Kleur & kwaliteit Deel 3: Densitometrie

Transcriptie

1

2 Kleur & kwaliteit 3 Deel 3: Densitometrie 3.1 Meetprincipe van een opzichtdensitometer Filters in de densitometer Kleurfilters en helderheidsfilters Polarisatiefilters Densitometrische meetwaarden Meting IJken op papierwit Volvlakdensiteit Rasterdensiteit Optisch werkzame oppervlaktebedekking (rastertoonwaarde) Beoordeling Rasterpercentage Puntvergroting Contrast Inktaanname (trapping) Standaardisatie in de druk Grenzen van de densitometrie Kleurruimtes en spectrofotometrie 21 3

3 Doorzichtdensitometer De goedkoopste en meest toegepaste meetmethode in reproductie en druk is de densitometrie. Densitometers zijn als handmeter verkrijgbaar, maar ook in de vorm van een geautomatiseerd meetstation (zogenoemde Scanning Densitometer). Er worden twee soorten densitometers gebruikt, afhankelijk van het toepassingsgebied: Opzichtdensitometer Voor de meettechnische beoordeling van drukvellen (opzichtmodellen) worden opzichtdensitometers gebruikt. In de reproductie worden doorzichtdensitometers gebruikt voor de meettechnische bepaling van de filmzwarting (doorzichtmodellen). Op de volgende pagina s wordt nader ingegaan op de techniek van de opzichtdensitometrie. 3.1 Meetprincipe van een opzichtdensitometer Bij de opzichtdensitometrie wordt de te meten inktlaag door een lichtbron belicht. Het licht dringt door de transparante inktlaag heen en wordt daarbij afgezwakt. Het resterende licht wordt door de papieren ondergrond sterk verstrooid. Van dit strooilicht doorloopt een deel nogmaals de inktlaag en wordt daardoor nog verder afgezwakt. Het nu nog resterende licht bereikt uiteindelijk een fotocel, die het licht omzet in elektrische energie. Het resultaat van de opzichtdensitometrie wordt aangegeven als densiteitswaarde. Bij de meting worden ter bundeling van het licht lenzensystemen toegepast. Polarisatiefilters dienen ter vermindering of onderdrukking van de glans van natte drukinkt (zie hoofdstuk 3.2.2); bij het meten van bonte kleuren worden kleurfilters in de lichtweg aangebracht (zie hoofdstuk 3.2.1). 4

4 Kleurfilter Kleurfilter Kleurfilter Polarisatiefilter Papier Polarisatiefilter Lenzensysteem In de afbeelding is het meten van een bonte kleur schematisch in beeld gebracht. Het door de lichtbron geprojecteerde witte licht bestaat in het ideale geval uit gelijke aandelen rood, groen en blauw. De te meten drukinkt bevat pigmenten die rood absorberen en groen en blauw reflecteren en wordt daarom cyaan genoemd. Met de densitometer willen we in het absorptiegebied van de betreffende kleur meten, omdat daar een goede correlatie bestaat tussen densiteit en inktlaagdikte. In ons voorbeeld wordt daarom een roodfilter gebruikt dat blauw en groen tegenhoudt en alleen rood doorlaat. De densiteit van een drukinkt is in de eerste plaats afhankelijk van de soort pigment, de pigmentconcentratie en de inktlaagdikte. Voor een gegeven drukinkt is de gemeten densiteit weliswaar een maat voor de inktlaagdikte, maar daarmee is nog niets gezegd over de werkelijke kleur. 5

5 3.2 Filters in de densitometer Kleurfilters en helderheidsfilters De kleurfilters in een densitometer zijn afgestemd op het absorptiegedrag van cyaan, magenta en geel. In de hiervoor geldende normen als DIN en ISO/ANSI 5/3 zijn de spectrale doorlatingsgebieden en de locatie van de doorlatingsmaxima vastgelegd. Van de daarin gedefinieerde smal- en breedbandkleurfilters (bij ISO met status A en T aangegeven) moeten bij voorkeur de smalbandfilters worden gebruikt, omdat hierbij geringere meetwaardeafwijkingen tussen de fabrikaten onderling optreden. Als kleurfilter moet steeds de complementaire kleur van de te meten gedrukte kleur worden gekozen. Zwart wordt gemeten met een optisch filter dat is aangepast aan de spectrale lichtgevoeligheid van het menselijk oog. Extra kleuren worden gemeten met het filter waarmee de hoogste meetwaarde wordt bereikt. Drukinkt Cyaan Magenta Geel Filterkleur Rood Groen Blauw De volgende drie afbeeldingen laten de reflectiecurven van de schaalkleuren cyaan, magenta en geel zien met de bijbehorende kleurfilters volgens de DIN norm. 6

