地圖數(shù)字印刷品色彩再現(xiàn)質(zhì)量控制方案的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

路麗華

（中華地圖學(xué)社，上海 200063）

一、引 言

隨著印刷技術(shù)的飛速發(fā)展和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的普及，印刷行業(yè)正在逐漸由模擬化向數(shù)字化轉(zhuǎn)變，并極大地推動(dòng)了地圖數(shù)字印刷的發(fā)展。地圖數(shù)字印刷技術(shù)具有快速、可變數(shù)據(jù)印刷及按需印刷的特點(diǎn)，滿足了人們對(duì)快速小批量印刷品的需求。但是，目前地圖數(shù)字印刷品質(zhì)量還不夠穩(wěn)定，仍沒有一套完整的質(zhì)量控制體系。此外，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，操作人員無法按照既定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行有效質(zhì)量控制和調(diào)節(jié)，這也在一定程度上限制了其在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用。因此，針對(duì)地圖數(shù)字印刷品圖像色彩再現(xiàn)和灰平衡控制這個(gè)難題，建立切實(shí)可行又簡(jiǎn)單適用的控制方法是非常必要的。

二、G7工藝基本原理及控制參數(shù)

評(píng)價(jià)印刷品質(zhì)量的好壞是以人眼的視覺感受和判別為基礎(chǔ)的。孟塞爾色彩系統(tǒng)是目前公認(rèn)的可以比較準(zhǔn)確地反映人眼視覺效果的色彩描述體系，也是印刷色彩復(fù)制的理論基礎(chǔ)［1］。孟塞爾色彩系統(tǒng)最能反映人眼視覺效果的3個(gè)指標(biāo)為色相、明度和飽和度。判斷中性灰利用的是色度坐標(biāo)值a*、b*和明度值L*，以表征人眼的視覺效果。G7工藝將分光光度測(cè)量的原理引入印刷質(zhì)量控制，使儀器讀數(shù)能直接反映人眼的視覺效果，從而達(dá)到精確、科學(xué)的復(fù)制效果。

圖1為密度與孟塞爾明度的關(guān)系圖。由圖1可知，密度與孟塞爾明度并不是線性關(guān)系，相對(duì)密度為0.54的點(diǎn)處于孟塞爾明度的第6級(jí)上，斜率最大；在孟塞爾明度值的6～10級(jí)處，即密度值在0～0.54處，斜率較大；密度大于0.54的部分，曲線相對(duì)平緩且斜率小。這說明人眼可分辨的最小明度差在中亮調(diào)部分所對(duì)應(yīng)的密度差小，而在暗調(diào)部分所對(duì)應(yīng)的密度差大，即人眼對(duì)圖像的中亮調(diào)部分的變化比較敏感，而對(duì)暗調(diào)部分的變化相對(duì)遲鈍［1］。因此，從0～0.54的密度段，即圖像的中亮調(diào)部分，應(yīng)是印刷過程中需要重點(diǎn)控制的。雖然在不同紙張和油墨條件下印刷所得到的實(shí)地密度是不同的，而且其對(duì)最大密度有一定的限制，但是將相對(duì)密度保持在0.54是可以實(shí)現(xiàn)的［2］。

圖1 密度與孟塞爾明度關(guān)系

在傳統(tǒng)印刷控制過程中，地圖印刷企業(yè)將實(shí)地密度值、75%網(wǎng)點(diǎn)反差值及網(wǎng)點(diǎn)擴(kuò)大作為控制重點(diǎn)，而對(duì)中亮調(diào)范圍的控制不夠，并且所控制的密度值與反映人眼視覺特性的孟塞爾明度值之間并沒有太多的直接關(guān)系［3］。

基于以上研究，G7工藝定義了中性灰密度曲線NPDC，以適應(yīng)人眼視覺特性，并提出了亮調(diào)范圍的概念，將控制重點(diǎn)放在中間調(diào)和亮調(diào)的表現(xiàn)，從而最大可能地實(shí)現(xiàn)不同地區(qū)、不同設(shè)備、不同材料同貌印刷的效果。

1.亮調(diào)范圍

亮調(diào)范圍（highlight range，HR）主要是在地圖印刷過程中或者印刷完成后，對(duì)中間調(diào)作快速檢查，檢測(cè)校準(zhǔn)設(shè)備中間調(diào)密度。HR替代網(wǎng)點(diǎn)擴(kuò)大值成為反映印刷品整體階調(diào)和灰平衡的主要參數(shù)，是G7工藝的一大特點(diǎn)，也是G7工藝的核心控制部分。

