印刷品原色油墨光谱预测中减色线性经验空间的建立

在半色调印刷品原色油墨光谱预测技术中,在原光谱反射率空间进行主成分分析得到的代表性基向量数目会大于实际所使用的原色油墨数目,即光谱反射率空间并不适用光谱预测,且主成分分析得到的基向量会出现负值,没有物理意义。针对上述问题,建立了一个减色线性经验空间模型及其空间转换模型,并探究了影响经验空间线性程度n值的因素,通过实验及优化算法创新性找到确定最佳n值的方法,并在该减色线性经验空间进行半色调原稿原色油墨的预测实验。实验结果表明,在不同n值下,选取原始光谱反射率R_m和重构光谱反射率R_recon的f范数平方值的最小值对应的n值做为建立线性经验空间确定最佳n值的方法是有效的;为了将纸张和油墨类型对空间转换因数n的影响程度减到最小,最终确定n值为3.5;在减色线性经验空间进行印刷品原色油墨数目预测,得到的代表性基向量数目恰好等于实际印刷使用的原色油墨数目4,进行原色油墨光谱预测,预测的4色油墨除K色外,其他CMY色与实际原色油墨光谱相比拟合度GFC均大于99.9%。即所提出的优化n值的新方法建立的减色线性经验空间是一个可作为半色调印刷品原色油墨数目预测和光谱预测的有效线性空间。     

油墨组分比例预测模型与方法

因光学特性(吸收系数与散射吸收)与组分比例不呈严格的线性关系,基于K-M理论的配色模型无法保证比例预测精度,针对上述问题,建立了油墨组分比例预测模型与方法。首先利用与组分比例具有强线性相关性的特征波长处的光谱反射率倒数值替换K-M配色理论中的吸收系数与散射系数,引入非线性项,构建油墨混合呈色模型;然后在此基础上建立油墨组分比例预测模型。以两组二元基色油墨混合样本为例,对提出的油墨组分比例预测模型及方法进行验证。实验结果表明,文中方法可预测获得与真实结果较为接近的组分比例,两组实验样本的预测平均偏差分别为1.57%和3.6%,可为目标样油墨组分比例预测提供一种新的方法。     

油墨红外光谱相似度与计算机配色精度的关系研究

为了获得高精度的配色样品,提出了一种配色方法-成分分析配色法。该方法将化学分析法与计算机配色相结合,其核心是选取与目标色成分最接近的油墨进行配色,从而实现高精度的色彩匹配,为计算机配色发展提供新的思路。与目标色成分相近的油墨配色效果验证：使用某种油墨印制目标色,并用相同的油墨进行配色,以实现目标色成分与配色色样成分的一致性。使用三个不同品牌的油墨对目标色进行配色,比较配色精度及效率。使用泗联牌三种颜色油墨以任意比例通过印刷适性仪IGT-CI(荷兰)印制目标色,这些目标色包括间色和复色,各3个色样;使用配色软件X-Rite color master(美国)建立泗联、东洋、牡丹三个品牌油墨的配色基础数据库,并对不同目标色进行配色。结果表明使用与目标色相同的泗联油墨的配色精度远高于东洋、牡丹两个品牌的油墨,配色色差整体都很小,校正1～2次就能得到小于1.0的色差,最小达到0.36,几乎实现了目标色的同色同谱匹配。实验验证了成分分析配色法的核心“选取与目标色成分最接近的油墨进行配色,可以实现高精度色彩匹配”的可行性。判别目标色与配色油墨在成分上区别的化学分析工具探讨：为了判别目标色色料与配色油墨在成分上有区别,尝试使用“红外光谱相似度”作为判别的分析工具。使用红外光谱仪Thermo Nicolet 6700(美国)测出泗联、东洋、牡丹三个品牌的三种颜色油墨的红外光谱图,使用OMNIC软件中的相关性算法得到它们与目标色油墨的红外光谱相似度,并计算出平均相似度;将各品牌油墨的红外光谱相似度与其配色实验的精度进行对比分析,评价红外光谱相似度作为化学分析判别工具的有效性。结果表明泗联牌油墨与目标色的平均红外光谱相似度为100%,东洋的为86.53%,牡丹的为64.63%。当校正次数相同时,泗联油墨配色色差最小,配色精度最高;东洋次之,是泗联油墨配色色差的2倍左右;牡丹最差,是泗联油墨配色色差的3倍以上。配色结果与其红外光谱相似度的规律是一致的,目标色油墨与配色油墨之间的红外光谱相似度越高,越容易得到高精度的配色样品。实验证明了用成分分析配色法获得高精度的色彩匹配是可行的,使用红外光谱相似度作为目标色与配色油墨在成分上的分析工具对判别配色精度是有效的。今后的工作将探讨红外光谱相似度与配色精度间的相关性数值关系,以及进一步寻求更为有效的化学分析方法来判断目标色色料与配色油墨之间的成分关系。     

