專利名稱：光柵基柱狀彩虹全息圖的色度表征與檢測方法
技術領域：
本發明涉及一種光柵基柱狀彩虹全息圖的色度表征與檢測方法，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和評價，進而用于柱狀光柵鐳射紙生產和包裝印刷品的色度質量控制。
背景技術：
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品的附加品質，因此，常為中、高檔香煙和酒類等商品的包裝所選。這種光柵基鐳射紙的表面對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的彩虹現象。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，都表現為不同的顏色感覺。目前，無論是視覺觀測，還是應用適于均勻顏色測量的各種顏色測量儀器，都難以準確表征這種承印物的顏色，給其質量控制帶來困難。因而，此類產品的色度表征和檢測評價顯得尤為重要。國家標準對防偽全息紙(含鐳射紙)的特性指標做出了規定，并給出了檢測方法(具體可參見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，由于其檢測方法比較復雜，而且不能完全表征全息光柵的色度及其變化特征，因此，就目前的應用情況看，對于全息紙的色度表征，特別是在包裝印刷企業中的應用缺乏實用性。國內外許多研究機構對鐳射紙光柵的呈色機理進行了分析，也提出了多種色度及光譜檢測方法。比如對鐳射紙某一面元上不同測量角度下的綜合色差的離差進行分析的方法；測試光柵參數、選擇合適的光濾色片，再通過漫射光照射下光反射率的測量，實現對鐳射紙色度測量的方法；等等。但這些方法存在同樣的問題，即檢測過程復雜，設備要求高，檢測穩定性難以保證，仍不適于實際生產中的廣泛應用。
發明內容
本發明的目的在于提供一種能夠方便、快捷、準確、宏觀地評價光柵基柱狀彩虹圖的色度表征和檢測方法，為此類鐳射紙在全息防偽、彩虹全息包裝印刷的色彩質量控制提供技術支持。本發明的光柵基柱狀彩虹全息圖的色度表征與檢測方法，獲取特定光路下光柵柱長橫截方向上足夠長度內的色度信息，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方法，包括以下步驟:
(I)采用線狀均勻白光光源，以光源線長方向沿柱狀光柵柱長的橫截方向照射柱狀光柵樣本，并在樣本表面法線方向以線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與被照樣本色度的計算關系； ( 3)由步驟(I)中光接收器接收的反射光和顏色計算關系，將柱狀光柵柱長橫截方向上足夠長度內的光信息轉換成CIELab色度信息；(4)對步驟(3)得到的CIELab色度信息，分析其L*、a*和b*的數值及變化規律，并獲取L*的空間變化周期性信息；(5)根據檢測目的，選擇應用明度L*的周期特征值和/或應用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)對標準樣本和測量樣本(比樣)的顏色差異進行評價，根據人眼視覺特性，確定不同應用中應控制的L*、a*、b*和色差數值，以及L*值周期性所允許的容差，用于生產質量控制。步驟(2)中的光接收器可以是直接獲得各像素點反射光的儀器(如掃描光譜相機)，也可以是對各像素點反射光響應為RGB值的儀器(如平板掃描儀)。直接獲得各像素點的反射光的儀器，可由像素點的反射光及色度學理論直接計算得到對應的CIELab色度值；對各像素點反射光響應為RGB值的儀器，需首先對該儀器進行顏色校正，建立儀器對色光響應的RGB與其對應CIELab色度值間的數學關系。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，將柱狀光柵柱長橫截方向上至少一個完整光柵周期長度內的光信息轉換成CIELab色度信息。采用的測試光源為線狀標準白光，色溫為5000K 6500K ；白光照射的角度優選在30° 60°之間。本發明以線狀白光的線方向與鐳射紙柱狀光柵的柱長方向垂直，且與鐳射紙樣本表面的法線成某一角度的方式照射，在樣本表面的法線方向接收反射光；利用接收的線狀反射光表征柱狀光柵在該照射白光下、該觀測方向上的視覺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樣顏色的比較。該檢測方法可由線性CCD掃描器件實現，方法簡單、快速，可用于柱狀光柵基鐳射紙及其印刷圖像的色彩質量控制。
圖1為本發明采用的測試光路布局圖。圖2-1和圖2-2分別為本發明實施例1的標樣和比樣的全息圖采樣圖像。圖3為本發明實施例1的測試儀器顏色響應色域和樣品的CIELab色度圖。圖4(a)、圖4(b)和圖4(c)為本發明實施例1標樣和比樣的全息圖的色度變化圖；其中圖4(a)為L*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)為本發明實施例1標樣和比樣的全息圖位置對準后的色度變化圖；其中圖5 (a)為對準后L*值的位置變化圖，圖5 (b)為對準后a*值的位置變化圖，圖5(c)為對準后b*值的位置變化圖。
