專(zhuān)利名稱(chēng)：光柵基柱狀彩虹全息圖的色度表征與檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光柵基柱狀彩虹全息圖的色度表征與檢測(cè)方法，該方法可用于柱狀光柵鐳射紙及其印刷色全息圖的色度檢測(cè)和評(píng)價(jià)，進(jìn)而用于柱狀光柵鐳射紙生產(chǎn)和包裝印刷品的色度質(zhì)量控制。
背景技術(shù)：
目前，在高檔煙酒等商品的包裝中，常用柱狀光柵基彩虹紙。這種紙張上附有周期性的柱狀光柵，白光照射下，從不同的角度觀看具有周期性不同的高反射彩虹色，熠熠閃爍的彩虹效果極大地增大了產(chǎn)品的附加品質(zhì)，因此，常為中、高檔香煙和酒類(lèi)等商品的包裝所選。這種光柵基鐳射紙的表面對(duì)入射光的反射光具有衍射作用，因而形成不同單色光在不同的衍射方向相干加強(qiáng)的彩虹現(xiàn)象。但由于光柵基具有方向性，且往往還有某種宏觀圖案(如柱狀光柵基彩虹紙，具有周期性的柱形圖案)，造成了不同位置處顏色特征的顯著差異。因而，當(dāng)觀看該鐳射全息圖，在同一角度觀看不同的位置，或以不同的角度觀看同一位置時(shí)，都表現(xiàn)為不同的顏色感覺(jué)。目前，無(wú)論是視覺(jué)觀測(cè)，還是應(yīng)用適于均勻顏色測(cè)量的各種顏色測(cè)量?jī)x器，都難以準(zhǔn)確表征這種承印物的顏色，給其質(zhì)量控制帶來(lái)困難。因而，此類(lèi)產(chǎn)品的色度表征和檢測(cè)評(píng)價(jià)顯得尤為重要。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)防偽全息紙(含鐳射紙)的特性指標(biāo)做出了規(guī)定，并給出了檢測(cè)方法(具體可參見(jiàn)GB/T18733-2002、GB/T18734-2002)。其中，用信噪比SNR和衍射效率η表征了光柵的色光衍射特征。不過(guò)，由于其檢測(cè)方法比較復(fù)雜，而且不能完全表征全息光柵的色度及其變化特征，因此，就目前的應(yīng)用情況看，對(duì)于全息紙的色度表征，特別是在包裝印刷企業(yè)中的應(yīng)用缺乏實(shí)用性。國(guó)內(nèi)外許多研究機(jī)構(gòu)對(duì)鐳射紙光柵的呈色機(jī)理進(jìn)行了分析，也提出了多種色度及光譜檢測(cè)方法。比如對(duì)鐳射紙某一面元上不同測(cè)量角度下的綜合色差的離差進(jìn)行分析的方法；測(cè)試光柵參數(shù)、選擇合適的光濾色片，再通過(guò)漫射光照射下光反射率的測(cè)量，實(shí)現(xiàn)對(duì)鐳射紙色度測(cè)量的方法；等等。但這些方法存在同樣的問(wèn)題，即檢測(cè)過(guò)程復(fù)雜，設(shè)備要求高，檢測(cè)穩(wěn)定性難以保證，仍不適于實(shí)際生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠方便、快捷、準(zhǔn)確、宏觀地評(píng)價(jià)光柵基柱狀彩虹圖的色度表征和檢測(cè)方法，為此類(lèi)鐳射紙?jiān)谌⒎纻?、彩虹全息包裝印刷的色彩質(zhì)量控制提供技術(shù)支持。本發(fā)明的光柵基柱狀彩虹全息圖的色度表征與檢測(cè)方法，獲取特定光路下光柵柱長(zhǎng)橫截方向上足夠長(zhǎng)度內(nèi)的色度信息，由該色度特征表征其彩虹全息圖的顏色特性，可用于檢測(cè)光柵基柱狀彩虹原紙及其印刷品的顏色特性。一種光柵基柱狀彩虹全息圖的色度表征與檢測(cè)方法，包括以下步驟:
(I)采用線(xiàn)狀均勻白光光源，以光源線(xiàn)長(zhǎng)方向沿柱狀光柵柱長(zhǎng)的橫截方向照射柱狀光柵樣本，并在樣本表面法線(xiàn)方向以線(xiàn)狀像素陣列的光接收器接收反射光；(2)確定所用光接收器的光響應(yīng)與被照樣本色度的計(jì)算關(guān)系； ( 3)由步驟(I)中光接收器接收的反射光和顏色計(jì)算關(guān)系，將柱狀光柵柱長(zhǎng)橫截方向上足夠長(zhǎng)度內(nèi)的光信息轉(zhuǎn)換成CIELab色度信息；(4)對(duì)步驟(3)得到的CIELab色度信息，分析其L*、a*和b*的數(shù)值及變化規(guī)律，并獲取L*的空間變化周期性信息；(5)根據(jù)檢測(cè)目的，選擇應(yīng)用明度L*的周期特征值和/或應(yīng)用L*、a*和b*全部顏色特征信息表征得到的柱狀光柵全息圖的顏色特性；(6)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)樣本和測(cè)量樣本(比樣)的顏色差異進(jìn)行評(píng)價(jià)，根據(jù)人眼視覺(jué)特性，確定不同應(yīng)用中應(yīng)控制的L*、a*、b*和色差數(shù)值，以及L*值周期性所允許的容差，用于生產(chǎn)質(zhì)量控制。步驟(2)中的光接收器可以是直接獲得各像素點(diǎn)反射光的儀器(如掃描光譜相機(jī))，也可以是對(duì)各像素點(diǎn)反射光響應(yīng)為RGB值的儀器(如平板掃描儀)。直接獲得各像素點(diǎn)的反射光的儀器，可由像素點(diǎn)的反射光及色度學(xué)理論直接計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的CIELab色度值；對(duì)各像素點(diǎn)反射光響應(yīng)為RGB值的儀器，需首先對(duì)該儀器進(jìn)行顏色校正，建立儀器對(duì)色光響應(yīng)的RGB與其對(duì)應(yīng)CIELab色度值間的數(shù)學(xué)關(guān)系。所述的光接收器形成的柱狀光柵圖像分辨率需適宜分析精度的要求，可在150dpi 300dpi之間選擇。步驟(3)中，將柱狀光柵柱長(zhǎng)橫截方向上至少一個(gè)完整光柵周期長(zhǎng)度內(nèi)的光信息轉(zhuǎn)換成CIELab色度信息。采用的測(cè)試光源為線(xiàn)狀標(biāo)準(zhǔn)白光，色溫為5000K 6500K ；白光照射的角度優(yōu)選在30° 60°之間。本發(fā)明以線(xiàn)狀白光的線(xiàn)方向與鐳射紙柱狀光柵的柱長(zhǎng)方向垂直，且與鐳射紙樣本表面的法線(xiàn)成某一角度的方式照射，在樣本表面的法線(xiàn)方向接收反射光；利用接收的線(xiàn)狀反射光表征柱狀光柵在該照射白光下、該觀測(cè)方向上的視覺(jué)色度及其隨位置而周期性變化的特征。該特定光路條件下柱狀光柵橫截方向上的色度特征，不僅含有各個(gè)位置的色度信息，還有其按柱形周期排列的周期性變化信息，適用于柱狀光柵基鐳射圖自身顏色的表征及與標(biāo)樣顏色的比較。該檢測(cè)方法可由線(xiàn)性CCD掃描器件實(shí)現(xiàn)，方法簡(jiǎn)單、快速，可用于柱狀光柵基鐳射紙及其印刷圖像的色彩質(zhì)量控制。


圖1為本發(fā)明采用的測(cè)試光路布局圖。圖2-1和圖2-2分別為本發(fā)明實(shí)施例1的標(biāo)樣和比樣的全息圖采樣圖像。圖3為本發(fā)明實(shí)施例1的測(cè)試儀器顏色響應(yīng)色域和樣品的CIELab色度圖。圖4(a)、圖4(b)和圖4(c)為本發(fā)明實(shí)施例1標(biāo)樣和比樣的全息圖的色度變化圖；其中圖4(a)為L(zhǎng)*值的位置變化圖，圖4(b)為a*值的位置變化圖，圖4(c)為b*值的位置變化圖。