地图数字印刷品色彩再现质量控制方案的设计与应用

路丽华

（中华地图学社，上海 200063）

一、引 言

随着印刷技术的飞速发展和计算机网络的普及，印刷行业正在逐渐由模拟化向数字化转变，并极大地推动了地图数字印刷的发展。地图数字印刷技术具有快速、可变数据印刷及按需印刷的特点，满足了人们对快速小批量印刷品的需求。但是，目前地图数字印刷品质量还不够稳定，仍没有一套完整的质量控制体系。此外，在实际生产过程中，操作人员无法按照既定标准进行有效质量控制和调节，这也在一定程度上限制了其在实际生产中的应用。因此，针对地图数字印刷品图像色彩再现和灰平衡控制这个难题，建立切实可行又简单适用的控制方法是非常必要的。

二、G7工艺基本原理及控制参数

评价印刷品质量的好坏是以人眼的视觉感受和判别为基础的。孟塞尔色彩系统是目前公认的可以比较准确地反映人眼视觉效果的色彩描述体系，也是印刷色彩复制的理论基础［1］。孟塞尔色彩系统最能反映人眼视觉效果的3个指标为色相、明度和饱和度。判断中性灰利用的是色度坐标值a*、b*和明度值L*，以表征人眼的视觉效果。G7工艺将分光光度测量的原理引入印刷质量控制，使仪器读数能直接反映人眼的视觉效果，从而达到精确、科学的复制效果。

图1为密度与孟塞尔明度的关系图。由图1可知，密度与孟塞尔明度并不是线性关系，相对密度为0.54的点处于孟塞尔明度的第6级上，斜率最大；在孟塞尔明度值的6～10级处，即密度值在0～0.54处，斜率较大；密度大于0.54的部分，曲线相对平缓且斜率小。这说明人眼可分辨的最小明度差在中亮调部分所对应的密度差小，而在暗调部分所对应的密度差大，即人眼对图像的中亮调部分的变化比较敏感，而对暗调部分的变化相对迟钝［1］。因此，从0～0.54的密度段，即图像的中亮调部分，应是印刷过程中需要重点控制的。虽然在不同纸张和油墨条件下印刷所得到的实地密度是不同的，而且其对最大密度有一定的限制，但是将相对密度保持在0.54是可以实现的［2］。

图1 密度与孟塞尔明度关系

在传统印刷控制过程中，地图印刷企业将实地密度值、75%网点反差值及网点扩大作为控制重点，而对中亮调范围的控制不够，并且所控制的密度值与反映人眼视觉特性的孟塞尔明度值之间并没有太多的直接关系［3］。

基于以上研究，G7工艺定义了中性灰密度曲线NPDC，以适应人眼视觉特性，并提出了亮调范围的概念，将控制重点放在中间调和亮调的表现，从而最大可能地实现不同地区、不同设备、不同材料同貌印刷的效果。

1.亮调范围

亮调范围（highlight range，HR）主要是在地图印刷过程中或者印刷完成后，对中间调作快速检查，检测校准设备中间调密度。HR替代网点扩大值成为反映印刷品整体阶调和灰平衡的主要参数，是G7工艺的一大特点，也是G7工艺的核心控制部分。

HR需测量两次，分别为HR_CMY（50C，40M，40Y）和HR_K（50K）。为了方便计算与分析，HR主要由中性灰密度ND的数值来表现。ND值可以由CIEXYZ值中的Y值很方便地计算得到。G7中定义的中性灰密度ND的公式为

HR_CMY可由测得的三色灰色块的中性密度减去纸张的中性密度得到，即

HR_K可由测得的50%单色黑色块的中性密度减去纸张的中性密度得到，即

根据G7工艺规范的要求，一般印刷品的HR_CMY 为0.54，HR_K 为0.50。

2.高光反差

高光反差（highlight contrast，HC）可用于快速检查NPDC中亮调层次。HC需测量两次，一次是HC_CMY，另一次是HC_K。

测量CMY叠印灰度色块（25C，19M，19Y）的中性灰密度，然后减去纸张中性灰密度，就得到HC_CMY，即

测量25%黑色块的中性密度，然后减去纸张中性密度，得到HC_K值，即

根据G7工艺规范的要求，一般印刷品的HC_CMY 为0.25，HR_K 为0.22。

3.暗调反差

在生产中，暗调反差（shadow contrast，SC）代替了CMY各单色的印刷反差值，可以快速检查NPDC中的暗调层次。SC需测量两次，一次是SC_CMY，另一次是SC_K。

