趙永光 仇久安 王文杰

（1.天津職業(yè)大學(xué)，天津 300410；2.天津兆陽納米科技有限公司，天津 300000）

一、噴墨墨水歷史和現(xiàn)狀

噴墨墨水的介質(zhì)適應(yīng)面廣，應(yīng)用領(lǐng)域眾多：如廣告噴繪、數(shù)字印刷、桌面彩色打印、織物印花、陶瓷瓷磚、壁紙、建筑材料打印等。

噴墨工業(yè)的發(fā)展在國內(nèi)按照發(fā)展的年代可以簡單劃分為幾個時段：

1.1990年～2008年 桌面連供時代，噴墨自從進入國內(nèi)起，由于國際廠商采用墨水和打印機捆綁銷售策略，曾經(jīng)一度墨水貴于血液，業(yè)界戲言為“液態(tài)黃金”。國產(chǎn)廠家開發(fā)替代耗材主要是采用連供系統(tǒng)或者兼容墨盒形式搶占低端市場。自代用墨誕生起就以打破國外廠商高價暴利壟斷的面目出現(xiàn)；

2.2008年～2018年 國內(nèi)代工廠家技術(shù)逐漸成熟，墨水理化指標穩(wěn)定，表面張力穩(wěn)定在30～50mN/m（20℃）、PH值7～9之間、粘度1.5～4mPa.S（20℃）、電導(dǎo)率103～104μs/cm，墨水膠體性質(zhì)穩(wěn)定，堵頭和腐蝕噴頭現(xiàn)象減少，市場得到蓬勃發(fā)展。

目前，預(yù)計每年4800 億左右的市場規(guī)模，其中印刷行業(yè)采用高速噴墨數(shù)字印刷機的發(fā)展趨勢十分明顯。用戶對于墨水耗材品質(zhì)的要求和色彩的再現(xiàn)力、穩(wěn)定性、質(zhì)量標準化有著強烈的需求。

噴墨技術(shù)的發(fā)展受到幾個領(lǐng)域因素的共同推動：

（1）數(shù)字印刷：出版社采用短版印刷降低庫存，推動高速噴墨印刷發(fā)展；

（2）大幅面廣告噴繪，采用連供系統(tǒng)降低成本；

（3）環(huán)保擠壓，需要無污染VOC排放低的工藝，噴墨數(shù)字印刷更適合；

（4）個性化包裝印刷、基于數(shù)據(jù)庫的可變數(shù)據(jù)印刷，標簽噴印等傳統(tǒng)印刷無法低成本實現(xiàn)；

（5）噴頭企業(yè)的競爭。

由于長期以來噴頭制造的核心技術(shù)門檻高，國際大型廠家對于墨水質(zhì)量標準推動動力不足，而國內(nèi)廠家質(zhì)量、技術(shù)水平參差不齊，國產(chǎn)墨水需要穩(wěn)定的色彩控制體系，天津兆陽納米科技有限公司多年來專業(yè)從事生產(chǎn)納米噴墨墨水，形成較好的質(zhì)量口碑。

目前高速噴墨印刷已經(jīng)占據(jù)了出版市場的不小的份額，文獻認為：高速噴墨印刷技術(shù)的演進使得傳統(tǒng)經(jīng)驗型的印刷產(chǎn)業(yè)跨越到全新數(shù)字型的媒體產(chǎn)業(yè)，已造成成本降低、傾銷式市場擴張以及惡性競爭的新業(yè)態(tài)。

伴隨著我國環(huán)保要求的提高，噴墨印刷以其綠色環(huán)保、污染小的特點必將得到更多的青睞，未來數(shù)字印刷的市場份額必將上升，這其中耗材墨水的國產(chǎn)化是數(shù)字噴墨印刷的核心瓶頸環(huán)節(jié)，墨水的質(zhì)量穩(wěn)定性和色彩再現(xiàn)范圍以及與國際大廠的兼容性、自身的獨立性是一個重要的問題，這些離不開大量的基礎(chǔ)測試數(shù)據(jù)和實驗支持。

