Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературных источников 10
1.1. Технология струйной печати 10
1.1.1. Термоструйная печать 11
1.1.2. Пьезоструйная печать 11
1.1.3. Краскоструйная печать 12
1.2. Материалы для струйной печати 12
1.2.1. Бумаги для струйной печати 12
1.2.2. Классификация бумаг для струйной печати 13
1.2.3. Требования к бумагам для струйной печати 15
1.2.4. Краски для струйной печати фотографического качества 16
1.2.5. Краски на основе водорастворимых красителей 17
1.2.6. Пигментные краски 20
1.2.7. Взаимодействие окрашенных компонент красок струйных принтеров с носителем 22
1.3. Параметры оценки физического качества носителей для струйной печати 1.3.1. Структурно-механические показатели 24
1.3.2. Оптические показатели 27
1.3.3. Механические показатели 28
1.3.4. Сорбционные показатели 29
1.4. Цвет и методы измерения цвета 30
1.4.1. Определение понятия цвета 30
1.4.2. Методики численного выражения цвета 31
1.4.3. Измерение спектрального апертурного коэффициента отражения и расчет координат цвета образцов R системе XY7, МКО 35 х.ч.4. Недостатки системы XYZ и переход к другим цветовым координатным системам 37
1.5. Оценка качества цветовоспроизведения фоторепродукционной системы 38
1.6. Заключение с аввввваззз«а
2.1. Исследование колориметрических характеристик печатных изображений, полученных методом струйной печати 43
2.1.1. Расчет координат цвета в ЦКС L a b МКО 44
2.1.2. Расчет цветового охвата фоторепродукционной системы 46
2.2. Исследование оптических показателей бумаг для струйной печати 55
2.2.1. Анализ спектрального апертурного коэффициента отражения незапечатанного материала и определение белизны материала 55
2.2.2. Оптическая плотность и методики ее определения 57
2.2.3. Определение растискивания и градационной кривой
2.3. Исследование контрастно-резкостных показателей бумаг для струйной печати 60
2.4. Исследование топологии поверхности бумаг для струйной печати 62
2.5. Методы статистического анализа характеристик материалов для струйной печати
2.5.1. Статистическая обработка результатов инструментальных измерений 64
2.5.2. Корреляционный анализ 67
2.5.3. Регрессионный анализ 69
2.5.4. Кластерный и дискриминантный анализ 71
2.5.5. Дисперсионный анализ 73
2.6. Принципы химической модификации поверхности материалов для струйной печати 73
3. Экспериментальная часть 77
3.1. Отбор материалов для исследований 77
3.2. Исследование физических свойств материалов для струйной печати
3.2.1. Исследование топологии поверхности материалов 77
3.2.2. Исследование впитывающей способности 78
3.3. Исследование оптических и колориметрических характеристик материалов для струйной печати 78
3.3.1. Разработка тест-объекта для определения колориметрических и оптических характеристик материалов для струйной печати 78
3.3.2. Определение контрастно-резкостных характеристик материалов 79
3.3.3. Спектрофотометрия цветовых образцов и расчет их колориметрических характеристик 79
3.3.4. Денситометрические и градационные исследования 81
3.3.5. Определение тела цветового охвата и расчет его объема 81
3.3.6. Использование метода экспертных оценок для оценки адекватности критерия цветового охвата 82
3.3.7. Определение погрешности и однородности измерений 83
3.4. Использование метода мономолекулярного наслаивания для управления химическим составом поверхности материалов для струйной печати 85
4. Обсуждение результатов 91
4.1. Результаты исследования физических и морфологических характеристик
материалов 91
4.1.1. Результаты исследования топологических характеристик материалов 91
4.1.2. Результаты исследования впитывающей способности 92
4.2. Результаты исследования оптических характеристик материалов 92
4.2.1. Результаты исследования колориметрических характеристик материалов 92
4.2.2. Результаты исследования денситометрических и градационных характеристик материалов 95
4.2.3. Результаты исследования контрастно-резкостных характеристик материалов 98
4.2.4. Результаты исследования цветового охвата материалов 98
4.3. Статистическая обработка результатов измерений 104
4.3.1. Формирование блока данных и выбор методов статистического анализа
4.3.2. Анализ взаимосвязей между характеристиками материалов 107
4.3.3. Кластеризация материалов 111
4.3.4. Исследование вариации показателей между различными группами материалов 113
4.3.5. Выводы ИЗ
4.4. Исследование характеристик материалов, прошедших химическую модификацию 115
4.5. Использование методов дискриминантного анализа для построения информационно-исследовательской базы данных материалов для струйной печати 121
4.6. Выводы 122
5. Список использованной литературы
- Краскоструйная печать
- Анализ спектрального апертурного коэффициента отражения незапечатанного материала и определение белизны материала
- Корреляционный анализ
- Результаты исследования денситометрических и градационных характеристик материалов
Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время в полиграфии всё более широко используются машины струйной печати. Они обеспечивают оперативность получения тиражных копий изобразительных оригиналов с высоким качеством печати, по ряду важных параметров превосходящим возможности многих других систем репродуцирования изображения, как «цифровых», так и традиционных.
