第四节实地密度

一、实地部位的物理性质

　　1．决定实地部位密度值的因素。印刷品的质量可以用阶调再现、色彩再现、清晰度、分辨力、均匀性、光泽等质量参数进行评价，其中阶调再现和色彩再现可分别用尤尔·尼尔森公式和纽介堡方程表示。实地部位的密度和色彩与网点覆盖率共同构成影响图像再现质量的主要因素。实地部位的密度越高，在单色印刷中阶调范围越宽，在彩色印刷中色彩再现的范围越宽。
　　印刷品的均匀性可以根据实地部位油墨附着的均匀性进行评价。
　　所谓实地部位的墨层厚度通常指的是平均墨层厚度，但实际上实地部位的油墨在纸上不是平均附着的，如果对实地部位进行显微观察，可以看到，在着墨层中还残留有白纸部分。
　　根据实地部位的测定，可以求出印刷品的阶调再现、色彩再现和均匀性等，而用显微密度计对实地部位和非图文部位进行测定可以了解印刷品的空间频率特性，并可以据此对印刷品的质量状况作出客观的评价。不管是优质印刷品还是劣质印刷品，油墨在同一张纸上的附着状况可以做到大致相同，之所以在质量上产生差别跟网点再现的优劣和油墨在纸上的附着情况密切相关，油墨在纸张上的平均附着情况和是否有本着墨的白纸部分会造成印品质量上的差异。网点的油墨附着情况和实地的油墨附着情况是否相同虽不能判断，但两者之间存在着一定关系，得知这种关系后，实地的空间性质对印品阶调再现的影响也就明确了。
　　实地部位的状态是由以下三个因素确定的：纸张被油墨层遮盖的程度，为了避免与网点覆盖率相混淆，这儿把纸张被油墨层覆盖的程度称为实地覆盖率；第二个因素是纸上的平均墨层厚度；第三个因素是油墨层的表面状态。
　　如果对实地部位仔细进行观察，可以发现纸张并不是被油墨全部覆盖，而是残留着白纸部分。当把被油墨覆盖的部分看作图文部分、把未被油墨覆盖的部分看作非图文部分时，玛瑞－戴维斯公式会出现不适用的情况。
　　纸张的平滑度越高、油墨给墨量越大，油墨覆盖率就越大。如果对实地部位的墨层厚度进行显微观察就会发现，在不同的部位，墨层厚度有所不同。因此，应当计算墨层厚度的平均值，探讨平均墨层厚度与密度的关系。
　　印刷后墨层的表面状态对密度的影响前面己经讲到过。粗糙的墨层表面，入射光在表面引起漫反射，使密度降低；如果表面是平滑的，表面反射的光成为镜面反射，反射的光不能进入人的眼睛或密度计，因而使密度变高。油墨表面的平滑度受纸张表面平滑度的影响，如果印在铜版纸那样平滑的纸上，墨层表面就比较平滑，如果印在粗糙表面，墨层表面就比较粗糙。
　　墨层的第一表面反射量约为3％～4％，如果墨层表面产生漫反射，那么最高密度超不过1．4，粗面纸张印刷的墨层就是这种情况。
　　由以上叙述可知，决定实地部位密度值的因素是：实地覆盖率、油墨层的平均厚度和油墨层的表面状态。用密度计测得的实地密度是这三种因素的综合效果。
　　采用加偏振滤光片的密度计显示的密度值不包含因墨层表面粗糙产生的漫反射成分，可以把这样测量的密度称为偏光密度。偏光密度值比普通密度计测得的值要大，通过这两种密度计对同一实地面的测量，可以考察墨层表面状况对密度值的影响程度。反之，也可以根据测量值之间的差异情况，判断实地墨层的表面状况。
　　考察实地覆盖率可以用网点覆盖率计，这是采用图像处理手段，设定墨层的灰度阈值，把实地面进行二值化处理，从而算出着墨与不着墨部位的比例关系，借此考察实地覆盖率对实地密度的影响。
　　2．拱墨量和实地密度之间的夫系。图4－14表示供墨量和实地密度的关系。实地密度是用一般密度计测得的，所以是实地面积比、墨层平均厚度、墨层表面状态等的综合性影响的结果。