6 1,0 Cyaan β ( λ) 0,5 0,0 1, Magenta β nm ( λ) 0,5 0, nm 1,0 Geel β ( ) λ 0,5 0, nm 7

7 3.2.2 Polarisatiefilters Met een densitometer kunnen zowel droge als natte drukinkten worden gemeten. Natte inkt heeft een glad en glanzend oppervlak. Tijdens het drogen past de inkt zich aan de onregelmatige structuur van het papieroppervlak aan en vermindert de glans. Als een drukinkt eerst nat en vervolgens droog wordt gemeten, levert dit verschillende meetwaarden op. Om dit verschil zoveel mogelijk te elimineren worden er twee gekruiste lineaire polarisatiefilters in de lichtweg geplaatst. Polarisatiefilters laten van de in alle richtingen trillende lichtgolven uitsluitend die van één trillingsrichting door. De door het eerste polarisatiefilter geprojecteerde lichtstralen worden voor een deel ook spiegelend gereflecteerd door het inktoppervlak, maar ze veranderen daarbij niet van trillingsrichting. Het tweede polarisatiefilter is ten opzichte van het eerste 90 gedraaid, zodat deze gereflecteerde lichtgolven niet worden doorgelaten. Lichtstralen die de inktlaag wel binnendringen en van daaruit òf pas door het bedrukte materiaal worden gereflecteerd, verliezen hun oorspronkelijke trillingsrichting (polarisatie). Daardoor worden ze voor een deel door het tweede filter doorgelaten, waarna ze op de fotocel terechtkomen. Door het blokkeren van het door de natte inkt spiegelend gereflecteerde deel van het licht wordt dus bereikt dat de meetresultaten van natte en droge inkt nagenoeg gelijk zijn. Papier Verstrooiingsrichting Trillingsrichting Vanwege de absorptie door de polarisatiefilters komt echter minder licht op de fotocel terecht. Hierdoor worden in principe hogere densiteitswaarden verkregen dan bij metingen zonder polarisatiefilters. 8

8 3.3 Densitometrische meetwaarden Densitometers geven als meetresultaat de densiteitswaarde D in een logaritmisch getal. Dit getal geeft de verhouding aan tussen het door referentiewit geabsorbeerde licht en het door de gemeten inktlaag geabsorbeerde licht. In de praktijk wordt meestal kortweg over densiteit gesproken. De densiteitswaarde wordt berekend volgens onderstaande formule: D = lg 1 β De reflectiegraad (ook bèta-waarde genoemd) wordt als volgt berekend: β = Le P Le W 100 % Le W Le P 50 % Le P 50% β = = = 0,5 Le W 100% waarbij Le p de reflectie van de gemeten drukinkt is en Le w de reflectie van het referentiewit. De reflectiegraad β geeft de verhouding aan tussen de lichtreflectie van een te meten proef (drukinkt) en papierwit (referentiewit). Met deze β-waarde kan de densiteit als volgt worden uitgerekend: 1 1 D = lg = lg = lg 2 = 0.30 β 0,5 9

9 Tussen inktlaagdikte en densiteit bestaat een nauwe relatie. In onderstaande afbeelding is te zien dat naarmate de inktlaag dikker wordt de reflectie afneemt en de densiteitswaarde hoger wordt. 90 % β = Le p Lew D = 1 β β = 0,9 D = % β = 0,5 D = % β = 0,1 D = % β = 0,01 D = ,1 % β = 0,001 D = ,1% β = 0,001 D =