本文就噴墨墨水的色彩質(zhì)量測試方法進行了一些基礎(chǔ)實驗，提出了基本的一些測試指標和分析過程，為墨水測試評價軟硬件系統(tǒng)開發(fā)提供基本框架及指標。

二、墨水標準分析

墨水的種類：按照色料類型和噴印介質(zhì)的不同可以分為：塑料類溶劑型、紫外光固化型、紙張型水性染料墨、染料型織物類水性墨、顏料型紡織物水性墨水。墨水的顏色數(shù)目不確定，一般4色、6色、7色、8色、11 色、12 色都有，為了簡化起見，初步只考慮4色墨水。

根據(jù)《數(shù)字印刷·噴墨印刷墨水使用要求及檢驗方法》2018年版國家標準編制說明，一般地，密度數(shù)據(jù)穩(wěn)定時所測量的色度數(shù)據(jù)可以代表色彩測試中基準數(shù)據(jù)。測試數(shù)據(jù)要剔除系統(tǒng)性偏差數(shù)據(jù)，取平均值，計算出數(shù)據(jù)集中度后，剔除非集中數(shù)據(jù)，剩余數(shù)值為基礎(chǔ)，處理后取整得到如表1、2、3、4、5所示，分別代表國產(chǎn)墨水的標準色彩特征。

表1 不同類型墨水的密度數(shù)據(jù)

表中墨水基本色度數(shù)據(jù)值的測試，使用愛色麗Exact密度計測量。

表2 塑料類溶劑型墨水的色度值

表3 染料型織物類水性墨水的色度值

表4 顏料型紡織物水性墨水的色度值

表5 紙張型顏料類水性墨水的色度值

紙張型染料類墨水數(shù)據(jù)離散性大，不建議設(shè)置標準數(shù)據(jù)。紫外光固化由于引發(fā)機理不一致，數(shù)據(jù)離散性大，未形成國家標準。

因此在實際應(yīng)用中，企業(yè)內(nèi)部的染料墨水質(zhì)量標準控制就十分重要。生產(chǎn)過程的品質(zhì)控制離不開每一批次的色度測試數(shù)據(jù)，來保證每一個批次色彩質(zhì)量再現(xiàn)一致。

三、實驗

說明:本實驗針對紙張型染料墨水進行實驗，根據(jù)文獻研發(fā)控制評價指標、設(shè)計相應(yīng)主觀、客觀評價成套測試圖表和對應(yīng)檢測軟件、硬件，故而選用了價格低廉的染料型墨水入手實驗，數(shù)據(jù)無普遍意義，但方法通用，數(shù)據(jù)作為企業(yè)內(nèi)部色彩品控使用。

1.測試條件

（1）紙張普通70g/cm2齊心晶純打印紙

（2）Epson 4168四色打印機

（3）愛色麗xrite i1pro 分光色度儀，exact 密度計

（4）Icc軟件i1profiler，colorport，Imatest gamutvision

（5）打印軟件 illustrator cs6，Photoshop cs6，CorelDraw X4

（6）墨水：國產(chǎn)四色兼容墨水

2.色差公式的選擇

普遍通用的色差計算公式為CIE 1976 Lab 公式，其中色差可以表示為：

一般印刷企業(yè)采用的色差數(shù)值為2.5 以下，最大色差要求不超過5，由文獻研究結(jié)果認為CIEDE2000 和CIE94 色差公式在性能上要優(yōu)于CMC 和CIELAB 公式，故而采用CIEDE2000 的色差評價更加準確。

由于計算和分析數(shù)據(jù)量大，色差公式一般編制為函數(shù)，采用c/c++或者matlab 代碼進行測算試驗，github上專門有c/c++編制的計算函數(shù)。