图4－14
　　将表4－3和图4－14进行比较可知，纸张表面的平滑度越高，密度上升的越
　　表4－3不同类型纸张的表面性质快，达到饱和密度值越早，换言之，在较少油墨量的情况下达到饱和。纸张平滑度越高，纸和油墨的接触面积就越大，实地覆盖率也就越大。铜版纸的实地密度比胶版纸、新闻纸大，可以认为是由于铜版纸的实地覆盖率大的缘故。
　　表4－3 不同类型纸张的表面性质

粗糙度	铜版纸	不含木浆的纸	木浆纸
最大值（μm）	12.0	27.5	35.7
均方差(μm）	2.0	3.6	5.3
平均值（μm）	6.5	11.2	18.2
别克数	22	117	122

　　3．纸上的墨量与偏光实地密度之间的关系。图4－15表示墨量与偏光密度的关系，比较一下图4－14和图4－15可知，两图具有相同的倾向，但实地密度值是有差别的。偏光实地密度比一般实地密度值高，这是因为偏振滤光片把表面粗糙所引起的漫反射光滤去了，这部分光没有进入密度计的传感器，所以测得的密度值变高。即使表面平滑度高的铜版纸，其实纸面上的粗糙度也存在着漫反射。必须注意：实地密度值越高，漫反射的影响越大，对于铜板纸来说，当实地密度值在3．00左右时，表面漫反射量为0．1％。

图4－15
　　质量稍差一些的纸，当实地密度为2．00时，表面没反射量就达到1％，这说明在质量较差的纸上墨层表面是粗糙的。
　　在实地密度值较低的范围内，偏光实地密度与普通实地密度一致，在实地密度值较高的范围内表现出差异。这说明墨层表面状态对实地密度的影响表现在实地密度高的范围内。
　　如果拿非木浆纸和木浆纸比较，在实地密度高的范围内，木浆纸的实地偏光密度超过了非木浆纸，而在图4－14中，这两种纸的饱和密度是相等的。偏光实地密度在高密度区变得不等，说明在表面状态相同的情况下，实地覆盖率和平均墨层厚度是不同的。从下面将要讲到的图4－16可以看到，在较高实地密度范围内，木浆纸的实地覆盖率比非木浆纸要高。从图4－16可以看到，木浆纸的实地覆盖率在高密度范围比非木浆纸高，那么为什么用普通密度计测量时，在高密度值区（图4－16）其实地密度值民非木浆纸相比却变小呢？这是由于木浆纸表面平滑度差一些，所以压低了普通实地密度值。

