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第一章密度测量技术及测量误差分析第一节几何条件、表面特性与密度测量值的关系一、反射率及透射率1、反射率：设入射光通量为Φ0、反射光通量为Φr，对于一定的测量表面和规定的入射角度，入射光通量和反射光通量时比值是固定的，设此比值为β，则β值被称为反射率：β=Φr/Φ02、反射形式:定向反射、漫反射和介于两者之间的反射形式理想白色漫反射表面：粗面纸张、光泽面纸张和玻璃镜面的反射情况：（箭头的长度表示相应方向上被反射光的强弱）3、透射率:一定物体的透射光通量和入射光通量的比也是固定的，其比值称为透射率。设入射光通量为Φ0，透射光通量为Φr，则透射τ用下式表达：τ＝Φr/Φ0二、透射测定1．几何条件:入射光束必须能从半空间体均匀地投射到被测试物体上，并且只测定垂直通过被测物体的光束。乌布利希球采用乌布利希球作为透射测定的器件可以使测定满足上述的几何条件要求。乌布利希球是一个空心的球体，内腔涂以无光白色硫酸钡，球面上开两个轴心线在球心正交的小孔，两个小孔的总面积不超过球体内壁面积的2％。规定几何条件的原因：两个完全透明的物体Mt和Mc，也就是说，这两个物体的透射率是1.0。物体Mt是透明的，它不使定向光束产生漫射，而物体Ms则使定向光束完全在半空间范围内形成均匀的漫射。在两种情况下，Φτ＝Φ0但Mt＞Ms。如果入射光为漫射光，也就是说，入射的是乌布利希球射出的光，那么透射光通量对于透明物体和散射物体都是均匀地分布在半空间内。即使测量仪只能测量一定立体角内的光通量，但测量值是相同的。透射测量的几何条件就是根据这个原理确定的。2．透射密度与卡里尔效应透射密度——为透射率倒数的对数。设透射密度为D，透射率为τ，则透射密度表示为：D＝lg1/τ下列公式用于透射率和密度之间的换算：lg1/τ＝D1/τ＝10Dτ＝10－D卡里尔效应——由于两被测对象的漫射性能不同或测量的几何条件不同所引起的透射密度示值出现差异的现象例如：（1）两个完全透明的物体（即密度D都是0．00），用平行光照明时，具有漫射表面的物体比非漫射表面物体测得的透射率要小，即前者显示的密度值比后者要大一些。（2）两个物体都是透明度相同的非漫射体，一个用平行光照明，一个用漫射光照明，即使入射的光强相同，测得的透射密度值也不相同。卡里尔系数——同一物体用平行光和漫射光照明时测得的密度值的商数。卡里尔系数的用途：——作为软片中银粒子粒度大小的度量。——在对软片上的图像进行处理和转换时，应特别注意把卡里尔效应减至最小。——在对电子分色机作灰平衡标定时，之所以强调采用非银盐灰梯尺，就是为了避免因卡里尔效应带来偏差。三、反射测定1．几何条件反射测定（镜面反射除外）主要是在漫射表面进行，因此这种测定比透射测定要复杂一些。反射测量中常采用45°/0°和0°/45°两种几何条件。图中：Ms表示测光传感器。在反射测定中，测量结果与测量装置的几何条件和测试物体表面的光泽性质有密切关系：当测量镜面物体时，Sa=Max,Sb=0。当测量无光白色表面物体时，Sa=Sb当测量具有一定光泽的白纸时，SaSb。2．反射密度测量原理上面两个图的测量方式不能用来测量反射率。但这些测量方式可用来比较被测试物体的亮度L，亮度系数α则表示物体测量区域的亮度LM和某一基准区域亮度L0的比值。α≈LM/L0基准区域表面的特性应接近于理想的无光白色表面，即应符合规定的硫酸钡白色标准。反射密度Dr与透射密度Dt类似，它等于反射率倒数的对数，即：Dr=lg1/β但由前述可知，规定的几何条件只能测定一部分光通量，而反射率需要根据全部反射光通量进行计算，所以这种几何条件不能用来测量反射率。幸好，在相同的光学条件下，反射率和亮度系数的数值近似相等，即：β＝α反射密度计就是根据这个原理来测定反射密度的，反射密度计的作用本质上是把测量区域的亮度和某种基准区域的亮度加以比较。