不同分辨率下彩色pcb显色性评价指标的研究

不同分辨率下彩色pcb显色性评价指标的研究

根据研究数据，随着彩色打印丝绸加工制造技术的进步，承印质量越高，价格也在下降。彩色打印技术已成为商业用途、家庭文档和图像输出的主要形式。它在彩色商务打印市场上占70%，并以40%的增长率保持不变。彩色喷墨输出质量的高低不仅取决于先进的打印技术,更主要的是用户要根据不同的打印需求选择不同的彩色喷墨打印纸。各种纸张在白度、细腻度、吸水量等品质上的差异,在很大程度上影响着打印效果。人们都希望印刷能真实地再现原稿信息,而面对种类繁多的喷墨打印纸,拥有较好的色彩再现效果,将成为市场选择的首要标准。因此,彩喷纸的重要质量指标就是其色彩逼真度及色彩鲜艳性。传统的纸张色彩评价方法是肉眼经验法,该方法属于主观分析,即用肉眼或借助放大镜和显微镜,来观察和判断打印图像或文字的清晰程度,很大程度上依赖检测者的视觉能力和经验。目前,色彩再现的检验方式由目测过渡到色度计法和光密度计法来进行检验,但其设备费用较高、专业性较强。因此,本文利用显微图像分析系统,对图像微观部分进行采集,通过对市售五种高光泽彩喷纸样进行主观判断和客观测量,提出高光泽彩喷纸显色性评价指标,即显色指数,定性和定量的评价纸张的色彩再现性。通过纸张显色性的研究,可以选择适合彩色喷墨纸印刷,同时为开发和研究新型彩色喷墨打印纸提供依据。1实验1.1性能测试纸的制备采用市售高光泽彩喷纸,分别为爱普生高光泽彩喷纸(简称Epson)、惠普高光泽彩喷纸(简称HP)、森智高光泽彩喷纸(简称森智)、甲骨文高光泽彩喷纸(简称甲骨文)和柯达高光泽彩喷纸(简称Kodak)。其中,Epson、HP和森智纸是微孔型涂层,而甲骨文和Kodak是膨润型树脂涂层。实验纸样按国家标准进行白度(GB/T7974-2002)、不透明度(GB/T1543-1988)、光泽度(GB/T8941.3-1988)、粗糙度(GB/T2679.4-1994)等性能指标的测定。纸张的基本性质数据如表1所示。1.2水性染料的制备本实验采用的打印机为EpsonStylusPhoto1290,所用的C、M、Y色墨均为水性染料。打印分辨率分别设定为360dpi和720dpi。1.3维特征数据的采集图像分析系统主要由显微放大镜头、光源、CCD摄像头、图像采集卡、图像分析软件和计算机组成。显微放大镜头通过接圈固定在CCD摄像头上,通过放大作用给CCD器件,提供大小合适的光学图像,再由CCD、A/D采集卡对图像进行数字化后,进入计算机进行分析和处理。测量时,将被测的喷墨打印纸水平放置在载物台上,由光源均匀照射纸面图像,通过显微放大镜头放大,并在CCD上拍摄成像,形成二维的点阵,其各点灰度不同。面阵CCD将各点的灰度转换成电信号依次输出,再经过视频采集卡,将模拟的视频图像信号转变成数字信号并输入到计算机中,得到数值化的二维灰度数据,用于计算机分析使用。图1为实验流程。图像分析系统采用MediaCybernetics公司的ImageXpertTM系列ImageXpert9.14和ImageProPlus6.0(简称IPP)软件,进行印刷图像墨点、线条质量的分析。1.4墨点质量的测量对于一幅图像,可通过不同形式网点印刷。而喷墨打印的墨点类似于传统半色调图像的网点。对于原稿的再现主要通过印刷墨点来实现。同时,多色印刷时,颜色间过渡区域的质量可通过线条质量反映。图像墨点的大小、线的宽度以及固定位置的像素数应是相同的,但由于纸张性能的差异,其所表现出来的墨点大小、线宽包括边缘的变化都不尽相同。