Stearns-Noechel模型的全光谱纱线配色算法

目前计算机配色中,拟合样与标准样的色差小时配方偏差较大,打样结果不理想,难以预测准确配方。在光学模型Stearns-Noechel模型的基础上进行算法优化。利用两个样品的分光反射率数据相等,则两个样品必然等色的特性,改进计算机配色算法程序中的判别条件,即通过MATLB编程计算,在区间[0 1]中,每间隔0.001,循环未知参数M值,选择全光谱反射率数据偏差最小时的参数M值计算拟合配比,代替色差最小时的参数M值计算拟合配比,并分别计算拟合样与标准样的相对配方偏差进行对比。结果表明,选择全光谱反射率数据偏差最小时参数M值对应的拟合配方,一次色的平均配方相对偏差为0.560,二次色为0.346;选择色差最小时参数M值对应的拟合配方,一次色的平均配方相对偏差为0.723,二次色为0.383;两种方法对比,可以看出无论是一次色还是二次色,优化算法后拟合样品与标准样品的配方相对偏差都比选择色差最小时对应的的相对配方偏差小,即优化后的拟合配方更加接近真实配方,配色精确度得到明显提高,有利于减少后期打样次数,提高配色效率。     

基于特征波段的高光谱技术检测水体中毒死蜱浓度的实验研究

为了探究反射光谱检测水体中毒死蜱农药的可行性,使用由ASD公司的FieldSpecPro地物波谱仪构成的高光谱采集系统在室内、室外环境获取两种不同浓度区间的毒死蜱样品的光谱数据。基于偏最小二乘(PLS)和主成分分析(PCA)算法分别对毒死蜱样品光谱数据建立全波段定量模型,结果两种模型的预测能力均较高。通过相关性分析(CA)计算相关系数来选择毒死蜱样品光谱的特征波长,其中浓度区间为5~75 mg·L-1的室内、室外实验光谱的特征波长为388,1 080,1 276 nm和356,1 322,1 693 nm,浓度区间为0.1~100 mg·L-1的室内外实验样品光谱的特征波长为367,1 070,1 276,1 708 nm和383,1 081,1 250,1 663 nm。结合PLS算法建立样品特征波长光谱数据的定量模型,结果与全波段模型相比,浓度区间为5~75 mg·L-1的室内外实验光谱PLS特征波长模型的校正集决定系数R2_C分别提高至0.987 5和0.999 2,预测集决定系数R2_P分别提高至0.989 4和0.994 4,校正集均方根误差RMSEC分别降低为2.841和0.714,预测集均方根误差RMSEP分别降低为1.715和1.244;浓度区间为0.1~100 mg·L-1的室内外实验光谱特征波长PLS模型的校正集决定系数R2_C分别提高至0.998 3和0.998 8,预测集决定系数R2_P分别提高至0.998 4和0.999 0,校正集均方根误差RMSEC分别降低为1.383和1.186,预测集均方根误差RMSEP分别降低为1.510和1.229,验证集标准差与预测均方根误差的比值(RPD)有所增加,尤其是针对浓度区间为0.1~100 mg·L-1的实验,RPD值显著增加至21.7,说明基于特征波长建立的毒死蜱样品定量模型具有较高精度的预测能力,但是通过不同浓度区间范围的对比实验发现,ASD地物光谱仪对低浓度的毒死蜱溶液预测的相对误差偏大,存在客观上的检测下限。为了保证不同试验条件下的毒死蜱农药的特征波长都得到分析,增强模型使用的普适性与鲁棒性,根据特征波长选择出4个波段,即351~393,1 065~1 086,1 245~1 281和1 658~1 713 nm作为特征波段。特征波段模型的波长变量个数共38个,相比于全波段模型的432个波长变量,模型变量精简了91.2%,其中浓度区间为5~75 mg·L-1的室内外实验光谱PLS特征波段模型的R2_C分别为0.993 7和0.987 8,R2_P分别为0.979 8和0.998 2,RMSEC分别为1.690和2.516,RMSEP分别为1.987和0.659;浓度区间为0.1~100 mg·L-1的室内外实验光谱特征波段PLS模型的R2_C分别为0.9882和0.9807,R2_P分别为0.9391和0.9936,RMSEC分别为3.345和3.942,RMSEP分别为8.996和2.663,且四种实验情况下的模型RPD值均大于2.5,满足定量分析条件。因此采用高光谱采集系统对室内和室外环境中毒死蜱农药的快速检测具有一定的可行性,此研究结果对有机磷农药等面源污染物快速检测有实际的应用价值,可为农田水体有机磷农药快速检测仪器的开发提供理论基础。     

