POLYTECHNIC & DESIGN Vol. 2, No. 2,
2014.
VIZUALNI I INFRACRVENI SPEKTAR ZA BOJILA DIGITALNOG TISKA
Aleksandra Bernašek, Jana Žiljak Vujić,
Vesna Uglješić
Tehničko Veleučilište u
Zagrebu
Slika 1, žuta, magenta cijan i crna Sažetak
INFRAREDESIGN tehnologija koristi bojila
na dva načina: kao spot bojila te kao
procesni sastav koji je nastao s CMYKIR separacijom [1].Objavljeni radovi
koristili su spektroskopiju u istraživanju bojila samo u vizualnom spektru. Z
vrijednost bila je zadana i mjerena ZRGB kamerama. Numerički prikaz
apsorpcije svjetla u rasponu od 700 do 900 nm nije se mogao utvrditi. S novim
uređajem, Projectina Docucenter 4500, koji je postavljen na Tehničkom
veleučilištu u Zagrebu, istraživanja su znatno napredovala. Prvi rezultati
su spektar pojedinačnih procesnih bojila žute, magente i cijana.
Eksperimentalno je utvrđeno djelovanje karbon crnog bojila na procesna
bojila kao numerička osnova za daljnja istraživanja dvostrukih informacija
u vizualnom i infracrvenom spektru. Dati su vrhovi apsorpcije svjetla pojedinačnih
procesnih bojila čime se smanjuje broj iteracija u traženju izjednačavanja
spektra „vizualnih“ bojila s bojilima koja će se izdvojiti tek u Z točki
bliskog infracrvenog spektra. Premda je Projectina forenzički instrument, u ovom radu Projectina se koristi za sređivanje znanja u manipulaciji miješanja
bojila na području dizajniranja dvostrukih informacija.
Istovremeno se istražuje kontinuirana
apsorpcija svjetla te stanja dvostruke slike preko skeniranja u desetak
barijera. Potpuno nov pristup izučavanja bojila preko spektralnih krivulja
apsorpcije i refleksije svjetla ima cilj postavljanja sistematizacije u miješanju
bojila prema teoriji INFRAREDESIGN.
Ključne riječi: infraredesign, spektrofotometrijska
mjerenja
Abstract
INFRAREDESIGN technology uses dyes in
two ways: as a spot dye and as a processing structure formed by CMYKIR
separation [1]. In the dye studies, previously published articles have only
used spectroscopy in the visual spectrum. Z value was assigned and measured by
ZRGB cameras. Numeric display of light absorption in the 700 to 900 nm range
could not be determined. With Projectina Docucenter 4500, a new device set at
Polytechnic of Zagreb, research has progressed significantly. The first results
show the spectrum of single process dyes of yellow, magenta and cyan. The
effect of carbon black ink on the process of dyes as a numerical basis for
further research of dual information in the visual and infrared spectrum was
experimentally determined.
The peaks of the light absorption of the
individual process dyes are given which reduces the number of iterations in the
search of equalizing the spectrum of “visual” dyes with dyes that will extract
only the Z point of near infrared spectrum. Although Projectina is a forensic
instrument, Projectina is here used for assortment of knowledge in manipulation
of the mixed dyes in the area of dual information design. At the same time we
explore the continuous absorption of light and the state of dual images through
scanning in ten barriers. A completely new approach to the ink through the
spectral curve of the absorption and reflection of light is aimed to set the
systematization of mixing the dyes according to the INFRAREDESIGN theory.
Key words: Infraredesign, spectrophotometric measurements
1. Uvod
Boja je doživljaj u
ljudskom oku pa su se apsorpcija i refleksija svjetla s bojila istraživala za
vizualno (V) područje. Otkad je otvorena tehnologija INFRAREDESIGN-a s
mnogim primjerima izrade dvostrukih informacija, bojila i njihova svojstva
apsorpcije svjetla intenzivno se proučavaju u infracrvenom spektru [2, 3].
Bilo je to rezervirano područje za sigurnosne papire, dokumente, novčanice.