Основным показателем качества печатной продукции является цвет оттиска как результат комплекса взаимодействий морфологических, топологических, механических и прочих свойств подложки с красками в процессе их нанесения и закрепления в печатной машине.
Проблема надлежащего цветовоспроизведения ныне успешно решается с помощью систем управления цветом (Color Management Systems). Тем не менее, в силу ряда ограничений печатного синтеза цвет оригинала, в том числе, и в струйной печати, может быть передан на оттиске лишь субъективно тождественно в компромиссных условиях, обусловленных прежде всего ограниченной гаммой печатного синтеза. В этой связи всегда актуальной остается задача расширения его цветового охвата, что достигается в струйной печати поиском оптимальных условий печати, совершенствованием свойств красок, а также применением специальным образом произведенной и модифицированной бумаги.
Используемые в настоящее время для оценки этого показателя методы ограничиваются в основном лишь визуальным анализом тел цветовых охватов и их проекций на плоскости в равноконтрастном цветовом пространстве L*a*b* МКО, что не позволяет количественно оперировать данным параметром и вынуждает прибегать к экспертным оценкам. Это затрудняет адекватную оценку качества цветопередачи печатной системы.
Наличие объективных критериев оценки качества цветопередачи позволило бы интенсифицировать научные разработки в области производства материалов для струйной печати, совершенствования машин струйной печати, и оценить влияние на их качественные характеристики большого числа технологических показателей.
Данная задача должна решаться комплексно для системы краска — печатная машина — бумага с учетом свойств и механизмов взаимодействия всех ее компонентов, а результат оцениваться, по возможности, по наиболее представительному и объективному количественному критерию.
Цели и задачи работы. Целью работы является разработка комплексных критериев цветопередачи и методики управления качеством струйной печати. Основными задачами исследования является:
разработка комплексного критерия объективной количественной оценки возможности цветопередачи в струйных машинах по цветовому охвату печати, который мог бы быть использован как основа выявления характеристик бумажной подложки, наилучшим образом согласующихся с показателями качества печатного изображения;
исследование связи морфологических, топологических и химических свойств подложек с характеристиками цвета печати;
создание математической модели прогнозирования потребительских свойств материала;
— экспериментальное апробирование модели прогнозирования.
Методы и средства исследований. В работе использовались методы: денси-тометрии, спектрофотометрии, колориметрии, математического моделирования стохастических трёхмерных объектов методом триангуляции, экспертных оценок, статистического анализа данных, фрактальной оценки морфологии и топологии бумаги, прецизионного химического синтеза; атомно-силовой микроскопии.
Основные положения, выносимые на защиту:
методика квалиметрии результатов струйной печати;
метод объективной численной оценки качества цветопередачи оттиска на основе критерия цветового охвата, вычисленного по объему тела цветового охвата методом триангуляции;
оценка взаимосвязи цветового охвата со структурно-механическими, оптическими, градационными и контрастно-резкостными характеристиками бумаги;
оценка влияния химической композиции приёмного слоя бумаг для струйной печати на показатели качества цветопередачи;
критерий качества цветопередачи на основе характеристики цветового охвата и методика его применения как интегрального критерия качества печати и построения на основе этого критерия информационных и научно-исследовательских моделей и баз данных.
