Денситометрия

Денситометрия - эффективный способ контроля оптической плотности плашек и относительной площади растровых точек в процессе печати. Способ обеспечивает надежность измерений при работе с черно-белыми изображениями и с триадными цветами - голубым, пурпурным, желтым и черным.
Существует два типа денситометров:
— Денситометры для измерений в проходящем свете применяются для измерения потемнения пленки (то есть при работе с прозрачными материалами).
— Денситометры для измерений в отраженном свете применяются для измерения света, отраженного от поверхности оттиска (то есть при работе с отражающими оригиналами). 

Технология денситометрии в отраженном свете подробно описана ниже.

Денситометр для измерений в проходящем свете.

Денситометр для измерений в отраженном свете.

Денситометрия в отраженном свете.

В этом случае измеряемый цвет освещается источником света. Световой луч проходит через полупрозрачный красочный слой, который ослабляет его. Оставшаяся часть света в значительной степени рассеивается бумажной подложкой. Часть рассеянного света отражается через красочный слой, еще больше теряя интенсивность. Оставшаяся часть достигает датчика, преобразующего свет в электрический сигнал. Результат отображается в единицах измерения оптической плотности.

Для фокусировки света с целью упрощения измерений используются системы линз. Поляризационные фильтры подавляют влажный глянец. При измерении хроматических цветов перед датчиком размещаются цветные фильтры.
На рисунке показан принцип денситометрии в отраженном свете на примере напечатанного хроматического цвета. На запечатанный лист падает белый свет, в идеале состоящий из равных долей красного, зеленого и синего. Нанесенная краска содержит пигменты, которые поглощают красный и отражают зеленый и синий компоненты; поэтому она и называется голубой. Денситометр измеряет поглощенный свет определенного цвета благодаря хорошей корреляции между плотностью и толщиной красочного слоя. В этом примере используется красный фильтр, он отфильтровывает синий и зеленый и пропускает только красный свет.
Оптическая плотность напечатанной краски зависит, главным образом, от типа пигмента, его концентрации и толщины красочного слоя. Оптическая плотность краски характеризует толщину слоя, но ничего не говорит о самом цвете.

Принцип денситометрии в отраженном свете.

Фильтры для денситометра.

Цветные фильтры и фильтры яркости.

Цветные фильтры в денситометре подбираются для поглощения длин волн, соответствующих голубому, пурпурному и желтому.
В соответствующих стандартах, таких как DIN 16536 и ISO/ ANSI 5/3, указаны спектральные полосы пропускания и длины волн максимального пропускания. Они определяют узко- и широкополосные цветные фильтры (в случае ANSI обозначенные А и Т соответственно). Узкополосные фильтры (DIN NB) предпочтительны, поскольку с их помощью достигаются более стабильные результаты измерения.
Всегда выбирайте цветной фильтр, “противоположный” измеряемым цветам.
Черный оценивается с помощью фильтра видимого диапазона, который регулируется по спектральной чувствительности человеческого глаза. Специальные цвета измеряются с помощью фильтра, который обеспечивает максимальный результат измерения.
На трех рисунках ниже показаны кривые отражения для голубого, пурпурного и желтого, полученные с помощью соответствующих цветных фильтров, согласно DIN 16536.

Кривые отражения для голубого, пурпурного и желтого цветов.

Цвет на оттиске	Цвет фильтра
Голубой	Красный
Пурпурный	Зеленый
Желтый	Синий

Поляризационные фильтры.