生產(chǎn)過程中的品質(zhì)控制以圖像數(shù)據(jù)為RGB 格式為主，而用戶使用時噴墨印刷機是CMYK 四色模型，墨水的CMYK基礎(chǔ)數(shù)值與印刷油墨的CMYK存在較大的差異，介質(zhì)特性不一樣，最大墨量不一樣。

由于色彩的復(fù)雜性，商業(yè)噴墨打印機的驅(qū)動會對傳輸過來的數(shù)據(jù)做調(diào)整。噴墨屬于調(diào)頻網(wǎng)點，膠印屬于調(diào)幅網(wǎng)點，分色算法集成到打印機固件或者驅(qū)動之中，對用戶是黑盒狀態(tài)。噴墨開發(fā)一度SDK 難以獲取，用戶只能從外部更改圖像文件中RGB數(shù)據(jù)值來控制圖像的再現(xiàn)。

國內(nèi)學(xué)者對于超出4色以上多通道噴墨打印機圖像分色方法作了很多探討。文獻[4]采用ONYX Production-House10.2 軟件輸出6 原色的油墨梯尺數(shù)據(jù)的方法，文獻[5]采用的HPZ3200 CMYKRGB七色噴墨打印機為例進行了7色分色算法試驗，文獻基于光譜特性化，做了大量的研究，但都未達到商用地步。

在高速分色算法實現(xiàn)商用前，兼容國際品牌墨水的色彩就十分重要，否則基礎(chǔ)墨色不正確，其他顏色都會整體偏色。顏色的測量需要先設(shè)置測試圖表，測試圖表的意義在于：通過計算機定義的色塊輸出，測量數(shù)據(jù)以Lab 格式展現(xiàn)色域，Lab作為色彩轉(zhuǎn)換的計算空間，從而為品質(zhì)控制提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

客觀測試顏色色塊應(yīng)該包含的基本數(shù)據(jù)有：c100%、m100%、y100%、k100%、cm100%、my100%、cy100%、w100%、cmy100%色塊9 個，包含求解紐介堡方程的基礎(chǔ)色塊。根據(jù)文獻可知圖中色塊的設(shè)計可以參考IT8.7/3 或者ISO12647、Fogra39 等標準，或者直接采用該文獻自定義的mini-chart 測試圖表，并按照文獻的方法添加文字和測試線條，作為文字質(zhì)量對比。

自定義圖表的生成：一般地可以使用Photoshop 直接繪制TIFF 圖，本例為了方便測試采用Xrite Colorport軟件生成自定義圖表，存儲為TIFF格式，再用Photoshop 編輯合成主觀圖像。這些色塊可以通過分光色度計Eyeone pro 掃描，得到對應(yīng)的LabCMYK數(shù)據(jù)。

然后使用Colorport測試數(shù)據(jù)，保存后寫出數(shù)據(jù)格式txt 或者csv 格式簡單易用。數(shù)據(jù)寫入MySQL數(shù)據(jù)庫(或PostgreSQL）后長期存儲，在長期品控追蹤提供數(shù)據(jù)保障。

3.測色儀器的選定

要考慮不同分光密度計的特點，有文獻認為，Xrite500 最為穩(wěn)定，色差值非常小，變化平穩(wěn)；i1 測量的色差值較高，均大于2，并且色差變化較大；Spectrolino 和Spectoreye 測量數(shù)據(jù)計算出的色差值均小于1。但文獻認為“SpectroEye、i1和eXact 三種顏色測量儀器測量X-rite ColorChecker24標準色卡的光譜反射率，通過光譜反射率的標準差σ、色差△Eab*分布特征分析三種測量儀器的穩(wěn)定性、測量重復(fù)精度等特性。研究表明三種分光光度儀測量的樣品光譜標準差均小于0.001，比較所有樣本的平均色差均小于△Eab*≤1，儀器間測量樣本的平均色差約ｌ。儀器間的測量誤差在可接受范圍內(nèi)，在實際顏色測量時可根據(jù)測量波長的范圍選擇對應(yīng)的儀器。”

