紙張熒光增白劑對色彩復制的影響研究

付文亭，鄧體俊，孫春鵬，彭乙軒

（1.中山火炬職業技術學院 包裝學院，廣東 中山528436；2. 廣東啟博智能科技有限公司，廣州 510000）

紙張是常見的印刷承印物材料，為了使紙張產生理想的復制效果，大部分紙張都添加了熒光增白劑（Optical Brightening Agents, OBA）。熒光增白劑可吸收波長低于400 nm 的不可見紫外光輻射，并通過電物理變化，釋放波長約為400～450 nm 的藍色可見光。這種光從含增白劑的紙張中釋放之后，在含有大量紫外光的照明光源照射下，產生一種比白色更白的色澤，增加紙張亮度與白度，增強油墨的色彩特性[1-2]。

1 理論分析

在2013 年之前，所有色彩管理和色彩目標都在沒有考慮熒光增白劑（OBA）的情況下制定，以前的標準和數據如ISO 12647—2 和GRACoL2006，也是建立在不含熒光增白劑的承印物基礎上，因此，由于熒光增白劑的光學特性，這些印刷標準只適用于不含熒光增白劑的印刷或打樣承印物。當印刷或打樣承印物中含有熒光增白劑時，基于這些印刷標準數據制作ICC 特性文件進行色彩轉換時，視覺上顏色就會明顯地不匹配。

為了解決熒光增白劑的光學特性對色彩管理的影響，ISO 13655 標準中規定了M1 和M2 這2 種觀察條件，用以解決因熒光增白劑的光學特性導致儀器之間測量結果的變化，規范儀器之間的色度數據交換。其中，M1 定義了測定樣本照明光源的光譜功率分布應與CIE 照明光源D50 光譜功率分布匹配（見圖1），若測量熒光增白紙，定義僅需在調整部件數量（光譜區低于400 nm）時使用補償性方法，糾正紙張中熒光增白劑熒光的影響；M2 定義為通過過濾器過濾400 nm 以下紫外光，使測定樣本照明光源的光譜功率分布僅包含波長范圍在400 nm 以上的輻射功率，以排除因熒光增白劑的熒光導致儀器之間測量結果的變化。

圖1 光源D50 光譜功率分布Fig.1 Illuminant D50 spectral power distribution

在2013 年新發布的國際標準GRACOL2013、SWOP2013、更新版ISO 12647—2:2013 及G7 數據庫系列（CGATS21）中，數據均使用M1 觀察條件測量[5-7]。

研究熒光增白劑對色彩測量的影響，對以色彩管理為核心的色彩復制具有重要的研究意義，國內外學者對此也開展了相關研究。李易蔚等[8]經過對比M1/M2 條件下輸出色塊色差，分析熒光增白劑對不同階調和墨層厚度的色塊的輸出影響，發現使用UV-cut 濾鏡對熒光增白劑進行校正后紙張上輸出色塊的色差減小，有利于準確地在紙張上進行顏色再現，該研究結果與理論分析是一致的；田全慧等[9-10]找出彩色復制圖像受熒光增白劑影響最大的區域與特征，且證實通過色度轉換方法校正與補償熒光增白劑對色彩特性數據的影響，有助于印刷色彩的正確匹配，該研究結果對基于M1 為觀察條件的色彩管理工作流程實施研究有較大價值；Chaikovsky 等[11]通過實驗探究發現熒光增白劑紙張對色彩管理中黑色和黃色的影響較大。Hersch等[12]通過使用新的顏色預測模型來探究熒光增白劑對顏色預測的影響。

文中選擇熒光增白劑含量不同（含較多熒光增白劑、含少量熒光增白劑、不含熒光增白劑）的3 種類型紙張，分別基于M1/M2 觀察條件，測量紙白、CMYK 線性色表以及IT8.7/4 色表，分析M1/M2 觀察條件ΔL*、Δa*、Δb*、ΔE*值以及ICC 曲線變化趨勢，以探究熒光增白劑含量對色彩復制的影響。

2 熒光增白劑含量對彩色印刷復制效果影響分析

2.1 實驗條件

測量對象：定量為160 g/m2的神馬印材雙膠紙（含較多熒光增白劑）；定量為157 g/m2的百樂數碼銅版紙（含少量熒光增白劑）；定量為120 g/m2的神馬印材米白紙（不含熒光增白劑）。

測量設備：FUJI Xerox Iridesse Production Press數碼印刷機；愛色麗i1 分光光度計（帶UV-Cut 鏡頭）；愛色麗Exact 分光光度計（帶UV-Cut 鏡頭）。

沖洗完成后將管道連接在鉆桿上利用鉆機回拉，將管道拖入已擴鉆孔內，完成管道鋪設施工。回拖過程為了避免鉆孔中的落石、掉渣等問題，要求對管道進行預先連接，并一次性完成拖管，確保連接質量和鋪管的順利完成。

相關軟件： CHROMIX ColorThink3.03 ；ColorMeasurementUtility（FUJI Xerox Iridesse Production Press 數碼印刷系統）；Microsoft Excel。