Научная новизна работы состоит в следующем:
предложен комплексный численный критерий оценки качества цветопередачи, который, в отличие от существующих, объективно характеризует цветопередачу в системе краска-бумага-машина струйной печати и в своем количественном выражении позволяет прогнозировать качество струйной печати применительно к широкому спектру материалов;
разработана модель прогнозирования свойств материалов для струйной печати на основе физических и топологические характеристики материала, а также с учётом химического состава его приемного слоя;
разработана методика управления характеристиками цветопередачи в струйной печати на основе метода химической модификации поверхности печатной подложки как средство управления характеристиками цветопередачи;
определены дискриминантные функции, описывающие свойства материалов в зависимости от их группы, на основании чего построена информационно-исследовательская база данных материалов.
Практическая значимость результатов работы:
разработана методика оценки влияния свойств материалов на цветопередачу и качественные характеристики материалов струйной печати, прогнозирования их потребительских свойств, которые могут быть использованы в научно-исследовательских и маркетинговых разработках и в решении задач совершенствования качества полиграфической продукции;
разработанное в рамках данных исследований прикладное программное обеспечение может быть использовано в типографиях, репроцентрах, научно-исследовательских и производственных учреждениях;
научные и практические результаты работы используются в НИР и учебном процессе кафедры полиграфического производства.
Апробация работы. Основные положения работы были доложены на следующих конференциях:
Международная конференция «Агриа Медиа» 2003 (Эгер, Венгрия);
Международный симпозиум «Фотография в XXI веке: традиционные и цифровые процессы» 2006 (Санкт-Петербург);
Третья международная конференция «Химия поверхности и нанотехноло-гия» (Санкт-Петербург — Хилово);
Международная конференция Printing Technology SPB'2006 (Санкт-Петербург);
Шестая международная конференция ICISH'2008 (Пекин, КНР);
Международная конференция молодых ученых Print-2009 (Санкт-Петербург);
VIII Международная научно-практическая конференция «Визуальная культура: дизайн, реклама, информационные технологии» 2009 (Омск).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 статей из них 1 статья в издании, рекомендованном перечнем ВАК, 7 тезисов, 1 монография.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и рекомендаций. Содержит 148 страниц, 36 рисунков, 17 таблиц, 5 приложений, список литературы из 82 наименований.
Краскоструйная печать
Этот метод является одним из старейших методов получения изображения, используемых в технологии струйной печати. Первый патент на него относится еще к 1867 году и принадлежит Вильяму Гомпсону, а первое предназначенное для широкой продажи печатающее устройство, его реализующее, было создано фирмой Siemens (Германия) в 1951 году.
В этом методе струйной печати краска непрерывно подаётся на поверхность носителя под действием давления, создаваемого в камере. Формирование капель краски осуществляется с помощью пьезоэлемента, «отсекающего» каплю от общего потока. Для управления потоком капель используются силы электростатического взаимодействия: капле сообщается определенный электростатический заряд, а с помощью заряженного противоположным зарядом элемента удается изменять пространственное положение капли относительно элемента, управляя тем самым направлением потока капель. Очевидными преимуществом этого метода печати является то, что он позволяет печатать высоковязкими и быстросохнущими красками (причем они не обязательно должны быть на водной основе) практически на любом носителей, не опасаясь при этом засорения печатной головки, однако скорость печати будет при этом гораздо ниже. Этот способ струйной печати нашел применение в устройствах для маркировки продуктов и упаковок.
Бумаги для струйной печати как правило изготавливаются на основе обычной бумаги на целлюлозной основе, реже на полимерной подложке, на которую на несены дополнительные слои призванные увеличить адгезию частиц пигмента либо красителя краски на поверхности бумаги и уменьшить эффект растекания краски, являющийся одним из определяющих факторов качества твердой копии фотографического изображения, получаемого методом струйной печати [9]— [16].
