基于圖像分析法的噴墨打印紙張質量評價

郭麗娜 馮龍（內(nèi)蒙古工業(yè)大學 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010080）

基于圖像分析法的噴墨打印紙張質量評價

郭麗娜 馮龍
（內(nèi)蒙古工業(yè)大學 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010080）

采用計算機圖像分析法對彩噴紙的打印性能進行了檢測和評價。通過實驗室自制涂布彩噴紙，設計樣張并進行彩色打印從而得到彩色印品。利用顯微鏡對打印圖像進行放大50倍拍攝，之后運用軟件 Image Pro Plus6.0對所得拍攝圖像進行處理，包括墨點圓度和線條寬度。研究結果表明，5# 紙樣墨點擴散最為嚴重，而1#紙樣擴散較輕；對于線條寬度來說，1#紙樣的線寬更接近于理想值。同時，黃色墨的墨點圓度和線條寬度更接近于實際值。研究表明，該方法所測得結果和實際情況吻合，同時該方法能夠對彩噴紙的擴散情況進行定量研究和描述。

圖像分析法，噴墨打印，質量評價

1.引言

數(shù)字印刷技術的飛速發(fā)展使得噴墨印刷成為日常辦公及家庭生活的主要工具，打印紙的類型層出不窮，其打印質量也是層次不齊。如何科學準確的評價打印質量就顯得尤為重要。傳統(tǒng)的檢測主要利用色密度、光密度儀進行檢測圖像質量，但此類方法只能定性的對打印質量進行檢測。而噴墨印刷是非接觸式印刷，主要靠墨點的噴射及在承印物上的再現(xiàn)實現(xiàn)圖文的復制。因此對噴墨質量的檢測主要集中在墨點的再現(xiàn)性。其中計算機圖像分析法是一種很優(yōu)秀的質量評估方法，針對噴墨印刷的特點，將獲得的圖像的墨點的線條的變化情況進行定量的表征，包括文本面積、線條的擴散情況，打印墨點圓度等指標[1-3]。本文就在此基礎上，對自制的不同類型噴墨打印紙進行了質量檢測及評價。

2.實驗

2.1 實驗材料及設備

紙張為實驗室自制無光澤涂布紙?；垶槠胀▏娔蛴〖?。通過采用不同的涂料配方得到6種性能不同的涂布紙。對紙張的基本物理性能進行了檢測，如表1所示。

表1 涂布紙性能指標

打印機為pson Stylus 805。

采用USB Digital Microscope顯微鏡拍攝打印樣張的顯微鏡照片。

采用Media Cybernetics公司的Image Pro Plus6.0獲得圖像數(shù)據(jù)。

2.2 圖像的分割

圖像的分割即圖像信息的提取過程，將顯微鏡獲得彩色圖像轉化成灰度圖像，再將灰度圖像轉為二值圖像。采用閾值法來提取打印圖像。閾值選擇要適當，閾值的高低會對圖像的測量值產(chǎn)生影響。選取合適的閾值，將圖像的灰度級分為打印圖像和背景部分，黑色為圖像部分，白色為背景部分。假設我們采集到的圖像灰度函數(shù)為I（i，j），其中我們要分析的圖像灰度分布[4]

如圖1所示，首先將采集得到的圖像變成二值圖像，然后經(jīng)過閾值運算，把圖像變色灰度圖，即白色的背景和黑色的圖像部分。在轉換的過程中，閾值的選擇決定著最終的計算值，閾值偏大會使得部分背景當成圖文，相反，閾值過小或丟失部分圖文信息。本次分割選取的閾值為（0-60）。

圖1 圖像的分割過程

2.3 圖像的測量分析和質量評價

在半色調(diào)圖像的復制中，網(wǎng)點的形狀不僅有圓形，還有方形、菱形，而根據(jù)噴墨打印的機理，理想下墨點的形狀都是圓形的。但是由于紙張具有一定的吸收性，墨點轉移上來后會在表面發(fā)生擴散和滲透，最終會導致墨點邊緣發(fā)生改變，形狀不可能絕對的圓滑。因此可以通過墨點的變化情況判斷紙張對圖像的再現(xiàn)情況，若墨點值小于標準值，說明墨點不完整，發(fā)生了Z向滲透；若墨點值大于標準值，說明發(fā)生了擴散，擴散程度可以通過值得變化來表征[5-8]。因此對于墨點圓度的考察可以準確描述墨點的擴散情況，從而可以對紙樣的打印效果進行評價。對墨點圓度的計算如下公式[9]：

其中RD為墨點圓度，A為墨點面積，P為墨點周長。

線條的質量包括擴散程度和邊緣粗糙程度。理想情況下，圖像的像素是固定的，通過電子設備可以將其準確再現(xiàn)出來，但是通過打印的方式使其再現(xiàn)在紙張上，其所表現(xiàn)出的網(wǎng)點大小及線條擴散程度會有所改變，這主要是由于不同的紙張對于油墨的吸收性不同所導致的[10，11]。

實驗中，首先設計0.1mm寬度的四色線條，包括橫向和縱向，之后對其進行噴墨印刷。利用顯微拍攝儀拍攝獲得圖像，將圖像導入IPP（Image Pro-plus）中，為了將圖像和背景部分分割開，要在線條兩邊標注基準線，如圖2所示，在此基礎上，就可以計算線寬了。