光谱重构油菜叶绿素含量快速检测方法及设备研制

为了实现油菜叶片中叶绿素含量的快速无损检测,开发了手持式多光谱成像系统用于采集油菜叶片在460,520,660,740,840和940 nm 六个波段的光谱图像。将一台能够采集可见光/近红外（380～1 023 nm）512个波段光谱图像但是价格高昂且体积大的室内高光谱成像系统作为参考仪器,将手持式多光谱成像系统作为目标仪器后,采用伪逆法（pseudo-inverse method）求得高光谱成像系统和多光谱成像系统两台仪器之间的转换矩阵F,从而实现6个波段的多光谱图像向512个波段的高光谱图像的重构,提高了手持式设备的光谱分辨率。运用偏最小二乘回归算法（PLSR）建立了重构的光谱与油菜叶片的叶绿素含量之间的关系模型。结果表明,重构的可见光范围内的光谱反射率与叶绿素浓度之间具有很强的相关性,PLSR回归模型建模集的决定系数R2_c为0.82,建模集均方根误差RMESC为1.98,预测集的决定系数R2_p为0.78,预测集均方根误差RMESP为1.50,RPD为2.14。虽然应用本文开发的手持式成像系统结合PLSR模型实现油菜叶绿素含量快速无损预测的精度低于基于室内高光谱成像系统获得的高光谱图像建立的PLSR模型（R2_c,RMESC,R2_p,RMESP和RPD分别为0.90,1.41,0.82,1.36和2.37）,但是明显优于基于原始多光谱成像系统4个波段（460,520,660和740 nm）反射率建立的PLSR模型得到的结果（R2_c,RMESC,R2_p,RMESP和RPD分别为0.78,2.06,0.72,1.85和1.88）。表明光谱重构技术可提高多光谱成像预测油菜叶绿素含量的精度,并且与室内高光谱成像系统相比,开发的手持式设备具有体积小、成本低廉和操作简便等优点,可为田间油菜叶片的生理状态和养分检测及可视化表达提供技术支持。     

GA-BP神经网络结合PCA的多基色颜色预测模型

颜色分区法是简化多基色颜色复制的主要方法,本研究以3基色为组将7基色色空间分成6个子空间,结合主成分分析(PCA)对分区内颜色样本的光谱反射率降维,通过3层BP神经网络,建立样本网点面积率与多基色复制色光谱反射率的转换模型,并通过遗传算法(GA)对神经网络权值阈值进行优化,提高多基色复制的颜色预测精度.实验结果表明,在各分区训练样本数为64、检测样本数为216时,GA-BP神经网络模型颜色预测的平均色差(△Eab*)为1.669,光谱均方根误差(RMSE)为0.7％,预测精度和稳定性均高于BP神经网络模型和胞元Neugebauer模型.最后,将训练样本数为64的GA-BP模型与训练样本数量为125,216,343的BP神经网络模型(平均△Eab*分别为3.267,2.776,2.175,光谱RMSE为0.97％,0.79％,0.76％)进行了比较,结果表明训练样本数为64的GA-BP模型的预测精度与训练样本数量为343的BP神经网络模型相当.GA-BP模型仅需少量样本即可实现高精度的颜色预测,在应用中具有良好的可移植性.     