图4－16
　　用偏光密度计测得的实地密度值，排除了表面状态的影响，所以用偏光密度计分析实地密度可以表现出实地覆盖率和墨层厚度的影响。
　　4．墨量与实地覆盖率的关系。图4－16表达了纸上油墨量与实地覆盖率的关系。印刷中，即使增加纸上的油墨量，油墨也不会把纸面100％地覆盖，通过显微镜观察可以验证这一点。实地覆盖率随着纸上的油墨量增加而增加，但当达到某个实地覆盖率时，就不再继续增加，所以把这个实地覆盖率称为饱和实地覆盖率。由图4－16可知，铜版纸的饱和实地覆盖率最高，非木浆纸最低，木浆纸处于中间状态。
　　图4－15表达的情况已排除了表面平滑度的影响，偏光密度的饱和值由大到小也是按铜版纸、木浆纸、非木浆纸排序。排除表面状态影响之后，实地覆盖率对实地密度的影响大，墨层平均厚度的影响小。
　　比较图4－15和4－16，实地覆盖率在较小的墨量时就达到了饱和，而偏光饱和实地密度在较大的墨量下才达到。这可以说明：在纸上油墨量小的范围内，实地密度的增加主要是由实地覆盖率增加造成的；当实地覆盖率达到饱和时，密度还继续上升，则是由于墨层的平均厚度增加造成的；随着墨量的增加实地密度也达到饱和，这是因为平均墨层厚度增加也是有限制的。
　　实地覆盖率达到饱和时的油墨量，按由小到大排列的顺序是铜版纸、胶版纸、新闻纸。这跟纸张平滑度的顺序相同，纸张表面越粗糙，遮盖纸面所需要的油墨就越多。
　　新闻纸的饱和实地覆盖率比胶版纸的饱和实地覆盖率大，则是由于纸的吸墨性等原因造成的。
　　5．纸上墨量与光泽度的关系。光泽度表示墨层的表面状态。图4－17表示纸上油墨量与墨层表面光泽度的关系。一般来说，物体的表面越平滑，表面的光泽度越高，伴随着油墨量的增加，铜版纸的墨层表面变得平滑，光泽度上升，着墨部位比不着墨部位还要平滑。胶版纸和新闻纸着墨之后的实地面上，光泽度略有降低。
图4－17

图4－18
　　6．纸上的墨量与显微密度。用显微密度计测量实地部位，以一定的间隔取密度读数10个，求出其平均值和标准偏差，在一系列测量之后，做出显微密度的平均值与实地偏差的关系图（图4－18）。这个图是根据胶版纸的测量值做出的，跟图4－14中的一般实地密度和图4－15中的偏光实地密度比较，显微实地密度值要小一些。这是由于显微密度计的光学系统与一般密度计不同造成的，但从曲线比较可以看出，纸上墨量与显微密度的关系也是对数曲线形式，这与一般密度是相同的。
　　在纸上油墨量小的范围内，实地覆盖率小，所以显微密度值的标准偏差波动较大。随着纸面油墨量的增加，偏差逐渐变小，即使实地覆盖率已经达到他和，偏差还在进一步减小，这是墨层逐渐平均产生的效果。正像图中所显示的，在纸上油墨量小的范围内，实地密度的上升速度与实地覆盖率的上升速度是相应的。实地覆盖率饱和之后，实地密度继续增加则是由于墨层逐渐平均造成的，不论纸张质量高低，都符合这个规律。
　　总之，在实地密度值较低的范围内，实地覆盖率是影响实地密度大小的主要因素。如果实地覆盖率达到饱和，墨层厚度的影响应突出出来，随着墨层较薄部分厚度渐增，墨层厚度趋于均匀，因而实地密度上升。而进一步到达实地密度值高的范围之后，油墨表面的平滑性，对实地密度值产生影响。从偏光密度分析可知，铜版纸之所以得到较高的实地密度，是因为实地覆盖率比较高，实地部位的油墨层表面比纸面更平滑。

