楊木基材表面UV噴墨色彩還原研究

楊舒琪，范振憲，桑瑞娟

(南京林業(yè)大學家居與工業(yè)設(shè)計學院，南京 210037)

傳統(tǒng)家居與木制品生產(chǎn)在新一代的信息化、數(shù)字化技術(shù)驅(qū)動下產(chǎn)品樣式與生產(chǎn)形式也都發(fā)生了根本性的變化[1-2]。當前，UV(ultraviolet)數(shù)碼噴墨技術(shù)在家具及木制品行業(yè)的應用[3-6]，拓展了室內(nèi)外木制產(chǎn)品表面裝飾的新內(nèi)涵[6-7]，同時對技術(shù)的具體實施也提出了專業(yè)的要求。UV噴墨打印作為板材表面的數(shù)字裝飾技術(shù)，重要的評價指標之一是打印色彩的還原性。

在UV噴墨打印工作流程中，色彩的輸出及表現(xiàn)能力會受到各種設(shè)備固有屬性的影響，比如計算機、掃描儀、顯示器、打印機等，不同設(shè)備對其顏色的輸出及表現(xiàn)能力也會有所差異。圖像在設(shè)備間的相互傳輸中，難以保證圖像色彩的一致性、準確性和預見性。在噴墨打印木制品表面裝飾中，基材具有多樣性及表面涂飾工藝的差異性[8-12]，在同一打印設(shè)備、系統(tǒng)、油墨等硬件條件下，同一裝飾圖像在各種承印板材上存在不同的色彩偏差[13]，會影響色彩的一致性及打印輸出的裝飾效果。目前針對打印機色彩特性化技術(shù)有CIE色度學、ICC色彩管理、常見彩色打印機特性化方法(模型法、多項回歸法、多維查找表法)[14]及色域提取[15]與白點匹配方法[16]。而在現(xiàn)代化印制系統(tǒng)中有專業(yè)的色彩管理系統(tǒng)，色彩管理系統(tǒng)可以大大提高企業(yè)在印刷生產(chǎn)中的生產(chǎn)效率，同時減少設(shè)備輸出色彩的出錯率。ICC(international color consortium)色彩管理是色彩描述文件的一種標準格式，以一個既定的色彩標準來定義不同設(shè)備或不同色彩空間中進行匹配所必須要求的色彩數(shù)據(jù)的標準格式。通過跨平臺、跨系統(tǒng)地修正在不同的設(shè)備和軟件中對相同色彩輸出的差異，依靠曲線作為色彩補償，將打印機、墨水都調(diào)至理想狀況，來解決各種圖像輸入、輸出產(chǎn)品間色彩管理兼容問題，經(jīng)過ICC色彩曲線校準后，減少色彩轉(zhuǎn)換時可能產(chǎn)生的色差或失真[17-18]。

因此，本研究主要針對UV數(shù)碼噴墨因基材承印面的不同底涂工藝處理特點引起的色彩偏差問題，基于ICC色彩管理系統(tǒng)，選用楊木多層板為承印基材，測試楊木原色、表面底涂工藝對于色彩打印的偏色影響，通過ICC色彩管理曲線制作實驗，校正楊木基材表面顏色、底漆對打印輸出的偏差，優(yōu)化楊木基材表面的打印方法以減少承印面的冗余色彩，提高打印色彩的還原性、保真性，促進UV噴墨打印技術(shù)高效、高質(zhì)地應用于家具、地板等木制品裝飾領(lǐng)域。

1 材料與方法

1.1 實驗材料與設(shè)備

1)實驗基材：底材為三層白楊木膠合板(尺寸為45 cm×30 cm×0.7 cm)，承印表面進行底漆工藝處理(涂料及工藝，由江蘇海田技術(shù)有限公司提供)。打印基材按底漆處理方式分為白底漆楊木板、清漆底漆楊木板、無底漆楊木板。白色底漆底涂工藝如表1所示，清漆底漆底涂工藝如表2所示。