圖5 (a)、圖5 (b)和圖5 (C)為本發(fā)明實(shí)施例1標(biāo)樣和比樣的全息圖位置對(duì)準(zhǔn)后的色度變化圖；其中圖5 (a)為對(duì)準(zhǔn)后L*值的位置變化圖，圖5 (b)為對(duì)準(zhǔn)后a*值的位置變化圖，圖5(c)為對(duì)準(zhǔn)后b*值的位置變化圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，但不能用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。在產(chǎn)品質(zhì)量控制中，常有標(biāo)準(zhǔn)樣本和檢測(cè)樣本，標(biāo)準(zhǔn)樣本是企業(yè)作為質(zhì)量合格與否的參考標(biāo)準(zhǔn)，檢測(cè)樣本是生產(chǎn)中的產(chǎn)品。該實(shí)施例分別取200mmX200mm柱狀光柵基鐳射原紙標(biāo)準(zhǔn)樣本(稱(chēng)為標(biāo)樣)和檢測(cè)樣本(稱(chēng)為比樣)各一張，實(shí)施測(cè)試過(guò)程及分析?；緱l件如下:樣品:兩個(gè)銀光柱柱狀光柵基鐳射原紙，標(biāo)樣和比樣儀器:線(xiàn)狀像素陣列光接收器(含光源)采用專(zhuān)業(yè)級(jí)彩色掃描儀Epson GT-X970掃描采樣分辨率:200pdi步驟I，采用專(zhuān)業(yè)級(jí)彩色掃描儀Epson GT-X970作為線(xiàn)狀均勻白光源照明和光接收儀器，來(lái)實(shí)現(xiàn)本實(shí)施例技術(shù)方案中顏色樣品的光采樣過(guò)程，其采樣光路如圖1所示。放置樣品，使掃描儀線(xiàn)狀均勻白光源的光源線(xiàn)長(zhǎng)沿柱狀光柵柱長(zhǎng)的橫截方向，則光源光線(xiàn)以一定的角度如30°照射，在樣本表面的法線(xiàn)方向以線(xiàn)狀像素陣列光接收器接收反射光。應(yīng)用該掃描儀前，首先設(shè)置合適的掃描參數(shù)，具體為:文件類(lèi)型選擇反射稿，顏色類(lèi)型選擇24位彩色，階調(diào)曲線(xiàn)選擇線(xiàn)性，亮度、反差、顏色平衡等選擇默認(rèn)設(shè)置，并取消一切自動(dòng)處理功能，以保證穩(wěn)定和適當(dāng)?shù)墓忭憫?yīng)。其后，確定柱狀光柵紙上沿柱長(zhǎng)方向和與之垂直方向上米樣線(xiàn)度分別約為5mm和160mm的掃描區(qū)域進(jìn)行掃描,得到兩樣品bmp格式的圖像。如圖2-1和圖2-2所示，分別為兩個(gè)鐳射紙樣品標(biāo)樣和比樣的全息圖采樣圖像。步驟2，確定所用線(xiàn)狀光接收器的光響應(yīng)與被照樣色度的計(jì)算關(guān)系:利用商業(yè)工具軟件，建立掃描儀的ICC標(biāo)準(zhǔn)特性文件，得到掃描儀的光響應(yīng)值RGB與被照樣CIE色度值的轉(zhuǎn)換計(jì)算關(guān)系。ICC標(biāo)準(zhǔn)特性文件是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，其中的顏色關(guān)系是標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)查找表關(guān)系O步驟3，利用上述顏色特性關(guān)系，由掃描圖像的RGB響應(yīng)值，可轉(zhuǎn)換得到對(duì)應(yīng)顏色的CIELab色度值，即將柱狀光柵基柱長(zhǎng)橫截方向上至少一個(gè)完整光柵周期長(zhǎng)度內(nèi)的光信息轉(zhuǎn)換為CIELab色度信息。圖3中的淺底色區(qū)域A為該掃描儀可響應(yīng)的顏色范圍,稱(chēng)為色域；將得到的掃描圖像CIELab數(shù)值進(jìn)行沿柱長(zhǎng)方向上求平均，其平均值如圖3中的深色點(diǎn)B，是從掃描儀光路所“看”到的鐳射全息圖的顏色色度?？煽吹?