一种面向同色异谱防伪的打印印刷光谱分色方法

摘要

本发明公开了一种面向同色异谱防伪的打印印刷光谱分色方法，其依据皮尔逊相关系数计算实现了同色异谱防伪检测光源的合理选择；通过颜色科学相关计算公式，结合打印印刷设备呈色特性高精度建模，实现了同色异谱样本的准确制备；利用多级筛选方法，显著提高了同色异谱样本制备的效率及准确性。其在面向打印印刷技术的同色异谱样本制备方面，相比现有方法更具准确性，且实施方便。通过本方法确定同色异谱样本制备流程后，可结合各类图案图形设计，通过打印印刷方式实现印刷及包装领域的同色异谱防伪产品的设计与生产。

权利要求

1.一种面向同色异谱防伪的打印印刷光谱分色方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，在打印印刷系统的系统颜色空间中进行典型样本采样，获得P个典型色彩样本，并由打印印刷系统进行输出；

步骤2，测量步骤1所输出的典型色彩样本的光谱反射率信息，截取可见光范围内的光谱反射率数据R(R1,R2…RP)；

步骤3，利用皮尔逊相关系数公式求解任意光源相对光谱功率分布相关性，以皮尔逊相关系数小于阈值c为依据确定同色异谱检测光源对E1，E2，其中E1对应于色彩匹配之光源，E2对应于色彩不匹配之光源；

步骤4，采用如下方法，计算步骤2中测量所得各样本R(R1,R2…RP)所对应的各同色异谱集M(M1,M2…MP)；

步骤5，剔除步骤4中求得的任意样本R所对应的同色异谱集M中各波段量值不属于[0,

1]范围的同色异谱光谱；

步骤6，在打印印刷系统色空间进行全局采样并打印输出，测量输出样本光谱反射率信息并通过主成分分析方法将其降维至三维空间，利用凸包算法对该三维空间进行量化构建；

步骤7，利用计算机图形学领域inhull算法判断同色异谱光谱是否在步骤6所量化构建的色域之内，若不在色域内，则对经步骤5精简后所得样本集进行二次剔除，得任意样本R(R1，R2…RP)所对应的同色异谱集N(N1，N2…NP)；

步骤8，构建打印印刷系统的CYNSN模型，实现由打印印刷设备色空间向输出光谱空间的映射；

步骤9，通过序列二次规划算法实现步骤8所构建CYNSN模型的反向建模，进而对步骤7所得任意样本R对应的同色异谱集N中各光谱进行反向分色，并打印印刷输出；

步骤10，测量任意样本R对应的同色异谱集N中样本的输出光谱，并计算步骤3中定义的E2光源条件下任意样本R与同色异谱集N中各光谱之间的CIEDE2000色差，以色差最大化为依据，选取代表性同色异谱光谱；

其中步骤4具体包括：

步骤4.1，计算基于步骤3定义的色彩匹配光源E1的色彩物体匹配函数，如公式(2)所示，其中A表示人眼视觉匹配函数，Ψ＝ATE1   (2)

步骤4.2，计算色彩物体匹配函数的正交投影算子，如公式(3)所示，步骤4.3，利用公式(4)求解任意样本R所对应的同色异谱集M，其中α为可变参数，其取值范围为[s,t]，取值间隔为w；

阈值c的取值为0.60；

预设区间下限s取值为0，预设区间上限t取值为2，取值间隔w＝0.02。

说明书

一种面向同色异谱防伪的打印印刷光谱分色方法

技术领域

[0001] 本发明属于印刷包装防伪技术领域，具体涉及一种面向同色异谱防伪的打印印刷光谱分色方法。

背景技术

[0002] 在颜色科学领域，同色异谱是指不同色彩样本在特定照明及观察下条件下色彩匹配，但在其它照明及观察条件下色彩不匹配的现象。从色度学角度分析，该现象的产生是由色彩三刺激值的形成机理所决定的。色彩三刺激值是指人眼感受外界光信号刺激所产生的颜色感觉，其实质为颜色物质的光谱反射率在照明条件以及人眼感知特性影响下于人类视觉中枢中所形成的一种积分响应，如公式(1)所示：

[0003]

[0004]

