基于图像分析法的喷墨打印纸张质量评价

郭丽娜 冯龙（内蒙古工业大学 内蒙古 呼和浩特 010080）

基于图像分析法的喷墨打印纸张质量评价

郭丽娜 冯龙
（内蒙古工业大学 内蒙古 呼和浩特 010080）

采用计算机图像分析法对彩喷纸的打印性能进行了检测和评价。通过实验室自制涂布彩喷纸，设计样张并进行彩色打印从而得到彩色印品。利用显微镜对打印图像进行放大50倍拍摄，之后运用软件 Image Pro Plus6.0对所得拍摄图像进行处理，包括墨点圆度和线条宽度。研究结果表明，5# 纸样墨点扩散最为严重，而1#纸样扩散较轻；对于线条宽度来说，1#纸样的线宽更接近于理想值。同时，黄色墨的墨点圆度和线条宽度更接近于实际值。研究表明，该方法所测得结果和实际情况吻合，同时该方法能够对彩喷纸的扩散情况进行定量研究和描述。

图像分析法，喷墨打印，质量评价

1.引言

数字印刷技术的飞速发展使得喷墨印刷成为日常办公及家庭生活的主要工具，打印纸的类型层出不穷，其打印质量也是层次不齐。如何科学准确的评价打印质量就显得尤为重要。传统的检测主要利用色密度、光密度仪进行检测图像质量，但此类方法只能定性的对打印质量进行检测。而喷墨印刷是非接触式印刷，主要靠墨点的喷射及在承印物上的再现实现图文的复制。因此对喷墨质量的检测主要集中在墨点的再现性。其中计算机图像分析法是一种很优秀的质量评估方法，针对喷墨印刷的特点，将获得的图像的墨点的线条的变化情况进行定量的表征，包括文本面积、线条的扩散情况，打印墨点圆度等指标[1-3]。本文就在此基础上，对自制的不同类型喷墨打印纸进行了质量检测及评价。

2.实验

2.1 实验材料及设备

纸张为实验室自制无光泽涂布纸。基纸为普通喷墨打印纸。通过采用不同的涂料配方得到6种性能不同的涂布纸。对纸张的基本物理性能进行了检测，如表1所示。

表1 涂布纸性能指标

打印机为pson Stylus 805。

采用USB Digital Microscope显微镜拍摄打印样张的显微镜照片。

采用Media Cybernetics公司的Image Pro Plus6.0获得图像数据。

2.2 图像的分割

图像的分割即图像信息的提取过程，将显微镜获得彩色图像转化成灰度图像，再将灰度图像转为二值图像。采用阈值法来提取打印图像。阈值选择要适当，阈值的高低会对图像的测量值产生影响。选取合适的阈值，将图像的灰度级分为打印图像和背景部分，黑色为图像部分，白色为背景部分。假设我们采集到的图像灰度函数为I（i，j），其中我们要分析的图像灰度分布[4]

如图1所示，首先将采集得到的图像变成二值图像，然后经过阈值运算，把图像变色灰度图，即白色的背景和黑色的图像部分。在转换的过程中，阈值的选择决定着最终的计算值，阈值偏大会使得部分背景当成图文，相反，阈值过小或丢失部分图文信息。本次分割选取的阈值为（0-60）。

图1 图像的分割过程

2.3 图像的测量分析和质量评价

在半色调图像的复制中，网点的形状不仅有圆形，还有方形、菱形，而根据喷墨打印的机理，理想下墨点的形状都是圆形的。但是由于纸张具有一定的吸收性，墨点转移上来后会在表面发生扩散和渗透，最终会导致墨点边缘发生改变，形状不可能绝对的圆滑。因此可以通过墨点的变化情况判断纸张对图像的再现情况，若墨点值小于标准值，说明墨点不完整，发生了Z向渗透；若墨点值大于标准值，说明发生了扩散，扩散程度可以通过值得变化来表征[5-8]。因此对于墨点圆度的考察可以准确描述墨点的扩散情况，从而可以对纸样的打印效果进行评价。对墨点圆度的计算如下公式[9]：

