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苗润丰, 苗尧毓, 高鹏福, 燕 雨, 谭艳君, 霍 倩, 苗长盛,c
(1.西安工程大学 a.纺织科学与工程学院; b.陕西省功能材料染整创新工程中心; c.科技成果转化中心,西安 710048;2.丹东大禹水利水电工程建设监理有限公司,辽宁 丹东 118001)
随着数码印花行业的快速发展,企业及客户对织物上图案多样性、个性化的设计需求日益增加,色彩管理的重要性便体现出来了。在纺织品数码印花领域中,如何有效地再现颜色来控制色差依旧是行业的难题,其中墨水所占的成本比例约占数码印花生产总成本的40%。密度曲线是影响数码印花颜色能否准确再现的重要因素之一,其墨量数值如果设置偏高,数码印花机打印在热转印纸上的图案就会出现堆墨和溢墨的情况;如果墨量数值设置过低,则会导致转印图案的饱和度达不到客户的要求。不同通道墨量如果设置不佳,会导致CMYK四色拼色时出现偏色的情况,也就会产生色差。因此,企业需要通过控制密度曲线来避免出现渗化和堆墨的现象。此外,本文可以在满足客户要求的颜色深度下,为企业节约成本,避免不必要的墨水浪费[1]。
由于面料结构上的差异性,不同面料能承受的最大墨量也不尽相同。墨量过多会导致织物印制图案渗透严重,影响打印图案清晰度,造成不必要的墨水损耗而增加企业的打印成本;墨量太少颜色饱和度达不到客户要求而产生色差,因此本文基于密度曲线[2]模型来提升纺织品颜色再现的质量,可以解决部分企业由于密度曲线参数设置不合理而导致墨水损耗过高的问题。
1.1 材料与仪器
织物:涤纶平纹机织物(上海维尔拉智能科技有限公司),平方米质量113 g/m2;涤纶斜纹机织物(东莞市云帆纺织有限公司),平方米质量127 g/m2。
墨水:Epson原装四色分散墨水,青色(T7422)、品红色(T7423)、黄色(T7424)、黑色(T742X)。
仪器和软件:Epson SureColor F6280型四色喷墨打印机(Epson公司),超景深三维显微系统VHX-5000(KEYENCE基恩士公司),Profile Maker Professional 5.0.10、i1 Publish Pro 2和i1 Profiler(X·Rite公司),Photoshop PS 5(Adobe公司),数码压烫机(义乌市熙美数码影像有限公司),Datacolor500型测色配色仪(德塔颜色商贸(上海)有限公司),标准灯箱QC2000(广州维多乐科技有限公司)。
1.2 方 法
1.2.1 密度曲线法
以涤纶为印花织物,采用热转印的方法来转印图案,其中温度设置为210 ℃、时间设置为35 s、压力设置为0.4 MPa。首先打印CMYK四色质量百分数0～100%(质量百分数差为5)的色块,使用Measure Tool软件测量各质量百分数梯度色块色密度,然后使用Origin中自带Tangent插件分别找到四色质量百分数斜率绝对值最小的点(说明随着质量百分数的增加转印在织物上的色密度不再增加),即为CMYK四色单通道墨量设定值。由于Epson SureColor F6280型四色喷墨打印机是RGB打印机,因此总墨量设定上限为300。将打印RGB各质量百分数色块通过热转印的方法转印在涤纶织物上,通过Datacolor500型测色配色仪测量各点K/S值,相加即为总墨量的最大值。最后,采用NeoStampa8 Calibration Wizard软件线性化之后生成密度曲线,即为密度曲线法。
1.2.2 RIP法和最大墨量法
RIP(Raster image processor)法与密度曲线法相类似,不同之处在于RIP法按照软件要求打印软件自带的各通道色块,然后由i1 Publish Pro 2分光光度仪扫描测量得到结果,后由软件自动生成各通道墨量设置数值,之后由NeoStampa8 Calibration Wizard软件线性化之后生成密度曲线。最大墨量法即为单通道墨量数值都设置为100,总墨量数值设为300,在NeoStampa8 Calibration Wizard线性化之后建立密度曲线。
1.3 性能测试
1.3.1 轮廓清晰度
