基于灰评估技术评价喷墨打印纸质量

陈蕴智 徐 婧

（天津科技大学，天津，300222）

随着喷墨印刷技术的不断成熟及其应用领域的不断扩大，彩色喷墨打印纸的需求量也在不断上升。高光泽彩色喷墨打印纸通常有较高的白度，具有良好的吸墨性，打印出来的图像颜色鲜艳饱满、清晰亮丽，在室内陈设有良好的耐光性和色牢度，特别适合照片影像输出和广告展示板制作。造纸商和供应商都在努力提高彩色喷墨打印纸的质量等级，以满足用户对高光泽彩色喷墨打印纸质量的要求。如何科学准确地评价纸张的打印质量是人们越来越关注的问题［1］。比较传统的方法是用肉眼或借助放大镜和显微镜，观察和判断打印图像或文字的清晰度，这是一种以习惯和审美观点对图像质量评定的极为主观的方法，结果因人而异。计算机图像分析法是一种很优秀的质量评估方法，现已广泛应用到印刷质量检测中。然而，目前这些方法还是停留在检测喷墨打印纸某些性能指标的阶段，得到的结果只是一些离散的指标评测值，只能对纸张某一方面的打印性能有所界定，最终还是通过主观意识评判哪种喷墨打印纸总体的打印质量比较好，无法得到一个科学准确的综合评价结果。为解决这一问题，本实验采用客观评价技术手段借助KDY专业测试版，利用密度计、色度计及显微镜拍摄仪等设备对不同纸样打印图像的色密度、印刷反差、色域、色差等进行测试，并将每一指标的最优值组成一个序列（最优对象），采用灰评估模型计算出每种纸样打印性能与最优对象的关联度，最终得到每种高光泽彩色喷墨打印纸打印质量的综合评价结果。

1 实验

1.1 材料与设备

选择市面常见的7种高光泽彩色喷墨打印纸，所有纸样均为A4幅面，具体参数见表1。

表1 不同高光泽彩色喷墨打印纸的具体参数

设备：Epson Stylus Photo 1800彩色喷墨打印机、XRite 418反射式密度计、GretagMacbeth Eye-One分光光度计（也用于纸样光泽度的测量）、Pixera 600ES显微照相拍摄仪、Profile Maker 5.0色彩管理软件、Media Cybernetics Image-Pro Plus 6.0图像分析软件。

1.2 实验方法

1.2.1 色密度

打印CMYKRGB实地色块，用密度计分别测量每种喷墨打印纸的色密度并计算平均色密度。色密度越高，说明墨点的连贯性越好，打印的图像色彩越鲜艳逼真。

1.2.2 印刷反差

打印10％～100％灰梯尺并依次测量其色密度，作阶调复制曲线，最后计算曲线斜率。打印图像色密度作为灰度的函数，曲线的斜率越大，说明纸张能够表现的灰度范围越宽，阶调再现性越好。

1.2.3 色差

使用分光光度计测量7种高光泽彩色喷墨打印纸10％～100％CMYKRGB的L*、a*、b*值，根据1976色差公式计算色差。色差越小，纸样色彩复制的忠实性越好。

1.2.4 色域

打印it8.7-3色标，然后利用分光光度计测量各色的L*、a*、b*值，利用Profile Maker 5.0软件生成ICC文件，得到每种喷墨打印纸的色域分布情况。计算色域面积，色域越大，喷墨打印纸的再现性能越好。

1.2.5 墨点圆度

利用显微照相拍摄仪将放大100倍的墨点图像拍摄下来，然后利用Image-Pro Plus 6.0图像分析软件测量和计算墨点圆度。

1.2.6 线宽

利用显微照相拍摄仪将放大100倍的不同粗细的线条图像拍摄下来，然后利用Image-Pro Plus 6.0图像分析软件测量和计算线宽。

1.2.7 墨色均匀性

测试版中30％的灰色方块、30％的灰色长条、黑色实地块、30％的CMY色块，这些都是用来测量墨色均匀性的。利用密度计和分光光度计，在每一测试区域的不同位置测量6次，并通过检验每一测试区域内色密度及色度值的波动性，以反映纸张打印图像的均匀性。