2.2 熒光增白劑含量對紙白測量的影響分析

2.2.1 實驗方法

為了研究熒光增白劑對色彩印刷復制效果的影響，文中首先選擇3 種含不同熒光增白劑成分的紙張（見表1），使用愛色麗Exact 分光光度計，分別基于M1/D50/2°、M2/D50/2° 2 種觀察條件下，測量含較多熒光增白劑（A 紙）、含少量熒光增白劑（B 紙）、不含熒光增白劑（C 紙）3 種類型的紙張的色度值，并計算M1 和M2 觀察條件下ΔL*、Δa*、Δb*和ΔE*的值，具體見表2，探究熒光增白劑含量對紙白測量的影響，有助于分析熒光增白劑對顏色測量的影響。

2.2.2 實驗結果

從表1 數據可以看出，在M1 和M2 觀察條件下，熒光增白劑含量對紙白測量數據影響很大，且熒光增白劑含量越大，其差異值越大，其中，b*值影響最大，L*值影響最小；紙張色度值中的b*值正負特性與紙張熒光增白劑的含量相關，含熒光增白劑的紙張基色b*值為負值，且熒光增白劑含量越大，其負值絕對值越大；紙白測量的Δb*值是由M1 和M2 數值之間的b*值差異計算得出的，熒光增白劑含量越大，Δb*的絕對值越大。

2.2.3 結果分析

由于M1 定義的照明光源的光譜功率分布與CIE照明光源D50 光譜功率分布匹配，包含310～400 nm的光譜成分。在M1 觀察條件下測量的紙白光譜反射，包含因熒光增白劑發出的藍光，因此，含熒光增白劑的紙張基色偏藍色，測得的b*值為負值，且熒光增白劑含量越大，其負值絕對值越大；而由于M2 定義的照明光源的光譜功率分布過濾了400 nm 以下的光譜成分，因為在M2 觀察條件下測量的紙白光譜反射減少了400 nm以下的光譜成分引發的藍光，所以在M2 觀察條件下測量的b*值絕對值遠小于M1觀察條件下測量的b*值絕對值；然而，針對不含熒光增白劑的紙張，在M1/M2 觀察條件下測量紙白光譜反射不含藍光，因此，其b*值為正值。綜上所述，可以使用紙張基色的b*值大小與正負情況估計紙張OBA 的含量。

Δb*值是由M1 和M2 數值之間的b*值差異計算得出的，該值直接反映了D50 標準光源中UV 成分（400 nm 以下波長的光）引發的b*值差異，因此，其絕對值可以確定基材中的OBA 的含量。愛色麗Exact 分光光度計“增白劑指數”選項，其值定義為Δb*值的絕對值，即|Δb*|，ISO 15397 中以此為依據來確定基材中的OBA 含量，有助于分析紙張熒光增白劑含量對顏色測量的影響。

2.3 熒光增白劑含量對線性色表測量的影響分析

2.3.1 實驗方法

為了研究熒光增白劑對印刷顏色復制的影響，文中在相同印刷狀態下使用3 種含不同熒光增白劑成分的紙張（具體見表1）輸出C、M、Y、K 線性色表；使用愛色麗i1 分光光度計，分別基于M1/D50/2°、M2/D50/2°這2 種觀察條件，測量含較多熒光增白劑（A 紙）、含少量熒光增白劑（B 紙）、不含熒光增白劑（C 紙）3 種類型的紙張上的線性色表，計算在M1 和在M2 觀察條件下ΔL*、Δa*、Δb*和ΔE*的值，繪制色差值與網點百分比的變化趨勢圖（見圖2），并進行數據趨勢擬合（見表2），探究熒光增白劑含量對線性色表測量的影響，有助于分析熒光增白劑對彩色印刷復制的影響。

表2 Δb＊和ΔE＊值數據趨勢擬合Tab.2 Trend fitting of data Δb＊ and ΔE＊

圖2 M1/M2 下觀察條件下線性色表ΔL*、Δa*、Δb*和ΔE*色差值曲線（ABC 紙）Fig.2 ΔL*、Δa*、Δb* and ΔE* value of linear color chart under M1/M2 condition（ABC paper）

表1 M1/M2 觀察條件下紙張色度值Tab.1 Color value of paper under M1/M2 measurement conditions

2.3.2 實驗結果

從圖3 可以看出，在M1 和M2 觀察條件下，紙張熒光增白劑含量對C、M、Y、K 線性色表顏色測量值影響很大，且熒光增白劑含量越大，同一色塊測量值差異越大，其中，Δb*最大，ΔL*最??；對不含熒光增白劑的紙張，分別在M1 和M2 觀察條件下測量C、M、Y、K 線性色表的ΔL*、Δa*、Δb*和ΔE*的值基本為0；對含有不同熒光增白劑成分的A、B 2 類紙張，測量C、M、Y、K 線性色表的ΔL*、Δa*、Δb*和ΔE*值的數據曲線趨勢基本保持一致，且隨著網點百分比的增大而減少，說明熒光增白劑含量對顏色測量數據的影響與色相關系較小，但是與階調值關系較大，基本呈負線性關系；其中，Δb*和ΔE*值的數據曲線基本重合，再次說明b*值差異是引起M1/M2 觀察條件下產生ΔE*值的主要原因。

