彩色反射密度计响应方式的应用研究

一、反射密度计测量原理
反射密度计是利用红、绿、蓝滤色片获得三色光，通过测量油墨对三色光的反射，得到青、品红、黄三分解色的色密度。色密度度量的是油墨对某种色光的物理吸收特性，反映了某种油墨饱和度的相对值，在实际应用中，按照测量目的异同，采用标准宽带或窄带滤色片测量不同光谱范围的密度，因此，反射密度计的测量被分为窄带测量、宽带测量，这是印刷工业中常采用的两种密度测量方式。
因为宽带滤色片光谱曲线较宽，红、绿、蓝三波段相互交叉，造成单色滤色片中有部分其它三色光通过，而窄带滤色片对光谱的选择性较强，所以，窄带测量的密度值较宽带测量值要高。反射密度计原理如图1。
密度计测得油墨的光谱反射率后，可以通过计算由公式（1）求得油墨密度。式中ρink为  （1）
油墨对吸收后剩余补色光的反射率，Sik（λ）为照射光源的光谱能量分布，rik（λ）为光电探测器的光谱灵敏度，τ(λ)为滤色片的光谱透射率，P(λ)为油墨对各波长的光谱反射率。下脚标代表不同波段范围，分别对应三个不同波段范围的红、绿、蓝光，对应青、品红、黄三油墨密度，上脚标k对应相同波段范围内不同的光谱能量分布形式，对应不同响应方式测得的密度。
二、彩色密度计的响应方式
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响应方式（如滤色片、光电探测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。为此测量时有必要进行密度计响应方式的统一，响应方式的规定是按满足标准响应定义来设计、测量和校准的结果，是为所有密度计提供一致的密度。
1.常用响应方式
在彩色密度测量中，密度计显示的测量值取决于密度计中使用的光源光谱能量分布Sik (λ)，探测器的光谱灵敏度rik（λ）和滤色片的光谱透射率τ(λ)三者的光谱乘积，此为密度计测量的响应函数，用符号∏表示：
如果对测量的响应函数不作严格规定，这种用红、绿、蓝光束所测定出的密度只是一个具体密度计所特有的，对于同一色样，它所提供的读数不能直接和另一部密度计所测的读数作比较。为了进行国际、厂际间的交流和标准化，必须对这类密度计作适当限制，并尽可能统一起来，因此，国际标准化组织（ISO）和美国国家标准学会（ANSI）对三滤色片密度做了响应方式的规定，如X-Rite 500系列密度计中的T，G，E， I等响应方式。
国际标准化组织ISO规定：如果密度计整个测量系统响应函数的对数值lg∏达到某响应规定的数值，由密度计测得的数据即为该响应密度。表2为T响应方式响应函数的对数值（表中只列出绿光响应函数的对数值lg∏TG），满足T响应函数规定的密度计，测得的数据即为T响应密度。
表2  T响应方式响应函数对数值
我国印刷行业中采用的红、绿、蓝光在其波段范围内的能量分布要求，对应的响应方式为T响应方式，在T响应方式中，光电探测器的光谱灵敏度rik(λ)不受CIE光谱三刺激值的限制，不包含人眼颜色视觉生理因素和心理因素的转换值。由于标准T响应方式中响应函数是标准量，而未知量只有油墨对各波长的光谱反射率ρ(λ)，因此，具有相同反射率的色样，用不同型号密度计所测得的标准T响应密度应是相等的，保证了密度测量的一致性。
2.响应密度的计算
根据公式（1）和（2）可以将品红油墨在绿光区T响应密度用公式（3）表达。
式中：△λ－波长间隔，可按要求取10nm或20nm。
取波长间隔为20nm， 其中∏TG的值由表2绿光响应函数的对数值ig∏TG得出，逐波长计算∏TG与品红油墨对各波长的广谱反射率ρ(λ)的乘积值见表3。
表3  ∏TG与光谱反射率ρ(λ)的乘积
由表3中得到的∏TG、∏TG. ρ(λ)数值代入公式（3）可得品红油墨的T响应密度。其它响应方式计算方法与T响应类似。
(4)
三、实验结果及分析
仪器：X-Rite 518配偏振片（测量响应方式T，G，E，I）。
光源：标准光源A，色温2856K；光谱范围：400nm-700nm。测量孔径：3.4mm。测量几何条件：45°/0° (ANSI & ISO 标准)； 光谱传感器：DRS技术， 24 点引擎， 31 点报告。
样张：印刷测控条C、M、Y实地色块。
将经过全面校准的X-Rite 518设置为不同的响应方式，分别对实地色块进行密度测量，测得数据如表2所示，由表2得画出常用响应方式密度曲线见图2。
表4 常用响应方式的测量数据
Tab. 2 measurement data of conventional response modes
图2 常用响应方式密度曲线
由图2可知，T、G、E响应方式测得DC、DM数值基本一致， 只是黄墨密度由T响应到I响应依次增大，这是因为T、G、E响应方式使用的是宽带红滤色片与宽带蓝滤色片，如常用的雷登25红滤色片、雷登47蓝滤色片。由于G响应方式为爱色丽印刷工艺宽带响应，与T响应方式类似，只是对于较浓的黄色油墨比较敏感，所以测得Dr数值较大，而E响应方式中使用了雷登47B窄带蓝滤色片，所以对于黄色油墨测得的Dr较G响应大。响应方式I是ANSI制订的一个窄带的响应方式，因此，在列出的响应方式中，I响应测得的密度最大，尤其是黄墨的密度值较T响应高出36.8％，故墨层厚度的细微变化也被放大36.8%，此响应方式有利于及时发觉并控制墨层厚度的变化。
色彩作为颜色视觉，是一种宽带感觉现象，因此在用于灰平衡，颜色校正测量时，应选用以T响应方式为代表的宽带密度计，而在测量油墨厚度、叠印率和网点面积率时则用窄带密度计，以提高精确度。
四、结语
为了实现图像复制的标准化，密度计在经过全面校准后，必须对响应方式进行正确选择，只有这样，才能实现测量数据的一致性，这是进行标准数据交流的前提，也是实现图像复制技术标准化的关键所在。