图5-47 Y=100时ab心理色度图的范围(四)、CIE Lab色度空间的均匀性
CIE LAB(CIE Lab)色度空间是1976年国际照明委员会推荐的均匀颜色空间,1987年我国发布的GB7921-87将LAB空间作为国家标准。目前色彩设计及复制等行业在色彩校正、计算以及DTP系统中,CIE LAB空间已被普遍使用。
虽然CIE LAB色度空间是CIE推荐的均匀颜色空间,颜色的均匀性较Yxy空间有很大改善,而实际上CIE LAB空间对于人眼的色彩感觉来说也还是不均匀的。在该空间的某个区域(如红色区域)取两个色样点与另一区域(如绿色区域)同等距离的两个色样点作比较,会发现在红色区域的两个色样的视感觉差别和绿色区域的两个色样的视感觉差别不一样,即在不同颜色区域,色彩的宽容量数值是不相等的。这种颜色空间的不均匀性给我们在彩色复制过程带来了误差,在使用CIE LAB空间进行颜色转换和校正时,如果在红色区域和绿色区域按照同样的尺度和比例进行调整,就会因为颜色空间的不均匀性而产生色偏。实际工作中,技术人员在色彩设计软件中的CIE LAB空间进行调整和校正时,往往根据经验来进行操作,因此迫切需要对空间进行均匀性研究,找出在不同颜色区域,颜色宽容量的数值以及颜色空间不均匀性的变化规律,为彩色复制时色彩的转化和校正制定合适的调整尺度和比例,从而减少由于空间的不均匀而带来的复制误差。
1、分析方法的选择
孟塞尔系统是从视觉心理的角度,根据人的视觉特性以等间隔的方法对颜色进行分类和标定的。因此经常被用来检验与某一色差公式有关的颜色空间的均匀性。因为孟塞尔新标系统本身的每个色样都是用
HVC和Yxy两种方法标定的,如图5-33~5-41所示,这为我们分析LAB色彩空间的均匀性提供了可靠的数据依据。
当把相等视觉色彩间隔的等彩度圈(如/2~/4~/6~/8~……)画在孟塞尔系统中时,各等彩度圈是以中央灰度轴为圆心的一系列同心圆;同样,当把相等视觉间隔的等色相线(如5.0R~10.0R~5.0YR~10.0YR~……)画在孟塞尔系统中时,各等色相线应是一系列从中心轴出发的等角度间隔的射线。依照这个特性,我们也把孟塞尔彩度和色相的CIE1931Yxy数值经式(5-17)转换后所得的H-C图画在ab图上(图5-48~图5-50),来分析某一明度下的均匀性。
利用CIE LAB色彩空间的色差公式(5-18),把空间中视觉等间隔的两点(等彩度间隔或等明度间隔),作为求色差的两点,这样色差值就反映了该色彩空间在视觉等间隔时空间的均匀程度。 2.不同明度的ab图分析
从\"孟塞尔新标系统颜色样品的CIE1931色度坐标(Yxy)\"表中选取各个明度的数据,将色度坐标Y、x、y转换成Lab值。对应于孟塞尔系统的十个主要色相(红、黄红、黄、绿黄、绿、蓝绿、蓝、紫蓝、紫、红紫)中的5.0和10.0值,在ab图上画出20条等色相线。由于所用数据都为等色相线和等彩度线的交点处值,故可将等彩度值连接为等彩度圈,如图5-48~图5-50所示。图中等彩度圈最内圈的彩度值为 2,外面彩度圈依次加2。
图5-48
图5-49
图5-50
结合图5-48~图5-50中的各明度的网状图分析,依20条等色相线及等彩度圈,可以看出: ① 若CIE LAB颜色空间是理想均匀的,等彩度圈应是以中心a=0和b=0处为圆心的一系列同心圆。但从图5-48~图5-50 ab图中可以看出,各等彩度圈偏离了圆,在低彩度时偏离较轻,随着彩度的提高偏离就越严重,有些还出现尖点,尤其在H=10Y附近偏离最严重。