Бумаги для струйной печати являются сложными многосоставными и многослойными структурами. Как правило они имеют от двух (для матовых бумаг) до четырех (для микропористых бумаг) групп слоев.
Бумаги для струйной печати принято классифицировать по характеру поверхности воспринимающего слоя на четыре основные группы: матовые бумаги, полуглянцевые бумаги, глянцевые бумаги и микропористые бумаги [8]. Бумаги без дополнительного покрытия либо обычные бумаги с модифицированной поверхностью использоваться для фотографической печати не могут [13] и поэтому в настоящей работе подробно не исследуются.
Матовые бумаги имеют только два слоя: подложку (обычную бумагу, изготовленную из целлюлозы) и воспринимающий слой. Подложка изготавливается по обычной бумажной технологии из выбеленной древесной целлюлозы, иногда с добавлением шлихтующего агента (например, алкилкетендимер) и наполнителя (например, карбоната кальция и каолиновой глины). Для придания бумагам дополнительной влагостойкости подложка может прессоваться. Воспринимающий слой служит для связывания окрашенной компоненты краски. Изготавливается на основе композиции диоксида кремния с развитой поверхностью (порядка 100—200 м2/г) и оксида алюминия (пигментная составляющая) и связующего вещества, в качестве которого используются различные полимеры, например смесь полистирола и поливинилпирролидона, крахмал, сополимеры винилпир-ролидона и винилацетата, а также различные комбинации этих материалов. Доля пигментной составляющей по отношению к связующему веществу лежит в пределах от 5% до 35%. В композицию может также добавляться стирол (уменьшает время сушки красок и их растекание), различные катионно-активные добавки в доле от 0.5 до 10% (способствуют адгезии окрашенной компоненты красок в воспринимающем слое и соответствующему увеличению плотности окрашивания), оптические отбеливатели (увеличивают коэффициент отражения бумаги в ультрафиолетовой области спектра тем самым увеличивая ее белизну) [11].
Глянцевые носители имеют дополнительное полимерное покрытие с пористой структурой, наличие которого позволяет, с одной стороны, обеспечить эффект глянцевой поверхности (делая струйный отпечаток более похожим на традиционную фотографию), и, с другой, добиться более точного распределения окрашенной компоненты краски в воспринимающем слое. При попадании света на такую поверхность получается возможным обеспечить его более равномерное отражение. Это позволяет увеличить разрешающую способность материала, цветовой охват и динамический диапазон. Такое покрытие может изготавливаться на основе неорганического пигмента (например оксида алюминия) с частицами размером 50—100 нм, диспергированного в слое полимерного наполнителя, например поливинил пирролидона. В состав покрытия обязательно вводятся кати-онные добавки, обеспечивающие удержание красящего вещества за счет образования с ним химических связей.
В микропористых бумагах для абсорбирования жидкой составляющей краски используется не целлюлоза, а специальная полимерная основа, которая изготавливается на OCHORC композиции карбоната кальция и кальцинированной глины (иногда с добавлением диоксида титана и карбоната кальция), диспергированных в объеме связующего вещества (например, поливинилацетата либо поливиниловый спирт). Туда же, для улучшения впитьтаемоети жидкой основы краски, может добавляться силикагель. Это покрытие может быть также двухслойным. В этом случае селикагель добавляется только в первый (нижний) слой [9].
Сверху этого слоя лежит воспринимающий слой, состоящий из мелких частичек неорганического материала — окиси алюминия или кварца — между которыми существуют микроскопические поры и пустоты.