Bojila su
različita u temi o apsorpciji svjetla u ultraljubičastom i
infracrvenom spektru. Neka imaju samo kratki prostor apsorpcije svjetla,
ograničen samo na vizualni dio koji se numerički izražava kao
područje od 400 do 700 nanometara. Neka bojila imaju širinu koja se
proteže izvan vizualnog dijela u NIR dio (near infrared – blisko
infracrveni spektar od 700 do 1300 nm). To je od velike koristi u razdvajanju
bojila na ona koja se ne vide niti Z kamerom (apsorpcija svjetla na 1000 nm) od
onih bojila koja se vide samo Z kamerom. Projekti miješanja bojila usmjereni su
na postizanje vidljivog i nevidljivog u pojedinim spektralnim područjima:
UV, V i NIR. Na taj način stvara se dvostruka slika [1].
|
Slika 2 , crvena, zelena, plava, crna 40% 2.
Spektri procesnih bojila
U ovom radu
definira se V spektar i Z spektar. Između je prostor koji preskačemo.
Tu je miješanje dviju slika od kojih se svaka mora vidjeti u planiranom, zadanom
spektru.
Na slici 1. dat je prikaz grupe
bojila u kojima prevladavaju žuta i magenta. Po IRD teoriji, dodavanjem karbon
crnog bojila apsorpcija svjetla proteže se u nevidljiv prostor do 900 nm. Z
kamera prepoznaje tu apsorpciju kojom možemo upravljati. Bojila žuta (Y) i
magenta (M) zauzimaju lijevi vizualni dio spektra. Isto je i s njihovim mješavinama.
Dodavanjem karbon K crnog bojila ulazi se u NIR prostor koji se promatra
instrumentalno. Između je prostor od 700 do 800 nm koji miješa ostatke
vizualnog i infracrvenog spektra.
3. Koncept Projectine 4500
Projectina Docucenter 4500 koristi se u svrhu provjere dokumenata i
vrijednosnica, nudi optimalne mogućnosti primjene u znanstvenoj forenzici
te u istraživanju sigurnosne grafike. Performanse ovog uređaja daleko su
naprednije od konvencionalnih uređaja za forenziku u ovoj grani grafičke
industrije. Uređaj ima vidno polje 180 x 135 mm, 10 integriranih izvora
svjetlosti, modul filtara s 84 pozicije filtara te motoriziran odabir filtara
valne duljine od 380 do 720 nm i propusnosti (bandwidth) od 5 do 340 nm. Također, ima digitalnu kameru rezolucije
1280 x 1024 piksela, optički modul za povećanje u rangu od 2,2x do 80x,
forenzički skener i sistem za spektralnu analizu kojim se utvrđuje
ultraljubičasto, vizualno i infracrveno stanje dokumenta. Ultraljubičasto
područje selektivno Infracrveni spektar motorizirano se
filtrira na 715, 735, 780, 830, 850 i 1000 nm. U vizualnom spektru izdvaja se
stanje predloška na 350-680, 610, 630, 645, 665 i 695 nm [4, 5].
Novo područje izučavanja i nov
pristup vrijednosnicama i dokumentima omogućuje se određivanjem spektralne
analize. Projectina ima spektroskopski modul za 6,4 nm optičku
rezoluciju, 360 do 1100 nm spektralni talon za bijeli balans. Modul „SP-2000-USB“
omogućuje baždarenja instrumenata koji se izgrađuju na TVZ-u [4].
Dio cijelog forenzičkog sustava je i software PIA-7000 za slikovnu interpretaciju s
funkcijama za procesiranje slike koji omogućuje stvaranje i pretraživanje
slikovne baze podataka. On je također software za istraživanje spektralne analize s
različitim vrstama spektralnih prikaza koje generira spektroskopski modul
SP-2000. Komparacije spektralnih mjerenja odvijaju se upravo preko tog programa
[6].
Ovakav forenzički instrument središte
je u predmetima koji sadrže teme izgradnje računarskih modula,
projektiranja inovacija i razumijevanja slike u širem spektru izvan dometa
ljudskog oka. Forenzičke teme su i na specijalističkim seminarima.