表1 白底漆底涂工藝Table 1 White primer coating process

表2 清漆底涂工藝Table 2 Varnish bottom coating process

2)打印設(shè)備：平板噴墨打印機(XENONS MODEL E316 UV)，UV油墨5色CMYKW(XENONS YL-UV-I3200U1-1)。

3)測量儀器及軟件：校色儀(i1 pro2)，愛色麗軟件(i1Profiler 1.6.7)，圖像輸出處理軟件(Rip Maintop RIP-V6.x)。

4)操作系統(tǒng)：Windows 10。

1.2 實驗標版

標版1：線性化測試圖片，由CMYK 0-100單墨色和基本灰階的120個色塊組成，如圖1a所示。標版2：ICC曲線制作測試圖，由924個CMYK彩度和灰度色塊組成，如圖1b所示。標版3：色彩評測圖，包含人像、風景、灰階、CMYK色彩過渡圖等，如圖1c所示。

圖1 標版測試圖 Fig. 1 Plate test image

1.3 實驗方法

1.3.1 方案設(shè)置

方案設(shè)置按起始基材的底涂工藝分為3組：組一，基材為楊木膠合板上白色底漆處理，無白墨鋪底打印實驗標版；組二，基材為楊木膠合板透明底漆處理，以200%白墨鋪底打印實驗標版；組三，基材楊木膠合板無底涂工藝處理，砂紙打磨后以200%白墨鋪底打印實驗標版(表3)。試驗設(shè)置基于白底的統(tǒng)一條件，比較不同工藝的白色對打印色彩差異的影響，而木材表面紋理會造成油墨滲透，底漆工藝對木材起到封底作用，以驗證底涂工藝是否可以改善基材的承印面，從而提高打印質(zhì)量。

表3 3組實驗方案Table 3 Three groups of test schemes

將組一基材編號為1#，組二基材編號為2#，組三基材編號為3#。設(shè)置平板噴墨打印機的打印機精度為VT 720×1 800 dpi，校準設(shè)備，打印機輸出標版圖片。制作線性化標板樣本：分別在1#、2#、3# 基材上打印標板1圖片，對輸出的打印樣板分別編號為1#B1、2#B1、3#B1；對3組打印標版1的樣板進行線性化測試，在修正線性化的基礎(chǔ)上，制作生成ICC曲線的打印樣本：分別在1#、2#、3#基材上打印標板2圖片，輸出的打印樣板編號為1#B2、2#B2、3#B2?；?組打印的標版2樣本生成相對應于3組基材的ICC色彩管理曲線，打印色彩評價測試圖：分別在1#、2#、3#基材上打印標版3，對1#B3、2#B3、3#B3樣板進行色彩比較、評價、分析。

1.3.2 實驗過程

1)生成線性化。

在1#、2#、3#基材上打印線性化測試圖片(標版1)，將校色儀的測量模式設(shè)置為單掃描，使用校色儀的讀取裝置分別掃描1#B1、2#B1、3#B1樣板上的打印標版色塊。通過設(shè)備和軟件的配合，將掃描的標板1打印色塊的色彩信息，轉(zhuǎn)換生成CMYK四色線性化數(shù)據(jù)，以曲線的形式在軟件中顯示。經(jīng)過校色儀兩次掃描，軟件作出相應的內(nèi)部修正以形成最終線性化數(shù)據(jù)。

2)生成ICC曲線。

在線性化修正基礎(chǔ)之上保持打印機基礎(chǔ)設(shè)置，在1#、2#、3#基材上打印輸出標板2，使用校色儀的讀取裝置分別掃描1#B2、2#B2、3#B2樣板上的打印標版色塊，測量模式設(shè)置為雙掃描。使用校色儀掃描打印的標版2色塊的色彩信息，獲取分色數(shù)據(jù)，計算機內(nèi)部生成最終的ICC曲線。

3)打印色彩測試圖。

通過3組實驗樣板的線性化校準，根據(jù)計算機內(nèi)置算法分別生成匹配3組基材的3個ICC色彩曲線?；谙鄬杏∶娴腎CC曲線，分別在1#、2#、3# 3組基材上打印標版3，獲得用于色彩評價的3組樣本1#B3、2#B3、3#B3。