可以通过测量墨点质量和线条的质量,建立纸张显色指数参数,用以评价纸张的显色性能。同时,通过主观测试纸张灰度级曲线,比较纸样间的色彩再现效果,并验证纸张显色指数的合理性。1.4.1墨点质量分析用AdobePhotoshopTM软件设计印刷图案,即100%青(C)、品(M)、黄(Y)、黑(K)墨点矩阵。通过图像采集及分析软件,测试墨点圆度值(Roundness,RD)反映打印的墨点质量,RD值越接近1,墨点接近理想状态,质量越好,印刷图像均匀,墨点图像反差越大。其计算公式如下:1.4.2过线条宽度lw线条质量的测量评价是衡量纸张印刷质量的另一个重要指标,可以比较纸张对颜色间过渡区域色彩再现的效果。线条质量可通过线条宽度(Linewidth,LW)来反映。LW为1时,线条接近理想状态,无毛细管现象和羽化现象。因此,LW值越接近1,线条质量越好,纸张打印颜色间的过渡效果好。用AdobePhotoshopTM软件设计印刷图案,该图案是由15个颜色对组成的1mm×15mm的横竖线条,如图2所示。通过图像采集及分析软件IPP,测量打印线宽。1.4.3纸张的显色性图像显色性可用墨点质量和线条质量共同反映。本实验中首次提出显色指数(RenderingIndex,RI),将其作为评价纸张显色性的指标。计算公式如下:其中,RD是墨点圆度;LW是线条宽度。显色指数RI是纸张打印图像微观性能的体现。RI值越接近1时,纸张对多色油墨的逐一再现性好,且多色油墨间过渡区域平滑。1.4.4印刷质量的测量所谓灰度值是指色彩的浓淡程度。当灰度值增加时,油墨表现为饱和度或纯度降低。因此可以用灰度测定来表示纸张、油墨、印样以及印刷是否与整个耐印力相一致,反映印刷的质量。通过测量纸张上黑色线条的灰度值,绘出每种纸张不同分辨率的灰度级曲线,以此来描述一幅图像的像素点数随灰度的变化情况。灰度级曲线越平坦,纸张上实地油墨墨层的匀度就越好。通过灰度曲线的主观评价验证显色指数的合理性和可靠性。2结果与讨论2.1纸打印图像分析2.1.1黑色墨点图像Epson和甲骨文高光泽彩喷纸在不同分辨率下的黑色墨点图像如图3所示。可以看出,所有纸样在720dpi分辨率下的墨点最圆。在不同分辨率下,Epson纸样的墨点再现效果均好于甲骨文纸样。2.1.2表面线径对黑黄两色线条过渡区域的特征过氧Epson和甲骨文高光泽彩喷纸在不同分辨率下的黑黄两色线条过渡区域的图像如图4所示。可以看出,所有纸样在360dpi分辨率下的线条过渡边缘最粗糙;而720dpi下的过渡效果相对较好。2.2油墨的墨点圆度不同分辨率下纸样打印四色墨点圆度值如表2所示。圆度接近1为理想墨点状态,显示出油墨扩散的均一性,表明纸张均匀性好。对于五种实验纸样,不同分辨率下黑色油墨的墨点圆度值均好于其余三种油墨。这说明纸张对黑色油墨的吸收效果好于青、品和黄三色油墨。720dpi的四色墨点圆度明显好于360dpi的墨点。可见,随着打印分辨率的增加,纸张对颜色的再现效果也相应提高。在五种实验纸样中,360dpi下,Epson纸样的墨点圆度最好,而甲骨文纸样较差;720dpi下,Epson、HP和森智纸样的墨点圆度均远远高于甲骨文和Kodak纸样。由此,可以看出,微孔型涂层比膨润型树脂涂层的油墨扩散程度好。2.3纸束质量的比较2.3.1横线条的线宽、斜直线以不同分辨率(360dpi、720dpi)下,Epson和甲骨文纸样横竖线条平均线宽的测试为例,分析印刷方向对线条质量的影响,如图5和图6所示。