[0005] 其中 表示人眼视觉匹配函数，E(λ)表示照明光源,R(λ)表示物质颜色的光谱反射率信息,λ表示400nm-700nm范围内的可见光波长。可见，色彩三刺激值的实质是颜色光谱反射率信息在不同光源与感知光谱灵敏度条件下于人眼或设备感光元件中形成的一种从高维到低维的转换响应。因此可以推断，随着光源及观察者的改变，不同色彩样本色度信息会出现特定条件下色彩匹配而其它条件色彩不匹配的问题，此问题即为同色异谱问题。

[0006] 印刷包装行业是我国国民经济的重要组成部分，其与人们群众的生活息息相关。鉴于同色异谱现象所具有的上述特性，目前其在印刷包装防伪领域的应用已得到了业界的广泛关注，其核心问题主要集中于高品质同色异谱样本的制备工艺方面。例如，中国专利
103018813A描述了一种基于同色异谱效应的金属介质光变防伪薄膜，为包装防伪领域提供了一项新的手段。中国专利CN101244679A则通过借助不同磁性油墨在红外吸收及反射特性上的差异，在特种印刷领域实现了基于特种油墨的同色异谱防伪。但是上述应用研究普遍依赖于较为复杂的材料制备工艺，故其应用成本相对较高。2010年，中国专利CN102342087A提出了一种用于在彩色印刷机上直接创建同色异谱颜色区块集合的方法，为同色异谱防伪技术的发展提供了一种快捷简便且经济有效的方法。然而，由于此项技术在同色异谱样本制备方法上采用简 单枚举及多次迭代的方法，故其在方法实施效率方面仍存在较为明显的不足。

[0007] 综上所述，在目前印刷包装防伪技术研发领域，现有技术在同色异谱防伪技术研发方面仍存在方法适用性、灵活性以及合理性无法兼顾的问题。

发明内容

[0008] 本发明的目的在于提供一种面向同色异谱防伪的打印印刷光谱分色方法，以解决目前印刷包装防伪技术存在方法适用性、灵活性以及合理性无法兼顾的问题。

[0009] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

[0010] 一种面向同色异谱防伪的打印印刷光谱分色方法，包括以下步骤：

[0011] 步骤1，在打印印刷系统的系统颜色空间中进行典型样本采样，获得P个典型色彩样本，并由打印印刷系统进行输出；

[0012] 步骤2，测量步骤1所输出的典型色彩样本的光谱反射率信息，截取可见光范围内的光谱反射率数据R(R1,R2…RP)；

[0013] 步骤3，利用皮尔逊相关系数公式求解任意光源相对光谱功率分布相关性，以皮尔逊相关系数小于阈值c为依据确定同色异谱检测光源对E1，E2，其中E1对应于色彩匹配之光源，E2对应于色彩不匹配之光源；

[0014] 步骤4，采用如下方法，计算步骤2中测量所得各样本R(R1,R2…RP)所对应的各同色异谱集M(M1,M2…MP):

[0015] 步骤4.1，计算基于步骤3定义的色彩匹配光源E1的色彩物体匹配函数，如公式(2)所示，其中A表示人眼视觉匹配函数，

[0016] Ψ＝ATE1   (2)

[0017] 步骤4.2，计算色彩物体匹配函数的正交投影算子，如公式(3)所示，[0018]

[0019] 步骤4.3，利用公式(4)求解任意样本R所对应的同色异谱集M，其中α为可变参数，其取值范围为[s,t],取值间隔为w；

[0020]

[0021] 步骤5，剔除步骤4中求得的任意样本R所对应的同色异谱集M中各波段量值不属于[0,1]范围(即不符合反射光谱物理意义)的同色异谱光谱；

[0022] 步骤6，在打印印刷系统色空间进行全局采样并打印输出，测量输出样本光谱反射率信息并通过主成分分析方法将其降维至三维空间，利用凸包算法对该三维空间进行量化构建；

[0023] 步骤7，利用计算机图形学领域inhull算法判断同色异谱光谱是否在步骤6所量化构建的色域 之内，若不在色域内，则对经步骤5精简后所得样本集进行二次剔除，得任意样本R(R1，R2…RP)所对应的同色异谱集N(N1，N2…NP)；

[0024] 步骤8，构建打印印刷系统的CYNSN模型(Cellular Yule-Nielsen Spectral Neugebauer Model)，实现由打印印刷设备色空间向输出光谱空间的映射；