圖2 線條的寬度

由此可見，墨點圓度越靠近1，打印線條寬度越接近0.1mm，表明打印圖像的清晰度越高，墨點再現(xiàn)性越好[12]，質量越好。

3.結果

3.1 墨點圓度

利用圖像分析軟件IPP6.0對處理后的圖像進行分析，計算得到墨點的圓度。圖3為樣張各色墨點圖，相應的計算值如表2。由表2數(shù)據(jù)可知，各色墨點值均大于1，說明都存在墨點擴散現(xiàn)象，擴散嚴重程度為1#<3#<2#<4#<6#<5#。5# 紙樣墨點擴散最為嚴重，這是由于其吸收性最大導致的。

于C、M、Y、K四色墨點來說，其墨點擴散程度也是不一致的。從圖3中可明顯看出，黑色墨點的邊緣有毛刺，比較粗糙，而且墨點出現(xiàn)了輕度分裂的現(xiàn)象[13，14]；相對來說，黃色墨點的打印質量比較好。這一點可以通過表2中的墨點圓度來論證，黃色墨點的圓度最小（為1.69），黃色油墨打印到紙張上的擴散程度最小，黃色油墨的色彩再現(xiàn)性比較好；而黑色墨點的墨點圓度較大（為2.15），打印質量較差。

表2 不同紙樣的墨點圓度

圖3 不同紙樣的各色墨點

3.2 線條

圖像的線條寬度也是一項評價指標，圖5為橫向打印線條，圖6為縱向打印線條。相對應的數(shù)據(jù)如表3，表4所示。

結合表3，表4可知，5#橫向線條擴散最為嚴重，4#、6#橫向線條更接近于理想值。對縱向線條來說，1#紙樣更接近于理想值，其他紙樣失真較為嚴重。無論哪種紙樣，橫線條的線寬更接近標準線寬0.1mm。這和纖維的特性有關，纖維在直徑方向的擴展要大于在長度方向的擴展。

因此在打印中，應盡量選擇橫向絲縷的紙張，這樣能夠更好的避免由于纖維吸收墨水后所導致的擴散[15]。

表3 橫線條的寬度（um）

表4 縱向線條的寬度（um）

圖4 不同紙樣的各色橫向線條

圖5 不同紙樣的各色 縱向線條

結合圖4，圖5可知，橫向線條再現(xiàn)性比縱向線條好，更接近于標準線條。而從C、M、Y、K四色油墨來說，無論是橫線條還是縱線條，黃色線條的打印質量優(yōu)于其他三色油墨，線條邊緣比較清晰，線寬更接近理想值。

4.結論

將圖像分析技術應用于彩噴紙的質量評價中，通過測量墨點圓度和線條寬度，可以更加準確的評價噴墨印品的墨點再現(xiàn)。能夠給出定量的表達，能夠科學的評價彩噴紙質量。通過檢測能夠對不同品牌紙樣的打印質量做出比較；為造紙企業(yè)和印刷企業(yè)提供技術反饋，提高產(chǎn)品質量提供幫助；同時也能為消費者購買選擇打印紙樣提供指導和幫助。

[1]司占軍，劉小鬧.高光澤彩噴紙的打印質量評價方法[J].上海造紙，2006:30-32.

[2]王立成.彩噴紙打印質量評價方法[J].印刷雜志，2010:48-50.

[3]辛紀輝，張正健等.涂層特性對彩噴紙物理和打印性能的影響[J].造紙科學與技術，2014:12-16.

[4]唐寶玲，陳海升.基于數(shù)字圖像處理的紙張噴墨打印質量檢測[J].印刷質量與標準化，2006(07):49-51.

[5] Juha L,Timo L,Jouni A,et al.Novel method for quantitative starch penetration analysis through iodine staining and image analysis of cross-sections of uncoated fine paper[J].Nordic pulp and paper research journal,2004,19(3)：300-308.

[6] Erik Svanholm.Printability and ink-coating interactions in inkjet printing [D].Karlstad: Karlstad University,2007.

[7] P.A.Webb,C.Orr.Analytical Methods in Fine Particle Technology. Micromeritics Instrument Corporation, USA,1997.

[8] Rousu,S.,Gane,P A C,Eklund,D E and Spielmann,D C.Differential Absorption of offset Ink Components on Coated Paper.Tappi Advanced Coating Fundamentals Symposium,May 4th-5th 2001, 55-70.

[9]郭麗娜.彩噴紙涂層結構與打印性能關系的研究[D].天津：天津科技大學，2010.

[10]朱予川，肖志堅，彩噴紙結構對紙張性能和打印性能的影響[J].包裝工程，2014(07):123-126.

[11] Cristian Dinca,Adrian Badea,Horia Necula. Influence of Coating Binder Migration on Coated Paper Optical Properties[J].Advanced Materials Research.2013(746):114-117.

[12]高松，唐正寧，王成林，王志宏.紙張噴墨印刷的網(wǎng)點鋪展?jié)B透研究[J].包裝工程，2008(02):52-54.

[13] Anders Sand,Jani Kniivila,Martti Toivakka. Structure formation mechanisms in consolidating pigment coatings-Simulation and visualizationJ[J].Chemical Engineering and Processing,2011,50 (5-6):574-582.

[14]顏進華，郭壽豪.表面施膠與彩噴紙的打印效果[J].信息記錄材料，2012(01):13-17.

[15] WANG Lei,LIU Jing.Compatible hybrid 3D printing of metal and nonmetal inks for direct manufacture of end functional devices[J].Science China(Technological Sciences),2014(11):2089-2095.

來源：內(nèi)蒙古工業(yè)大學?；?，項目編號：X201231

TQ57

A

1009-5624（2016）06-0194-03

郭麗娜（1985），女，內(nèi)蒙古呼和浩特，博士在讀，講師，主要研究方向：印刷新材料，功能性材料。