具體實施例方式以下結合附圖和實施例進一步說明本發明，但不能用來限制本發明的范圍。在產品質量控制中，常有標準樣本和檢測樣本，標準樣本是企業作為質量合格與否的參考標準，檢測樣本是生產中的產品。該實施例分別取200mmX200mm柱狀光柵基鐳射原紙標準樣本(稱為標樣)和檢測樣本(稱為比樣)各一張，實施測試過程及分析。基本條件如下:樣品:兩個銀光柱柱狀光柵基鐳射原紙，標樣和比樣儀器:線狀像素陣列光接收器(含光源)采用專業級彩色掃描儀Epson GT-X970掃描采樣分辨率:200pdi步驟I，采用專業級彩色掃描儀Epson GT-X970作為線狀均勻白光源照明和光接收儀器，來實現本實施例技術方案中顏色樣品的光采樣過程，其采樣光路如圖1所示。放置樣品，使掃描儀線狀均勻白光源的光源線長沿柱狀光柵柱長的橫截方向，則光源光線以一定的角度如30°照射，在樣本表面的法線方向以線狀像素陣列光接收器接收反射光。應用該掃描儀前，首先設置合適的掃描參數，具體為:文件類型選擇反射稿，顏色類型選擇24位彩色，階調曲線選擇線性，亮度、反差、顏色平衡等選擇默認設置，并取消一切自動處理功能，以保證穩定和適當的光響應。其后，確定柱狀光柵紙上沿柱長方向和與之垂直方向上米樣線度分別約為5mm和160mm的掃描區域進行掃描,得到兩樣品bmp格式的圖像。如圖2-1和圖2-2所示，分別為兩個鐳射紙樣品標樣和比樣的全息圖采樣圖像。步驟2，確定所用線狀光接收器的光響應與被照樣色度的計算關系:利用商業工具軟件，建立掃描儀的ICC標準特性文件，得到掃描儀的光響應值RGB與被照樣CIE色度值的轉換計算關系。ICC標準特性文件是國際標準，其中的顏色關系是標準的數據查找表關系O步驟3，利用上述顏色特性關系，由掃描圖像的RGB響應值，可轉換得到對應顏色的CIELab色度值，即將柱狀光柵基柱長橫截方向上至少一個完整光柵周期長度內的光信息轉換為CIELab色度信息。圖3中的淺底色區域A為該掃描儀可響應的顏色范圍,稱為色域；將得到的掃描圖像CIELab數值進行沿柱長方向上求平均，其平均值如圖3中的深色點B，是從掃描儀光路所“看”到的鐳射全息圖的顏色色度。可看到，這些顏色均在該掃描儀的顏色響應色域內，從而保證了計算所得鐳射全息圖顏色的可靠性。步驟4，繪制步驟3中得到的兩個光柵基柱狀鐳射原紙采樣標樣和比樣全息圖的色度變化圖(掃描圖像沿柱長方向上的平均CIELab值隨位置變化圖)，得到標樣和比樣的CIELab色度周期性變化信息，可分析其L*、a*和b*的數值及變化規律，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:標樣，2:比樣。可分析的色度信息包括:(I)L*值變化周期以圖4(a)中最小L*值點的間距確定光柵周期。
如圖4 (a)所示，標樣的兩個最小L*值點間隔非常接近，得到的平均周期為T1=0.020 (周/mm);同樣，比樣的兩個最小L*值點間隔也非常接近，得到的平均周期亦為T2=0.020 (周/mm)，表明比樣有與標樣相同的明度變化周期。其計算關系如下: ,= /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，是其包裝印刷應用中墨色深淺及顏色變化的基礎。(2)顏色差異將標樣與比樣的L*、a*、b*采樣值分別在相同的變化周期內對準，獲得兩個光柵基柱狀鐳射原紙采樣標樣和比樣的全息圖位置對準后的色度變化圖；其中圖5(a)為對準后L*值的位置變化圖，圖5(b)為對準后a*值的位置變化圖，圖5(c)為對準后b*值的位置變化圖，其中，1:標樣，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域內的平均數值差。該實施例中，L*、a*、b*值的平均差異分別為
2.59、-0.49和1.84，對應的色差為3.21。進一步，還可關注局部位置的顏色信息，更詳細地分析比樣和標樣的色度差異。如該實施例中，從圖5(a)可 看到，較大的明度L*差異發生在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樣的偏離，以指導原紙生產或圖樣印刷中不同位置的工藝質量改進。此外，還可從圖5(b)和圖5(c)看出，在采樣范圍內，a*、b*色度值沒有表現出完整的周期，卻看出明顯的對稱特性。其差異主要發生在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，比樣和標樣的色度差異主要發生在I 200和800 900像素位置間區域，都包含著由亮調到暗調的過渡過程。步驟5，根據檢測目的選擇合適的檢測內容。根據檢測目的，可選擇應用明度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。無論對于原紙還是印刷上油墨后的顏色質量控制，都可同時關注L*、a*、b*的變化及其色差的大小。