可以看出,对于所有纸样,在360dpi下,横线条的线宽略好于竖线条,更接近标准线宽1μm;随着分辨率的增加,线宽值也相应增加;在分辨率为720dpi下,对于微孔型涂层的Epson等高光泽纸样,横线条的再现好于竖线条,而对于膨润型树脂涂层的甲骨文和Kodak纸样,两种过渡颜色间的竖线条宽度发生扩大。纸张在抄纸机上抄造时,纤维的排列方向与抄纸机运行方向平行,称为纵向(MD,Machinedirection);与MD垂直的方向,称为横向(CD,Crossdirection)。当吸水时,CD的伸长较MD的伸长大。因此,A4纸张打印过渡颜色间的横线条不易扩散,其质量好于竖线条。2.3.2种纸样打印的颜色过渡区域过氧360dpi和720dpi打印分辨率下,实验五种纸样的CMYK四色横竖线条过渡区域的比较图,如图7至图10所示。由图7和图8可以看出,对于360dpi下五种纸样打印的横线条,黄青、品青和品黄过渡颜色间的线条质量最好,而品黑、黄黑和青黑的过渡质量较差。其中,Kodak纸样在颜色过渡区域的再现效果最好,其余几种纸样较接近。对于360dpi下五种纸样打印的竖线条,黑青过渡区域质量最差,其余几种颜色间过渡区域再现效果较接近。五种实验纸样中,Kodak纸样在几种颜色过渡区域的再现效果同样最好。由图9和图10可以看出,对于720dpi下五种纸样打印的横线条,黄青和品青过渡颜色间的线条质量最好,线宽LW最接近1,而其余几种线条的质量较差。其中,HP、Epson和Kodak纸样在颜色过渡区域的再现效果最好,其余几种纸样较接近。对于720dpi下五种纸样打印的竖线条,品黄过渡区域的质量最好,而品青、品黑和黄黑过渡区域质量较差,其余两种颜色间过渡区域再现效果较接近。五种实验纸样中,Kodak和森智纸样在几种颜色过渡区域的再现效果同样最好。综上,对于实验五种高光泽彩色喷墨打印纸,在不同的分辨率下,黑色墨与其余三种油墨过渡区域的线条再现质量均相对较差,而青、品、黄三色油墨过渡区域间的再现效果较好。2.4彩喷纸的显色性能表3是五种实验高光泽纸样在Epson打印机上打印图像的显色指数RI。可以看出,随着分辨率的增加,纸样显色指数值更接近1,即显色性能也相应提高。对于涂布高光泽彩喷纸,微孔型涂层的Epson等纸样比膨润型树脂涂层的甲骨文和Kodak纸样显色性好。这是由于微孔型涂层有大量的微孔网络,能更好的将油墨粒子吸附;而膨润型树脂涂层,打印油墨使涂层膨胀,纸张表面粗糙,从而显色性能差。2.5灰度级曲线的变化以720dpi分辨率下五种实验纸样打印黑线条的灰度级曲线为例,来主观评价不同纸样的微观显色效果,如图11至图15所示。可以看出,720dpi下,Epson、HP和森智的灰度级曲线较平坦,说明这三种纸张打印实地油墨墨层匀度最好,即在相同的条件下,纸样对色彩的再现效果要优于其它两种高光泽彩色喷墨打印纸。图14和图15的甲骨文及Kodak纸样的灰度级曲线波动范围宽,说明每个灰度级上占有的像素数相差较大,即曲线的平滑程度较差,对色彩的再现效果也就较差。同理,可以得出五种纸样360dpi下的灰度级曲线。经分析主观评价可知,随着分辨率的提高,灰度级曲线的平滑程度也随之提高,表明高分辨率打印具有较好的再现性。比较五种纸样的灰度级曲线,可以看出,微孔型涂层高光泽纸样的灰度级曲线较膨润型树脂涂层高光泽纸样更为平坦。Epson、HP和森智的灰度级曲线较平坦,色彩再现效果好于甲骨文和Kodak纸样。3彩喷纸的显色性能本实验通过高光泽彩喷纸打印图像的墨点和线条质量,提出显色指数RI,作为纸张打印图像微观性能的定量反映参数。RI值越接近1时,纸张