空间分辨散射光谱多参数信息融合方法的生鲜肉嫩度无损检测

嫩度是猪肉食用品质最重要的指标之一。猪肉嫩度取决于猪肉组织复杂的物理、化学特性,目前难以实现快速无损伤检测。探索空间分辨光谱技术用于生鲜肉嫩度无损检测的可行性。首先利用点光源高光谱扫描系统采集54块猪肉背最长肌的空间可分辨散射光谱,经过感兴趣区域选择,提取出猪肉样本表面光斑的空间扩散轮廓,结合4-参数洛伦兹分布函数对扩散轮廓进行非线性拟合,拟合优度R2>0.992,并通过残差分析,表明4-参数洛伦兹分布函数符合肉样表面光强的空间散射规律,进而提取出480～950 nm波长下空间分辨光谱的四个形态学参数：渐进值a、峰值b、半带宽c以及半带宽处的斜率d。然后将单参数谱分别与猪肉样本Warner-Bratzler剪切力（WBSF）测量值进行偏最小二乘回归（PLSR）分析。结果表明不同参数谱都含有猪肉嫩度信息,其中峰值参数谱b建模效果最佳,其回归模型的校正集决定系数R2_c为0.674,均方根误差SEC为8.396N,预测集决定系数R2_p为0.610,均方根误差SEP为8.643N。为提高模型的预测精度和稳定性,实现多参数谱信息的融合,先通过PLSR分析,分别提取出每个参数谱中对猪肉嫩度方差贡献大的公共因子,然后将其因子得分组合在一起作为参数谱的特征变量,与猪肉样本WBSF测量值作多元统计回归分析。为避免数据冗余,对不同参数谱特征变量进行多重共线性判别,进一步采用PLSR算法对参数谱特征变量进行降维和变换,采用交叉验证方法,选择前两维因子得分进行校正模型的建立。其中所提取第一维公共因子对猪肉WBSF值方差解释率达92.28%。与单参数谱所建PLSR模型相比,多参数谱信息融合模型预测效果有了较大提高,其R2_c和R2_p分别为0.923和0.800,SEC和SEP分别为4.083N和5.655N。通过对回归系数进行统计量t检验,结果表明所有回归系数极显著（p<0.01）。本研究通过采取多参数信息融合方法为空间分辨光谱在生鲜肉嫩度无损检测应用提供一种思路,该方法有效将空间分辨光谱解析为4个形态学参数,并实现不同参数谱信息的提取和融合,为开发基于空间分辨光谱的生鲜肉嫩度无损快速检测装备提供技术支撑。     

显微激光诱导击穿光谱技术对低合金钢中Mn的定量检测

采用显微激光诱导击穿光谱技术对低合金钢标准样品进行定量分析,空间分辨率达到20 μm,单脉冲检测极限(LoD)为0.10%。根据谱线强度和元素浓度的关系获得Mn元素的基本定标曲线,定标曲线的拟合度系数R2为0.97,采用去一交互验证法预测了样品中Mn元素的浓度,七个样品的平均预测误差为12.91%,去一交互验证均方根误差为0.11%。采用内标法时定标曲线的拟合度系数R2为0.99,七个样品的平均预测误差为7.25%,去一交互验证均方根误差为0.07%。实验结果表明显微激光诱导击穿光谱技术能有效应用于物质微区元素的高精度定性、定量分析。     

一种针对作物生育期光谱迁移的修正植被指数

针对基于固定特征波长的植被指数不能适用于多个生育期叶绿素含量的诊断这一问题,研究优化提出一种基于双波长计算光谱覆盖面积的叶绿素诊断植被指数,用于稳健地诊断多生育期的营养。以拔节期、孕穗期和扬花期的冬小麦为研究对象,采集其325～1 075 nm范围的冠层反射光谱,测定采样样本的叶绿素含量。采用小波去噪和多元散射校正算法对光谱数据进行预处理。通过相关性分析,确定生育期特征波长的迁移范围,进而提出了基于光谱覆盖面积的冬小麦叶绿素含量光谱诊断参数(modified normalized area over reflectance curve, MNAOC）。以信噪比（SNR）和平滑度指标（S）进行综合评价,小波去噪函数的最佳参数为(“sqtwolog”,“mln”,“3”,“db5”)。相关性分析结果表明,生育期特征波段的迁移范围为（700 nm,723 nm）。在分析MNAOC指数对叶绿素含量诊断分辨率的基础上,以0.5 mg·L-1的分辨率建立一元线性回归模型的结果为：拔节期R2_c=0.840 1,R2_v=0.823 7;孕穗期R2_c=0.865 5,R2_v=0.817 4;扬花期R2_c=0.833 8,R2_v=0.807 6。与ratio vegetation index（RVI）等5种双波长植被指数对比表明,由于700和723 nm计算的光谱面积包含了由于生育期导致的光谱动态迁移特征,使得MNAOC指数在模型精度上和多个生育期的普适性上,都优于其他双波长代数运算植被指数,为大田环境冬小麦生育期叶绿素含量诊断提供支持。     