由于各等彩度圈之间的彩度相差2,若CIE LAB颜色空间是理想均匀空间,图中各等彩度圈之间的间隔也应是相等的。但从各图中可以看出,随着彩度的增加,等彩度圈之间的间隔距离也有所变化,在H=5YR到H=5GY色相之间增加明显。
以上分析说明,CIE LAB颜色空间在心理彩度C分布上(和孟塞尔系统比较)是不均匀的。 ② 若CIE LAB颜色空间是理想均匀空间,各图中等色相线应是从中心a=0和b=0点出发的射线(直线),且各射线间的夹角也应相等。但从各图中可以看到,各等色相线并不是直线,而是偏离直线的曲线,等色相线的彩度越大,弯曲也越严重,其中以H=10R、H=5YR、H=5GY、H=10GY、H=5G、H=5PB、H=10PB、H=5P等色相线弯曲尤为严重。同时从图中也可以看出,中明度时的射线弯曲明显比低明度时严重。另一方面等色相线之间的夹角也不相等,尤其从色相H=10Y到H=5G和从H=10B到H=5P之间,各夹角明显比其它色相线之间的夹角大。
以上分析说明,CIE LAB颜色空间在心理色相h分布上(和孟塞尔系统比较)是不均匀的。 ③ 从不同明度ab图上的H-C曲线分析可以看出,各色相线也偏离了a、b坐标所代表的颜色。色度坐标+a代表的是红色,但等色相线H=5R并没有在+a附近,而是分布在远离+a的上方,最接近+a的色相是10RP;色度坐标-b代表的是蓝色,但等色相线H=5B也没有在-b附近,最接近-b的色相是10B。只有等色相线5Y在色度坐标+b附近,与色度坐标所表达的黄色基本一致。由于一些代表色相偏离了a、b坐标所代表的颜色,就造成了ab色度图不能准确地反映出颜色的色相,给a、b值的分析和颜色的校正带来了困难。 3.ΔEab-H-C三维图及等值线图分析
三维图和等值线图如图5-51、5-52、5-53所示。图中彩度C轴上所标的数值为对应的孟塞尔彩度; 色相H轴上从1到20为各色相, 20个色相依次为5R、10R、5YR、10YR、5Y、10Y、5GY、10GY、5G、10G、5BG、10BG、5B、10B、5PB、10PB、5P、10P、5RP、10RP; 色差 ΔEab为各色样点与周围相邻点间色差的平均值。在等值线图上,每条等值线上所标的数据为各等值线的色差值ΔEab。
理想均匀空间相邻点间的色差均应相等,而各三维图中,色差三维曲面并不是平行于H-V底面的平面,随着彩度的增加,色差值也相应地增加,各色相中随彩度增加时其色差增加的程度也不尽相同。综合各三维图分析,在7、8、9色相线,即H=5GY、H=10GY、H=5G色相线附近色差增加明显,特别是高明度区域。在等值线图上随着彩度的增加等值线值也增大,表明色差值随彩度的升高而增大;而中低明度图的等值线线数较少且线线间隔较大,这表明低明度下色差随彩度增加的程度比高明度下的小。而在高明度等值线图中,色相8、9、10附近,色差等值线几乎垂直于色相轴且分布很密,这表明色差对该色相反应很大,该色相的颜色宽容量较大。
图5-51 三维图及等值线图(V=2)
图5-52 三维图及等值线图(V=5)
图5-53 三维图及等值线图(V=8)
结合图5-48至图5-50的各明度ab图中的H-C曲线和三维图及等值线图分析可以看出,色差最大的区域是在高明度图中从色相H=5GY到H=5G色相线之间的区域,并且在中高彩度区,即 C=14、16、18的彩度圈内,表现在心理色度坐标上范围为a值从-30到-100之间,b值从30 到100之间,其中色差值最大点(ΔEab平均为11左右)是在H=10GY和C=20(或a=-90,
b=80)的交点附近;色差最小值区域(ΔEab不超过4)是低彩度C=2区域,即ab图中的原点附近,色差值最小点(ΔEab平均为2.5左右)在H=10PB和C=2(或a=10,b= -10)的交点附近。最大与最小色差值之比达4倍以上,说明CIE LAB颜色空间不是理想的均匀的颜色空间。
