專色油墨配色的顏色測量和不確定度評定

董娟娟，余成發，汪 萍

董娟娟/安徽新聞出版職業技術學院包裝工程系講師，碩士（安徽合肥230036）；余成發/安徽新聞出版職業技術學院副教授（安徽合肥230036）；汪萍/安徽新聞出版職業技術學院助教（安徽合肥230036）。

專色油墨因其色域寬、標識功能強和防偽性高，一直受到很多企業的歡迎，通常用于小面積印刷工業中，如，標簽印刷。專色油墨的配色分為人工配色和計算機配色，而計算機配色因其效率高、精度高的優點，近年來受到很多單位的歡迎。在配色過程中，實驗的進行和實驗數據的選取是決定配色成功的重要因素，對光譜顏色測量的數據進行不確定度評定是評定結果準確性的最佳方法。

一、配色原理

目前的專色油墨配色是基于庫貝卡-芒克雙常數理論。油墨的光譜反射率與油墨吸收和散射之間的關系十分復雜，但此理論通過假設光線在介質內的運動方向只考慮兩個，即光線照射在材料表面，除少部分表面反射外，大部分進入材料內部，被色料吸收和散射而產生不同的顏色。此理論在許多情況下預測的配方具有相當的精度，成為色料工業的研究基礎。通過對油墨反射率R的測量反映油墨的吸收系數K和油墨的散射系數S，有如下關系式：K/S=(1-R∞)2/（2R∞）。多年來的實踐證明，可以達到良好配色效果的是三刺激值配色。其原理是三刺激值相等的兩個顏色給人的感覺相同，即目標樣與標樣的三刺激值應無限接近，（△X，△Y，△Z）→（0，0，0），達到顏色匹配的目的。這種配色方式的前提是影響三刺激值的照明體、觀察者和測色儀器都相同，否則無法比較結果。標樣由客戶提供，油墨和承印物有時候不同，因此多屬條件配色，三刺激值配色是應用最普遍和最有實用意義的配色方法。

二、計算方法

混色系統的色空間必須是一個均勻的顏色空間，即要求任意顏色的色度點之間的幾何距離（或數量值）的大小（即色差）、所代表的顏色差別量的大小、與人眼視覺上色感知差別成正比。滿足這一要求的均勻顏色空間有CIE1976△L*△a*△b*均勻顏色空間和CIE1976L*u*v*均勻顏色空間他們在顏色科學工程領域得到了廣泛應用。其中CIE1976△L*△a*△b*均勻顏色空間，它克服了CIE1964XYZ坐標上的相等距離并不相當于所觀察到的相等色彩的問題。

在色度學上，兩種顏色在一定條件下，其總色差△E在一定范圍內即可認為顏色是一樣的。△E=[△L*]2+(△a*)2+(△b*)2]1/2△E的數值越小，代表色差越小，即樣品和標準的顏色越接近，利用這種關系可以大致掌握色度值與結果色間關系，如表1。

表1 色度值與結果色關系

以下為油墨的三刺激值之間的關系。

上面公式中XYZ分別為CIE1964補充標準色度系統10°視場中顏色的三刺激值。φ（λ）是三刺激函數；x（λ）、y（λ）、z（λ）分別為色度系統中的色匹配函數，Δλ是波長間隔。

K10是歸一化函數，以完全漫反射體的三刺激值Y=100求得：

由以上的推導，可以知道測量光譜反射率R（λ）與s（λ）、λ以及測量條件有密切的關系。

三、實驗安排

（一）測量環境的確定

在配色的實驗過程中，對于測量環境的選取要嚴格要求。不同光源下，同一物體會呈現不同的顏色，這給顏色測量的可重現性帶來了不便。為了統一顏色的評價標準，CIE對于顏色的測量和計算推薦了標準照明體A、B、C和D55、D65、D75等多種照明體。這樣，對顏色的評價可以在CIE規定的照明體或光源下進行，具有了統一的標準。CIE標準照明體D65是以在地球上不同地點對日光進行光譜輻射檢測的大量數據為基礎，總結出的一組相對光譜功率分布數據。為了達到顏色測量的標準化，在可能的情況下，應盡量使用標準照明體D65。標準照明體不一定必須由一個光源直接提供，也并不一定用某一光源來實現。為了實現CIE規定的標準照明體要求，還規定了相關的標準光源，以具體實現標準照明體所要求的光譜能量分布。