基于非负矩阵分解的印刷品原稿原色油墨光谱预测方法

实现半色调印刷品原稿的光谱复制技术其前提要确定原稿所用油墨数目及油墨成份，但目前应用于印刷品原稿原色油墨光谱预测的算法还有待研究，且已有的基色色料光谱预测方法存在诸多弊端。针对这一问题在非负矩阵分解算法基础上结合印刷品原稿光学特性，创新的提出了一种基于约束条件非负矩阵分解的油墨光谱预测算法ISPNMF，和对黑色油墨光谱预测结果优化的算法。ISPNMF算法克服了基本非负矩阵分解有多重最优解和局部极小值的缺陷，实现了预测算法唯一的全局最优解。黑色油墨预测光谱优化的算法克服了彩色油墨对光线混合吸收给黑色油墨预测带来的干扰，能优化得到逼近于实际黑色油墨光谱的预测值。使用Konica Minolta C1085和HP indigo5600两台四色数码印刷机及其自身配备的墨粉和墨膏来摸拟不同品牌的油墨，在230 g白卡纸上打印 IT8.7/3色标，并使用X-rite i1 Pro2获取两样张的光谱反射率作为实验数据样本，来探究并验证算法的准确性和实用性。实验结果表明，在印刷品原稿线性经验空间中能准确预测原稿所用原色油墨数目和油墨光谱，且彩色油墨预测光谱与实际使用的油墨光谱相比其拟合度均高达99.9%，光谱角距离均小于0.045，黑色油墨的预测光谱经优化后与实际油墨光谱拟合度也高达99.9%。这说明该算法不仅能实现对印刷品原稿原色油墨的准确预测，而且可以精确匹配实际使用的原色油墨，对实现印刷品原稿的光谱复制技术有重要意义。     

基于脑模型控制器的红外背景预测算法

在分析云背景红外图像空间分布上存在混沌现象的基础上,提出一种基于脑模型控制器的红外背景预测算法.该方法利用混沌具有短时可预测性的特点,对云背景图像进行预测,并根据云背景杂波和运动目标的混沌特性差异修正预测模型.仿真结果表明,该算法能有效地提高云背景的预测准确度,预测残差符合白噪音特性,对云背景杂波具有良好的抑制效果,能显著提高目标的信杂比,从而改善目标的检测性能.     

基于密度的凹版专色梯尺光谱预测模型的研究

基于密度与光谱反射率的关系建立了一种凹版专色梯尺的光谱反射率预测模型。该方法首先依据密度的定义建立实地光谱反射率与其密度的关系,并基于实地光谱反射率建立阶调光谱反射率的计算方法;然后根据密度的叠加原理,假设阶调密度与实地密度比例关系成立建立阶调密度、实地密度和承印物密度的关系;最后结合计算阶调光谱反射率的方法建立凹版专色梯尺光谱反射率预测模型;调配30种专色油墨通过凹印实打样,对预测模型通过决定系数R²和色差进行验证。实验结果表明,不同专色在同一网点面积率下实际阶调密度与实际实地密度的比例系数相同,两者的决定系数R²均大于0.98。在此关系基础上所建立的预测模型在不同网点面积率下都具有较高的决定系数,其均方根误差都小于0.01,最大色差为2.667 NBS。最后另外调配10种专色油墨在相同工艺条件下实打样样张,利用实际阶调密度与实际实地密度的比例系数,通过色差公式进而验证该模型预测专色油墨梯尺光谱反射率的精度。色差结果表明,82.12%的色差小于2.5 NBS,大部分色差在0.5～2 NBS之间,占据了总频率的58.32%,平均色差为1.58...     