HR需測(cè)量?jī)纱?，分別為HR_CMY（50C，40M，40Y）和HR_K（50K）。為了方便計(jì)算與分析，HR主要由中性灰密度ND的數(shù)值來表現(xiàn)。ND值可以由CIEXYZ值中的Y值很方便地計(jì)算得到。G7中定義的中性灰密度ND的公式為

HR_CMY可由測(cè)得的三色灰色塊的中性密度減去紙張的中性密度得到，即

HR_K可由測(cè)得的50%單色黑色塊的中性密度減去紙張的中性密度得到，即

根據(jù)G7工藝規(guī)范的要求，一般印刷品的HR_CMY 為0.54，HR_K 為0.50。

2.高光反差

高光反差（highlight contrast，HC）可用于快速檢查NPDC中亮調(diào)層次。HC需測(cè)量?jī)纱?，一次是HC_CMY，另一次是HC_K。

測(cè)量CMY疊印灰度色塊（25C，19M，19Y）的中性灰密度，然后減去紙張中性灰密度，就得到HC_CMY，即

測(cè)量25%黑色塊的中性密度，然后減去紙張中性密度，得到HC_K值，即

根據(jù)G7工藝規(guī)范的要求，一般印刷品的HC_CMY 為0.25，HR_K 為0.22。

3.暗調(diào)反差

在生產(chǎn)中，暗調(diào)反差（shadow contrast，SC）代替了CMY各單色的印刷反差值，可以快速檢查NPDC中的暗調(diào)層次。SC需測(cè)量?jī)纱?，一次是SC_CMY，另一次是SC_K。

測(cè)量CMY疊印灰度色塊（75C，66M，66Y）的中性密度，然后減去紙張中性密度，就得到 SC_CMY，即

SC_K可由測(cè)量所得75%單色黑色塊的中性密度值減去紙張中性密度得到，即

SC_CMY與SC_K值大小與實(shí)際印刷過程中的實(shí)地密度有關(guān)。同時(shí)，由于G7工藝中對(duì)于暗調(diào)的控制不是重點(diǎn)，因此SC并沒有固定的常數(shù)值。

4.中性灰印刷密度曲線

中性灰印刷密度曲線（neutral print density curve，NPDC）是G7工藝提出的一個(gè)全新概念，它是通過測(cè)量P2P標(biāo)準(zhǔn)圖（如圖2所示）中第4列與第5列印刷灰度條上的中性灰密度結(jié)合半色調(diào)網(wǎng)點(diǎn)值繪制而得到，反映了所測(cè)量的中性灰密度與網(wǎng)點(diǎn)百分比之間的關(guān)系。中性灰密度是一個(gè)絕對(duì)值，而TVI是相對(duì)值，因此NPDC曲線可以保證不同設(shè)備間得到較好的反差和密度匹配。

圖2 P2P25X標(biāo)準(zhǔn)圖面

三、地圖數(shù)字印刷質(zhì)量控制方案的設(shè)計(jì)

雖然到目前為止還沒有統(tǒng)一的彩色地圖數(shù)字印刷品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，但是地圖數(shù)字印刷與傳統(tǒng)印刷工藝一樣，都是采用青、品、黃作為色料三原色，呈色方法為減色法，階調(diào)復(fù)制也均使用半色調(diào)復(fù)制技術(shù)。因此，結(jié)合實(shí)際印刷需要，地圖數(shù)字印刷品的質(zhì)量控制參數(shù)可以參照傳統(tǒng)印刷品的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及控制參數(shù)來確定，主要包括實(shí)地密度、網(wǎng)點(diǎn)增大、灰平衡、印刷均勻性等。