采用超景深三维显微镜测量织物上的打印线宽,为了确保数据的准确性在线条图案上均匀地选取30处测量线宽并计算平均值,即为最终的打印线宽。按照下式计算线宽变化率W[3-4]。W值越小说明墨水渗化程度越低,图案的清晰度效果越好。
(1)
式中:D为实测平均线宽;D0为打印线宽;W为线宽变化率。
1.3.2K/S值
采用Datacolor500型测色配色仪测量色块K/S值,测量时将色块折叠四次并测量四处不同的点测量后取平均值。
1.3.3 色 差
CIEDE2000色差公式理论上是与人的视觉最为匹配的色差公式,其定义于修正的CIELAB空间,不仅对评价小色差有更为理想的明度、彩度、色相加权函数,同时具备了校正蓝色、绿色宽容度参数[5-8]。
(2)
1.4 印制工艺
采用热转印的方法来转印图案,其中温度设置为210 ℃、时间设置为35 s、压力设置为0.4 MPa。
2.1 密度曲线模型的建立
2.1.1 密度曲线中的单通道墨量控制
本实验选择NeoStampa8 Calibration Wizard软件自带的色标,色标梯度为21级,色块的浓度变化为0～100%,每个阶梯的梯度为5%,如图1所示。
图1 单通道墨量色标Fig.1 Single channel ink color code
使用i1 Publish Pro 2型分光光度计在Measure Tool测色软件上测量不同梯度质量百分数打印色块的色密度,为了保证测量数值的准确性,测量时将织物上每个色块都折叠四次并测量色块四处不同的点取平均值,测量结果如图2所示。
由图2可知,CMYK四色随着质量百分数增加测量的色密度也在不断增大并最终趋向于饱和,说明随着墨量的增加织物对于光的吸收达到最多,透射率也降到最低。采用Origin中的Tangent工具测量每个点的斜率,斜率变化情况如图3所示。
图2 CMYK四色色密度Fig.2 Color densities of the four colors of CMYK
图3 CMYK四色色密度斜率Fig.3 Density slopes of the four colors of CMYK
由图3可知,随着CMYK四色质量百分数的增加,对应各点的切线斜率基本在不断减小并呈负相关的关系,说明随着质量百分数的增加织物上的色密度趋向于饱和,对于光的吸收达到最多,透射率也降到最低。找到曲线中CMYK四色斜率为0的点,其对应的质量百分数即为CMYK四色单通道墨量的饱和点,CMYK四色各通道的饱和点即为各通道针对当前织物所能承受的最大墨量。CMYK四色各通道的最大墨量与色密度如表1所示。
表1 CMYK各阶梯的最大墨量与色密度Tab.1 Maximum ink volumes and color densities of each step of CMYK
2.1.2 密度曲线中的总墨量控制
单通道墨量控制并不能完全确定密度曲线,由于各颜色的拼色混色墨量上限不同,如果总墨量设置不合理则会产生偏色从而产生色差,因此还要进行总墨量控制。总墨量指的是最多允许多少墨水被印在织物上,总墨量控制是为了找到针对特定织物所能印制的最大墨量。RGB数码印花机默认最大墨水总量为300%,由于不同织物吸墨量不同,就需要对不同打印织物做相对应的密度曲线和ICC特性文件来降低色差。
总墨量控制与单通道墨量控制类似,都是使用NeoStampa8 Calibration Wizard软件自带的色标如图4所示。
图4 总墨量色标Fig.4 Total ink color scale
大多数企业对于总墨量控制,还处于设备工程师目测打印总墨量色标中的各阶梯打印色块的边缘渗化情况,以及是否出现打印纸张明显的堆墨和渗墨的情况,转印到织物上是否出现深色部分不清楚或者出现渐变情况,基本凭借着设备工程师的目测及主观经验来确定总墨量的数值。本实验期望通过测色仪客观测量K/S值来反映织物上所能印制的最大墨量,从而降低设备工程师主观经验带来的误差。因此,采用Datacolor500型测色配色软件上测量各个不同阶梯色块的K/S值,为了保证测量数值的准确性,测量时将织物上每个色块都折叠四次并测量色块四处不同的点取平均值,测量结果如图5所示。
图5 RGB三色通道K/S值Fig.5 K/S values of the channels of the three colors of RGB