用于计算机配色的反射光谱数据质量评估方法研究

基础色样的反射光谱数据质量是影响计算机配色结果的重要因素之一。目前评价配色反射光谱数据质量的方法有反射光谱检测法和K/S检测法,但这两种方法需检测每种基础色样和各个波长的反射率与K/S值,检测过程过于复杂,故不适用于光谱数据质量的快速直观检测。本文使用45°/0°和d/8°几何条件的分光光度计测量以铜版纸和银卡纸为基材的胶印油墨基础色样反射光谱数据,基于光谱检测法优化获取基础色样反射光谱数据的几何条件,提出了一种明度色度对比检测法；并对比分析了反射光谱检测法,K/S检测法和明度色度对比检测法。结果表明,45°/0°和 d/8°几何条件均可用于铜版纸基础色样反射光谱数据的测量,但45°/0°几何条件不符合银卡纸基础色样反射光谱数据的测量要求；而对于d/8°分光光度计,在包含镜面反射时,银卡纸为基材的透明白反射率小于各基色墨反射率,且青墨与品红墨反射率分别在浓度为60%开始出现异常交叉,从而导致高浓度区域光谱质量较差；而在明度色度对比检测图中,青墨与品红墨样条与参考铜版纸基础数据偏离更加明显。故须选择大于或等于各基色墨反射率的透明白,基础色样中需约束青墨与品红墨的最大浓度；以漫反射特性较好的铜版纸作为配色基材时,明度色度对比检测法检测效果较现有两种检测法更为直观。     

基于色彩参数和高光谱特征的针叶树种色素含量预估

光谱成像技术广泛应用于植物理化参数无损伤测定等领域研究,而色素与色彩参数相关性研究也有学者探索.但比较并优选分别以色彩参数值、光谱参数值作为自变量与色素含量拟合出的模型,还未见报道.本实验以5种针叶树种为研究对象,筛选蓝边幅值Db、黄边幅值Dy、红边幅值Dr、绿峰幅值Rg、红谷幅值Rr、蓝边面积SDb、黄边面积SDy、...     

CMYKIR security graphics separation in the infrared area

Graphic printing inks respond in different ways when they are in the wavelengths of a near infrared (IR) area. It is not possible to measure such response in the IR and describe it with parameters from the CIELab, sRGB or HSB color systems that are the base for color theory in the visible spectrum area. Additive RGB colors that we use to describe the image in our eye correspond with subtractive C₀M₀Y₀ printing inks used for nearly overall printing reproduction in the overall color visual spectrum. Adding of black color ink that has a good response in the infrared area, and subtracting CMY inks makes it possible to carry out each color tone in an endless number of ways. CMYK printing ink characteristics are the basis for setting the algorithm for double appearance of independent graphics: the first graphic in daylight and the second “IR graphic” in infrared light. Proposed algorithm creates a print X on the base of two pictures: the original one X₀ and mask F. The aim is documents’ ultimate security which is detected in IR area. Graphic element visibility with the help of instruments in the wavelength area from 700 to 1000 nm allows programming the selection of image information by using process inks only. The individual characteristics of those printing inks are used for introducing a new criteria in the RGB/CMYK separation process with the goal to create IR graphics. We call this separation CMYKIR and use it for planning the dosing of inks in the creation of good quality reproductions with incorporated IR characteristics: either for causing or prohibiting the IR effect. The goal of CMYKIR reproduction is to incorporate the set “IR graphic” that is not meant to be detected in the visible spectrum part.     

Direct fabrication of copper patterns by reactive inkjet printing

Reactive inkjet printing (RIP) was applied to fabricate arbitrary copper (Cu) patterns. RIP prints reactive inks which can provide desired materials after the reaction on a substrate. Here, Cu precursors and reducing agents were dissolved together in one solution as a printable ink instead of conventional Cu nanoparticle inks. The prepared reactive ink was applied to the RIP method to provide dot arrays, lines, and films of Cu. The synthesis of Cu was confirmed to occur successfully by thorough analysis. The RIP method can reduce the process cost and resolve critical drawbacks of the conventional inkjet printing such as a nozzle clogging problem. Furthermore, utilizing reactive precursor inks broadens the choice of materials that can be processed by inkjet printing.