二、最佳实地密度与相对反差

　　在对印刷图像质量及质量测控技术的研究中，德国印刷研究协会（FOGRA）提出用相对反差，即K值作为控制实地密度和网点增大的技术参数。印对反自复用如下公式描述的：
　　K＝D_s-D_t/D_s＝1－D_t/D_s
　　这个公式反映了印刷实地密度与网点增大之间的内在联系。
　　在印刷中总希望印刷色彩饱和鲜明，这就必须印足墨量，但是墨量不允许无限制地增加。当油墨量达到10μm厚度时，油墨即达到他和实地密度，再增加墨量，油墨的实地密度增加缓慢或几乎不再增加，而导致网点不断增大。网点的积分密度提高，使图像的视觉反差降低，这样的物理过程可以用上面计算K值的公式量化描述。该式反映了实地密度和网点密度之间在实地密度变化过程中所产生的反差效果。在墨层较薄时，随着实地密度的增加K值渐增，图像的相对反差逐渐增大，当实地密度达到某一数值后，K值就开始从某一峰值向下跌落，图像开始变得浓重、层次减少、反差降低。所以，实地密度的标准，应以印刷图像反差良好，网点增大适宜力度，从数据规律看，应以相对反差（K值）最大时的实地密度值作为最佳实地密度。
　　K值通常通过测量控制条上75％的网点块和实地块的密度值后，代入公式计算。在有些控制系统中不用75％网点块而用80％或50％的网点块进行测量计算。
　　相对反差的概念和计算公式都很简单，但在质量检测和数据化管理中却是一个重要的参数，这是因为：
　　①当K值最大时，说明此时具有最佳实地密度，阶调转移也处于最佳状态。
　　在印刷过程中，不同的实地密度就有其对应的K值。当墨量过大时，实地密度不适当的增大，网点会增大过量，K值下降，这时，油墨本身的饱和度较好，但层次和清晰度受到损害。如果墨量过小，实地密度不饱和，K值同样下降，这时，网点的增大率虽小，清晰度也不错，但油墨墨色欠饱和，整个图像显得没有精神，影响质量。在生产中，应首先测定K值，然后制订车间应控制的实地密度值，这才是具体印刷条件下符合数据化生产需要的实地密度值。
　　②最高K值时的实地密度值才可以作为分色时建立灰平衡和阶调分配时定标的依据。
　　印刷时的最高K值及有关色偏、带灰和色效率的测定数据反馈给分色工序作为制订中性灰平衡及三原色版网点分配时的信息依据。但最高K值时的三原色油墨实地密度值，可能并不是该三原色油墨最高效率（即最佳显色性）时的实地密度，前者是油墨在网点转移下的动态适性，后者是油墨自身的静态色度特性。对于这种矛盾的情况，如果照顾最大的实地色效率而舍弃印刷最高K值下的实地密度值，将会造成一些不良后果：其一，印刷的色密度反差和色相纯度的还原范围不够合理；其二，依照该实地密度制订的三原色版的中性项平衡会在印刷网点转移中遭到破坏；其三，由于网点增大率不是处于最合理的状态，因而导致以网点组成的边缘层次清晰度的下降；其四，三原色版网点转移时的K值下降会导致暗调层次的损失。因此，在最高K值下的实地密度值，不仅反映了网点最合理的增大率和最佳转移，同时亦反映了该油墨在具体印刷转移条件下的最合理的显色效率。
　　③经测定确定的K值和实地密度值是数据化管理和质量控制的主要数据标准。在一定的印刷转移条件下，经测定制订出合理的K值和实地密度数据作为控制印刷图像质量的依据。一旦出现印样达到实地密度而K值降低时，那可能是由于原墨稀释过量、印刷压力过大、印版晒的过深等原因造成的；而如果在打样或印刷时的实地密度和K值正确、色调还原却发生问题，那就可能需要修改原版的分色调节。