[0025] 步骤9，通过序列二次规划算法实现步骤8所构建CYNSN模型的反向建模，进而对步骤7所得任意样本R对应的同色异谱集N中各光谱进行反向分色，并打印印刷输出；

[0026] 步骤10，测量任意样本R对应的同色异谱集N中样本的输出光谱，并计算步骤3中定义的E2光源条件下任意样本R与同色异谱集N中各光谱之间的CIEDE2000色差，以色差最大化为依据，选取代表性同色异谱光谱。

[0027] 而且，阈值c的取值为0.60。

[0028] 而且，设可变参数α的预设区间为[s,t]，预设区间下限s取值为0，预设区间上限t取值为2，预设步长w＝0.02。

[0029] 本发明依据皮尔逊相关系数计算实现了同色异谱防伪检测光源的合理选择；通过颜色科学相关计算公式，结合打印印刷设备呈色特性高精度建模，实现了同色异谱样本的准确制备；利用多级筛选方法，显著提高了同色异谱样本制备的效率及准确性。其在面向打印印刷技术的同色异谱样本制备方面，相比现有方法更具准确性，且实施方便。通过本方法确定同色异谱样本制备流程后，可结合各类图案图形设计，通过打印印刷方式实现印刷及包装领域的同色异谱防伪产品的设计与生产。

附图说明

[0030] 图1为本发明实施例的流程图；

[0031] 图2为本发明所制备同色异谱样本的光谱反射率曲线实例。

具体实施方式

[0032] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0033] 如图1所示实施例提供的一种面向同色异谱防伪的打印印刷光谱分色方法，该方法在一定幅度上提高了面向打印印刷技术的同色异谱样本制备精度及效率。

[0034] 本实施例中采用CMYK四色喷墨打印系统和FANTAC210克高光相纸，其中CMYK分别是青(Cyan)、品红(Magenta)、黄(Yellow)、黑(Black)四种颜色的英文简称。需要说明的是，本发明并不局限于四色打印机及特定纸张类型，其对于多色打印印刷系统以及其他类型纸张介质同样适用。

[0035] 本实施例具体包括以下步骤：

[0036] 1)在打印印刷系统的系统颜色空间中进行典型样本采样，获得P个典型色彩样本，并由打印印刷系统进行输出。

[0037] 其中在CMYK四色喷墨打印系统中依据IT8.7/3标准色卡数据进行采样，共打印输出得到988个典型色彩样本。

[0038] 2)测量1)所输出的典型色彩样本的光谱反射率信息，截取可见光范围内的光谱反射率数据R(R1,R2…RP)。

[0039] 可见光范围一般为400nm—700nm。实施例将1)生成的典型颜色样本，用CMYK四色喷墨打印机和FANTAC210克高光相纸输出并用分光光度计测量其光谱反射率，截取400nm—700nm间隔的光谱反射数据。

[0040] 3)利用皮尔逊相关系数公式求解任意光源相对光谱功率分布相关性，以皮尔逊相关系数小于阈值c为依据确定同色异谱检测光源对E1，E2，其中E1对应于色彩匹配之光源，E2对应于色彩不匹配之光源。

[0041] 实施例中，对CIE标准照明体A,B,C,D65,D50,F2,F8,F11等8类光源两两之间的皮尔逊相关系数进行了求解，其中阈值c设定为0.60。结合实际情况，实施例分别采用标准照明体A及D65作为E1，E2，其二者间皮尔逊相关系数值为-0.712，具有较大的差异性。

[0042] 其中，皮尔逊相关系数为现有统计学方法，本发明不予赘述。

[0043] 4)采用如下方法，计算2)中测量所得各样本R(R1,R2…RP)所对应的同色异谱集M(M1,M2…MP)：

[0044] 4.1)计算基于3)定义的色彩匹配光源E1的色彩物体匹配函数，如公式(2)所示，其中A表示人眼视觉匹配函数，

[0045] Ψ＝ATE1   (2)

[0046] 4.2)计算色彩物体匹配函数的正交投影算子，如公式(3)所示，

[0047]

[0048] 4.3)利用公式(4)求解任意样本R所对应的同色异谱集M，其中α为可变参数，其取值范围为[s,t],取值间隔为w；

[0049]

[0050] 依据上述公式(2)(3)(4)所描述的计算过程，最终实施例中计算得到IT8.7/3标准色卡所定义的988个典型色彩样本所各自对应的同色异谱集。其中，设可变参数α的预设区间[s,t]其下限s取值为0，上限t取值为2，预设步长w＝0.02。故各个同色异谱集中包含100条同色 异谱光谱。