При извлечении из приемки и измерении свежезапечатанных оттисков краска остается влажной и образует блестящую поверхность. Во время сушки краска впитывается в бумагу (абсорбция) и теряет глянец. При этом меняется не только цветовой тон, но и оптическая плотность. Если оператор печатной машины хочет использовать денситометрию для сравнения влажных оттисков с контрольными значениями, которые также относятся к сухой краске, результаты неизбежно окажутся неверными.
Для решения этой проблемы в оптическом пути денситометра устанавливаются два линейных поляризационных фильтра под прямым углом друг к другу. Поляризационные фильтры пропускают только световые волны, осциллирующие в определенном направлении. Часть образовавшегося выровненного светового луча отражается поверхностью краски, при этом направление осцилляции не меняется. Второй поляризационный фильтр расположен перпендикулярно первому, в результате эти отраженные световые волны блокируются.
Однако, если свет отражается краской или бумагой только после его проникновения в красочный слой, он утрачивает однородное направление осцилляции (поляризация). Таким образом, второй поляризационный фильтр пропускает его часть и он попадает на датчик.
Фильтрация света, отраженного глянцевой поверхностью краски, позволяет в целом устранить влияние влажной и сухой краски на результаты денситометрических измерений.
Однако из-за меньшей степени поглощения поляризационным фильтром отраженный свет достигает датчика. Следовательно, значения, измеренные с помощью такого рода приборов, оказываются, как правило, выше значений, измеренных другими приборами и зависящих от глянца.

Поляризационные фильтры.

Параметры денситометрии.

Результат измерений с помощью денситометра представляет собой логарифмическое значение плотности (D). Оно выражается логарифмом (десятичным) непрозрачности, который является величиной, обратной пропусканию или отражению тона.
Плотность рассчитывается по следующей формуле:

Формула для расчета плотности.

Отражательная способность (называемая также бета-величиной) рассчитывается следующим образом: LeP — свет, отраженный напечатанной краской, a LeW - свет, отраженный опорным белым.

Отражательная способность.

Отражательная способность () представляет собой отношение света, отраженного образцом (напечатанная краска), и стандартного белого (контрольное значение).
Величина дает следующее значение плотности:

Величина плотности.

Существует тесная связь между толщиной красочного слоя и плотностью краски. Из графика видно, что с увеличением толщины красочного слоя отражательная способность уменьшается, а оптическая плотность растет. График показывает зависимость толщины красочного слоя и оптической плотности для четырех триадных цветов, используемых в офсетной печати.
Пунктирная вертикальная линия соответствует стандартной толщине красочного слоя для офсетной печати, равной примерно одному микрометру. Из графика видно, что кривые плотности становятся более пологими только после достижения значительно более высоких значений. Затем при еще большей толщине плотность практически не увеличивается. Даже если вы измеряете емкость, заполненную краской, это значение будет лишь незначительно выше. Конечно, толстый красочный слой не имеет отношения к стандартному процессу печати в четыре краски.

Зависимость толщины красочного слоя и оптической плотности для четырех триадных цветов.

Измерения.

 Калибровка по белому цвету бумаги.

Перед выполнением измерений денситометр калибруют по белому цвету бумаги (опорный белый) для устранения влияния цвета бумаги и поверхности бумаги при оценке толщины напечатанного красочного слоя.
Для этого оптическая плотность белого цвета бумаги измеряется относительно “абсолютного белого” и полученное значение принимается за ноль (показатель D = 0.00).

 Оптическая плотность плашек.

Значения, измеренные на участке сплошного фона, характеризуют оптическую плотность плашек. Она измеряется по цветовой контрольной шкале, напечатанной на оттиске перпендикулярно направлению перемещения, на ней находится ряд полей, в том числе поля сплошного фона для всех четырех триадных цветов (а при необходимости и для специальных цветов).
Оптическая плотность плашек используется для контроля и обеспечения однородной толщины красочного слоя по всей ширине оттиска и по всему тиражу (с определенными допусками).

Оптическая плотность растрового участка.

Оптическая плотность растрового участка измеряется с помощью полей растрового фона цветовой контрольной шкалы. Эти круглые поля, ширина которых, как правило, составляет 3-4 миллиметра, включают в себя набор растровых точек и белого цвета бумаги в соответствии с внутренней структурой человеческого глаза.
Измеренное значение представляет собой оптическую плотность растрового участка. Эта величина растет с увеличением относительной площади растровых точек и толщины красочного слоя.