测量CMY叠印灰度色块（75C，66M，66Y）的中性密度，然后减去纸张中性密度，就得到 SC_CMY，即

SC_K可由测量所得75%单色黑色块的中性密度值减去纸张中性密度得到，即

SC_CMY与SC_K值大小与实际印刷过程中的实地密度有关。同时，由于G7工艺中对于暗调的控制不是重点，因此SC并没有固定的常数值。

4.中性灰印刷密度曲线

中性灰印刷密度曲线（neutral print density curve，NPDC）是G7工艺提出的一个全新概念，它是通过测量P2P标准图（如图2所示）中第4列与第5列印刷灰度条上的中性灰密度结合半色调网点值绘制而得到，反映了所测量的中性灰密度与网点百分比之间的关系。中性灰密度是一个绝对值，而TVI是相对值，因此NPDC曲线可以保证不同设备间得到较好的反差和密度匹配。

图2 P2P25X标准图面

三、地图数字印刷质量控制方案的设计

虽然到目前为止还没有统一的彩色地图数字印刷品质量标准，但是地图数字印刷与传统印刷工艺一样，都是采用青、品、黄作为色料三原色，呈色方法为减色法，阶调复制也均使用半色调复制技术。因此，结合实际印刷需要，地图数字印刷品的质量控制参数可以参照传统印刷品的质量标准及控制参数来确定，主要包括实地密度、网点增大、灰平衡、印刷均匀性等。

G7工艺是建立在印刷过程中灰平衡的基础上，利用自身特有的控制参数，通过分光光度测量的方法对印张上中性灰区域进行控制，以达到准确表现图像理想效果的目的。与传统印刷质量控制方法不同，G7工艺中对网点扩大曲线TVI的控制不是重点，因此在保证印刷品质量的同时简化了质量控制步骤。G7工艺的适用范围包括数码、柔印、凹印、胶印及网印在内的所有印刷媒介，因此将G7工艺应用于地图数字印刷质量控制，在理论上是可行的。本文是根据G7的基本原理及校正步骤，针对地图数字印刷相关标准，建立了地图数字印刷的质量控制方案。方案流程的建立与过程控制的基本步骤如图3所示。

图3 数字印刷质量控制方案流程

图3所示数字印刷质量控制方案流程在进行正式印刷之前，需要基于G7工艺建立相应的地图数字印刷质量控制流程，包括调节印刷基础条件，目的是使印刷机达到正常的稳定状态。第1次印刷，测试是否达到灰平衡，绘制实际NPDC曲线，确定RIP修正值；进行第2次印刷，可验证校正后的NPDC曲线，测量获得特征化数据，为以后印刷提供参考。

四、地图数字印刷质量控制方案的应用

为了验证地图数字印刷质量控制方案的应用效果，本文按照质量控制方案设计的相应步骤进行印刷试验、取样及数据获取，最终对试验结果进行分析对比。同时，为了更好地论证方案的可行性，试验过程采用HP Indigo 5500 press数字印刷机，并选用HP250g铜版纸和HP电子油墨。

1.HC、HR、SC测量值前后对比

测量试验中第1套与第2套测试版样张HC、HR、SC的中性密度值，将多个样张所得数值取平均值，结果见表1。

表1 4组试验HC、HR及SC的中性密度值

由表1中HR、HC和SC的中性密度值可知，经过RIP曲线校正后，HC、HR、SC值均得到了相应调整。对于单色黑的控制，中间调和亮调控制较好，均在误差范围之内。对于三色黑的控制，中间调和亮调值均控制在误差范围内，与目标值完全一致，但是暗调测量值与目标值有一定的偏差，不过基于人眼对中亮调敏感、对暗调变化不敏感的视觉特性，说明总体上试验样张的中性密度控制得到了比较好的效果。