第二节印刷的彩色密度测量种类在印刷技术中，在俯视观察的情况下，把色密度定义为反射率倒数的十进制对数或反射率的十进制的负对数值，即D＝log1/β＝－logβ在实际应用中，要按照不同的目的，测量不同光谱范围内的密度，因此，色密度可分为光谱窄带色密度、宽带滤光色密度和视觉密度。一、光谱窄带色密度光谱窄带色密度是在波长为Δλ范围内用窄带滤光片测得的光谱色密度D（λ），D（λ）是光谱反射率倒数的十进制对数，或光谱反射率的十进制负对数值。D（λ）＝lg1/β(λ)＝－lgβ（λ）光谱反射率β（λ）是对波长为λ的单色光线来说的反射率，它等于被测样本的光谱辐射强度Leλ与理想的无光泽白色材料的光谱辐射强度（Lbλ）在一定条件下的比例。β（λ）＝Leλ/(Leλ)W窄带测量对密度的微小变化增加了敏感性，与用宽带滤色片测量比较，它们更不像人的视觉响应。窄带密度测量主要用于测量网点增大、叠印、墨层厚度及油墨强度。二、宽带滤光色密度宽带滤光色密度是印刷工业中最常用的密度测量方式，它采用标准宽带彩色滤光片进行测量，每个滤光片测得的色密度由下式给出：DF＝－lg∫LKβ（λ）·S（λ）·S（λ）r·τ（λ）·dλ/∫LKS（λ）·S（λ）r·τ（λ）·dλ卢瑟条件:τ（λ）≈V（λ）/S（λ）τ（λ）——滤光片的光谱透射率；S（λ）——传感器的相对光谱灵敏度；V（λ）——人眼的光谱灵敏度第三节密度计一、密度计应满足的技术条件密度计的测量结果眼下列特性有关：①光源的辐射函数（相对辐射分布）S（λ）；②传感器的相对光谱灵敏度S（λ）r；③滤光片的光谱透射率τ（λ）；④测量的几何条件和测量块的大小；⑤读数的精确性和显示的线性；⑥被测样本的光谱反射参数；⑦定标板的光谱反射参数。1－光源2－透镜组3－偏振滤光片4－彩色滤光片5－被测样本6－透镜组7－偏振滤光片8－传感器9－电子线路10－显示器为了使密度计能够得到相对可比较的结果，应该使它满足以下条件：1.测量的几何条件①45°/0°或0°/45°的几何条件:好处——因为从印刷品第一表面反射的光，实际上不会从测量方向上射出，传感器接受不到这部分光，被测样本的第一表面反射越强，密度计的密度测量值越高。②测量表面带纹理的印刷品时，应采用45°/0°几何条件和环状照明，也可以采用0°/45°几何条件而把反射环加在接受侧（如上图）。测量孔径角尽可能在±5°，不得大于±5°。2．照明样本的光源：投射光源的相对光谱分布应当符合标准光源A的要求，即2856±100K。3．传感器：可以利用对380～720um范围内的光辐射具有足够灵敏度的光电传感元件作辐射接受器。密度计采用的光电传感元件主要有：光电池。光电倍增管、半导体二极管等。硅传感元件表现出相当大的灵敏性4．测量滤光片：⑴滤光片选用①为什么存在选用的问题？要对标准黄、品红、青油墨本身的特性和其印刷呈色进行评价，测量滤光片应是与黄、品红、青油墨相对应的补色滤光片，即红、绿、蓝紫滤光片。②如何选用？滤光片的光谱通带应当与标准油墨黄、品红、青的主吸收带的范围接近。测量滤光片的最大通频位置按波长规定如下：对于基本黄墨来说用蓝滤光片，λ＝430nm；对于基本品红墨来说用绿滤光片，λ＝530nm；对于基本青墨来说用红滤光片，λ=620nm；通带最大值的位置误差为±5nm。⑵滤光片的光谱特性①取决于通带范围②在色密度测量时，密度计光路上有效光谱灵敏度〔=传感器的相对光谱灵敏度S（λ）r×测量滤光片的透射率τ（λ）的积〕与光源相对光谱分布函数S（λ）的积应该是符合标准的，其中光源的光谱辐射是标准的③光传感器的光谱灵敏度还达不到对各种密度测量都普遍有效宽带滤光片——多用于制版及印刷工艺中使用的密度计窄带滤光片——多用在调节测量用的密度计中二、密度计常用滤光片的特性及应用1、测量三原色油墨的滤光片（宽带）应该具有表所列的性质相对应的原色滤光片波峰位置（nm）通频带范围（nm）半值宽度全值宽度黄蓝4304080品红绿53660100青红62450（利用红外吸收滤光片）100（利用红外吸收滤光片）影响测量结果的情况：①滤光片的透射率最大值与正确值不符或透光范围太宽时②色密度测量滤光片的通频带范围较宽在印刷领域常用的都是宽带，不用窄带的原因：窄带滤光片对于密度的微小变化增加了敏感性，但也损失了更多的色彩信息，测得的色彩更不像眼睛看到的色彩，2、窄带滤光片所具有的特征参数油墨种类滤光片通带峰值位置（nm）通频带范围（nm）半值max全值max黄蓝4302030品红绿5362030青红6242030优点：用不同的密度计测量同一样本时，可以得到比较一致的测量结果，对网点覆盖率和网点调叠印也能得出更准确的评价。