本實驗中，選用D65標準照明體，x10、y10、z10標準觀察者。測量幾何條件為散射45°/0°，適合于表面介于高光澤和高漫射間的樣品。這種測量環境更容易保持穩定，可以直接測量顏色的三刺激值，同時符合中國顏色體系對原始數據測量環境的要求。

（二）實驗安排

實驗儀器：X-Rite530(分光光度計、D65光源、標準觀察者10°)，ASIC2-5IGT Sartorius-BP 電子天平（max=310g，d=0.001g）

承印物：157g進口銅版紙、80g銅版紙、色譜灰色、色譜黑色

油墨：杭華油墨化學有限公司青、品、黃、黑膠印四色墨

印刷條件：印刷速度4m/s；印刷壓力250N/cm；溫度：20℃左右；相對濕度50%左右。

打樣前用注墨器將油墨添加到勻墨輥上，勻墨時間40S，上墨時間為20S。將紙張固定在適性儀上印刷。24h后等油墨干燥穩定后，對色樣進行測量并記錄。

在實驗過程中采用同一批的油墨和紙張，大批量印刷，挑選出印跡清楚、墨色均勻的印刷品進行測量，降低實驗的不穩定性給配色結果帶來的影響。通過在不同承印材料上的10次色樣測量和計算，計算出結果。

四、不確定度的評定

測量技術的水平、測量結果的可靠性、測量工作的價值都在于測量的精確度。為了降低印刷行業中因顏色測量偏差而造成的專色配色差別問題，更好地控制專色油墨配色的質量，需要對顏色測量的結果質量進行評定。測量的目的是準確獲得被測量的量值。因此在報告測量結果時，必須給出被測量的量值及相應信息，相應信息是指測量結果的可信程度。而測量結果的可信程度取決于測量不確定度的大小。測量不確定度的值越小，說明測量結果越接近真值，準確度越高。因此測量活動結束時，不但要給出測量結果的量值，還要給出測量結果量值的不確定度。

通過測量誤差引出算數平均值，再引出殘差和自由度，進而引出實驗標準偏差，來表征對同一被測量作n次測量結果的分散性。而表征合理的賦予被測量之值的分散性，并與測量結果相聯系的參數就是測量不確定度。因此，實驗標準偏差是測量不確定度評定的重要參數，也是測量不確定度評定的理論基礎。

根據ISO不確定度A類評定方法，在對樣品進行顏色測量時，當單一樣品測量次數n不小于10時，表征測量結果分散性的量可以用貝塞爾公式算出。用平均值的標準偏差表示不確定度，則波長λ處的光譜反射率R（λ）的不確定度

其中Ri（λ）表示波長λ處的光譜反射率的第i次測量結果；是反射率測量n次的平均值。根據上式，表2為專色油墨分別印刷在銅版紙和膠版紙上的色差結果。

表2 測量色差結果

1.銅版紙印刷色條。

A類不確定度表示：

B類不確定度表示：

儀器測量重復性誤差a=0.01

Xi服從均勻分布，則

則 U=kuc=2×0.0082=0.016(k=2)

2.膠版紙印刷色條。

A類不確定度表示：

B類不確定度表示：

儀器測量重復性誤差a=0.01

Xi服從均勻分布，則

則 U=kuc=2×0.0077=0.015(k=2)

不確定度報告：

儀器擴展不確定度：

銅版紙印刷：擴展不確定度U=0.016(k=2)

膠版紙印刷：擴展不確定度U=0.015(k=2)

五、結論

本文根據ISO推薦的不確定度評定方法，推導出膠版專色印刷中油墨色度值的不確定度計算方法，將之量化。最后通過實驗數據證明該計算方法能滿足工業要求，可以將實驗結果應用到配色中。