测量试验的第1套与第2套测试版样张中CMY三色黑的 HC、HR、SC色度值，将多个样张所得数值取平均值，结果见表2。

表2 4组试验三色黑HC、HR及SC的色度值

由表2可知，经校准的HC、HR和SC色块色度值得到了一定调整，中高调的色度值基本上都更接近目标值，试验样张基本达到目标灰平衡，复制效果较好。

2.P2P标准图复制效果

测量样张中P2P表第4列K列和第5列CMY列的CIEL*a*b*色度值及中性密度值。根据测量结果，在Origin8绘图软件中依次输入各个点的值，生成实际印刷中的单色黑K和三色叠印黑CMY的NPDC曲线。同时，将目标曲线与校准前曲线置入对比图，以更好地分析校正前后的效果，如图4～图5所示。

图4 HP铜版纸单色黑NDPC目标曲线，校正前曲线及校准后曲线

图5 HP铜版纸三色黑NDPC目标曲线，校正前曲线及校准后曲线

经过G7工艺校正，实际印刷的NPDC曲线有了明显的改善。由图4和图5可比较纸张输出的NPDC曲线效果，在中高调范围内实际印刷曲线与目标曲线基本完全重合，达到了良好的效果。

3.TVI曲线

在印刷过程中，受印刷压力及原材料等因素的影响，网点增大是不可避免的。虽然G7工艺对TVI曲线的控制不是重点，但仍有一定的参考价值。本试验方案使用X-Rite 530分光密度计，在D50光源、2°视场条件下，经过测量第1套和第2套测试版，得到试验黄、品、青、黑四色梯尺的网点面积值，进而计算出相应的网点增大值，并绘制校准前后的TVI曲线，如图6所示。

由图6可知，校准后的TVI曲线得到了一定的控制，各色的网点增大值基本在20%以下。校准前后各色TVI曲线的峰值也基本在40% ～50%处得到。根据G7工艺控制的基本原理，在保证灰平衡并且保持网点增大值在一定范围内之后，关键是保证TVI曲线的平滑，基本满足G7工艺要求。

图6 HP铜版纸网点增大曲线

4.实地密度

测量第2套测试版实地密度块的密度值，获得多个样张数据并求取平均值，结果见表3。

表3 HP铜版纸实地密度值

在实际印刷中，由于条件不同，G7规定了不同密度值下的校准目标。所以，在达到了灰平衡的条件下，对实地密度的要求不是很严格。但是，同一次试验中的各个样张之间的实地密度值不应相差太大，保持输出的稳定性才能使印刷数据具有参考性。由表3可知，试验印刷实地色块密度平均值与印刷过程控制的目标值比较接近，且所测量样张实地密度之间的差值也控制在合理的范围之内。因此，该试验方案基本符合G7工艺要求，样张输出稳定性较好。

五、结束语

本文基于G7工艺的原理，设计了一套地图数字印刷质量控制方案。通过G7工艺校准后，印刷样张总体上达到了灰平衡，NPDC曲线与目标曲线匹配良好，中间调和亮调得到了较好的还原，暗调部分稍有偏差。这表明，所得到的结果符合G7工艺压缩暗调部分，保持亮调和中间调的原则，从而得出了适用于地图数字印刷品质量控制的参数，并验证了G7工艺在地图数字印刷质量控制方面应用的可行性，为今后印刷提供了参考依据。

［1］ 李凯.G7工艺的标准化研究［J］.中国印刷与包装研究，2010，2（4）:79-82.

［2］ 董佳霖.G7工艺在印刷工业中的应用研究［D］.曲阜:曲阜师范大学，2011.

［3］ 胡媛，赵秀萍，严岩.基于G7工艺印刷质量控制方法的研究［J］.包装工程，2008（4）:81-84.