“T”状态响应的特征——光源、滤光片、传感器三者的光谱乘积对数值的分布必须符合标准规定三、密度计的标定1、调零定标板——理想的完全白色的漫反射板调零方式的选择：——在定标板上进行（评价油墨或用罗彻斯特理工学院的方法去优化阶调复制）——在白纸上进行（评价油墨和纸张的共同作用，例如用纽介堡方程进民计算时）2、调节密度计的斜率或高密度值改变密度计的零调节会使密度计的响应图形向上或向下平移，但不会改变其形状；密度计的高标度端被重调，那么图线将绕着零点向上或向下旋转，直线的斜率将会发生变化，从而使密度计的响应发生变化。3、透射密度计标定时，光路上是空气，即在空气上调零。密度计厂家提供有标准透射标定参考，以保证用户进行高值和低值标定。第四节密度测量误差分析一、朗伯－比尔定律与反射密度测定采用密度测量法的原因之一，在于用密度值能够方便地指示油墨量。在理想的情况下，随着墨层厚度的增加密度值成正比地增加，即墨层厚度增加一倍，密度值相应增加一倍，这就是朗伯－比尔（Lambert－Beer）定律。在对银盐软片进行透射测量时，朗伯-比尔定律是适角的，但在对印刷品进行反射测量时，朗伯－比尔定律是不精确的，只具有近似意义。下面通过对朗伯－比尔定律的一个简单变换说明这个问题。朗伯－比尔定律可用下式表示Φ（x）＝Φ0e-ax（1－1）式中：Φ——光通量；Φ0——入射光通量；α——吸收系数，它是由油墨的特性决定的；x－－墨层厚度。对（1－1）式的两端取对数，得：-lgΦ(x)/Φ0=lge·α·x＝α′x（1－2）D＝α′x（1－2）式意味着密度与墨层厚度是应正比例关系的，这对于透射观察的图像，如印在塑料透明薄膜上的图像是适合的。2a′x＝2D（1－3）式（1－3）所表达的是上图所示的情况，入射光经过纸面反射，两次穿过油墨层，等于墨层厚度为2x的光吸收量，这就是说，以同样的墨层厚度印在透明塑料薄膜和纸上，纸面得到的反差将是透明薄膜上图像反差的两倍。事实上，即使纸张把入射的光全部反射回去，（1－3）式也只有近似意义。把一个墨层分解成为许多薄层（图1－13），设入射光通量为Φi，每个薄层的透射光通量为Φ（xi＋1），吸收率为α，则如下关系式成立；Φ（x1）/Φ0=α;Φ（x2）/Φ(x1)=α;Φ（x3）/Φ(x2)=α;Φ（x4）/Φ(x3)=α。对Φ（x）微分得：dΦ(x)/dx=-α·Φ（x）（1－4）上式中，dΦ(x)/dx表示墨层厚度从xi-1增加到xi时光通量Φ的变化量，因为光通量随墨层厚度增加而减少，所以α前加上负号。式（1－3）的解是已知的，即朗伯-比尔公式：Φ（x）＝Φ0·e-ax（1-5）为了证明此解是正确的，可做下列计算：式(1-4)的导数是：dΦ(x)/dx=-α·Φ0e-ax(1-6)二、对数运位误差根据玛瑞－戴维斯公式可以导出网点覆盖率的计算式如下：F＝1－10－Dt/1-10-Ds·100％为了计算网点覆盖率，首先需要根据测得的亮度信号换算出密度值，这在本质上是完全不必要的，可以根据光电二极管接受的光通量直接进行换算；因为Dt＝－lg（Φt／Φp）；Ds＝-lg（Φs／Φp）；式中：Φp——先由二极管从白纸表面接受的光通量；Φt——光电二极管从网点面上接受的光通量；Φs——光电二极管从实地面上接受的光通量。所以F＝1－10－Dt/1-10-Ds·100％＝Φp-Φt/Φp-ΦΦs·100％直接换算方法得到的结果更精确一些，因为对数计算会产生某