三、油墨量的控制及控制模型

　　1．根据实地密度控制油墨量。网点印刷图像的色调再现，是借助于网点覆盖率的变化体现出来的，但就印刷工艺变量而言，印刷压力的变化和转移到纸上的油墨量是诸多变量中影响网点密度和网点覆盖率变化的首要因素。印刷压力和供墨量（墨层厚度）都影响网点增大和网点变形，但对图像外观影响的表现形式不同。一般情况下，印刷压力的微小变化在整个印刷图像上都会产生明显反应，视觉上比较容易觉察，而油墨量的变化主要影响暗调反差的变化，中调次之，对高光部位的影响不明显，视觉上不易觉察。所以在印刷过程中，必须对供墨量（墨层厚度）加以控制，这已成为印刷机调整和自动控制的主要传统项目。
　　油墨量一般通过测量印刷后的实地密度进行控制。常用的方法是在纸张的叼口或拖梢部位印刷实地色块作为测标，每隔10cm左右循环一次。实地密度的标准数据因所用的纸张。油墨及有关印刷条件不同而不同，一般参数数据是：黄墨0.90～1.10、品红墨1.30～1.60、青墨1.50～2.00，公差范围也因质量要求不同而不同，通常取±0.05。打样的实地密度值一般比印刷稍高一些，这是由于打样的网点增大程度比印刷要小。
　　当用测定印刷密度的方法管理油墨量时，需要注意这个标准数据所适用的条件、测量所用的密度计的类型及测量时的墨层状况。譬如用相同的油墨量印刷胶版纸和铜版纸，由于纸张的表面特性不同，在铜版纸上测得的密度值较高。即使是同一张纸，刚印刷出来的样张密度较高，而经过数小时后的样张，随着油墨的干燥平滑度降低，密度值就会下降。这种在墨层干燥后测得的低密度通常称为“干退密度”，由于墨层干燥前后密度值不同，印刷图像呈现的色调值也不同。生产中应当注意这种现象，如作为印刷时的标准样张（打样样张），其上的油墨层已经干燥，反射密度已经降低。如果按照干燥样张的墨色调节印刷样张的墨色，待印张干燥后，就很难与标准样的色调一样。故一般都使印刷样张的墨色稍比标准样张深，但究竟深多少没有定量标准，这就是印刷样与标准样在色调上产生差异的原因之一。解决的办法是采用数据化控制，在打样时，测定刚印下来的各色密度值，在印刷时，参照这些密度值来印刷，就能使两者的墨色接近一致。为了使干湿墨层的反射密度值是可以比较的，应当采用装有偏振滤光片的密度计。
　　2．根据实地密度控制油墨量的模型。描述油墨和纸张之间关系的一个主要方法，是通过改变墨层厚度测量印刷油墨层的光学密度绘制关系曲线，典型曲线如图4－19所示。

图4－19
　　用数学方法描述这个曲线的好处是曲线的拟合参数能够反映纸张和油墨的性质，在有些情况下还能反映出印刷条件的不同。
　　最常用的一个经验公式是Tollenaar和Ernst创立的公式：
　　D＝D_∞（1－e^－mw）（4－7）
　　式中：D——实地密度；
　　D_∞——墨层厚度为无穷大时的反射密度值；
　　w——墨量（g／m²），
　　m——常数。
　　式中的m值随着印刷压力的增加而增加，跟印刷速度无关；D_∞随着印刷压力的增加而增加，随着印刷速度的增加而减小，尤其在印刷压力较低的情况下是这样。D_∞和m可用回归方法求出。
　　另一个由Uornerup创造的经验公式往往不被人们所注意。
　　R₀-R_∞/R-R_∞＝1＋（K′W）^n″ （4－8）
　　式中： R₀——纸张的反射率；
　　R_∞——墨层厚度为无穷大时的反射率；
　　R——印刷墨层的反射率；
　　K′，n″——常数；
　　W——印刷墨量，g／m²。
　　为了改进数值拟合精度，必须把W限制在1～4g／m²，R_∞通过测量一些厚墨层得到，而不把它当作回归系数去求，n″取决于油墨颜料的性质，K′是颜料特性及其浓度的函数。
　　应当注意，在测量厚墨层决定R_∞时，特别是在未干燥墨层的情况下，墨层表面的镜面光泽会导致一个较低的密度数值。
　　Calabro和Savagnone发表了如下经验公式：
　　（1／D）＝（n′／W）^h十b′ （4－9）
　　式中：n′， h——常数；
　　b′——常数＝1／D_∞。
　　公式中的D_∞可以用计算的方法或通过测量一些厚墨层得到。这个公式对供墨范围很宽或密度变化范围很宽的情况非常适用。在印刷报纸的情况下h＝1。根据回归分析得知，参数n′主要与纸张性质有关，油墨性质对h多少有些影响，b′跟纸张和油墨特性无关。
　　还有一个对报纸印刷比较有用的公式：
　　1－（R／R₀）＝a₀＋a₁（1／W）（4－10）
　　式中：a0，a1——常数。 

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