1.2.8 渗色

利用显微拍摄仪拍摄测试版中横纵不同方向且线宽不等的彩色线条，用Image-Pro Plus 6.0图像分析软件测量并计算彩色线条印在空白区域和印在有色区域两个部分的线宽，然后计算差值，差值的绝对值越大则渗色现象越严重，喷墨打印纸的打印性能越差。

1.2.9 文本面积

利用显微照相拍摄仪将放大100倍的文字拍摄下来，然后利用Image-Pro Plus 6.0图像分析软件测量9磅字母“e”的文本面积，即利用Image-Pro Plus 6.0图像分析软件中“Count/Size”—“Measure”—“Area/Box”工具，可测量文字与背景面积的比值。

1.2.10 打印图像的主观评价

高光泽彩色喷墨打印纸打印质量的评价除了客观测评外，还需要进行主观评测，并将两者结合，这样才能使评价的结果更真实、准确。选取7幅GATF提供的标准测试图和1幅佳能专业照片测试图作为此次主观评价实验的图像（见图1）。

图1 主观评价测试图

1.3 灰评估

灰色关联理论是灰色系统中理论最成熟、应用最广泛的部分［2-4］。多层次灰评估模型见图2。

图2 多层次灰评估模型

多层次灰评估模型的主要思路是多次应用单层次灰评估方法，具体步骤为：先对第K个指标进行单层次综合评估，得到评判结果Rk，再将Rk作为上一层综合评判矩阵A中的一个列向量，最后进行第一层综合评估。单层次（目标Bk）灰色评估的数学模型如下：

其中，Rk=（rk1，rk2，…，rkm），为m个评估对象的关联度矩阵；rki（i=1，2，…，m）表示第i个评估对象的关联度。Rk=W×Ek，其中，W=（w1，w2，…，wn）为指标权重矩阵，Ak为指标系数矩阵，Ek为关联系数矩阵：

式中，S表示纸样，P表示指标，akij表示在目标Bk下第i个评估对象的第j个指标的指标值，Δki（j）表示在目标Bk下第i个评估对象第j个指标与最优对象中第j个最优指标的关联系数。

（1）确定最优对象S0，其元素分别为ak01，ak02，…，ak0n。

其中，D1为收益性指标下标的集合，D2为成本性指标下标的集合，最优对象S0的各元素是诸评估对象对应指标中的最优值。

（2）原始数据规范化处理

（3）关联度计算

其中，Δkij=a’k0j-a’k|ij。

根据关联度大小得出综合结果，然后进行彩色喷墨打印纸纸张质量排名。

2 结果与讨论

2.1 纸张打印性能测试

2.1.1 色密度

色密度越高，喷墨打印图像的色泽越鲜艳。1#～7#喷墨打印纸色密度见表1。由表1可知，色密度平均值最大的为2#喷墨打印纸，最小的为6#喷墨打印纸。

2.1.2 印刷反差

1#～7#喷墨打印纸的阶调复制曲线斜率见表2。由表2可知，曲线斜率值最大的为2#喷墨打印纸，最小的为5#喷墨打印纸。

2.1.3 色差

根据1976色差公式计算出1#～7#喷墨打印纸的色差ΔEab，结果见表3。由表3可知，色差最大的为5#喷墨打印纸，最小的为2#喷墨打印纸。

2.1.4 色域

1#～7#喷墨打印纸的色域面积见表4。由表4可知，色域面积值最大的为5#喷墨打印纸，最小的为7#喷墨打印纸。

表1 1#～7#喷墨打印纸的色密度

表2 1#～7#喷墨打印纸的阶调复制曲线斜率

表3 1#～7#喷墨打印纸的色差ΔEab

表4 1#～7#喷墨打印纸的色域面积

2.1.5 墨点圆度

墨点圆度直接反应墨点的几何形状，墨点圆度越大，说明墨点越接近圆形，进而越接近墨点的理想再现效果。1#～7#喷墨打印纸的墨点圆度计算结果见表5。从表5可以看出，5#喷墨打印纸的墨点圆度最大，墨点的再现效果最好。相比之下，3#喷墨打印纸的墨点圆度最小，墨点再现效果最差。