CIE标准色度学系统是对色彩进行定量描述的基础。CIE RGB系统具有真实的三原色,但系统具有负值;CIE XYZ系统消除了负刺激值,其xy色度图在对色域的描述上有重要的地位,然而该系统具有较大的不均匀性;CIE LAB是CIE推荐的均匀颜色空间,其均匀性已有很大的改善,该系统与设备无关,色度值和明度值(阶调)可以独立调节,而且当颜色的色差大于视觉的识别阈限(恰可察觉)而又小于孟塞尔系统中相邻两级的色差时,能较好地反映物体色的心理感受效果
测色仪,两部测出来的结果有很大差异。因此,在选购测色仪时,有些“性能指标”是必须要注意的,这样才能选购一部性能价格比最好的仪器。 1、这台仪器是“色差仪”还是“分光光度测色仪”:
色差仪的精确度比较低,分光测色仪精度较高。二者测色的方法不同,分光测色仪能测量每个颜色的“反射率曲线”,而色差仪不能。分光测色仪有多种光源,而色差仪只有一种或两种。
2、“分光光度测色仪”又分为“0/45度”和“d/8度积分球”两种测量-观察方式:“0/45度”只能用来测平滑的表面,而且不能用于电脑配色。“d/8度积分球“可以用来测量各种表面,用于电脑配色。 3、各种“d/8度积分球”测色仪的区别:
多数公司选用“d/8度积分球”测色仪,但是,必须注意的是:不同品牌、不同型号之间仍有很大差别,导致不同的测量精度。
一台测色仪除了微处理器及有关电路外,有四个主要组成部分:光源、积分球、光栅(分光单色器)和光电检测器。这也是衡量一台仪器优劣的主要指标。 3.1 它是“双光束测量原理”还是“单光束测量原理”:
双光束仪器有两个光栅和两个检测器。测量时光源只闪一次,同样测样品和参比白。这样就克服了系统变化所带来的误差,测量数据的精度非常高。只是仪器成本较高。
单光束仪器只有一个光栅和一个检测器。所以测量时光源闪两次,分别测样品和参比白。而两次测量时的系统误差(光源光强分布差异,光路变化,温度变化,电路漂移等)被当做样品和参比白间的差异,所以误差比较大。
3.2 光源:多数厂家选用“高能脉冲氙灯(Pulsed Xenon)”,具有寿命长、光强高、测量时的“信噪比”(测量信号/噪音)高,测量精度高等优点。个别厂家的仪器选用“钨丝灯(tungsten light)”,具有光强低,长期发热,寿命短,在蓝光段测量不准确等缺点。
3.3 积分球:质量好的5、6年不会变黄,差的2、3年变黄要更换。
4、日本MINOLTA(美能达)公司所生产的测色仪主要分为两大系列:一是CR系列(CR-10、CR-300、CR-400、CR-410、CR331、CR321等);二是CM系列(CM-2600d、CM-2500d、CM-3600d、CM-508d、CM-503c等)。CR系列只能测色而不能配色,而CM系列既可以测色,也可以与配色系统连接,进行配色。要建立配色系统必须具备以下仪器:1)CM系列的分光测色计,2)配色系列软件,3)自备电脑。同样的测色仪,但CM系列比CR系列测量精度要高,价格也高。CR系列中便携式CR-10与台式CR-3xx的区别:CR-10不能测出某一颜色的色空间的绝对值,只能测出两个颜色之间的色差值(△E);而CR-3xx台式色差仪可以测出某一颜色的色空间的绝对值。在CR系列中,针对不同行业,有不同的型号(主要是测量口径的差异),用户须在我司销售工程师的指导下选择合适的型号。