Анализ спектрального апертурного коэффициента отражения незапечатанного материала и определение белизны материала
Как правило когда идет речь о характеристиках цветового охвата цветовоспро-изводящей системы имеется ввиду измерение координат цветности некоторого количества шаблонных цветов (в простейшем случае шести цветов — желтого, пурпурного, голубого, красного, зеленого, синего) и анализ полученной путем нанесения их координат на цветовой график МКО фигуры. Эта фигура показывает тот диапазон цветов и их оттенков, который в состоянии воспроизвести данная система, и является одной из важнейших характеристик любой цветовос-производящей системы. Однако, очевидны и существенные ограничения этого подхода:
1) Использование в качестве характеристики цветового охвата только координат цветности не учитывает то, каким образом ведет себя система при изменении не только цветности, но также и яркости. Имея один и тот же цветовой охват, определенный на основании цветности шаблонных цветов, разные системы могут давать разные результаты печати если, к примеру, первая система позволяет эффективно воспроизводить цвета в области глубоких теней, а вторая нет. В первом случае на изображении, воспроизведенном такой системой, удастся (при сохранении возможности передавать одни и те же группы цветов с одинаковой насыщенностью) проработать детали изображения в области глубоких теней, а во втором случае — нет. Но этой причине важно при анализе цветового охвата цве-товоспроизводящей системы также обязательно учитывать яркостную составляющую цвета;
2) Из первого постулата вытекает необходимость обязательного использования в качестве координатной системы для построения тела цветового охвата равно-контрастных цветовых систем, где одной из координат цвета является координата яркости либо светлоты, требованиям чего соответствует цветовая координатная система L a b МКО;
3) Использование для построения тела цветового охвата только шести базовых цветов (основные цвета красный, зеленый, синий + дополнительные желтый, пурпурный, голубой) оказывается недостаточным для построения тела цветового охвата в координатах L a b МКО, поскольку в данном случае требуется также учет значений яркости L шаблонных цветов, включая белый (в случае анализа материалов для струйной печати белый цвет соответствует незапечатанной поверхности бумаги) и черный (соответствует области запечатанной всеми че тырьмя красками). Полученная таким образом модель будет являться слишком грубой аппроксимацией реального тела цветового охвата системы, поэтому для увеличения точности расчетов следует увеличить число шаблонных цветов не менее чем в несколько раз. При этом в цветовой шаблон для определения цветового охвата (цветовую мишень) должны быть обязательно включены шкалы основных цветов + шкала серого, а также различные комбинации этих цветов.
Последнему требованию отвечают специально разработанные для профилирования цветовых устройств промышленные цветовые шкалы, такие как шкалы IT8 [50].
В данной работе использовалась цветовая шкала Eye-One RGB Target 1.5, разработанная швейцарской фирмой GretagMacbeth для использования со спектрофотометром Eye-One (Рис. 11).
Эта шкала предназначена для профилирования (характеризации) цветных не-PostScript струйных принтеров и представляет собой таблицу размером 15 на 18 элементов, содержащую 288 тестовых цветов в цветовой модели RGB. Шкала поставляется в цифровом виде в виде готового к печати изображения в формате TIFF. Вывод шкалы на печать должен осуществляться на листе тестируемой бумаги формата А4 без цветокоррекции и дополнительной подстройки изображе ния, поскольку это может исказить цвет образцов шкалы на печати и соответственно внести ошибку в конечный результат, а также без изменения линейных размеров шкалы.
От вывода шкалы на печать, в зависимости от типа бумаги и характеристик печатных красок, до начала измерений проходит некоторый промежуток времени необходимый на сушку материала и нормализацию печатного изображения.
По прошествии этого времени шкала готова к измерению. Поскольку исходными данными для расчета любых колориметрических характеристик является спектральный апертурный коэффициент отражения, достаточно произвести его измерение для всех образцов шкалы и записать полученные значения в файл данных, пригодный для прочтения с помощью стандартных функций ввода/вывода данных программной среды, в которой будет осуществляться конечный расчет характеристик цветового охвата. Для учета эффекта случайной ошибки, свойственной спектрофотометру, измерения значений Р(Х,) следует осуществлять несколько раз усредняя полученные затем результаты.
По значениям спектрального апертурного коэффициента отражения определяются координаты цвета образца в ЦКС L a b МКО относительно выбранного стандартного излучения (в данной работе D6s).
