Wstęp
Drukowanie wielobarwne jest procesem skomplikowanym. W wielu wypadkach, subiektywna ocena wizualna otrzymywanych druków nie jest wystarczająca, zatem oczywiste jest dążenie do wprowadzenia pomiarów instrumentalnych.
Obecnie stosowane są najczęściej dwie metody fotometryczne:
- Densytometria – stosunkowo prosta i dająca szczegółowe informacje o ilości farby a także o procentowym pokryciu powierzchni;
- Kolorymetria – sprawiająca wrażenie skomplikowanej i wydająca się mało użyteczna do pomiarów ilości farby na druku, jednak umożliwia dokładny pomiar barwy.
Ocena wizualna może także zostać zaliczona do, swego rodzaju, pomiaru, jeżeli zostanie wykonana prawidłowo. Wizualne porównywanie otrzymywanych druków, nie tylko jest sposobem kontrolowania produkcji, ale służy także wyznaczaniu dopuszczalnych tolerancji. Istnieje jednak tendencja do przechodzenia na metody instrumentalne.
Opis metod pomiarowych
Dobieranie barw
Barwa jest definiowana jako cecha przedmiotu, którą widzimy, gdy usuniemy jego strukturę. Jest ona opisywana przez trzy niezależne zmienne: jasność (lightness L), nasycenie (saturation S) i odcień (hue H).
Dobieranie barw oznacza porównywanie jednej barwy z drugą. Aby było to możliwe, należy zapewnić odpowiednie warunki. Barwy muszą się ze sobą stykać oraz muszą być oświetlone jednakowym znormalizowanym światłem. Niezapewnienie tych podstawowych wymogów wpływa na znaczne pogorszenie wyników.
Pomiar barwy
Istnieją dwie metody pomiaru barwy, polegające na addytywnym mieszaniu trzech barw:
- tristimulus – metoda pomiaru przez trzy filtry (kolorymetryczna)
- spectral – metoda spektralna (spektrofotometryczna)
Obie opierają się na czułości oka ludzkiego.
rys. 1
Podobnie jak każdy materiał światłoczuły (błona fotograficzna, forma drukowa) posiada charakterystyczną dla siebie czułość spektralną, także ludzkie oko (siatkówka) jest czułe na promieniowanie widzialne. Czułość tą obrazują trzy krzywe, które są takie same dla prawie wszystkich ludzi. Krzywe te są funkcjami Obserwatora Normalnego (rys. 1) w międzynarodowym standardzie CIE a także innych standardach wewnętrznych (np. niemiecka norma DIN 5033). Te standardowe funkcje czułości zostały umieszczone w układzie CIE XYZ, lecz mierzone są w bardziej praktycznej przestrzeni, której podstawą są trzy barwy: czerwona (700 nm), zielona (546,1 nm) oraz niebieska (435,8 nm) (rys. 2). Wykresy w przestrzeni XYZ przyjmują wartości dodatnie i ujemne. Część ujemna jest bardzo mała, lecz nie można jej pominąć, ponieważ wtedy określenie barwy zostałoby zafałszowane, a osiągnięty efekt nie był by zgodny z barwą widzianą przez obserwatora.
rys. 2
Zależność pomiędzy opisaną przestrzenią RGB a przestrzenią CIE XYZ można przedstawić w następujący sposób.
W przypadku przestrzeni XYZ nie występują wartości ujemne, czego nie ma w przestrzeni RGB. Układ współrzędnych chromatycznych, znany jako „podkówka” (rys. 3) obejmuje cały zakres widzialny, natomiast trójkąt należący do przestrzeni RGB obejmuje relatywnie małą część tego zakresu.
rys. 3
Pomimo tego transformacja pomiędzy RGB i XYZ, a także do innych systemów, jest możliwa. Zostało to stwierdzone doświadczalnie, na podstawie obserwacji ludzi częściowo niewrażliwych na barwy zwanych „protanopami” – P, „deuteranopami” – D i „tritanopami” – T (rys. 4). Obserwując te trzy przypadki otrzymano krzywe czułości spektralnej p(lambda), d(lambda) i t(lambda), które wskazały na silne podobieństwo typów P i D. Wynika z tego, że widzenie barw przez człowieka jest inne z punktu widzenia wykonywania wyciągów barw.
rys. 4
Jako przykład transformacji, można podać standard ekranów telewizyjnych EBU (European Broadcasting Union) (rys. 5). W przypadku telewizji jak również w innych technikach reprodukcji, zastosowanie rzeczywistych filtrów nie daje informacji o ujemnej części krzywych spektralnych. W związku z tym zakres ten musi być symulowany elektronicznie. Podobny rodzaj korekcji może być stosowany w skanerach.
rys. 5
Transformacja właściwa dla telewizji kolorowej, nie musi dawać dobrych efektów w przypadku reprodukcji poligraficznej. W odróżnieniu od telewizji, drukowanie jest, mniej lub bardziej, subtraktywnym sposobem mieszania barw. Współrzędne chromatyczne barw farb drukowych zgodnych z normą europejską są opisane w normie DIN 16 539.