近年来,在纸质包装产品的印刷中,大量采用了专色印刷。专色印刷的特点是:大面积实地色块色彩夺目,货架展示效果好;减少了因网点叠印、网点变形产生的色差,颜色稳定,易于识别等。下面与业内同行共同探讨专色油墨的应用与颜色控制的技巧。一、专色的检测目前国内大部分包装印刷企业对专色的测控手段都比较落后,多数依靠工人师傅的经验来调配专色墨。这样做的缺点是专色墨的配比不够精确,调配时间长,主观因素影响大。一些有实力的大型包装印刷企业已采用了专色配墨系统对其进行管理。 专色配墨系统由电脑、配色软件、分光光度计、分析天平、匀墨仪、展墨仪组成。用该系统将公司经常使用的纸张、油墨的参数收入数据库中,应用配色软件对客户提供的专色进行电脑自动配色,利用分光光度计测量其CIE Lab值、密度值、△E,从而可以实现专色配墨的数据化管理。 目前市场上常见的分光光度计有美国X-Rite和瑞士Gretag两种品牌。不同的分光光度计,测量色差时采用的是不同的计算方法,从而会带来不同的容差。颜色容差所描述的色差空间区域分为盒状容差(CIE Lab)、扇状容差(CIE LCH)和球状容差(CMC 2∶1)3种。容差所描述的色差空间区域体积越小,表示颜色的精确度越高。按照不同的容差方法计算出来的色差结果,与人眼对颜色的评价是有一定差异的。盒状容差的准确率为75%,扇状容差的准确率为85%,球状容差的准确率为95%。可见,不同的分光光度计,由于采用了不同的容差方法,对颜色描述的准确度也是不同的。可以看出,国家标准中使用的是盒状容差(CIE Lab),而它对颜色的描述,准确度为75%。也就是说,在实际生产中,使用分光光度计测量出的△E值即使是零,颜色仍然存在25%的偏差。由于人眼对蓝色较为敏感,所以这种差异在蓝色上体现得最明显。对于那些对印刷品的要求高于国家标准的客户来说,这个细小的偏差必须克服。因此在配制专色油墨时,一般采用人眼观测与用分光光度计测量相结合的办法来解决这个问题。纸张性能、印品表面整饰、撤淡剂、干退密度、系统差异等多方面的因素都会影响专色印刷的色彩控制。二、影响专色色差的因素在印刷过程中,导致专色油墨生产色差的因素很多,下面对这些因素分别进行探讨。1.纸张对颜色的影响纸张对墨层颜色的影响主要体现在3个方面。(1)纸张白度:白度不同(或带有一
定颜色)的纸张,对印刷墨层的颜色显现有不同的影响。对同一种白板纸而言,白度不同,印刷墨层的颜色差异主要体现在专色墨中黑墨成分的多少,尤其是对明度在70以上的颜色,影响特别明显,造成专色墨的配比差别很大。因此,在实际生产中应尽量选用白度相同的纸张印刷,以减小纸张白度对印刷颜色的影响。(2)吸收性:同一种油墨在相同条件下印刷到吸收性不同的纸张上时,会有不同的印刷光泽。纸张的结构决定了纸张表面存在着由植物纤维形成的凹凸和孔隙,为了使纸面获得良好的均匀性和平滑度,一般要在纸张表面涂布不同厚度的涂料。涂料的性质和厚度决定了纸张表面对油墨的吸收能力。吸收能力不同,必然要使印刷墨层的颜色产生差异。非涂料纸与涂料纸相比,黑色墨层会显得灰暗、无光泽,并且彩色墨层会产生漂移,由青色墨和品红色墨调配出的颜色表现最明显。(3)光泽度与平滑度:印刷品的光泽度取决于纸张的光泽度与平滑度。印刷用纸的表面属于半光泽表面,尤其是涂料纸。在彩色印刷品上,当光线以45°入射角照射到纸张表面时,约有4%的光会被反射掉,这就是首层表面反射光。而其余入射光穿过油墨层,经过油墨的选择性吸收后,再透过墨层反射出来,进入人眼,被人眼所感知,这就是我们观察到的颜色。若纸张的光泽度和平滑度较高,则首层表面反射光是做镜面反射,不易进入人眼,此时观察到的颜色基本就是透过墨层反射出的颜色。若纸张表面粗糙,光泽度低,则首层表面反射光将发生漫反射,此时我们看到的颜色是主色光和首层表面反射光产生的混合色。