10 Het diagram laat de relatie zien tussen inktlaagdikte en densiteit voor de vier schaalkleuren bij offsetinkten. Densiteit Zwart Cyaan Magenta Geel Inktlaagdikte 0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 µm De verticale lijn geeft de in de offsetdruk gebruikelijke inktlaagdikte van ongeveer één micrometer aan. Uit het diagram blijkt dat de densiteitscurven pas bij aanzienlijk hogere inktlaagdikten afvlakken. Vanaf deze laagdikten kan nauwelijks nog een verhoging van de densiteit worden waargenomen; zelfs een meting in een vol blik inkt zou geen hogere waarde opleveren. Dergelijke hoge inktlaagdikten zijn voor de vierkleuren-offsetdruk overigens niet relevant. 11

11 3.4 Meting IJken op papierwit Densitometers moeten voor de meting worden geijkt op het wit van het oplagepapier (referentiewit), om invloeden van de kleur en het oppervlak van het papier bij de meting van de op het papier gedrukte inktlaag uit te sluiten. Hiertoe wordt de densiteit van het papierwit ten opzichte van absoluut wit gemeten, waarna deze waarde tot nul wordt verklaard (display wordt ingesteld op D = 0.00) Volvlakdensiteit Bij het meten van een volvlak spreekt men van volvlakdensiteit, afgekort DV. De volvlakdensiteit wordt gemeten aan een drukcontrolestrip, die dwars op de drukrichting word meegedrukt en naast andere controle-elementen volvlakvelden voor alle vier de schaalkleuren (en voor de eventuele extra kleuren) bevat. Met behulp van de volvlakdensiteit kan een gelijkmatige inktlaag over de hele breedte van het vel en door de hele oplage heen (met enige toleranties) worden ingesteld en gehandhaafd Rasterdensiteit De rasterdensiteit wordt gemeten aan de rastervelden van de drukcontrolestrip. In het drie à vier millimeter grote, meestal ronde meetveld wordt net als door het menselijk oog een combinatie van rasterpunten en papierwit waargenomen. De gemeten waarde is de rasterdensiteit DR. De meetwaarde is hoger naarmate een groter deel van de oppervlakte door rasterpunten bedekt is en naarmate de inktlaag dikker is. 12

12 3.4.4 Optisch werkzame oppervlaktebedekking (rastertoonwaarde) Bij de densitometrische meting van rasters wordt niet de geometrische oppervlaktebedekking, d.w.z. de oppervlakteverhouding tussen rasterpunten en papierwit gemeten, maar de optisch werkzame oppervlaktebedekking. Het verschil tussen geometrische en optisch werkzame oppervlaktebedekking is, dat zowel bij de visuele beoordeling als bij de densitometrische meting een deel van het invallende licht op de onbedrukte plaatsen tussen de rasterpunten het papier binnendringt, maar bij het terugkaatsen onder de rasterpunten terechtkomt en daar geabsorbeerd wordt. Papier Dit verschijnsel wordt lichtabsorptie genoemd. Het effect is dat de rasterpunten optisch groter lijken dan ze in werkelijkheid zijn. De optisch werkzame oppervlaktebedekking bestaat dus uit de geometrische oppervlaktebedekking plus de optische toename. 13

13 3.5 Beoordeling Uit de meetwaarden van volvlak en raster kunnen de rastertoonwaarde (rasterpercentage), de toonwaardetoename (puntvergroting) en het contrast worden berekend. Voorwaarde is wel dat de densitometer van tevoren is geijkt op het papierwit Rasterpercentage Uit de meetwaarden DV en DR kan met behulp van de Murray-Davisformule het rasterpercentage in de druk F D worden bepaald: 1 10 DR F D (%) = DV Puntvergroting De puntvergroting Z is het verschil tussen het gemeten rasterpercentage in de druk F D en het bekende rasterpercentage op de film F F. Z (%) = F D F F Contrast Het relatieve drukcontrast K wordt eveneens berekend uit de volvlakdensiteit DV en de rasterdensiteit DR. De DR-waarde wordt in dit geval bij voorkeur gemeten in het driekwarttoongebied. DV DR K (%) = 100 DV 14