由图5可知,红色、绿色都随着质量百分数增大K/S值也在不断增加,最终红色在质量百分数80%时趋向于饱和,其K/S值达到18.944;绿色在质量百分数91.67%时趋向于其饱和,K/S值达到19.104;蓝色质量百分数在70%之前K/S值基本处于线性增长,质量百分数大于70%之后K/S值增长得较快,最终在质量百分数100%时K/S值达到最大为19.007。总墨量数值选择为各个通道墨量K/S值趋向于饱和所对应的质量百分数值相加,即总墨量数值设置为272,为企业节约了大约10%的墨量,降低了企业的打印成本,避免了企业不必要的墨水浪费。
2.1.3 密度曲线
通过以上实验得出的针对此涤纶平纹机织物CMYK四色单通道墨量和RGB总墨量限制值,采用大部分企业常用RIP(Raster Image Processor)软件NeoStampa 8,经过线性化之后RIP软件生成的密度曲线如图6所示。
图6 CMYK四色密度曲线Fig.6 Density curves of the four colors of CMYK
由图6可知,CMYK四色密度曲线基本呈线性且较为光滑,此外曲线上不存在明显的拐点,可以判定生成的密度曲线是合格的,可以在之后的实验中加以应用。
2.2 密度曲线模型对轮廓清晰度的影响
采用热转印的方法来转印图案,其中温度设置为210 ℃、时间设置为35 s、压力设置为0.4 MPa,经超景深三维显微系统VHX-5000(放大倍数为30)拍摄的三种方法打印线条图案,如图7所示。
图7 线条图案Fig.7 Line patterns
图8中的线宽数据为三种方法在超景深三维显微系统VHX-5000(放大倍数为30)均匀找到30处测量线宽并求得平均值所得。由图8可以看出,打印线宽大小为密度曲线法 图8 线宽柱状示意Fig.8 Line width histogram 表2 最大墨量法的真实线宽Tab.2 True line widths of the maximum inking method 表3 RIP法的真实线宽Tab.3 Real line widths of the RIP method 表4 密度曲线法的真实线宽Tab.4 True line widths of the density curve method 由表2、表3和表4可知,三种线宽变化率大小为密度曲线法 采用热转印的方法来转印图案,其中温度设置为210 ℃、时间设置为35 s、压力设置为0.4 MPa,用Datacolor500型测色配色仪器来测量转印图案的K/S值。为了保证测量数值的准确性,测量时将织物上每个色块都折叠四次并测量色块四处不同的点取平均值,测量结果如图9所示。 图9 自制CMYK四色质量百分数K/S值Fig.9 K/S values of the mass percent of self-made four colors of CMYK 由图9可以看出,通过热转印的方法转印在织物上的80个色块,密度曲线法所打印的色块K/S值全部高于最大墨量法,由此证明了密度曲线法的可行性。对于青色和品红色密度曲线法所打印的色块K/S值效果较大,而对于黄色和黑色密度曲线法相比于RIP法和最大墨量法的色块K/S值只是略高一些,但是基本打印各质量百分数色块K/S值最高的方法是密度曲线法。 打印的图案选择2018年美国权威色彩机构Pantone推出的纺织业聚酯纤维材质色卡(涤纶色卡),其中包括203种全新颜色。这款色卡专为服装、布料与居家纺织品的设计师与调色师打造,采用低反光、低纹路的100%涤纶材质印制[9]。Pantone TSX涤纶色卡如图10所示。 图10 Pantone TSX涤纶色卡Fig.10 Pantone TSX polyester color card RIP软件的主要作用是将计算机中各种图像、图形和文字解释成喷墨印花机能够记录的点阵信息,以此来控制印花机将图像点阵信息记录在织物上[10]。本文以蓝树莓色为例,测量数据如表5所示,整体色差情况如表6所示,在不同织物上的打印色差如表7所示。光源和观察者角度选择企业常用的D65/10°,其中标准样和测试样色块都在标准灯箱D光源拍摄的所得。 