Algoritamsko miješanje ultraljubičastih i infracrvenih bojila

Algorithm-based mixing of ultra-violet and infrared colorants

Branka Morić, Ivana Žiljak Stanimirović

Sažetak

Ne postoji colorsetting za „ultraljubičasta“ i „infracrvena“ bojila koja su namijenjena sigurnosnom tisku. Eksperimentalnim radom su određeni parovi bojila za Infraredesign tehnologiju; za F bojila koja se odazivaju i u ultraljubičastom spektru. Teorija IRD® se poštuje, s obaveznim zadatkom da se dizajniraju dvije slike na istom mjestu, a da Z (1) slika nije vidljiva u vizualnom spektru. Raspon bojila je od najsvjetlije moguće za 40% F bojila koja ima tamno sivu osnovu u VS, a prelazi u svjetlo zelenu u UV spektru. Prvo; sivo stanje u vizualnom spektru je kontinuirano provučeno do tamno magnetskog stanja tog istog bojila. Drugo; napravljen je colorsetting za prelaze iz sivog stanja F bojila iz NIR-a prema šarenim tonovima boja u VS i iz tih šarenih tonova boja prema svjetlo zelenom fluorescentnom stanju u UV spektru.  Time je dobiven trokut za algoritamsko kreiranje mnogih novih tonova koji omogućuju prepoznavanje zaštićene skrivene grafike u UV i IR spektru.
Ključne riječi: zaštitni tisak, Infraredesign, CMYFIR separacija

Uvod

Stvara se nova skala boja za ofsetni tisak koja će nositi informacije prostora boja vidljivog, ultraljubičastog i bliskog infracrvenog spektra. Programiranjem i prilagodbom procesnih bojila u konvencionalnom ofsetnom tisku projektiraju se raznovrsne autorizirane zaštitne grafike. Takvim dizajnom otvaraju se nove mogućnosti i mijenjaju dosadašnji načini tiska dokumenata. Do sada nitko nije istraživao bojila u ofsetnom tisku koja će imati odziv u UV, V i IR spektru. Nakon dugogodišnjih ispitivanja, miješanja i testiranja  UV i IR bojila, pronađeno je bojilo koje će služiti kao skrivena zaštita u vidljivom spektru. Takvo bojilo omogućava beskonačan broj načina kreiranja zaštite dokumenata. Na bojilo se djeluje u uskim, ograničenim svjetlosnim područjima: u vidljivom spektru od 400 do 700 nm; u ultraljubičastom području na 254 i na 365 nm; u bliskom infracrvenom spektru na bojilo se djeluje Z valnom duljinom od 1000 nm. Važno je koji dokument se zaštićuje je će prema njegovoj namjeni, sadržaju i izgledu ovisiti način na koji se zaštićuje kao i razina zaštite. Bitno je sistematizirati zaštitne elemente na službenim obrascima uz jasno naznačene materijale i tehnologije tiska. Materijali obuhvaćaju: bojila, papir, folije i doradnu ugradnju. Tehnologije tiska obuhvaćaju: visoki tisak, duboki, plošni, foliotisak, slijepi tisak i sitotisak. Tipični sigurnosno zaštićeni obrazac realizira se s nekoliko tiskovnih tehnika od kojih svaka ima svoje specifičnosti. U ovoj digitalnoj eri bitno je pristupiti zaštiti dokumenata sustavno računarskom grafikom i zaštitnim tehnologijama.

Zaštitni elementi u grafičkoj tehnologiji

Elektronički zadane vrijednosti boja koje su zadane u prostoru boja u grafičkom programu povezuju se sa vrijednostima bojila koje će se otisnuti na ofsetnom stroju pri optimalnim uvjetima. Na kvalitetu ofsetnog tiska utječu brojne varijable kao što su: otopina za vlaženje, kvaliteta bojila, klimatski uvjeti, kvaliteta tiskovnih formi, kvaliteta papira i sl. Za kvalitetan otisak potreban je isti nanos boje od prvog prihvatljivog otiska do posljednjeg i to prema školskim uputama za utvrđene vrijednosti CMYK-a koje će se mjeriti tijekom tiska denzitometrom i spektrofotometrom X-Rite.
Primjena zaštitnih bojila u ofsetnom tisku uvijek se svodila na UV zaštitne boje, te je koncept zaštite dokumenata objedinio ultraljubičastu zaštitu ne samo kroz bojila, već i kao zaštitu u papiru kroz UV vlakanca ili UV zrnca.
Pod nazivom Infrared Design razvijena je separacija koja se odnosi na algoritam koji koristi kontinuirane transformacije od RGB do CMYKIR. CMYFIR separacija koristi kontinuirane transformacije od CMY prema F i obrnuto. Smanjivanjem udjela cijana, magente i žute povećava se udio F komponente. Što je veći udio F komponente biti će veći Z faktor, a u ultraljubičastom području fluorescencija će biti intenzivnija.
Recepture i standardi koji se postavljaju za dokazivanje originala proizlaze iz fizikalnog svojstva ofsetnog bojila koja imaju odziv u sva tri spektralna područja. To specijalno ofsetno bojilo ima odziv u različitim valnim duljinama svjetlosti: 254 i 365 nm, 400-700 nm, 1000 nm.
Projektira se grafika pomoću tri različite informacije ciljano kreirane u jednoj slici za UV, V i NIR spektar.

Područje istraživanja

Ofsetnom tehnikom tiska s ofsetnim zaštitnim F bojilima i procesnim bojilima cijan, magenta i žutom. Utvrđuje se novi način u zaštiti dokumenata šireći se s elektromagnetskog vidljivog zračenja na elektromagnetska ultraljubičasta i infracrvena zračenja (grafikon 1). Pojam vidljivo zračenje odnosi se na bijelu svjetlost koju ljudsko oko percipira kao mješavinu valnih duljina vidljivog spektra od 400 do 700 nm.