14 3.5.4 Inktaanname (trapping) Het inktaannamegedrag wordt berekend uit de densiteitswaarden van de een-, twee- en driekleuren volvlak-trappingvelden van de drukcontrolestrip, waarbij rekening wordt gehouden met de kleurvolgorde. De volgens onderstaande formules berekende trappingwaarde geeft aan voor hoeveel procent een kleur op een andere kleur ligt. Ter vergelijking dient de alleen op het papier gedrukte kleur, waarvan de trappingwaarde op 100% wordt gesteld Twee kleuren over elkaar (samendruk) FA 2 1 D 1+2 D 1 (%) = 100 D 2 Daarbij is D 1+2 D 1 D 2 Densiteit van kleur 1 en kleur 2 over elkaar heen gedrukt Densiteit van de als eerste gedrukte kleur Densiteit van de tweede gedrukte kleur. Attentie: Alle densiteitswaarden moeten worden gemeten met het complementaire kleurfilter van kleur Drie kleuren over elkaar (samendruk) FA D D 1+2 (%) = 100 D 3 Daarbij zijn D D 3 Densiteit van kleur 1 + kleur 2 + kleur 3 over elkaar heen gedrukt Densiteit van de als laatste gedrukte kleur. Attentie Alle densiteitswaarden moeten worden gemeten met het complementaire kleurfilter van kleur 3. 15

15 Deze formules worden ook gebruikt door het Heidelberg CPC 21 kwaliteitscontrolesysteem. Daarnaast zijn er nog andere berekeningsmethoden voor het bepalen van de trapping. Alle methoden zijn omstreden, zodat de gevonden waarden niet als absoluut mogen worden beschouwd. Voor een vergelijking tussen verschillende oplagen en vooral binnen een oplage zijn ze echter voldoende nauwkeurig. Hoe hoger de FA-waarde, hoe beter de trapping. 3.6 Standaardisatie in de druk Van model tot gedrukt product moet in de offsetdruk een groot aantal productiefasen worden doorlopen, zoals reproductie (kleurseparatie), proefdruk of proof, plaatkopie en oplagedruk. In elk van deze productiefasen verandert de grootte van de drukbeeldelementen: rasterpunten worden groter of kleiner, lijnen worden dunner of dikker. Het karakteristieke gedrag in elk van deze processtappen kan door zogenoemde overdrachtscurven worden beschreven. De bekendste zijn de kopieerkarakteristieke curve en de drukkarakteristieke curve (zie ook hoofdstuk 2.2.3). Tijdens het hele reproductieproces wordt ernaar gestreefd model en gedrukt product zo goed mogelijk met elkaar in overeenstemming te brengen. In de prepress-fase moet men daarom alle overdrachtscurven kennen, zodat ervoor kan worden gezorgd dat de uit het productieproces voortvloeiende veranderingen van de drukbeeldelementen worden gecompenseerd. Uit bedrijfseconomisch oogpunt is dit echter alleen haalbaar als er zo weinig mogelijk verschillende overdrachtscurven zijn. Indien men gebruik maakt van de profieltechniek van het International Color Consortium (ICC) kunnen de variabelen van zowel het beeldbewerkingsproces als het kleurseparatieen drukproces vastgelegd worden in digitaal overdraagbare input-, beeldscherm- en outputprofielen. 16

16 Alle relevante variabelen worden zo eenduidig vastgelegd in internationaal aanvaarde normen. Het doel van de standaardisatie is dan ook zo weinig mogelijk standaard-overdrachtscurven of profielen te definiëren en de toleranties ervan vast te leggen, om onafhankelijk van de eigenschappen van bepaalde kopieerinrichtingen of drukpersen op economische wijze drukwerk van goede kwaliteit te kunnen produceren. Alle processtappen moeten daarop zijn afgestemd, waarbij het er vooral op aankomt onder zo constant mogelijke omstandigheden te werken. Drukcontrolestrips, plaatkopieelementen en uiteraard kleurmetingsapparatuur op of bij de drukpers zijn daarbij onontbeerlijk. Internationaal bestaan er vele verschillende standaardiseringssystemen, die echter allemaal dezelfde doelstelling hebben: zo efficiënt mogelijk een goede, constante kleurseparatie- en drukkwaliteit produceren. Handleidingen voor standaardisatie in druk zijn verkrijgbaar bij onderzoeksinstituten en via grafische toeleveranciers. Als voorbeeld noemen we het door de Fogra, het Duitse onderzoeksinstituut voor druk- en reproductietechniek, in opdracht van de Duitse grafische organisatie BVD (Bundesverband Druck e.v.) uitgewerkte standaardisatieconcept. Dit standaardisatieconcept wordt uitvoerig beschreven in de publicatie Anleitung zur Standardisierung im Offsetdruckverfahren Unterweisungsmaterial für Kopie und Druck, Bundesverband Druck e.v. te Wiesbaden, Duitsland. Ook de BVD-publicatie Anpassung von Digitalprüfdrucksystemen an den Offsetdruck over op standaardmethodes geproduceerde proefdrukken en oplagedrukken bevat uiterst bruikbare informatie over met de ICC-profieltechnologie aangemaakte standaard drukvormen. 17