1.3.3 評價方法

評價方法采用客觀評價與主觀評價相結(jié)合的方式。在色彩管理曲線制作中，通過實驗的線性化曲線圖進行判別，將色彩轉(zhuǎn)化為客觀、定量化、理性的可視化數(shù)據(jù)，由數(shù)據(jù)曲線圖判斷評價色彩的偏差情況。在對1#B3、2#B3、3#B3 3組樣本色彩評測中，則是通過肉眼觀察，將打印的人像、風景、色塊等圖片與顯示器圖片色彩的明度、彩度、色相、色調(diào)等方面進行對比，對打印質(zhì)量和色彩進行主觀經(jīng)驗性評定。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同底涂工藝的線性化變化

在打印樣本1#B1、2#B1、3#B1上對打印標版1色塊進行兩次線性化掃描，打印機圖像輸出處理軟件對掃描的點進行內(nèi)置算法生成數(shù)據(jù)曲線，在坐標系中呈現(xiàn)接近45°的狀態(tài)，如圖2所示。圖2中45°虛線表示理想的目標線性曲線，實線曲線表示當前實際線性曲線，虛線和實線越趨于重合則說明線性化程度越高，色彩線性過渡越好。

圖2 3組線性化數(shù)據(jù)曲線圖Fig. 2 Linearized data curves of three groups

從圖2中的線性化曲線可知：白底漆處理(1#B1)的楊木基板在線性化測試中，CMY(青色、洋紅色、黃色)曲線明顯更貼合于45°的理想狀態(tài)，K(黑色)曲線波動減小且呈低拋狀，剔除密度波動小的顏色范圍，打印色塊的噴墨范圍在0～100%可以進行平均分配。清漆楊木基板(2#B1)和無底楊木基板(3#B1)上CMYK曲線波動減小，曲線趨于順滑，CMY曲線呈高拋狀，K曲線呈低拋狀。

打印機和原色墨水在線性化之前都存在非線性化，這會導致原色墨水的疊印和色彩的不準確性[19]。線性化是根據(jù)當前設(shè)備(噴頭、板卡控制系統(tǒng)、墨水)和基材類型給打印機設(shè)備做出最基礎(chǔ)的色彩校正使其輸出正確的網(wǎng)點和連續(xù)(線性)色調(diào)，使打印出來的色彩能夠覆蓋到目標色域，基本的校準和穩(wěn)定性線性化可以確定色彩表現(xiàn)的范圍，最后管理最佳色彩匹配。線性化曲線是ICC色彩管理曲線的關(guān)鍵一步，通過檢查四色單通道的0～100%整個過程中階調(diào)層次是否正確還原，其可以體現(xiàn)出墨水在當前材料上的適用性，優(yōu)化墨水在當前材料上的打印色彩表現(xiàn)。在測試線性化的過程中會受到承印面局部差異、光線變化、掃描手速等影響，實驗分析得出在測試基本條件一致的情況下兩次操作即可。

因此，比較3組打印樣板的兩次線性化結(jié)果，白底漆楊木基板(1#B1)的線性化數(shù)據(jù)最貼合理想狀態(tài)，線性優(yōu)化得最佳，說明在打印輸出時，楊木基材面經(jīng)過白底漆處理后，四色單通道的輸出階層最適于楊木基材的輸出方案，且色彩的還原度相對較好，偏差較小。組一的白色底漆與組二、組三中的白墨鋪底處理，實際都是覆蓋楊木底色，可以有效修復基材的偏色影響，但是白色底漆的遮蓋和顯色效果更好，有助于獲得更準確、更優(yōu)質(zhì)的打印著色效果。

2.2 底涂工藝對于基材表面色彩分析

在線性化校正的基礎(chǔ)上，通過校色儀將標版2打印色塊的色彩輸入軟件中，與計算機中的原色色塊進行比對反饋，兩者的色彩之間產(chǎn)生的差值就是ICC曲線文件，經(jīng)過ICC色彩曲線校準后，能夠減少各因素造成的色彩密度及色域等偏色問題，提升打印機的色彩準確度，以更接近原稿。因此，利用打印標版1、標版2測試后制作相匹配1#、2#、3#基材的ICC色彩管理曲線，分別打印3組圖像色彩測試樣本1#B3、2#B3、3#B3。將打印標版圖像色彩與顯示器樣圖色彩進行對比，評價是不是“所見即所得”，即把主觀評價因素加以客觀解釋，使其準確化、科學化、可視化。