由于这里面含有白光成分,因此降低了主色光的饱和度,所以人们观察印品时感觉颜色变浅,用密度计测量时密度值降低,明度上升。2.表面处理对颜色的影响包装类产品的表面处理方式主要有覆膜(亮光膜、亚光膜)、上光(罩亮光油、亚光油、UV光油)等。印品经过这些表面处理后,会有不同程度的色相变化和色密度变化。这些变化分为物理变化和化学变化。物理变化主要体现在产品表面增加了镜面反射和漫反射,这对色密度有一定影响。覆亮光膜、罩亮光油和UV油时,色密度增加;覆亚光膜、罩亚光油时,色密度降低。化学变化主要来自覆膜胶、UV底油、UV油内含有的多种有机溶剂,它们会使印刷墨层的颜色发生变化。3.撤淡剂对颜色的影响撤淡剂是一种油膏状的无色透明物质,在专色印刷中主要起冲淡颜色的作用。撤淡剂的加入量不同,对色相的影响也不同,尤其是蓝色表现得最明显。在配制专色墨的过程中,匀墨仪、展墨仪对油墨产生的剪切力、压力要比印刷机上的小。在印刷时不需加入撤淡剂,但在配墨制作色卡时只有加入撤淡剂,才能打出均匀的专色墨颜色展示卡。在色密度相同情况下,色卡与印刷品呈现出的颜色是存在色差的,这是因为撤淡剂的加入,改变了油墨中颜料的分布状态,使油墨对光的吸收、折射和反射都发生了变化,由此就产生了色差,这种色差是由系统的差异引起的。4.干退密度差异的影响刚印出的印品,油墨尚处于湿态,与干态时有一个密度差。湿色密度大于干色密度的现象称为干退密度现象。这是因为刚印出的墨层有一定的流平性,所以表面反射以镜面反射为主,看上去色彩鲜艳,光泽好。当墨层处于干燥状态时,表面反射以漫反射为主,色泽自然比刚印刷出来时显得要暗淡无光。由于干色密度一般要在印完干燥30~60分钟之后才能测量,这就给专色密度的测量、控制带来了困难。带有偏振镜装置的密度计能够消除墨层表面因镜面反射而产生的光,所测得的湿色密度与干色密度非常接近,使测得的密度值不受墨层干湿影响。对于涂料纸,测量密度差为0.05~0.15,非涂料纸的测量密度差为0.1~0.2。不同的颜色色差也不同,黄色差异最小,黑色最大,蓝色和红色介于二者之间。因此用这样的密度计测量时,测量值应当比标准色样的密度值适当高出一部分,这样才能起到控制的作用。5.系统差异的影
响用匀墨仪、展墨仪制作色卡的过程是\"干印\"过程,没有水参与,而印刷是\"湿印\"过程,有润湿液参与印刷过程,所以在胶印中油墨必然要发生油包水的乳化现象,乳化后的油墨由于改变了颜料粒子在墨层中的分布状态,必然要产生色差,印出的产品也就显得色泽灰暗、不鲜艳。另外,调配专色所用油墨的稳定性、墨层的厚度、称量油墨的准确性、印刷机供墨区的新旧差异、印刷机速、印刷时的上水量等也都会对色差的产生有不同的影响。三、专色的控制综上所述,为了保证同批、不同批产品的色差符合国家标准和客户要求,我们在印刷过程中对专色进行了这样的控制。1.制作色卡首先根据客户提供的颜色标准样,用电脑配色系统给出专色油墨比例;再调出油墨小样,用匀墨仪、展墨仪\"展示\"出不同密度的颜色样;然后根据国家标准(或客户)对色差的要求范围,用分光光度计确定标准、浅限、深限,制作印刷标准色卡(色差超标需进一步修正)。色卡一半是普通颜色样,另一半是经过表面处理的颜色样,这是为了方便质检时使用,如附图所示。2.验证专色考虑到纸张是影响色差的主要因素,所以每次印刷前都要用实际印刷用纸\"展示\"颜色样,对照色卡做微修正,以剔除纸张的影响。3.印刷控制 印刷时领机用印刷标准色卡对专色墨层厚度进行控制,同时辅助以密度计测量颜色的主密度值和Bk值,来克服油墨干、湿色密度差异。总之,在包装印刷中,导致专色产生色差的原因各种各样,要针对实际生产中的不同原因具体分析,解决问题,尽量把偏差控制在最小范围,生产出令客户满意的包装印品。