本文為方便起見（不考慮停產(chǎn)儀器），采用的是Eyeone pro 作為測試儀器，采信文獻的研究結(jié)果，但由于測試儀器光源和測試條件、數(shù)據(jù)量的不一致，后期應(yīng)該進行愛色麗、特強、柯尼卡美能達FD-9 儀器的對比驗證，從準確性、穩(wěn)定性、一致性和SDK 完善性，測試自動化、幅面等多方面綜合考慮。

一般地儀器應(yīng)選用SDK接口公開，API調(diào)用方便，文檔說明準確無誤，實際效率高，二次開發(fā)。研發(fā)過程中原始數(shù)據(jù)的分析采用GNU Octave（語法Matlab 兼容）進行數(shù)據(jù)分析，繪制圖表簡單方便。

4.樣張數(shù)碼印刷過程中ICC profile 的提取的測試

文獻可知顏色的再現(xiàn)依賴ICC準確提取，試驗中profile文件的提取采用i1profiler軟件，該軟件提供了快速模式，可以直接進行圖表打印和profile提取，選用400色塊的小型圖表進行試驗。

ICC 文件在客戶處需要觀察和比較色域范圍，可以使用Imatest 公司的gammuvision 軟件，地址http://www.imatest.com/gamutvision/，是一款免費開源的matlab開發(fā)的icc profile分析工具。

5.不同應(yīng)用軟件中的對比分析

關(guān)閉色彩管理的條件下打印測試同一圖表，采用Adobe illustrator 打印分析和CorelDraw，Photoshop輸出，觀察數(shù)據(jù)，和對比效果分析。對于明顯存在色差，原圖在室內(nèi)中午光線下觀察即可看出明顯色差，其中（photoshop 在管理噴墨墨水打印時與其他軟件存在很大差異），目視即可發(fā)現(xiàn)色差較大，故而未采用標準光源箱，手機拍攝對比效果圖，如圖1所示。

圖1 不同打印參數(shù)對比軟件輸出色外貌

雖然Icc 特征文件在印刷、數(shù)字印刷領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，但是并不能涵蓋噴墨墨水在其他領(lǐng)域，其有效性正如文獻［12］中分析：ICC不適用陶瓷噴墨打印非標準CMYK墨水極窄色域范圍，顏色顯示偏差等需要手工分色調(diào)圖，值得在墨水品控中考慮。

四、結(jié)論

1.墨水基色密度和色域范圍，可以代表墨水顏色質(zhì)量。自定義圖表評價噴墨打印質(zhì)量是可行的，測試數(shù)據(jù)可以記錄到數(shù)據(jù)作為長期品控使用；同時考慮文獻［13］研究結(jié)論，測試圖表中要包含主觀評價圖。

2.Photopshop直接控制打印機時發(fā)送的數(shù)據(jù)不同于其他軟件，即使是關(guān)閉色彩管理。品控中圖片的打印和測試盡量不要直接采用photoshop 輸出，防止色彩偏差太大。

3.Imatest gamutvision 免費軟件適合用戶觀察對比profile 文件，分析色空間，其在github 上面的源碼也適合研究；

4.測試儀器數(shù)據(jù)的選擇需要多方考慮，數(shù)據(jù)需要檢驗?zāi)芊襁_到客戶要求；

5.為了方便用戶使用、擴大銷量，墨水廠家應(yīng)逐步設(shè)立網(wǎng)站，為用戶提供測試好的典型材質(zhì)的Icc 特性文件，幫助沒有儀器、專業(yè)知識的用戶快速應(yīng)用。

本文初步證實開發(fā)墨水色彩檢測軟硬件系統(tǒng)的必要性和可行性，分析了色彩特點，結(jié)合不同工具軟件，通過設(shè)立合理的指標體系，打印圖像數(shù)據(jù)的測試，建立可追溯的色彩質(zhì)量控制體系，使得顏色數(shù)據(jù)準確再現(xiàn)和積累，有具體的確切數(shù)值分析，從而為噴墨印刷墨水質(zhì)量提升給出合理的指標。