，這些顏色均在該掃描儀的顏色響應(yīng)色域內(nèi)，從而保證了計(jì)算所得鐳射全息圖顏色的可靠性。步驟4，繪制步驟3中得到的兩個(gè)光柵基柱狀鐳射原紙采樣標(biāo)樣和比樣全息圖的色度變化圖(掃描圖像沿柱長(zhǎng)方向上的平均CIELab值隨位置變化圖)，得到標(biāo)樣和比樣的CIELab色度周期性變化信息，可分析其L*、a*和b*的數(shù)值及變化規(guī)律，獲取其空間變化周期，如圖4(a)、圖4(b)和圖4(c)所示。其中，1:標(biāo)樣，2:比樣?？煞治龅纳刃畔?(I)L*值變化周期以圖4(a)中最小L*值點(diǎn)的間距確定光柵周期。
如圖4 (a)所示，標(biāo)樣的兩個(gè)最小L*值點(diǎn)間隔非常接近，得到的平均周期為T(mén)1=0.020 (周/mm);同樣，比樣的兩個(gè)最小L*值點(diǎn)間隔也非常接近，得到的平均周期亦為T(mén)2=0.020 (周/mm)，表明比樣有與標(biāo)樣相同的明度變化周期。其計(jì)算關(guān)系如下: ,= /25.4 X [ (tn+t12) /2] =0.0204 (周 /mm) =0.020 (周 /mm)T2=f/25.4 X [ (t21+t22) /2] =0.0203 (周 /mm) =0.020 (周 /mm)其中f為掃描分辨率，該實(shí)施例中為200dpi。由此得到的L*值空間變化周期反映了鐳射紙的柱形特點(diǎn)，是其包裝印刷應(yīng)用中墨色深淺及顏色變化的基礎(chǔ)。(2)顏色差異將標(biāo)樣與比樣的L*、a*、b*采樣值分別在相同的變化周期內(nèi)對(duì)準(zhǔn)，獲得兩個(gè)光柵基柱狀鐳射原紙采樣標(biāo)樣和比樣的全息圖位置對(duì)準(zhǔn)后的色度變化圖；其中圖5(a)為對(duì)準(zhǔn)后L*值的位置變化圖，圖5(b)為對(duì)準(zhǔn)后a*值的位置變化圖，圖5(c)為對(duì)準(zhǔn)后b*值的位置變化圖，其中，1:標(biāo)樣，2:比樣。可從圖5(a)、圖5(b)和圖5(c)中可直觀地看到兩樣品在不同部位的差異，并可給出在該采樣重疊區(qū)域內(nèi)的平均數(shù)值差。該實(shí)施例中，L*、a*、b*值的平均差異分別為
2.59、-0.49和1.84，對(duì)應(yīng)的色差為3.21。進(jìn)一步，還可關(guān)注局部位置的顏色信息，更詳細(xì)地分析比樣和標(biāo)樣的色度差異。如該實(shí)施例中，從圖5(a)可 看到，較大的明度L*差異發(fā)生在I 200、450 550和800 900像素位置處，可分別求取其差異表征比樣與標(biāo)樣的偏離，以指導(dǎo)原紙生產(chǎn)或圖樣印刷中不同位置的工藝質(zhì)量改進(jìn)。此外，還可從圖5(b)和圖5(c)看出，在采樣范圍內(nèi)，a*、b*色度值沒(méi)有表現(xiàn)出完整的周期，卻看出明顯的對(duì)稱(chēng)特性。其差異主要發(fā)生在I 200像素位置處，b*的差異在800 900像素之間也較明顯。從L*、a*、b*整體色度變化看，比樣和標(biāo)樣的色度差異主要發(fā)生在I 200和800 900像素位置間區(qū)域，都包含著由亮調(diào)到暗調(diào)的過(guò)渡過(guò)程。步驟5，根據(jù)檢測(cè)目的選擇合適的檢測(cè)內(nèi)容。根據(jù)檢測(cè)目的，可選擇應(yīng)用明度L*的周期特征值及L*、a*和b*全部顏色特征信息表征該柱狀光柵全息圖的顏色特性。無(wú)論對(duì)于原紙還是印刷上油墨后的顏色質(zhì)量控制，都可同時(shí)關(guān)注L*、a*、b*的變化及其色差的大小。比樣與標(biāo)樣在各空間位置處三個(gè)色度值的差異及色差的大小，都反映出比樣的顏色質(zhì)量，可分別詳細(xì)說(shuō)明。