表5 蓝树莓色色块的Lab对照Tab.5 Lab comparison of blue raspberry color block 表6 与RIP法颜色色差对照Tab.6 Comparison of color difference with the Rip method 表7 不同织物色差对照Tab.7 Comparison of color difference with the Rip method 由表5可知,以企业常用RIP法打印Pantone TSX色卡当作标准样,最大墨量法在打印蓝树莓色色块时明度提高,较绿黄一些;密度曲线法在打印蓝树莓色色块时明度略微提高,较红一些。不管是从色块图案还是色差角度来看,密度曲线法都优于最大墨量法。由表6可知,最大墨量法打印Pantone TSX涤纶色卡得到的试样与RIP法标准样色块的平均色差为2.96,色差的标准偏差为0.69;而密度曲线法打印Pantone TSX涤纶色卡得到的试样与RIP法标准样之间的平均色差降为1.68,降低了43.24%。最大墨量法是在100%墨量下打印色靶与原始色靶之间颜色建立关系,一方面由于墨量过大导致堆墨情况,色块边缘也出现串色情况影响测量结果;另一方面墨量过大会造成色块整体偏深,ICC特性文件校准容易矫正过度造成浅色调色块偏色严重。而密度曲线法打印色靶与原始色靶更为接近,生成的ICC特性文件也会更为准确。 由表7可知,由于面料结构的不同,不同面料能承受的最大墨量也不相同。在平纹机织物上的整体平均色差为1.68,相比于斜纹机织物上的打印色差4.26降低了60.56%。这是因为在做密度曲线和ICC特性文件时都选择平纹机织物,如果打印的织物发生变化则需要重新做密度曲线和ICC特性文件,否则就会增加打印色差,因此需要保证面料的统一性。 ICC特性文件记录了设备颜色空间与设备无关的颜色空间的颜色转换方法,即设备颜色值与视觉颜色值的对应关系,是色彩管理的重要组成元素[11]。以密度曲线为基础通过打印9.18RGB标准色靶生成的ICC色彩特性文件,其色域越大说明相关设备的颜色存储量就越大。三种方法的ICC特性文件3D色域图如图12(a)所示,在L=50的情况下的2D(ab)色域图如图12(b)所示。 图11 三种方法的ICC特性文件色域示意Fig.11 Color gamut diagram of ICC characteristic file of three methods 由图11可知,三种方法的色域大小为密度曲线法>RIP法>最大墨量法。其中,最大墨量法的ICC特性文件色域在黄色调色域比其他两种方法的色域更宽一些,但是在其他颜色调色域就小很多。密度曲线法的ICC特性文件的色域基本在各个颜色调都优于企业常用的RIP法,因此可以证明密度曲线法的可行性。 为了降低企业热转移印花的墨水成本和织物的印制色差,本文提出了密度曲线的方法,探讨了密度曲线法、RIP法和最大墨量法对轮廓清晰度、K/S值、色差和ICC特性文件色域大小等方面的影响。 1) 线宽变化率:密度曲线法 2) 密度曲线法所打印的色块K/S值全部高于最大墨量法,由此证明了密度曲线法的可行性。对于青色和品红色密度曲线法所打印的色块K/S值效果较大,而对于黄色和黑色密度曲线法相比于RIP法和最大墨量法的色块K/S值只是略高一些,但是基本打印各质量百分数色块K/S值最高的方法是密度曲线法。 3) 以企业常用RIP法打印Pantone TSX色卡当作标准样,其中最大墨量法在打印蓝树莓色色块时明度提高,较绿黄一些,密度曲线法在打印蓝树莓色色块时明度略微提高,较红一些。最大墨量法打印Pantone TSX涤纶色卡得到的试样与RIP法标准样色块的平均色差为2.96,色差的标准偏差为0.69,而密度曲线法打印Pantone TSX涤纶色卡得到的试样与RIP法标准样之间的平均色差降为1.68,降低了43.24%。 4) 色域大小:密度曲线法>RIP法>最大墨量法。其中最大墨量法的ICC特性文件色域在黄色调色域比其他两种方法的色域更宽一些,但是在其他颜色调色域就小很多。密度曲线法的ICC特性文件的色域基本在各个颜色调都优于企业常用的RIP法,因此可以证明密度曲线法的可行性。 《丝绸》官网下载 中国知网下载
2.3 密度曲线模型对K/S值的影响
2.4 密度曲线模型对色差产生的影响
2.5 ICC特性文件色域