Bojilo cijan je na
desnom rubu vizualnog spektra i prelazi u NIR prostor. Gubi se potpuno na 800
nm. Na 900 nm razdvojili su se cijan i K. Kamera za registraciju infracrvenog
spektra izdvaja sliku koja nastaje s mješavinama koje imaju u sebi karbon crno
bojilo. Na slikama 1. i 2. C,M,Y su date u 100% pokrivenosti, a K je dat sa 40%
pokrivenosti.
Postoji više vrsta osvjetljenja kojima
možemo promatrati različite uzorke, uz pravilno podešene postavke. Za
svaki uzorak posebno su definirani uvjeti osvjetljavanja, kako bi dobili što
preciznije i točnije rezultate. U tablici 1. definirani su zadani uvjeti
za svaki svjetlosni izvor.
BG38 je standardni filtar koji služi za
blokiranje viška crvenog tona iz IR spektra te dobivanje vjernije reprodukcije
boja u vizualnom spektru. Također, pomaže postizanju boljeg kontrasta kod
UV osvjetljenja te pojačava vidljivost zasebnih fluorescentnih boja [6].
DOCU je širokopojasni
ekscitirajući filtar koji pokriva područje od otprilike 380 do 570 nm
te se standardno koristi pri ispitivanju luminiscentnih sigurnosnih oznaka na
dokumentima, razlika između tragova različitih tinti ili tragova običnih
olovaka, kemijskih i mehaničkih brisanja, adheziva, rezidualnih tragova
itd.
|
4. Zaključak
Spektar u prvom dijelu NIR-a omogućuje
razumijevanje kreiranja dvostruke slike numeričkim metodama. Popravljanje
vrijednosti pokrivenosti bojila na papiru, platnu ili plastici usmjereno je na
relativnu udaljenost pikova čistih procesnih bojila. Ovaj rad je
referentan za planiranje miješanja bojila u postizanju jednakosti dva bojila u
vizualnom spektru. Iterativni postupak skraćivat će se za zadanu
vrijednost K od 40%. Ta vrijednost je referentna za odazivanje skrivene slike u
NIR spektru. Zbog toga se prikazala točka Z i vrijednosti apsorpcije svih
procesnih boja. Mali prostor između 700 i 800 nm uvijek je bio sporan,
nerazjašnjen, forenzički interesantan. U ovom radu prikazano je to područje
gdje se razdvajaju spektri bojila: bojila koja se proučavaju samo za
vizualni spektar našega oka od onih bojila koja imaju apsorpciju i u NIR-u.
Uređajem Projectinom skenirane su slike procesnih bojila i njihovih mješavina s barijerama od
570 do 1000 nm. Čistoća snimljenih slika i razdvajanje u NIR-u
pokazuje se tek iznad 850 nm. Prostor između 700 i 800 nm tipičan je
za utvrđivanje sastava bojila, za forenzičko ispitivanje materijala što
se postiže skeniranjem u barijerama toga područja.
Podaci o forenzičkom skeneru, zvori svjetlosti integrirani na uređaju Projectina Docucenter 4500 [4], tablica 1 s dopunama, časopis: POLYTECHNIC & DESIGN Vol. 2, No. 2, 2014. |
6. Reference
[1] Žiljak, Vilko; Pap, Klaudio; Žiljak- Stanimirović, Ivana; Žiljak-Vujić,
Jana; „Managing dual color properties with the Z-parameter in the visual and
nir spectrum“ // Infrared physics & technology. 55 (2012); 326-336 (CC,
SCI, SCI Expanded, IF 0.932). http://dx.doi. org/10.1016/j.infrared.2012.02.009
AUTORICE:
|
5. Dodatak: Rječnik, kratice i
pojmovi u radu
RGB boje: crvena, zelena, plava
CMY boje i bojila: cijan, magenta, žuta
V ton je ton boje u cijelom vidnom spektru od 400 do 700 nm,
RGB boje. CMY boje i bojila koja nastaju od njihovog sastava odazivaju se izvan
V spektra do 750 nm. Njihove informacije ne razmatramo. Preskačemo spektar
od 700 do 850 nm. Tretiramo taj prostor kao miješanje V i Z svojstva bojila.
Z spektar je NIR područje u okolini 1000 nm,
od 850 do 1100 nm. Ne ulazi područje od 700 do 850 nm koje nosi
informacije iz proširenog V spektra. NIR detekcijske kamere podešavamo prema Z
točki od 1000 nm.