[0051] 5)剔除4)中求得的任意样本R所对应的同色异谱集M中各波段量值不属于[0,1]范围(即不符合反射光谱物理意义)的同色异谱光谱；

[0052] 在实施例中，以IT8.7/3中样本(C,M,Y,K)＝(40,10,10,20)为例，其依据3)4)所求得对应同色异谱集中的100条光谱，有28条存在各波段量值不属于[0,1]范围的情况，故将此类同色异谱光谱予以剔除，其它样本依此类推。

[0053] 6)在打印印刷系统色空间进行全局采样并打印输出，测量输出样本光谱反射率信息并通过主成分分析方法将其降维至三维空间，利用凸包算法对该三维空间进行量化构建；

[0054] 实施例中对CMYK四色打印系统各维度进行5级均匀采样，各维度采样值分别为0,25,50,75,100，采样点总数为5*5*5*5＝625个。随后，依次进行打印输出，光谱测量，主成分三维降维以及凸包体积构建步骤，其中主成分分析及凸包算法为现有技术，本发明不予赘述。

[0055] 7)利用计算机图形学领域inhull算法判断同色异谱光谱是否在6)所量化构建的色域之内，若不在色域内，则对经5)精简后所得样本集进行二次剔除，得任意样本R(R1，R2…RP)所对应的同色异谱集N(N1，N2…NP)。以实施例中样本(C,M,Y,K)＝(40,10,10,20)为例，经本步骤光谱剔除后，其剔除超色域同色异谱光谱25条，精简后同色异谱集中光谱47条。

[0056] 其中，inhull算法为现有技术，可参见如下网址，本发明不予赘述。http://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/10226-inhull。

[0057] 8)构建打印印刷系统的CYNSN模型(Cellular Yule-Nielsen Spectral Neugebauer Model)，实现由打印印刷设备色空间向输出光谱空间的映射；

[0058] 实施例采用6)所述625个均匀采样样本构建CMYK四色打印系统CYNSN模型，其中CYNSN模型为现有技术，本发明不予赘述。

[0059] 9)通过序列二次规划算法实现8)所构建CYNSN模型的反向建模，进而对7)所得任意样本R对应的同色异谱集N中各光谱进行反向分色，并打印印刷输出；

[0060] 实施例中采用序列二次规划算法对8)中所构建的CYNSN模型进行反向建模，即建立由任意样本R对应的同色异谱集N中各光谱向设备控制CMYK值的映射。以实施例中样本(C,M,Y,K)＝(40,10,10,20)为例，本步骤对7)中计算所得47条同色异谱光谱对应设备控制CMYK值进行求解，得47组CMYK值，其它样本依此类推。

[0061] 10)测量任意样本R对应的同色异谱集N中样本的输出光谱，并计算3)中E2光源条件下任意样本R与同色异谱集N中各光谱之间的CIEDE2000色差，以色差最大化为依据， 选取代表性同色异谱光谱。

[0062] 实施例中，首先，以CIEDE2000色差最大化为依据，选取988个典型色彩样本各自同色异谱集中同色异谱效果最为明显的同色异谱光谱。其中，图2所示即为(C,M,Y,K)＝(40,10,10,20)样本及其对应最优同色异谱样本的光谱反射率曲线。其二者色彩数据如下：原始样本：

[0063] 设备控制CMYK值＝(40,10,10,20)；

[0064] A照明体下XYZ值＝(47.2,46.1,20.3)；

[0065] D65照明体下XYZ值＝(43.2,48.5,62.2)；

[0066] 图二示同色异谱样本：

[0067] CMYK＝(32,14,1,26)；

[0068] A照明体下XYZ值＝(47.1,46.3,20.4)；

[0069] D65照明体下XYZ值＝(44.9,47.2,63.2)；

[0070] 二者A照明体下CIEDE2000色差：0.74

[0071] 二者D65照明体下CIEDE2000色差：9.59

[0072] 由以上可见其同色异谱程度明显。随后，依据同样标准，在988组同色异谱光谱对样本中选取10组最为明显的同色异谱光谱对，至此同色异谱样本制备完毕，其对应样本及设备控制CMYK值即为实施例最终所求。

[0073] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。