Следующим этапом расчета является построение трехмерного графика распределения цветовых образцов в пространстве L a b МКО по трем координатам: координате светлоты L выбранной в качестве оси аппликат и двум координатам цветности а и Ь выбранных в качестве осей абсциссы и ординаты. Этот график позволяет осуществлять первичную визуальную оценку распределения цветовых образцов мишени в границах цветового охвата фоторепродукционной системы. Пример такого графика для исследованной в настоящей работе фоторепродукционной системы, построенной на базе струйного принтера Epson Stylus Photo R220 и бумаги Lomond Glossy Photo Paper приведен на Рис. 26.
Имеются и существенные недостатки этого подхода: 1) даже имея в своем распоряжении большое число образцов, ряд областей цветового охвата системы останутся за пределами шкалы, поэтому составить полное представление о цветовом охвате системы останется невозможным; 2) остается невозможным получить количественную меру оценки цветового охвата системы, в качестве которой может служить объем тела цветового охвата, выраженный в единицах АЕь а ь 3 Для решения этой задачи ряд исследователей предложили аппроксимировать сформированное образцами мишени тело цветового охвата системы трехмерной поверхностью. Карл Гайлер [51] использовал для этого алгоритм выпуклых каркасов (QHul!), разработанный Национальным центром научных и технологических исследований в области расчета и визуализации геометрических структур университета Миннесоты, США [55]. Этот алгоритм позволяет выполнять триангуляцию неравномерно-распределенных пространственных данных (таких как объемные геометрические и естественные природные объекты) и строить по этим данным объемные каркасные модели, аппроксимирующие объем и форму поверхности объекта.
Триангуляция является одной из самых распространенных задач вычислительной геометрии. Под триангуляцией понимается построение графа, сформированного из треугольников с общими друг относительно друга вершинами. Триангуляция может выполняться как в двухмерной, так и в и-мерной системе координат. Частным случаем триангуляции является трехмерная пространственная триангуляция, построенная по координатам точек поверхности [59].
С помощью триангуляции удается визуализировать данные исследования пространственной структуры изучаемого объекта и построить его геометрическую модель, которую далее получается возможным использовать для изучения геометрических свойств объекта. Также триангуляция активно используется в компьютерной графике для построения трехмерных визуальных объектов и моделей [57].
Корреляционный анализ
Под топологией материала понимаются особенности пространственного распределения физических структур материала, находящихся в верхнем его слое.
Топология поверхности материалов для струйной печати, наряду с их химическим составом, напрямую определяет качество печати. Именно с целью изменения топологии поверхности материала фирмы-производители бумаг для струйной печати подвергают их поверхность химической и физической модификации, наносят дополнительные полимерные слои и композиции и т.д.
Для обычной бумаги, не прошедшей стадии специальной подготовки и модификации ее поверхности пигментом либо полимером, топология будет прежде всего определяться пространственным расположение волокон и частиц целлюлозы, составляющей основное вещество бумаги. Для модифицированной бумаги топология будет определяться прежде всего технологией модификации и химическим составом модифицирующего агента, а также особенностями его химико-физического взаимодействия (если таковые имеют место быть) с другими компонентами бумаги, например подложкой.
Для исследования топологии традиционно используются различные методы микроскопии [38]. Новым перспективным методом исследования топологии материалов для струйной печати является метод фрактальных оценок, основанный на описании структуры самоподобных природных объектов с помощью фракталов. Этот метод оценки традиционно используется в материаловедении для оценки топологии поверхности твердых материалов, таких как металл, стекло, дерево и т.п. Структура поверхности этих материалов определяется особенностями пространственного распределения частиц материала, наличием пор, трещин, микронеровностей, характер которых зависит как от самого материала, так и от комплекса случайных факторов и воздействий.
В работе [66] для описания строения поверхности бумаг для струйной печати использовались принципы мультифрактального формализма.
Исходным материалом для вычислений являлись микрофотографии поверхности анализируемой бумаги, полученные методом оптической спектроскопии (Рис. 16). Эти изображения подвергались цифровой обработке и целью фильтрации шума и преобразования яркостной информации о поверхности бумаги в топологическую карту поверхности. Далее по полученному массиву данных осуществлялось построение описывающих структуру поверхности мультифрактальных моделей (спектров мультифрактальных размерностей), характеристические точки которых служили математической мерой однородности поверхности.