其中RD为墨点圆度，A为墨点面积，P为墨点周长。

线条的质量包括扩散程度和边缘粗糙程度。理想情况下，图像的像素是固定的，通过电子设备可以将其准确再现出来，但是通过打印的方式使其再现在纸张上，其所表现出的网点大小及线条扩散程度会有所改变，这主要是由于不同的纸张对于油墨的吸收性不同所导致的[10，11]。

实验中，首先设计0.1mm宽度的四色线条，包括横向和纵向，之后对其进行喷墨印刷。利用显微拍摄仪拍摄获得图像，将图像导入IPP（Image Pro-plus）中，为了将图像和背景部分分割开，要在线条两边标注基准线，如图2所示，在此基础上，就可以计算线宽了。

图2 线条的宽度

由此可见，墨点圆度越靠近1，打印线条宽度越接近0.1mm，表明打印图像的清晰度越高，墨点再现性越好[12]，质量越好。

3.结果

3.1 墨点圆度

利用图像分析软件IPP6.0对处理后的图像进行分析，计算得到墨点的圆度。图3为样张各色墨点图，相应的计算值如表2。由表2数据可知，各色墨点值均大于1，说明都存在墨点扩散现象，扩散严重程度为1#<3#<2#<4#<6#<5#。5# 纸样墨点扩散最为严重，这是由于其吸收性最大导致的。

于C、M、Y、K四色墨点来说，其墨点扩散程度也是不一致的。从图3中可明显看出，黑色墨点的边缘有毛刺，比较粗糙，而且墨点出现了轻度分裂的现象[13，14]；相对来说，黄色墨点的打印质量比较好。这一点可以通过表2中的墨点圆度来论证，黄色墨点的圆度最小（为1.69），黄色油墨打印到纸张上的扩散程度最小，黄色油墨的色彩再现性比较好；而黑色墨点的墨点圆度较大（为2.15），打印质量较差。

表2 不同纸样的墨点圆度

图3 不同纸样的各色墨点

3.2 线条

图像的线条宽度也是一项评价指标，图5为横向打印线条，图6为纵向打印线条。相对应的数据如表3，表4所示。

结合表3，表4可知，5#横向线条扩散最为严重，4#、6#横向线条更接近于理想值。对纵向线条来说，1#纸样更接近于理想值，其他纸样失真较为严重。无论哪种纸样，横线条的线宽更接近标准线宽0.1mm。这和纤维的特性有关，纤维在直径方向的扩展要大于在长度方向的扩展。

因此在打印中，应尽量选择横向丝缕的纸张，这样能够更好的避免由于纤维吸收墨水后所导致的扩散[15]。

表3 横线条的宽度（um）

表4 纵向线条的宽度（um）

图4 不同纸样的各色横向线条

图5 不同纸样的各色 纵向线条

结合图4，图5可知，横向线条再现性比纵向线条好，更接近于标准线条。而从C、M、Y、K四色油墨来说，无论是横线条还是纵线条，黄色线条的打印质量优于其他三色油墨，线条边缘比较清晰，线宽更接近理想值。

4.结论

将图像分析技术应用于彩喷纸的质量评价中，通过测量墨点圆度和线条宽度，可以更加准确的评价喷墨印品的墨点再现。能够给出定量的表达，能够科学的评价彩喷纸质量。通过检测能够对不同品牌纸样的打印质量做出比较；为造纸企业和印刷企业提供技术反馈，提高产品质量提供帮助；同时也能为消费者购买选择打印纸样提供指导和帮助。

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来源：内蒙古工业大学校基金，项目编号：X201231

TQ57

A

1009-5624（2016）06-0194-03

郭丽娜（1985），女，内蒙古呼和浩特，博士在读，讲师，主要研究方向：印刷新材料，功能性材料。