統(tǒng)，該掃描儀具有穩(wěn)定的、專業(yè)級的成像性能，顏色響應(yīng)符合sRGB標(biāo)準(zhǔn)，能夠有效區(qū)分打印用C、M、Y原色的色彩特性。此外，該掃描儀支持2 400 dpi以上的高掃描分辨率，獲得檢測圖像的掃描成像即選用2 400 dpi，其他掃描參數(shù)為24位彩色、不做任何圖像增強(qiáng)和優(yōu)化等處理，圖像存為*.tif格式。

2.3 互滲寬度的檢測

首先認(rèn)識互滲檢測圖像。如圖3所示，為實(shí)驗(yàn)的4#樣品品紅色墨和青色墨互滲的檢測圖像及其不同色度和變化圖。從圖3（a）不難看出，兩個(gè)彩墨鄰接的兩條直邊處，出現(xiàn)了兩條色墨互滲形成的視覺可見的藍(lán)色線條，而其藍(lán)色正是該兩個(gè)墨色混合所具有的色相，該藍(lán)色線條的寬度即為式（4）定義的互滲寬度。此時(shí)，=10.58（μm/pixel）（掃描分辨率為2 400 dpi）。

直觀上，該互滲寬度表征的是兩個(gè)彩墨在鄰接處互滲形成的第三色區(qū)域尺度，實(shí)質(zhì)上，反應(yīng)的是因彩墨互滲所導(dǎo)致兩個(gè)顏色區(qū)因緊密相鄰形成的色彩缺陷，這正是將彩墨互滲性能給予量化考量的目的所在，因此，本文方法確定用互滲寬度表征色墨互滲的程度，是對該圖像缺陷的一種量化表征。

按照2.2所述方法，首先獲得檢測圖像的色相角h灰度圖像，如圖3（b）所示，為圖3（a）的h灰度圖像，其行平均的h變化曲線如圖3（c）所示。同時(shí)給出了檢測圖像的亮度圖像，如圖3（d）所示，其行平均的亮度變化曲線如圖3（e）所示。

按式（1）～式（3），可由圖3（b）求解出圖像每行的兩個(gè)互滲區(qū)域的互滲寬度，其寬度界點(diǎn)標(biāo)識圖及其原圖對比圖如圖4所示；其中，上半部分為標(biāo)識了互滲寬度邊界點(diǎn)位置的圖像，下半部分為原圖。上、下對比著觀測，互滲寬度的邊界點(diǎn)與視覺上寬度的截取位置較為一致。

若按照Briggs和國家標(biāo)準(zhǔn)GBT 36598-2018采用的方法，需基于檢測圖像的亮度變化特征，將中間的品紅色（彩墨1）視為一段豎直方向的線條，求解其寬度，并將其與背景為基材時(shí)的寬度做比較表征互滲寬度。但若按照國際標(biāo)準(zhǔn)ISO/IEC TS 24790:2012的線寬求解方法，中間品紅色墨到兩側(cè)青色墨的過渡，需要亮度值為單調(diào)的變化過程。但由圖3（e）所示的亮度變化曲線看到，在兩側(cè)由品紅色墨到青色墨的過渡區(qū)域，亮度值均出現(xiàn)了突變（向下的尖峰），不具備單調(diào)變化的特性，因而也就無法求解品紅色墨線條的寬度，互滲寬度也就無法求解。

理論上，兩個(gè)彩墨（顏色）混合色的色相角一定處于兩個(gè)彩墨（顏色）色相角之間[5]，因此，無論哪兩個(gè)彩墨（顏色）組合，其互滲形成的第三色色相角均會在兩個(gè)彩墨色相角之間變化，而隨著混合墨色靠近哪個(gè)彩墨色，色相角就接近哪個(gè)彩墨的色相角，不會出現(xiàn)突變。這就是說，無論哪兩種彩墨組合，在互滲方向上色相角的變化都是單調(diào)、連續(xù)的漸變過程，都能滿足圖2所示的求解要求。此外，對比圖3（b）和圖3（d）還易看出，色相角h圖像較亮度圖像噪聲小得多，對應(yīng)形成的圖3（c）所示的行平均h變化曲線在非互滲區(qū)域非常平滑，易于位置點(diǎn)X1和X2的確定。無疑，這兩個(gè)特征使得本文求解互滲寬度的方法更加可行和穩(wěn)定。

2.4 結(jié)果與分析

對每個(gè)樣品圖樣中的左、右兩側(cè)互滲區(qū)域的互滲寬度平均，并對中間彩墨1和兩邊彩墨2及其互換色樣的結(jié)果再次平均，作為彩墨1和彩墨2的互滲寬度。如此，所測四個(gè)樣品的測量結(jié)果如表2所示。其中，為方便比較和說明，將表1中的紙張類型也列在了最后一行。幾個(gè)有代表性色樣互滲寬度的定位對比圖像如圖5所示。

表2 樣品的互滲寬度 單位：μmTable 2 The interpenetration width of test samples Unit: μm

從表2數(shù)據(jù)看，2#樣品的三個(gè)原色彩墨組合均有相對最小的互滲寬度，1#樣品的與2#樣品相當(dāng)，表明這兩個(gè)品牌的高光照片打印紙具有性能相當(dāng)?shù)耐繉印?#樣品M與C色墨和M與Y色墨的互滲寬度不及1#、2#樣品，而C與Y色墨的互滲寬度與1#、2#樣品相當(dāng)，表明這種紙張對打印機(jī)M色墨鋪展的程度較1#、2#紙張大。4#樣品三組互滲寬度均較前三個(gè)樣品大得多，表明該紙張對打印機(jī)三個(gè)原色彩墨都有大得多的橫向（沿表面方向）鋪展，特別是對Y色墨，鋪展程度更大。合理的解釋應(yīng)是，4#樣品為普通的噴墨打印紙，其表面對墨滴吸附的橫向收斂性不及前三種紙張。

上述測量結(jié)果，由彩墨互滲寬度表征的彩墨互滲程度，與視覺感知的彩墨互滲程度相一致，也與紙張的表面質(zhì)量等級相符合。

3 結(jié)語

本文方法充分利用兩個(gè)彩墨與其互滲區(qū)域顏色的色相變化規(guī)律，利用色相值變化特征點(diǎn)的間距表征色墨互滲寬度，并以此表征互滲程度。進(jìn)一步，通過獲取互滲圖案印品圖像的標(biāo)準(zhǔn)色度數(shù)字圖像，確立了基于色相角信息求解互滲寬度的計(jì)算方法。實(shí)踐應(yīng)用表明，所測互滲寬度與視覺感知寬度相符合，能夠量化表征彩墨互滲現(xiàn)象。此外，本文方法克服了基于亮度信息的互滲程度檢測技術(shù)缺陷，對任何彩墨組合，均能有效求解互滲寬度，且因彩墨色相角圖像噪聲較亮度圖像低得多，測量結(jié)果更加可靠和穩(wěn)定。