如在該實(shí)施例中，由空間對(duì)準(zhǔn)后的圖5(a) 圖5(c)看到，比樣和標(biāo)樣間的L*、a*、b*值都存在某些差異，采樣范圍內(nèi)的平均差異分別為2.59,-0.49和1.84，色差為3.21 ;其中明度的差異最大。而在不同的位置處，L*、a*、b*及對(duì)應(yīng)色差各有不同。若以3mm長(zhǎng)度(常規(guī)顏色測(cè)量?jī)x器采樣圓孔直徑的線(xiàn)度)的區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)采樣單元，可得各個(gè)單元上的色度差異；其中最小色差為0.83，最大色差為16.53，但大色差的數(shù)量并不多，主要發(fā)生在I 200像素位置間，因此，需對(duì)生產(chǎn)中該位置區(qū)域的工藝參數(shù)進(jìn)行格外的關(guān)注，并進(jìn)行調(diào)整。此外，對(duì)于原紙而言，除了上述的色度差異外，還有L*值的空間變化周期性，反映原紙上光柵基的光學(xué)周期性。該實(shí)施例中由圖4(a)得到，標(biāo)樣的L*值變化周期T1 St11和t12對(duì)應(yīng)空間周期的平均值0.020 (周/mm)，比樣的L*值變化周期T2為t21和t22對(duì)應(yīng)空間周期的平均值亦為0.020 (周/mm)，表明比樣和標(biāo)樣具有相同的光柵基光學(xué)周期性，這對(duì)比樣印刷墨色后的質(zhì)量保證打下了好的基礎(chǔ)。步驟6，在比樣與標(biāo)樣的顏色差異評(píng)價(jià)中，可根據(jù)其應(yīng)用目的和關(guān)注的測(cè)量項(xiàng)，并根據(jù)人眼的視覺(jué)特性，確定應(yīng)控制的L*、a*、b*值和CIELab色差，以及L*值周期性所允許的容差，用于生產(chǎn)質(zhì)量控制。在該實(shí)施例中，鐳射原紙比樣和標(biāo)樣的L*值空間變化周期相同；比樣與標(biāo)樣間的CIELab平均色差為3.21，產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)人員在標(biāo)準(zhǔn)觀察箱中觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)剛能看出兩樣品的差異。對(duì)于柱狀光柵鐳射原紙，L*值空間變化周期和色度指標(biāo)都很重要，周期越接近，CIELab色差越小，比樣的質(zhì)量越符合要求。無(wú)論對(duì)于原紙還是印有油墨的印刷色，比樣與標(biāo)樣間的L*、a*、b*及CIELab色差究竟設(shè)置怎樣的允差，需進(jìn)一步根據(jù)其具體應(yīng)用及品質(zhì)要求來(lái)設(shè)定。
權(quán)利要求
1.一種光柵基柱狀彩虹全息圖的色度表征與檢測(cè)方法，包括以下步驟: (1)采用線(xiàn)狀均勻白光光源，以光源線(xiàn)長(zhǎng)方向沿柱狀光柵柱長(zhǎng)的橫截方向，照射柱狀光柵樣本，并在樣本表面法線(xiàn)方向以線(xiàn)狀像素陣列的光接收器接收反射光； (2)確定所用光接收器的光響應(yīng)與被照樣本色度的計(jì)算關(guān)系； (3)由光接收器接收的反射光和顏色的計(jì)算關(guān)系，將柱狀光柵柱長(zhǎng)橫截方向上一定長(zhǎng)度內(nèi)的光信息轉(zhuǎn)換成CIELab色度信息； (4)對(duì)得到的CIELab色度信息，分析其L*、a*和b*的數(shù)值及變化規(guī)律，并獲取L*的空間變化周期性信息； (5)選擇應(yīng)用明度L*的周期特征值和/或應(yīng)用L*、a*和b*全部顏色特征信息表征得到的柱狀光柵全息圖的顏色特性； (6)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)樣本和測(cè)量樣本的顏色差異進(jìn)行評(píng)價(jià)，確定不同應(yīng)用中控制的L*、a*、b*和色差數(shù)值，以及L*值周期性所允許的容差，用于生產(chǎn)質(zhì)量控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光柵基柱狀彩虹全息圖的色度表征與檢測(cè)方法，其特征在于:所述的白光光源為標(biāo)準(zhǔn)白光，色溫為5000K 