經(jīng)過ICC色彩管理曲線校正，比較3組基材面上打印的圖像色彩評測圖(標版3)，人像細節(jié)、色彩細節(jié)仍存在較為明顯的差異，如圖3、圖4所示(所有圖片均在同一環(huán)境和角度下拍攝)：白底漆楊木板上打印的測試圖與原圖相比基本無色差，色階層次明確清晰，灰階層次過渡自然，色彩純度還原度高，色相明確純凈；清漆楊木板上打印的測試圖與原圖存在一定差別，色彩的整體飽和度偏高，色調(diào)偏紅，色彩明度高；無底漆楊木板上打印的色彩測試圖整體色彩稍有曝光，色調(diào)偏黃，色彩飽和度、明度、彩度偏低。

圖3 人像色彩細節(jié)對比Fig. 3 Image color details comparison

圖4 3種方案品紅色彩對比Fig. 4 Magenta color comparison of three groups

在不同底涂工藝基材上的打印圖像和色塊的色彩偏差，從色彩的漸變線性變化中也可以體現(xiàn)。如圖5所示，CMYK四色的漸變色過渡差異明顯。標準印刷色彩的CMYK色圈過渡值是由色圈中心0到色圈外圍100的數(shù)值均勻過渡，如：青色過渡值0～100，品紅色過渡值0～100，黃色過渡值0～100，黑色過渡值為0～100。

將圖5中打印的標版CMYK漸變色，用圖像軟件進行色值分析，結(jié)果如表4所示。白底漆楊木板CMYK過渡值除K值外色值區(qū)間為20～95；清漆底漆楊木板除K值外色值區(qū)間為30～95，其中CY色值偏差較大；無底漆楊木板除K值外色值區(qū)間為30～90，其中CY色值偏差較大。而標準漸變色階過渡值越大越平滑,其色彩豐滿度和精細度越高，因此，從3組色彩過渡值來看打印效果，白底漆要優(yōu)于清漆底漆優(yōu)于無底漆，白底漆楊木板上的打印色彩過渡值最接近原圖。

圖5 CMYK色彩細節(jié)對比Fig. 5 Comparisons of CMYK color details

表4 CMYK四色漸變過渡值Table 4 CMYK gradient transition values

盡管在3組基材上打印色彩測試圖片時，已經(jīng)加載了匹配的承印面的ICC色彩管理曲線，以減少與原圖的色彩偏差，但是各個承印面與油墨結(jié)合的物理性能的差異性，如吸墨、滲透、擴散、固化等特點對色彩表現(xiàn)力還是存在無法消除的偏色影響。但是，木材表面的部分缺陷像鈍碴、木毛刷、裂紋等天然缺陷及加工過程中帶來的缺陷，可以通過清漆及白底漆底涂工藝來改善打印基材的承印面，提高打印質(zhì)量。木質(zhì)基材因存在天然色彩、紋理的不確定性，通過白底漆底涂工藝處理可以消除木材面的色彩差異，保證材料承印面的平整度，從而統(tǒng)一承印面的顯色性，使用相匹配的色彩管理曲線以保證在工業(yè)生產(chǎn)中標準化的色彩輸出。

3 結(jié) 論

在不同楊木基材底涂工藝表面進行UV噴墨打印標版的線性化校正、色彩管理曲線的制作及色彩評測實驗的結(jié)論如下：

1)白色底漆和UV白墨鋪底對于楊木基材的偏色都有很大的改善，可以通過這種方式避免承印材料造成的偏色影響，提高色彩的還原度。

2)在楊木基材表面進行白色底漆處理相比打印白色油墨鋪底，輥涂的白色底漆對UV噴墨打印色彩的再現(xiàn)效果更好。

3)清漆和白色底漆處理會在一定程度上改善木質(zhì)基材表面細微的瑕疵和缺陷，提高承印面的打印色彩平整度，保證墨水顆粒的均勻覆蓋，顯色更豐滿細膩。

4)制作與基材承印面相匹配的ICC色彩管理曲線，能夠減小打印色彩在特定基材面上的色彩偏差，校正打印色彩的線型化，使得打印色彩在基材面上的色彩輸出漸變階梯平滑，色彩過渡柔和，色彩表現(xiàn)更接近輸入原圖的色彩效果。