Оптически эффективная площадь запечатки (относительная площадь растровых точек)

При использовании денситометрии для измерения растровых изображений измеряется не геометрическая площадь запечатки (процент поверхности поля, покрытой растровыми точками), а “оптически эффективная площадь запечатки”.
Разница между геометрической и оптически эффективной площадью запечатки заключается в том, что независимо от способа оценки - визуально или с помощью денситометра - часть света, падающего на оттиск, проникает в бумагу на пустых участках между растровыми точками, а часть отраженного света попадает на точки и поглощается ими.
Это явление называется “захват света”. В результате растровые точки кажутся больше, чем на самом деле. Таким образом, оптически эффективная площадь запечатки является результирующей геометрической площади запечатки и оптического эффекта увеличения.

Оптически эффективная площадь запечатки.

Оценка.

Значения, измеренные для плашек и растровых участков, можно использовать для расчета относительной площади растровых точек, растискивания и контраста. Необходимое условие — предварительная калибровка денситометра по белому цвету бумаги.

 Относительная площадь растровых точек.

Измеренная оптическая плотность плашек и растровых участков (DV и DR) может использоваться для определения относительной площади растровых точек (FD) по уравнению Мюррея-Девиса:

 Растискивание.

Растискивание (Z) представляет собой разность между измеренным значением относительной площади растровых точек на оттиске (FD) и известной относительной плотностью растровых точек на пленке (FF) или в данных.

Относительный контраст печати.

Относительный контраст печати также определяется с помощью измеренных оптической плотности плашек (DV) и растрового участка (DR). Величину DR лучше всего измерять в трехчетвертных тонах.

Красковосприятие.

Красковосприятие рассчитывается на основе оптической плотности, измеренной для одноцветной плашки и двух- и трехцветных надпечатанных полей с учетом последовательности нанесения цветов.
Красковосприятие, определенное по представленной формуле, показывает, какой процент краски нанесен на другую краску. Эта величина сравнивается с параметром первой краски, восприятие которой принимается за 100%.

Формула 1 для расчета красковосприятия.

Формула 2 для расчета красковосприятия.

Формула 3 для расчета красковосприятия.

Надпечатка двух цветов.

Где
       D₁₊₂ — оптическая плотность надпечатанных цветов;
       D₁     — оптическая плотность первого цвета;
       D₂     — оптическая плотность второго цвета.
       Замечание: Все значения оптической плотности следует измерять с применением цветных фильтров, “диаметрально противоположных” второму цвету.

Надпечатка трех цветов

Где

       D₁₊₂₊₃ оптическая плотность всех трех надпечатанных цветов;
       D₃     — оптическая плотность последнего нанесенного цвета.
 Замечание: Все значения оптической плотности следует измерять с применением цветных фильтров, “диаметрально противоположных” последнему цвету.
Представленные здесь формулы используются также в системах контроля качества Prinect Axis Control и Prinect img/Image Control от Heidelberg. Существуют и другие методы определения красковосприятия. Все эти методы достаточно противоречивы, поэтому полученные результаты не следует воспринимать как абсолютно надежные. Однако они оказываются полезными для сравнения тиражей (и особенно для сравнения оттисков из одного тиража).

Формула 1 системы контроля качества Prinect Axis Control и Prinect img/Image Control от Heidelberg.

Формула 2 системы контроля качества Prinect Axis Control и Prinect img/Image Control от Heidelberg.