6500K。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光柵基柱狀彩虹全息圖的色度表征與檢測(cè)方法，其特征在于:所述的光接收器是直接獲得各像素點(diǎn)反射光的儀器，或者是對(duì)各像素點(diǎn)反射光響應(yīng)為RGB值的儀器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光柵基柱狀彩虹全息圖的色度表征與檢測(cè)方法，其特征在于:對(duì)直接獲得各像素點(diǎn)的反射光的儀器，由像素點(diǎn)的反射光及色度學(xué)理論直接計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的CIELab色度值。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光柵基柱狀彩虹全息圖的色度表征與檢測(cè)方法，其特征在于:對(duì)于各像素點(diǎn)反射光響應(yīng)為RGB值的儀器，首先對(duì)該儀器進(jìn)行顏色校正，建立儀器對(duì)色光響應(yīng)的RGB與其對(duì)應(yīng)CIELab色度值間的數(shù)學(xué)關(guān)系。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光柵基柱狀彩虹全息圖的色度表征與檢測(cè)方法，其特征在于:所述的光接收器形成的柱狀光柵圖像分辨率在150dpi 300dpi之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光柵基柱狀彩虹全息圖的色度表征與檢測(cè)方法，其特征在于:將柱狀光柵柱長(zhǎng)橫截方向上至少一個(gè)完整光柵周期長(zhǎng)度內(nèi)的光信息轉(zhuǎn)換成CIELab色度信息。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種光柵基柱狀彩虹全息圖的色度表征與檢測(cè)方法，采用線(xiàn)狀均勻白光光源，以光源線(xiàn)長(zhǎng)方向沿柱狀光柵柱長(zhǎng)的橫截方向，照射柱狀光柵樣本，并在樣本表面法線(xiàn)方向以線(xiàn)狀像素陣列的光接收器接收反射光；確定所用光接收器的光響應(yīng)與被照樣本色度的計(jì)算關(guān)系；由光接收器接收的反射光和顏色的計(jì)算關(guān)系，將柱狀光柵柱長(zhǎng)橫截方向上足夠長(zhǎng)度內(nèi)的光信息轉(zhuǎn)換成CIELab色度信息；對(duì)得到的CIELab色度信息，分析其L*、a*和b*的數(shù)值及變化規(guī)律，并獲取L*的空間變化周期性信息。該檢測(cè)方法可由線(xiàn)性CCD掃描器件實(shí)現(xiàn)，方法簡(jiǎn)單、快速，可用于柱狀鐳射紙及其印刷圖像的色彩質(zhì)量控制。
文檔編號(hào)G01J3/18GK103196560SQ20131011858
公開(kāi)日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月8日
發(fā)明者徐艷芳, 宋月紅, 劉瑜, 李修 申請(qǐng)人:北京印刷學(xué)院