表2 是針對含有不同熒光增白劑成分的A、B 2類紙張，分別計算Δb*、ΔE*值與網點百分比數據趨勢擬合公式。表2 中的趨勢擬合公式全部呈負線性函數，且R2＞0.9；對比C、M、Y、K 擬合公式，Y、K自變量系數絕對值大于C、M 自變量系數，且熒光增白劑含量越大，其差值越大，可以判斷熒光增白劑含量對黃色和黑色的影響較大，這一研究結果與Chaikovsky 等[11]的實驗結論一致。

2.3.3 結果分析

綜上所述，含熒光增白劑的印品色彩在M1 觀察條件下，其測量值受熒光增白劑的影響較大，因此，在進行顏色匹配，色度數據交換過程中，為了避免紙張OBA 含量的不同而帶來的顏色偏差，需要通過測量紙張的基色色度值來確定統一紙張的OBA 含量或根據OBA 含量進行相應的數據補償。

2.4 熒光增白劑含量對色彩管理的影響分析

2.4.1 實驗方法

為了研究熒光增白劑對印刷顏色復制的影響，文中在相同印刷狀態下使用3 種含不同熒光增白劑成分的紙張（具體見表1）輸出IT8.7/4 色表；使用愛色麗i1 分光光度計，分別基于M1/D50/2°、M2/D50/2°2 種觀察條件，測量含較多熒光增白劑（A 紙）、含少量熒光增白劑（B 紙）、不含熒光增白劑（C 紙）3種類型的紙張上的IT8.7/4 色表，并制作ICC 特性文件；利用CHROMIX ColorThink3.03 對3 種類型紙張的ICC 特性文件進行分析。

2.4.2 實驗結果

從圖3 可以看出，在M1 和M2 觀察條件下，相同印刷狀態下制作的同一紙張ICC 色彩特性文件的色域表現是有區別的，其中，針對A 紙制作的ICC色彩特性文件區別最明顯，在M1 觀察條件下的測量值較M2 觀察條件下的測量值在b軸整體有明顯的線性偏移，偏藍色；針對B 紙制作的ICC 色彩特性文件略有區別，在M1 觀察條件下的測量值較M2觀察條件下的測量值在b軸整體略有線性偏移，偏藍色；針對C 紙制作的ICC 色彩特性文件整體幾乎重合。

圖3 M1/M2 觀察條件下ICC 特性文件色域分析（ABC 紙）Fig.3 Color gamut analysis of ICC characteristic file under M1/M2 observation conditions (ABC paper)

2.4.3 結果分析

綜上所述，紙張添加的熒光增白劑的光學特性，會導致基于M1 觀察條件下測量的數據生成ICC 色彩特性文件整體偏移藍色，即b*值往負值線性偏移。根據色彩管理的原理，在色彩轉換過程中，若使用上述ICC 色彩特性文件，轉換結果會增加b*值偏移的相反色，即黃色的補償結果，造成印刷品色彩偏黃。為了解決該問題，可根據熒光增白劑含量對b*值進行線性補償校正。

3 結果與討論

文中分別從OBA 含量對紙白測量的影響分析，OBA 含量對線性色表測量的影響分析以及OBA 含量對色彩管理的影響分析3 個維度來分析OBA 含量對色彩復制的影響。發現分別在M1 和M2 觀察條件下測量紙張基色b*值的差值，直接反映了D50 標準光源中UV 成分（400 nm 以下波長的光）引發的b*值差異，其絕對值可以確定基材中的OBA 的含量，其絕對值越大，說明紙張中含熒光增白劑越多；同時，通過熒光增白劑含量對線性色表測量的影響研究分析發現，熒光增白劑含量對顏色測量數據的影響與階調值相關，基本呈負線性關系，且熒光增白劑含量對黃色和黑色的影響相對較大；通過熒光增白劑含量對色彩管理的影響實驗分析可以看出，紙張添加的熒光增白劑的光學特性，會使M1 觀察條件測量數據生成ICC 色彩特性文件，整體線性偏移藍色，即b*值往負值線性偏移，且熒光增白劑含量越大，b*值偏移更大。

色彩測量的準確性是色彩管理有效實施的基礎，基于M1 觀察條件的色彩管理流程，需進一步根據熒光增白劑含量|Δb*|值，進行線性補償校正方面研究，從而減少紙張熒光增白劑對色彩管理的影響，減少因紙張熒光增白劑引起色彩復制出現偏差，使紙張上的顏色準確復制。

4 結語

文中經過研究，發現紙張的熒光增白劑含量不同，在M1/M2 觀察條件下色度測量值不同，因此，為了準確復制顏色，在統一標準光源的基礎上，還需規范測量儀器的觀察條件以及根據熒光增白劑含量對b*值進行線性補償，減少紙張熒光增白劑對色彩測量的影響，準確測量顏色，并實現色彩在不同設備間正確轉換，準確復制顏色。