Точечные оценки измеряемой величины по её выборке. Любые измерения физических величин, полученные в результате эксперимента, подвержены ошибками, являясь лишь приближёнными значениями истинного значения измеряемой величины, которое является неизвестным. Эти ошибки могут быть систематическими и случайными. Систематические ошибки возникают вследствие постоянных погрешностей, вносимых измерительным оборудованием либо возникающих по каким-либо другим причинам (например, ошибки измерения возникающие вследствие неправильной градуировки прибора). Эти ошибки могут быть выявлены и учтены при последующей математической обработке результатов измерений. Случайные ошибки возникают по массе причин, природа которых неизвестна, однако с использованием базирующихся на теории вероятности методов математической статистики получается возможным учесть их влияние на измеряемое значение физической величины и получить статистически достоверную оценку её действительного значения.
Для подавляющего большинства физических измерений соблюдается нормальный закон распределения случайной ошибки, описывающийся функцией Гаусса: n(z) = ! p- V(2o)2 аТ/2 PW— у Є (2.13) где параметр а (о 0) характеризует разброс измерений и называется стандартной ошибкой измерения. Принимая нормальность закона распределения случайной ошибки можно найти оценку истинного значения а измеряемой величины в виде математического среднего - Х1+Х2+...+Х„ 1 fl«Jt = п ... , 1-І = -5 / (2-14) а оценку а в виде эмпирической (выборочной) дисперсии: " 1=1 Т7Ч2 (2.15) определённых по серии п её измерений. При этом значение а оказывается лежащим в интервале (доверительных границах) -є а х+є (2.16) где величина є определяется выбранным уровнем надежности Р (обычно 0,95) и числом измерений и вычисляется с помощью распределения Стьюдента t: e=t{P;k) S У7 где к = п - 1, t определяется по таблице распределения Стьюдента [62]. Увеличивая число измерений п (при соблюдении одной и той же точности измерений) можно сузить интервал оценки а, тем самым уменьшив влияние случайной ошибки. Число измерений, при котором обеспечивается заданные выбранным уровнем надёжности доверительные границы, можно определить как:
Контроль грубых ошибок. В процессе измерения случайной величины может возникнуть ситуация, когда одно либо несколько значений выборки имеют очень сильное отклонение от математического среднего, что может возникнуть в случае, когда данное измерение было проведено с грубой погрешностью. Включение этих измерений в выборку, особенно при её небольшом объеме, может вызвать соответствующее смещение её оценок и как следствие этого повлиять на точность итоговых результатов исследований. Сделать вывод о наличии грубой погрешности можно сравнив «выскакивающее» значение с величиной выборочной дисперсии. Если при заданном уровне доверительной ошибки это отношение превосходит критическое (по критерию Стьюдента), то измерение забраковывается: где х — значение, возможно содержащее грубую ошибку.
Оценка нормальности распределения. Для возможности использования приведенных выше методов оценки случайной величины необходимо, чтобы рас пределение ошибки измерения следовало нормальному закону. Для установления нормальности распределения существует ряд методов наиболее часто используемым из которых является критерий согласия Пирсона (х2) [62], определяемый по таблице частот распределения выборки: 0=у(га/-"Р.)2 (2.18) где т — частота попадания случайной величины в заданный интервал, р — вероятность попадания случайной величины в заданный интервал, вычисленная в соответствии с нормальным законом распределения, / — число интервалов разбиения, п — объем выборки.
Вычисленное таким образом значение критерия сравнивается с критическим при заданном уровне доверительной вероятности Р и числе степеней свободы, определяемом при неизвестных величинах математического ожидания а и дисперсии окак& = /-3.