17 3.7 Grenzen van de densitometrie Densitometers werken net als de kleurseparatietechniek met speciale, op de vier schaalkleuren afgestemde kleurfilters. Ze geven een relatieve waarde voor de inktlaagdikte, meten dus niet de absolute optische kleurindruk. x = geschikt voor schaalkleuren = geschikt voor extra kleuren ( ) = slechts in beperkte mate geschikt Densitometer Kleurmetingsapparaat Farbmeßgerät met drie filters Spectraal Berekening recepten voor extra kleuren Inkt instellen (inrichten) volgens standaard volgens proefdruk-meetstrip volgens getalswaarden volgens proef volgens willekeurig model volgens beeld-informatie (repro) geschiktheid van kleur vaststellen x x ( ) ( ) (x) ( ) x (x) ( ) x (x) ( ) x Kleurbeoordeling (vergelijking) Regeling oplagedruk volgens volvlakveld volgens eenkleuren-rasterveld volgens meerkleuren-rasterveld in het drukbeeld kleurvervuiling herkennen papierveranderingen herkennen x x (x) ( ) ( ) Meetwaarden volvlakdensiteit rasterpercentage/puntvergroting trapping relatief trapping absoluut metamerie-indicatie volgens optische waarneming x x x ( ) ( ) ( ) (x) ( ) x (x) ( ) x (x) ( ) x 18

18 De toepassingsmogelijkheden van de densitometers zijn hierdoor beperkt. In de tabel op de pagina hiernaast zijn de toepassingsgebieden aangegeven, evenals die van fotometers met drie kleurfilters en spectrofotometers. Een belangrijke beperking van de densitometrie is dat dezelfde densiteitswaarden niet noodzakelijkerwijs dezelfde optische kleurindruk teweegbrengen. Dat is bijvoorbeeld het geval als de te vergelijken kleursubstanties verschillend zijn. Om deze reden kunnen geen streefwaarden voor het instellen van de inktgeving van proofs of andere modellen worden overgenomen. Even belangrijk is de beperking tot de drie kleurfilters rood, groen en blauw. Zodra kleurenstellen uit meer dan de vier schaalkleuren zijn opgebouwd, ontstaan er problemen bij het meten van de extra kleuren. Meestal beschikt men hiervoor niet over de juiste filters, wat te lage densiteitswaarden en onjuiste waarden voor de puntvergroting tot gevolg heeft. Kritisch is het gebruik van densitometers ook bij de regeling van de inktgeving aan de hand van meerkleurenrastervelden (bijvoorbeeld grijsvelden). Het meten van een grijsveld met de drie kleurfilters levert andere densiteitswaarden op dan wanneer de betreffende kleur alleen wordt gemeten. Elk van de drie kleuren draagt voor een groter of kleiner deel bij aan alle densiteitswaarden. De reden daarvan is dat de schaalkleuren niet voor honderd procent tweederde-kleuren zijn en daarom ook in andere golflengtegebieden licht absorberen. Een toepassingsgebied waarvoor densitometers wel doelmatig kunnen worden ingezet is het regelen en controleren van vierkleurendruk. In alle andere gevallen zijn densitometers slechts in beperkte mate geschikt. Aan de hand van drie voorbeelden zullen we uitleggen hoe extra kleuren met een densitometer worden gemeten. 19

