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在烟包印刷行业，为了提升卷烟产品档次、实现卷烟产品防伪效果，激光全息技术被广泛应用于烟包印刷。然而，由于全息图案表面光栅的特殊光学特性，激光全息烟包在白光下的成像会产生随机的彩虹干涉条纹，因此采用一般的离线色差仪进行颜色测量时，结果波动较大，这就增加了激光全息烟包的颜色测量难度。特别是卷筒纸凹印激光全息烟包，由于在印刷过程中无法进行抽样检查，更难进行有效的颜色过程控制，往往一大卷料印刷完成后，才能发现色差问题，但此时已经造成批量缺陷或质量下降。因此，凹印激光全息烟包的颜色测量与控制成为了行业难题。 本文针对激光全息烟包的颜色测量难题，设计了一种专用的全息照明光源，并以该光源为照明基础，构建了12通道多光谱成像系统，有效解决了凹印激光全息烟包的颜色测量难题。 消除成像干扰 激光全息烟包的微观表面通常由凹凸不平的各种衍射条纹构成。按衍射方式的不同，衍射光栅可分为透射式衍射光栅和反射式衍射光栅。在包装印刷领域，通常使用反射式衍射光栅来达到防伪要求。反射式衍射光栅就是在常用的镀铝、镀铜反射膜上刻出一系列平行的斜槽，入射光经过斜槽时发生反射，产生干涉现象。 可见光中包含各种不同波长的光，经过光栅衍射后，不同波长的光按照不同的方向彼此分开形成光栅光谱，这就是衍射光栅的色散作用。当可见光(380～780nm)的入射光在衍射光栅表面均匀入射，即入射角在-π/2～π/2间变动时，衍射光线主极大位置的光强分布如图1所示。    由图1可以看出，当入射光遍布整个照射表面时，衍射光线的光强在空间立体范围内的分布都比较均匀，衍射光强比较稳定，无明显波峰、波谷。这表明，当入射光充满整个表面空间时，在衍射光栅的作用下，任意角度均无特定的光谱分布，衍射光强全角度分布均匀，衍射光栅的色散作用得到了有效抑制。 为了消除激光全息烟包表面光栅产生的彩虹干涉条纹对CCD成像的干扰，需对烟包表面衍射光栅的衍射特性进行有效抑制。为此，我们设计了一种激光全息印刷品专用成像光源——穹顶光源。穹顶光源采用类似积分球的照明方式，将入射角的范围扩大，并将具有高反射性的涂料均匀喷涂于内表面，保证衍射光线的充分反射，使入射光能在-π/2～π/2间均匀入射，遍布激光全息印刷品的照射表面，从而获得均匀的衍射光强，抑制衍射光栅的色散作用。图2为穹顶光源横截面衍射光栅示意图。 在同样条件下，采用两款光源，针对生产现场实际印刷的激光全息烟包进行成像对比。图3和图4为两组光源的对比结果，通过目视对比，可以充分说明穹顶光源对激光全息印刷品表面的衍射光线有很好的抑制效果。 构建多光谱成像系统 针对凹印激光全息烟包的颜色测量问题，以穹顶光源为照明基础构建12通道多光谱成像系统，可采用光谱反射率的比较方式，对激光全息烟包进行颜色测量。 多光谱成像系统由多通道数字相机、镜头、滤光片以及光源构成。其中，多通道数字相机为12通道线扫描CCD相机——Chromasens的TruePixa相机，相当于将传统的RGB三通道相机，扩大为36个通道的相机，由于增加了CCD相机的成像通道，颜色测量精度大大提高;该相机包含4个镜头，每个镜头前安装不同颜色的滤光片(分别为蓝色、浅黄、绿色、普通透明)，每个镜头成像后都能得到一幅彩色的RGB图像，因此每种颜色会产生12个不同的刺激响应;光源采用上述穹顶光源，光源的光谱形状是固定的，需要控制光源的温度，目的是保证光源绝对稳定。 多光谱成像系统实际模型和成像示意图如图5和图6所示。12通道线扫描CCD相机固定在成像系统的最顶端，角度为0°，调整条形D65光源角度至45°左右。测量时，将印刷品放在线性扫描移动平台上，移动平台在丝杠导轨的带动下从前到后完成印刷品的扫描过程，得到12幅多光谱图像，并可插值产生36幅多光谱图像。 同时采用12通道线扫描CCD相机和Xrite分光光度计，对同样的色卡进行同样的测量，两者测量出来的光谱曲线基本相同。 由于多光谱成像系统在本质上使用了高速线阵相机进行颜色测量，因此使得凹印激光全息烟包在线颜色测量成为可能。而且，与Xrite分光光度计等离线颜色测量装置相比，多光谱成像系统可以同时进行超过100个色块的实时颜色测量。 多光谱成像系统的工作流程 多光谱成像系统的工作流程主要分为以下3个步骤。 (1)操作工人调整凹印机，待凹印机印刷稳定后，在某一卷料的卷尾处利用软件采集标准样，并通过贴标的方式确保软件采集的标准样与实物样对应。 (2)实物样送质检中心检测，确认其色差;软件确认送检实物样的标准光谱值(即光谱发射率)、Lab值，并存储记录。 (3)进入正常生产环节，多光谱成像系统在凹印机上在线监控印刷品光谱值，当印刷品的光谱值与标准样的光谱值发生差异，且差值大于设定阈值时，及时报警提醒客户，同时告知哪个色组的油墨、溶剂发生异常。 值得一提的是，多光谱成像系统能够进行多个点的光谱反射率、Lab值的实时监控，有效解决了卷筒纸凹印产品无法进行色差抽检的问题，加上采用穹顶光源，能够进行激光全息产品的稳定颜色测量。 但需要注意的是，凹印过程中除了会出现色差缺陷之外，还会出现刀线、飞墨等印刷缺陷，因此多光谱成像系统配合高速高精度相机使用，能综合完成全部缺陷的检测、监控，并反馈给操作工人进行调整。 多光谱成像系统的发展前景 多光谱成像系统能够实现凹印在线颜色测量，即对印刷品表面光谱反射率进行稳定测量，这就给该系统定义了更加广阔的发展前景。 1.建立同色同谱颜色控制方法 通过在线测量得到印刷品的光谱反射率，其是印刷品的唯一标识，在相同光源照明下，相机如果保持稳定和一致，那么可以得到相同的光谱反射率，这样就能始终通过监控光谱的变化来判定印刷过程是否存在变化，通过结合Lab值，避免了目视颜色相同但实质不同或目视颜色不同但实质相同的问题。这就是同色同谱颜色控制方法。 2.实现油墨自动供给 由于印刷品表面颜色是由油墨附着所致，所以油墨影响印刷品表面最终的光谱反射率;反之，如果知道光谱反射率，未来可以推导出所用油墨的颜色和用量，这给控制油墨自动供给提供了可能。 3.建立颜色控制体系 终端用户希望最终产品拥有完全相同的颜色，但实际上，即使使用相同的色差标准，由于印刷企业、油墨供应商不同，或印刷设备、色差测量设备不同，都会导致最终产品产生或多或少的色差。如果将多光谱成像系统与相同体系下的离线颜色测量设备结合，就能建立统一的颜色控制体系。 随着多光谱成像系统的深入研究，类似凹印激光全息烟包的颜色测量方法会越来越成熟，并得到大力推广。 |