表5 1#～7#喷墨打印纸的墨点圆度

2.1.6 线宽

1#～7#喷墨打印纸的线宽见表6。原稿线宽为250dpi，纸样线宽越接近250dpi，说明纸样打印的线条质量越好。由表6可知，4#喷墨打印纸无论纵向线宽还是横向线宽，都是最接近250dpi的纸样，所以其线条的粗细再现程度最符合色彩复制的要求。7#喷墨打印纸次之，而线条宽度偏差最大的是2#喷墨打印纸，对于色彩的忠实再现性有很大影响，所以2#喷墨打印纸的线条打印质量最不理想。

2.1.7 墨色均匀性

1#～7#喷墨打印纸打印图像的墨色均匀性情况见表7。用方差的方法来反映纸样打印图像的墨色均匀性的情况，方差越大，表明纸样打印图像的墨色均匀性越低。从表7可以看出，1#喷墨打印纸的方差最小，其颜色均匀性最好，而5#喷墨打印纸的方差最大，其颜色均匀性最差。

表6 1#～7#喷墨打印纸的线宽 dpi

2.1.8 渗色

1#～7#喷墨打印纸彩色线条的渗色情况见表8。由表8可知，2#喷墨打印纸的渗色平均值最大，渗色现象最严重，而1#喷墨打印纸渗色的平均值最小，渗色现象最不明显。

2.1.9 文本面积

1#～7#喷墨打印纸的文本面积见表9。由表9可知，3#喷墨打印纸的文本面积最小，文字边缘最清晰。而5#喷墨打印纸的文本面积最大，文字边缘的毛细现象最严重。

2.1.10 打印图像的主观评价

1#～7#喷墨打印纸打印图像主观评价的综合得分见表10。由表10可知，1#～7#喷墨打印纸的主观评价综合得分由高到低排为1#＞2#＞7#＞5#＞3#＞4#＞6#。

2.2 高光泽彩色喷墨打印纸打印性能的综合评价

灰色关联分析是一种多因素统计分析方法，它是以各因素的样本数据为依据，用灰色关联度来描述因素之间关系的强弱、大小和次序。如果样本数据反映出两因素变化的态势基本一致，则它们之间的关联度较大；反之，关联度较小。

表7 7种纸样的墨色均匀性

先确定最优对象，它是由每一对应指标中的最优值组成的序列。然后分别计算1#～7#喷墨打印纸打印性能与最优对象的关联度，关联度越大，纸张打印性能总体水平越接近最优水平；反之，关联度越小，说明其总体喷墨打印性能越不理想。1#～7#喷墨打印纸打印性能与最优对象的关联度见表11。由表11可知，1#～7#喷墨打印纸的关联度由大到小排名为：2#＞5#＞1#＞3#＞7#＞4#＞6#。

表8 1#～7#喷墨打印纸彩色线条的渗色

表9 1#～7#喷墨打印纸的文本面积

表10 7种纸样打印图像主观评价综合得分

表11 1#～7#喷墨打印纸打印性能与最优对象的关联度

3 结语

目前，人们对喷墨打印纸打印质量的评价还停留在检测某些性能指标的阶段，得到的结果是一些离散的指标评测值，只能对纸张某一方面的打印性能有所界定，无法得到一个科学准确的综合评价结果。本实验基于灰评估技术，将主观评价与现代测量方法相结合，利用密度计、分光光度计等设备，结合Image-Pro Plus 6.0图像分析软件对不同彩色喷墨打印纸的打印性能（如色密度、印刷反差、色域、色差、墨点圆度等）进行了比较完整的评测，并将每一指标的最优值组成一个序列（最优对象）采用多层次灰评估模型计算出每种喷墨打印纸打印性能与最优对象的关联度，关联度越大说明其整体打印质量越好，评价结果较科学准确。

［1］刘世昌.印品质量检测与控制［M］.北京：印刷工业出版社，2000.

［2］肖新平，宋中民.灰技术基础及其应用［M］.北京：科学出版社，2005.

［3］WEN Kun li，WU J H.AGO for Invariant Series［J］.The Journal of Grey System，1998，10（1）：17.

［4］邓聚龙.灰色系统理论教程［M］.武汉：华中理工大学出版社，2005.