Istnieje wiele możliwych transformacji funkcji Obserwatora Normalnego, lecz nie ma takiej, w której krzywe nie pokrywały by się i nie miały wartości ujemnych.
Pomiar gęstości optycznej
Densytometria stosowana jest do wstępnego pomiaru gęstości optycznej na etapie fotografii reprodukcyjnej oraz, jako najprostsza metoda kontrolowania wahań intensywności barwy, w procesie drukowania.
Jak w przeszłości tak i dzisiaj filtry RGB, stosowane w densytometrach, są dostosowywane do czułości materiałów fotograficznych, a ich szczegółowe parametry spektralne są opisane w normach ISO (wyróżnia się np. status T, A, NB itp.).
Densytometry z zainstalowanymi standardowymi filtrami mogą być wykorzystane do kontrolowania druków wykonywanych dowolną techniką (np: offsetową, wklęsłodrukową).
Ważnym zastosowaniem pomiarów densytometrycznych, jest kontrola zmian grubości warstwy farby w drukowaniu offsetowym lub nasycenia w przypadku wklęsłodruku. Zgodnie z prawem Lambert’a–Beer’a, zależność pomiędzy grubością warstwy filtrującej (np. farby) i absorbcją jest liniowa. W przypadku drukowania, warstwa filtrująca leży na nieprzezroczystym podłożu (np. papier). Podstawową wartością, w tym przypadku, jest współczynnik odbicia, uzyskany przez pomiar ilości światła odbitego po dwukrotnym przejściu przez warstwę farby.
Najlepszą metodą pomiaru grubości warstwy farby jest densytometria wąskopasmowa „narrow–band”. Największa czułość na zmiany grubości warstwy farby występuje dla długości fal: 430 nm (żółta), 520 nm (purpura), 620 nm (cyan). W praktyce stosuje się pomiar w zakresie szerokości pasma równym 20 nm.
Narzędzia
Kolorymetry i spektrofotometry
Jak wcześniej wspomniano, istnieją dwie metody pomiaru barwy: kolorymetryczna (tristimulus) i spektralna. Urządzenia dokonujące pomiarów wg pierwszej metody zostały tak opracowane, żeby uzyskać jak najszybszy wynik pomiaru. Metoda ta jest jednak mało dokładna i nadaje się jedynie do pomiarów porównawczych.
Metoda spektralna opiera się na pomiarze w bardzo wąskich obszarach widma, co daje w efekcie krzywą spektralną całego mierzonego zakresu. Ostatecznym celem tych pomiarów jest opisanie barwy w sposób zgodny z tym co widzi oko ludzkie, niezależnie czy barwny obszar jest polem pełnego pokrycia, tintą, mieszaniną uzyskaną w dowolny sposób niezależnie od techniki drukowania.
Densytometry
Kiedyś pomiary dokonywane densytometrami różnych producentów nie dawały porównywalnych wyników. Obecnie nie ma takich problemów. Wiele densytometrów nie tylko podaje gęstości optyczne, ale także procentowe pokrycie powierzchni, przyrost punktów (dot gain). Można je podłączyć do drukarki lub komputera, lecz nic nie zmieni podstaw ich działania.
W przypadku drukowania offsetowego pomocny jest filtr polaryzacyjny, mający na celu zredukowanie odblasku od powierzchni nieutrwalonej farby.
Porównanie densytometrii i kolorymetrii
Celem pomiarów densytometrycznych jest określenie warunków drukowania, właściwości farb drukowych, a nie pomiar barwy. Gęstość optyczna może określić stopień nasycenia barw, lecz mierzone barwy muszą być reprodukowalne farbami drukarskimi. Możliwe jest także kontrolowanie balansu szarości i uchybu odcienia farb triadowych. Niektórzy uważają, że współrzędne barwy można wyliczyć na podstawie gęstości optycznej, bo w obu przypadkach pomiaru dokonuje się przez trzy filtry. Jednak nie jest to prawda. Jeśli porównamy funkcje RGB z małym zakresem pomiarowym densytometru w rezultacie otrzymamy efekt jak na rysunku 6. Wykresy czułości nie dają pełnego obrazu o całym zakresie widzialnym. Są miejsca gdzie brakuje jakiejkolwiek informacji o barwie.
rys. 6
Można jednak stwierdzić, że zastąpienie kolorymetrii densytometrią jest możliwe, ale tylko dla szczególnych barw podstawowych CMY. Jednak wykorzystując pomiar densytometryczny można zaobserwować jedynie odchylenia w odcieniu konkretnej barwy (np. że farba żółta posiada pewną domieszkę czerwieni itp.).
Wnioski
Densytometria i kolorymetria mają zupełnie inne cele. Kolorymetria opisuje rzeczywistą barwę, a densytometria służy do pomiaru pochłaniania światła przez różne substancje.
Pomiar densytometryczny ze względu na ograniczoną czułość spektralną uniemożliwia pełne opisanie parametrów barwy. Z drugiej strony, nie ma potrzeby stosowania funkcji kolorymetrycznych do pomiarów nasycenia farby i jej odchyleń.