G7工藝是建立在印刷過程中灰平衡的基礎(chǔ)上，利用自身特有的控制參數(shù)，通過分光光度測(cè)量的方法對(duì)印張上中性灰區(qū)域進(jìn)行控制，以達(dá)到準(zhǔn)確表現(xiàn)圖像理想效果的目的。與傳統(tǒng)印刷質(zhì)量控制方法不同，G7工藝中對(duì)網(wǎng)點(diǎn)擴(kuò)大曲線TVI的控制不是重點(diǎn)，因此在保證印刷品質(zhì)量的同時(shí)簡(jiǎn)化了質(zhì)量控制步驟。G7工藝的適用范圍包括數(shù)碼、柔印、凹印、膠印及網(wǎng)印在內(nèi)的所有印刷媒介，因此將G7工藝應(yīng)用于地圖數(shù)字印刷質(zhì)量控制，在理論上是可行的。本文是根據(jù)G7的基本原理及校正步驟，針對(duì)地圖數(shù)字印刷相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，建立了地圖數(shù)字印刷的質(zhì)量控制方案。方案流程的建立與過程控制的基本步驟如圖3所示。

圖3 數(shù)字印刷質(zhì)量控制方案流程

圖3所示數(shù)字印刷質(zhì)量控制方案流程在進(jìn)行正式印刷之前，需要基于G7工藝建立相應(yīng)的地圖數(shù)字印刷質(zhì)量控制流程，包括調(diào)節(jié)印刷基礎(chǔ)條件，目的是使印刷機(jī)達(dá)到正常的穩(wěn)定狀態(tài)。第1次印刷，測(cè)試是否達(dá)到灰平衡，繪制實(shí)際NPDC曲線，確定RIP修正值；進(jìn)行第2次印刷，可驗(yàn)證校正后的NPDC曲線，測(cè)量獲得特征化數(shù)據(jù)，為以后印刷提供參考。

四、地圖數(shù)字印刷質(zhì)量控制方案的應(yīng)用

為了驗(yàn)證地圖數(shù)字印刷質(zhì)量控制方案的應(yīng)用效果，本文按照質(zhì)量控制方案設(shè)計(jì)的相應(yīng)步驟進(jìn)行印刷試驗(yàn)、取樣及數(shù)據(jù)獲取，最終對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析對(duì)比。同時(shí)，為了更好地論證方案的可行性，試驗(yàn)過程采用HP Indigo 5500 press數(shù)字印刷機(jī)，并選用HP250g銅版紙和HP電子油墨。

1.HC、HR、SC測(cè)量值前后對(duì)比

測(cè)量試驗(yàn)中第1套與第2套測(cè)試版樣張HC、HR、SC的中性密度值，將多個(gè)樣張所得數(shù)值取平均值，結(jié)果見表1。

表1 4組試驗(yàn)HC、HR及SC的中性密度值

由表1中HR、HC和SC的中性密度值可知，經(jīng)過RIP曲線校正后，HC、HR、SC值均得到了相應(yīng)調(diào)整。對(duì)于單色黑的控制，中間調(diào)和亮調(diào)控制較好，均在誤差范圍之內(nèi)。對(duì)于三色黑的控制，中間調(diào)和亮調(diào)值均控制在誤差范圍內(nèi)，與目標(biāo)值完全一致，但是暗調(diào)測(cè)量值與目標(biāo)值有一定的偏差，不過基于人眼對(duì)中亮調(diào)敏感、對(duì)暗調(diào)變化不敏感的視覺特性，說明總體上試驗(yàn)樣張的中性密度控制得到了比較好的效果。

測(cè)量試驗(yàn)的第1套與第2套測(cè)試版樣張中CMY三色黑的 HC、HR、SC色度值，將多個(gè)樣張所得數(shù)值取平均值，結(jié)果見表2。

表2 4組試驗(yàn)三色黑HC、HR及SC的色度值

由表2可知，經(jīng)校準(zhǔn)的HC、HR和SC色塊色度值得到了一定調(diào)整，中高調(diào)的色度值基本上都更接近目標(biāo)值，試驗(yàn)樣張基本達(dá)到目標(biāo)灰平衡，復(fù)制效果較好。

2.P2P標(biāo)準(zhǔn)圖復(fù)制效果

測(cè)量樣張中P2P表第4列K列和第5列CMY列的CIEL*a*b*色度值及中性密度值。根據(jù)測(cè)量結(jié)果，在Origin8繪圖軟件中依次輸入各個(gè)點(diǎn)的值，生成實(shí)際印刷中的單色黑K和三色疊印黑CMY的NPDC曲線。同時(shí)，將目標(biāo)曲線與校準(zhǔn)前曲線置入對(duì)比圖，以更好地分析校正前后的效果，如圖4～圖5所示。