Корреляционный анализ служит для установления связи между двумя линейно зависимыми друг от друга случайными переменными. Для численного выражения силы корреляционной связи служит коэффициент линейной корреляции г абсолютное значение которого лежит в пределах от 0 (случай когда две переменные являются линейно независимыми друг от друга) до 1 (случай когда между переменными существует функциональная линейная связь). Знак при коэффициенте корреляции показывает факт наличия прямой (положительное значение коэффициента корреляции) либо обратной (отрицательное значение коэффициента корреляции) зависимости между переменными. Значение коэффициента линейной корреляции определяется по формуле:
Результаты исследования денситометрических и градационных характеристик материалов
Исследование вариации показателей осуществлялся методом однофакторного дисперсионного анализа. Оценивалась как дисперсия показателей друг относительно друга во всем объеме данных, так и отдельно дисперсия показателей внутри и между группами кластеризации.
Было установлено, что все показатели имеют высокую вариативность своих численных данных.
При оценке дисперсии внутри и между группами кластеризации удалось установить, что внутри групп наибольшую дисперсию имели колориметрические характеристики материалов. Меньшую дисперсию имела группа денситометриче-ских показателей. Дисперсия физических характеристик материалов внутри групп была незначительной. При этом все характеристики имели высокую степень дисперсии между группами.
Результаты статистического анализа материалов исследований выявили высокие степени корреляции физических, оптических и топологических характеристик материалов с показателями качества цветовоспроизведения. Были также установлены высокие парные корреляции исследованных характеристик, что позволило предположить факт их взаимного влияния друг на друга. Высокие корреляции всех групп исследованных показателей с объемом тела цветового охвата позволили рассматривать эту характеристику как интегральный критерий оценки качества материала.
Была также выявлена высокая вариативность исследованных показателей. Наибольшую вариативность показал коэффициент объема тела цветового охвата, который сильно различался в зависимости от производителя и марки материала. Тем не менее, этот и другие показатели показывали сильную зависимость от типа материала, что позволило произвести кластеризацию материалов выделив на основании распределения их качественных показателей пять групп. Этот результат оказался в полном согласовании с системой классификации материалов, принятой их производителями (деление материалов на группы немодифициро-ванных бумаг, бумаг с матовым покрытием, полуглянцевым покрытием, глянцевым покрытием и материалов улучшенного качества с микропористым покрытием). Вариативность практически всех показателей за исключением характеристик качества цветопередачи и объема тела цветового охвата внутри групп кластеризации оказалась незначительной, причем в особенности это касалось топологических характеристик материалов. Показатели качества цветопередачи и характеристика объема тела цветового охвата, наоборот, имели сильную вариацию даже внутри кластеров.
В качестве объяснения этого феномена была предложена гипотеза о том, что в отличие от других показателей колориметрические характеристики материала оказываются в сильной зависимости не только от морфологии и физических свойств материала, но и от его химического состава, который, таким образом, оказывается сильным фактором влияющим на качество печатного изображения, полностью исследовать который чисто физическими методами не представляется возможным.
Для дальнейшего продолжения работы было решено исследовать изменения показателя объема тела цветового охвата в зависимости от химического состава материала при неизменности его морфологии. Поскольку данные химического состава материалов для струйной печати составляют предмет коммерческой тайны и не разглашаются производителями, было решено использовать доступный способ направленного изменения химического состава воспринимающей поверхности материала методом молекулярного наслаивания и затем определить факт изменения характеристик материала после осуществления эксперимента.
Для оценки результатов химической модификации поверхности материалов были предложено исследовать их характеристики методом термогравиметрического анализа, атомно-силовой микроскопии, оптической спектроскопии и спектроскопии диффузного отражения. Были проведены повторные измерения оптических характеристик материалов.
Термогравиметрический анализ. Термогравиметрический анализ проводился в диапазоне температур 0—800С. По кривым потери массы видно, что образцы бумаг, подвергнутых химической модификации, остаются термодинамически стабильными, что говорит о том, что между частицами реагента и материалом поверхности бумаги возникли стойкие химические связи. Можно отметить некоторое увеличение стабильности образца при воздействии температур в диапазоне 350—550 градусов.
Похожие диссертации на Исследование возможностей цветопередачи в машинах струйной печати на бумажных носителях