19 1,0 β ( ) λ 0,5 Kleurmonster Pantone Warm Gray 1 0, nm Het afgedrukte kleurmonster (licht beige) heeft zoals in de afbeelding ernaast te zien is een relatief hoge remissie, die in het blauwe gebied ( nanometer) wat lager is. Dat betekent dat met een blauwfilter de hoogste densiteit wordt gemeten (0.17). Deze lage waarde is niet gemakkelijk te regelen, omdat veranderingen in de inktlaagdikte slechts zeer kleine veranderingen in de densiteitswaarde tot gevolg hebben. 1,0 β ( λ) 0,5 Kleurmonster HKS 8 0, nm 1,0 β ( λ) 0,5 Kleurmonster HKS 65 0, nm 20

20 Lichte pasteltinten worden daarom in de praktijk visueel beoordeeld aan de hand van een OK-vel en handmatig gecorrigeerd. De in het tweede en derde voorbeeld afgebeelde extra kleuren HKS 8 en HKS 65 zijn wat kleurtoon betreft totaal verschillend. Aan de remissiecurven is dat ook goed te zien. Bij beide kleuren is de absorptie in het blauwe gebied ( nanometer) het grootst, zodat ook in dit geval met een blauwfilter de hoogste densiteitswaarde (voor beide kleuren 1.60) wordt gemeten. Als twee kleuren bij meting met hetzelfde filter dezelfde densiteitswaarde hebben, betekent dat dus absoluut niet dat het om dezelfde kleur gaat! Om exacte meetgegevens te verkrijgen over hoe een kleur er uitziet, moet gebruik worden gemaakt van spectrale kleurmeting en spectrofotometrie. 3.8 Kleurruimtes en spectrofotometrie Er zijn substantiële verschillen tussen het contrast en de kleuromvang van een model en wat we daarvan kunnen reproduceren in druk. Zoals we eerder hebben gezien kunnen we het bereik of de kleurruimte die in druk weergegeven wordt op meerdere manieren uitbreiden. Met hogere densiteiten, hoger gepigmenteerde inkten, aanvullende steunkleuren, HexaChrome, aanvullende RGB kleuren in 7-kleurendruk (zogenaamde Hi-Fi Color) of meerkleurendruk met CMYK en bijvoorbeeld 4 extra steunkleuren kan men de kleurruimte sterk uitbreiden. Deze werkwijze kan uitsluitend bruikbaar ingezet worden als de kleurseparaties en gebruikte proefsystemen hierop aangepast worden. Om dat te realiseren is het nodig van elke combinatie, met behulp van een gestandaardiseerde testvorm, een kleurruimteberekening te maken. Met behulp van profielgeneratiesoftware kan men dan voor elke combinatie de juiste separatieprofielen aanmaken. 21

21 PrintOpen testvorm Een dergelijke testvorm bestaat uit ruim 200 vlakjes met combinaties van bijvoorbeeld CMYK. Een dergelijke vorm moet exact gemeten worden om de juiste kleurruimte te kunnen bepalen. Densitometers zullen door het gebruikte 3-filter systeem voor kleur onvoldoende nauwkeurige metingen opleveren. Het verdient daarom aanbeveling om zowel de testvorm als de uiteindelijk gedrukte resultaten te meten met een spectrofotometer. Kleurruimte-voorbeeld van een hooggepigmenteerde inkt In het vorige hoofdstuk hebben wij u ook aangetoond dat verschillen bij speciale hooggepigmenteerde HKS waarden niet goed meetbaar zijn in densiteiten. Dat zelfde geldt ook voor het bepalen van reproductiebereiken en het uitvoeren van moeilijke correctie. In de Lab-werkwijze is men in staat in het prepress traject vooraf de gewenste kleur te meten en vast te stellen of een dergelijke kleur in de gekozen druktechniek goed gereproduceerd kan worden. Spectrofotometrie is daarmee niet alleen een hulpmiddel geworden voor kwaliteitscontroleurs en drukkers maar het is ook zeer goed bruikbaar om de mogelijkheden van het reproductieproces te bepalen en op de drukkenmerken aan te passen. Kleurruimte-voorbeeld van een combinatie groen, blauw, oker en zwart De specialisten uit de drukwerkinkoop, reproductie en drukkerij kunnen daardoor dezelfde technische hulpmiddelen hanteren en communiceren aan de hand van numerieke, digitale en uitwisselbare informatie. 22