圖4 HP銅版紙單色黑NDPC目標(biāo)曲線，校正前曲線及校準(zhǔn)后曲線

圖5 HP銅版紙三色黑NDPC目標(biāo)曲線，校正前曲線及校準(zhǔn)后曲線

經(jīng)過G7工藝校正，實(shí)際印刷的NPDC曲線有了明顯的改善。由圖4和圖5可比較紙張輸出的NPDC曲線效果，在中高調(diào)范圍內(nèi)實(shí)際印刷曲線與目標(biāo)曲線基本完全重合，達(dá)到了良好的效果。

3.TVI曲線

在印刷過程中，受印刷壓力及原材料等因素的影響，網(wǎng)點(diǎn)增大是不可避免的。雖然G7工藝對(duì)TVI曲線的控制不是重點(diǎn)，但仍有一定的參考價(jià)值。本試驗(yàn)方案使用X-Rite 530分光密度計(jì)，在D50光源、2°視場(chǎng)條件下，經(jīng)過測(cè)量第1套和第2套測(cè)試版，得到試驗(yàn)黃、品、青、黑四色梯尺的網(wǎng)點(diǎn)面積值，進(jìn)而計(jì)算出相應(yīng)的網(wǎng)點(diǎn)增大值，并繪制校準(zhǔn)前后的TVI曲線，如圖6所示。

由圖6可知，校準(zhǔn)后的TVI曲線得到了一定的控制，各色的網(wǎng)點(diǎn)增大值基本在20%以下。校準(zhǔn)前后各色TVI曲線的峰值也基本在40% ～50%處得到。根據(jù)G7工藝控制的基本原理，在保證灰平衡并且保持網(wǎng)點(diǎn)增大值在一定范圍內(nèi)之后，關(guān)鍵是保證TVI曲線的平滑，基本滿足G7工藝要求。

圖6 HP銅版紙網(wǎng)點(diǎn)增大曲線

4.實(shí)地密度

測(cè)量第2套測(cè)試版實(shí)地密度塊的密度值，獲得多個(gè)樣張數(shù)據(jù)并求取平均值，結(jié)果見表3。

表3 HP銅版紙實(shí)地密度值

在實(shí)際印刷中，由于條件不同，G7規(guī)定了不同密度值下的校準(zhǔn)目標(biāo)。所以，在達(dá)到了灰平衡的條件下，對(duì)實(shí)地密度的要求不是很嚴(yán)格。但是，同一次試驗(yàn)中的各個(gè)樣張之間的實(shí)地密度值不應(yīng)相差太大，保持輸出的穩(wěn)定性才能使印刷數(shù)據(jù)具有參考性。由表3可知，試驗(yàn)印刷實(shí)地色塊密度平均值與印刷過程控制的目標(biāo)值比較接近，且所測(cè)量樣張實(shí)地密度之間的差值也控制在合理的范圍之內(nèi)。因此，該試驗(yàn)方案基本符合G7工藝要求，樣張輸出穩(wěn)定性較好。

五、結(jié)束語

本文基于G7工藝的原理，設(shè)計(jì)了一套地圖數(shù)字印刷質(zhì)量控制方案。通過G7工藝校準(zhǔn)后，印刷樣張總體上達(dá)到了灰平衡，NPDC曲線與目標(biāo)曲線匹配良好，中間調(diào)和亮調(diào)得到了較好的還原，暗調(diào)部分稍有偏差。這表明，所得到的結(jié)果符合G7工藝壓縮暗調(diào)部分，保持亮調(diào)和中間調(diào)的原則，從而得出了適用于地圖數(shù)字印刷品質(zhì)量控制的參數(shù)，并驗(yàn)證了G7工藝在地圖數(shù)字印刷質(zhì)量控制方面應(yīng)用的可行性，為今后印刷提供了參考依據(jù)。

［1］ 李凱.G7工藝的標(biāo)準(zhǔn)化研究［J］.中國印刷與包裝研究，2010，2（4）:79-82.

［2］ 董佳霖.G7工藝在印刷工業(yè)中的應(yīng)用研究［D］.曲阜:曲阜師范大學(xué)，2011.

［3］ 胡媛，趙秀萍，嚴(yán)巖.基于G7工藝印刷質(zhì)量控制方法的研究［J］.包裝工程，2008（4）:81-84.