比樣與標樣在各空間位置處三個色度值的差異及色差的大小，都反映出比樣的顏色質量，可分別詳細說明。如在該實施例中，由空間對準后的圖5(a) 圖5(c)看到，比樣和標樣間的L*、a*、b*值都存在某些差異，采樣范圍內的平均差異分別為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*及對應色差各有不同。若以3mm長度(常規顏色測量儀器采樣圓孔直徑的線度)的區域為一個采樣單元，可得各個單元上的色度差異；其中最小色差為0.83，最大色差為16.53，但大色差的數量并不多，主要發生在I 200像素位置間，因此，需對生產中該位置區域的工藝參數進行格外的關注，并進行調整。此外，對于原紙而言，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周期性。該實施例中由圖4(a)得到，標樣的L*值變化周期T1 St11和t12對應空間周期的平均值0.020 (周/mm)，比樣的L*值變化周期T2為t21和t22對應空間周期的平均值亦為0.020 (周/mm)，表明比樣和標樣具有相同的光柵基光學周期性，這對比樣印刷墨色后的質量保證打下了好的基礎。步驟6，在比樣與標樣的顏色差異評價中，可根據其應用目的和關注的測量項，并根據人眼的視覺特性，確定應控制的L*、a*、b*值和CIELab色差，以及L*值周期性所允許的容差，用于生產質量控制。在該實施例中，鐳射原紙比樣和標樣的L*值空間變化周期相同；比樣與標樣間的CIELab平均色差為3.21，產品質量檢測人員在標準觀察箱中觀測，發現剛能看出兩樣品的差異。對于柱狀光柵鐳射原紙，L*值空間變化周期和色度指標都很重要，周期越接近，CIELab色差越小，比樣的質量越符合要求。無論對于原紙還是印有油墨的印刷色，比樣與標樣間的L*、a*、b*及CIELab色差究竟設置怎樣的允差，需進一步根據其具體應用及品質要求來設定。
權利要求
1.一種光柵基柱狀彩虹全息圖的色度表征與檢測方法，包括以下步驟: (1)采用線狀均勻白光光源，以光源線長方向沿柱狀光柵柱長的橫截方向，照射柱狀光柵樣本，并在樣本表面法線方向以線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與被照樣本色度的計算關系； (3)由光接收器接收的反射光和顏色的計算關系，將柱狀光柵柱長橫截方向上一定長度內的光信息轉換成CIELab色度信息； (4)對得到的CIELab色度信息，分析其L*、a*和b*的數值及變化規律，并獲取L*的空間變化周期性信息； (5)選擇應用明度L*的周期特征值和/或應用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)對標準樣本和測量樣本的顏色差異進行評價，確定不同應用中控制的L*、a*、b*和色差數值，以及L*值周期性所允許的容差，用于生產質量控制。
2.根據權利要求1所述的光柵基柱狀彩虹全息圖的色度表征與檢測方法，其特征在于:所述的白光光源為標準白光，色溫為5000K 6500K。
3.根據權利要求1所述的光柵基柱狀彩虹全息圖的色度表征與檢測方法，其特征在于:所述的光接收器是直接獲得各像素點反射光的儀器，或者是對各像素點反射光響應為RGB值的儀器。
4.根據權利要求2所述的光柵基柱狀彩虹全息圖的色度表征與檢測方法，其特征在于:對直接獲得各像素點的反射光的儀器，由像素點的反射光及色度學理論直接計算得到對應的CIELab色度值。
5.根據權利要求2所述的光柵基柱狀彩虹全息圖的色度表征與檢測方法，其特征在于:對于各像素點反射光響應為RGB值的儀器，首先對該儀器進行顏色校正，建立儀器對色光響應的RGB與其對應CIELab色度值間的數學關系。
6.根據權利要求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.根據權利要求1所述的光柵基柱狀彩虹全息圖的色度表征與檢測方法，其特征在于:將柱狀光柵柱長橫截方向上至少一個完整光柵周期長度內的光信息轉換成CIELab色度信息。
全文摘要
本發明提供了一種光柵基柱狀彩虹全息圖的色度表征與檢測方法，采用線狀均勻白光光源，以光源線長方向沿柱狀光柵柱長的橫截方向，照射柱狀光柵樣本，并在樣本表面法線方向以線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與被照樣本色度的計算關系；由光接收器接收的反射光和顏色的計算關系，將柱狀光柵柱長橫截方向上足夠長度內的光信息轉換成CIELab色度信息；對得到的CIELab色度信息，分析其L*、a*和b*的數值及變化規律，并獲取L*的空間變化周期性信息。該檢測方法可由線性CCD掃描器件實現，方法簡單、快速，可用于柱狀鐳射紙及其印刷圖像的色彩質量控制。
文檔編號G01J3/18GK103196560SQ20131011858
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月8日 優先權日2013年4月8日
發明者徐艷芳, 宋月紅, 劉瑜, 李修 申請人:北京印刷學院