х = пригодно для триадных красок • = пригодно для триадных красок () = ограниченная применимость	Денситометр	Колориметр
Смесь специальных цветов		Трехкоординатный колориметр	Спектро-фотометр
Подготовка наката краски
— По стандартам	х    (•)	х    •	х    •
— С помощью цветовых контрольных шкал на пробных оттисках	х    (•)	х    •	х    •
— На основе указанных значений		(х)    (•)	х    •
— С помощью цветопроб		х    •	х    •
— На основе образца		х    •	х    •
— На основе данных по изображению (герго)		(х)    (•)	х    •
— Оценка применимости цвета		(х)    (•)	х    •
Регулировка наката краски (путем сравнения)		х    •	х    •
Контроль тиража
• На основе полей сплошного фона	х    (•)	х    •	х    •
• На основе одноцветных растровых полей	х    (•)	х    •	х    •
• На основе многоцветных растровых полей		х    •	х    •
• На основе измерений изображения		х    •	х    •
• Идентификация отмарывания		х    •	х    •
• Обнаружение изменений в материале		х    •	х    •
Результаты измерений
• Оптическая плотность плашек	х    (•)	(х)    (•)	х    •
• Относительная площадь растровых точек и ее увеличение	х    (•)	(х)    (•)	х    •
• Относительное красковосприятие	х    (•)	(х)    (•)	х    •
• Абсолютное красковосприятие		х    •	х    •
• Метамерия		(х)    (•)	х    •
• Личные впечатления		х    •	х    •

 Ограничения денситометрии.

Подобно методу, применяемому для цветоделения, денситометрия предусматривает работу с фильтрами для четырех триадных цветов. Они обеспечивают относительное измерение толщины красочного слоя, но не позволяют определить параметры, непосредственно связанные с восприятием цвета человеком.

Этот факт ограничивает применимость денситометров. В таблице на рисунке 31 показаны их традиционные области применения в сравнении с областями применения трехкоординатных колориметров и спектрофотометров.
Одним из главных ограничений применения денситометрии является тот факт, что одинаковые оптические плотности краски не обязательно создают одинаковое визуальное впечатление. Это происходит, если сравниваемые краски различаются; поэтому цветопробы и пробные оттиски, выполненные на бумаге и/или с помощью красок, отличных от используемых в производстве, не могут служить надежным эталоном при настройке наката краски.

Цветовой образец: Pantone Warm Gray 1.

Значение оптической плотности измеряется с помощью синего фильтра.

Большое значение имеют также ограничения, связанные с использованием красного, зеленого и синего цветных фильтров. Если набор цветов состоит более чем из четырех триадных цветов, возникают проблемы измерения дополнительных цветов. Как правило, для них не выпускаются подходящие фильтры, что приводит к чрезмерно низким значениям оптической плотности краски и неправильным значениям растискивания.
Использование денситометров для регулировки наката краски на основе полей многоцветных растровых надпечаток (то есть серых полей) также затруднено. Измерение серого поля с помощью всех трех цветных фильтров дает иные значения оптической плотности краски по сравнению с индивидуальными измерениями для каждого цвета. Каждый из трех цветов вносит более или менее существенный вклад во все значения оптической плотности краски. Это происходит потому, что триадные цвета не являются идеально чистыми основными цветами, каждый из которых представляет две трети спектра. Они также поглощают свет других длин волн. Денситометры полезны для контроля качества тиражей, печатаемых в четыре краски. Во всех других случаях их применимость ограничена.
Показанный здесь цветовой тон (Pantone Warm Gray 1) характеризуется - как видно из рисунка — относительно высоким ослаблением с некоторым снижением в синем спектре (380—500 нанометров). Поэтому максимальное значение оптической плотности (0.27) измеряется с помощью синего фильтра.

Цветовой образец: HKS 8.

Специальные цвета HKS 8 и HKS 65, показанные во втором и третьем примерах, имеют совершенно иные тона. Это видно также по соответствующим кривым ослабления. Однако оба цвета обладают максимальной поглощающей способностью в синей части спектра (380-500 нанометров); поэтому максимальное значение оптической плотности (1.6) измеряется в обоих случаях с помощью синего фильтра. Это показывает, что какая-либо связь между оптической плотностью и цветовыми тонами отсутствует.
Только колориметрические измерения предоставляют нам информацию о восприятии цвета.

Цветовой образец: HKS 65.