V bojilo: V bojila apsorbiraju svjetlo samo u V
spektru. Vrijednost Z za V bojila jednaka je nuli.
V kamera bilježi RGB vrijednosti.
ZRGB kamera bilježi dvije slike: RGB i Z sliku na 1000 nm.
Z kamera bilježi vrijednost Z s materije, reflektiranu NIR
svjetlost na 1000 nm.
5.1. Opis pojmova u radu:
Luminiscencija je emisija elektromagnetskog zračenja, pretežito
svjetlosti, ali i ultraljubičastog i infracrvenog zračenja, koje nije
pobuđeno termičkim procesom i povišenom temperaturom tvari već
nastaje kao posljedica primanja energije u nekom drugom obliku, ide od UV zračenja,
preko vidljivog pa sve do IR spektra zračenja. Materijal luminiscira kada
se primanjem energije elektroni u atomu prvo pobude u više energetsko stanje, a
nakon toga se emisijom dijela ili ukupne dobivene energije vraćaju u
obliku zračenja u prvobitno, osnovno stanje. Ako se luminiscencija javlja
za vrijeme trajanja pobude ili 10-8 sekundi poslije, radi se o
fluorescenciji; opaža li se nakon što pobuda stane, radi se o fosforescenciji.
Fluorescencija je pojava kada neke stvari svijetle obasjane zračenjem niže
energije (npr. UV). Spektar luminiscentnog zračenja karakterističan
je za svaku pojedinu tvar pa se uspješno koristi za detekciju određene
tvari u uzorku. Luminiscencija se primjenjuje u različitim izvorima
svjetlosti, a najviše za fluorescentnu rasvjetu [7].
Refleksija svjetlosti je promjena smjera širenja svjetlosne
zrake (vala), tj. odbijanje zrake svjetla od nekog objekta čime mijenja
smjer svog širenja. Promjena smjera opisuje se pomoću upadnog kuta i kuta
refleksije, točnije, upadni kut jednak je kutu refleksije. Pošto većina
realnih tijela nema savršeno glatku površinu, normale na površinu biti će
različite za pojedine upadne zrake svjetlosti dok su upadni kutovi uvijek
isti, odnosno, na grubljim površinama reflektirane zrake bit će raspršene
u različitim smjerovima. Zato refleksiju dijelimo na zrcalnu i difuznu
[7].
Apsorpcija
svjetlosti (zračenja) je prijenos
energije valova na materiju prilikom prolaza vala kroz nju; upijanje različitih
vrsta elektromagnetskog zračenja (UV i IR zračenje, svjetlost,
toplinsko, rendgensko, radiovalovi i gama zračenje) koje se pritom
pretvara u toplinu ili neki drugi oblik energije. Iznos apsorpcije ovisi o
tvari koja upija i njezinoj debljini. Tvari selektivno upijaju određene
vrste zračenja, npr. žuto staklo (filtar) propušta zeleni i crveni dio
spektra, a apsorbira plavi [7].
Transmisija svjetlosti je prenošenje svjetla kroz medij bez
promjene valne duljine. Ovisno o fizikalnim svojstvima materijala, dio spektra će
se reflektirati i/ili apsorbirati, a ostatak će biti transmitiran.
Spektroskopijom proučavamo interakciju elektromagnetskog
zračenja i materije.
Spektrograf je instrument za analizu spektra
elektromagnetskog zračenja, sastoji se od optičke prizme ili optičke
rešetke koji služe za rastavljanje elektromagnetskog zračenja na spektar.
Spektrografi se koriste za analizu vidljivog, infracrvenog ili ultraljubičastog
zračenja.
Spektrometar je uređaj za mjerenje intenziteta komponente
elektromagnetskog zračenja određene valne duljine. Sastoji se od
izvora zračenja, monokroma i detektora (fotomultiplikatori, fotoosjetljive
diode ili CCD čip – vidljivo i ultraljubičasto područje zračenja,
te termoosjetljivi otpornici ili bolometri u IR području). Spektrometar će
izmjeriti intenzitet određene valne duljine elektromagnetskog zračenja
koji je uzorak emitirao, apsorbirao ili reflektirao.