Grafikon 1. Područje istraživanja energije pojedinog svjetla u nm

 Originalno UV bojilo je u vidljivom području tamno sivo, a translatira se u zeleno pod utjecajem UV zračenja. To izabrano specijalno ofsetno bojilo ima odziv i u IR području. Ideja stvaranja novih IR bojila nastaje miješanjem procesnih bojila sa vidljivim fluorescentnim UV bojilom sa svojstvima odziva u trima različitim spektrima. Na taj način su dobiveni otisci koji su koristili procesni sustav s ciljanim odazivom u tri različita stanja.
Otisak ima svojstva pojavljivanja kontrolirane, ciljane, zadane grafike. Otisak ima vlastito pojavljivanje u vidljivom području i otisak ima svojstva pojavljivanja i kontrolirane grafike zasnovane na teoriji Infrared dizajna.
Jedan od važnijih znanstvenih doprinosa je kreiranje bojila s kontroliranim UV, V i NIR svojstvima. Zadaje se željeni odziv u UV, željeni odziv u IR i željeni odziv u V spektru kroz strogo zadane CIELab vrijednosti  boja i to na istom elementu slike.
Ne postoji sustav otisaka koji daje informacije o IR i UV mogućnostima tih istih vizualno spektralnih prostora. Kreira se nova paleta bojila sa skalom koja ima numeričke vrijednosti o njihovim UV, V i IR stanjima. Rezultati se razlikuju prema vrsti papira, pa se na preciznosti njihova poistovjećivanja u vidljivom spektru može još preciznije raditi, tako da je DeltaE<2.
Dok se metamerija bavi različitim refleksijama nakon otiska ovisno o tome koliko ima različitih komponenti poput laka, ovdje se postavlja suprotno pitanje: koliko se dvije boje mogu izjednačiti zbog skrivanja slike.
Razvija se teorija da bojila imaju različita svojstva u UV, V i IR, a u V spektru kroz isti ton boje imaju jednaki odziv. Bogatstvo omogućuje preko tisuću bojila za ofset. Za svaku drugu tehniku tiska (sitotisak, digitalni tisak) potrebno je napraviti potpuno nova mjerenja i eksperimente.

Mjerenje razlike u boji DeltaE kroz iteracije

Po IRD teoriji radi se sa četiri bojanika postižući beskonačno puno tonova koji pokrivaju i UV i V i IR područje. Istraživanje se provodi u 4-bojnom sustavu u tri područja od kojih najmanje jedna boja ima UV karakteristike i najmanje jedna boja ima IR karakteristike, a sva četiri bojila imaju vizualnu karakteristiku.
Sva mjerljiva svojstva boja prilagođena su u CIELab prostoru boja s ciljem skrivanje slike u ultraljubičastom i bliskom infracrvenom svjetlu. Napravljeno je više probnih otisaka u ofsetnom tisku sa šesnaest (16) različitih boja (Slika 1). Svaka od tih boja kreiranih iz procesnih boja CMY, nosi 6 grupa s 36 uzoraka, što je 216 kombinacija tona boje baziranog na CMYF (procesno bojilo K zamijenjeno je s bojilom F). Svaki kvadratić tona boje ima drukčije vrijednosti CMYF, tako da su razlike u 1% jedne do dvije procesnih boja kod pomaka do prvog susjednog uzorka.

              
              
Slika 1. Određivanje najniže vrijednosti ΔE među 16 različitih boja

Kod prvih otisnutih proba izmjeren je ΔE između 16 osnovnih boja koje su u podlozi i 216 kombinacija izvedenica osnovnog  tona boje. Za daljnje eksperimente uzeti su u obzir uzorci tona boje koji su imali najmanje vrijednosti razlika u boji, ΔE. Iz tih uzoraka tona boje kreirana je nova postavka za tisak. Svaki od odabranih uzoraka s najnižim ΔE postavljen je u centar grupe kojoj pripada, a iz njega su izvedeni ostali uzorci s manjim odstupanjima u vrijednostima CMYF. Eksperimenti su rađeni na zaštićenom papiru Sihl 95 g/m2. Pokazalo se da je idealan ton različit za tisak na kunsdrucku, ofsetnom ili zaštićenom papiru, tako i isto bojilo na otisku ima različite vrijednosti Lab iako je samo papir promijenjen. Dokazano je da se iste boje drugačije ponašaju u ovisnosti o vrsti papira na koji se tiska (Tablica 1). Zato je svaka receptura miješanja boja i CMYFIR separacija vezana za vrstu tiskovne podloge.

Tablica 1. Mjerenja vrijednosti CIELab za bojilo F na različitim tiskovnim podlogama

Iako je tolerancija razlike u bojama u ofsetnom tisku prema ISO 12647-2:2004, ΔE od 4 do 5, za skrivanje slike u UV i NIR spektru ta je razlika neprihvatljiva. Razlike u bojama koje su prihvatljive moraju imati ΔE<2. Najznačajnija je procjena promatrača. Iz svih iteracija koje su napravljene od stotina različitih tonova boja, presudno je ljudsko oko. Samo oni tonova boja koji se vizualno podudaraju i kojima je izmjerena vrijednost razlike u boji manja od dva koriste se za izradu grafika koje će u sebi skrivati informaciju u V području koja se otkriva instrumentalno u UV i NIR području.

Kreiranje zaštitnih grafika steganografijom za UV i NIR spektar

Svaki element materije, boja i papir, nosi dodatke u definicijama. Otisci su pokazali da isti UV efekt postiže različite CIELab vrijednosti mjerljiv unutar vidljivog spektra. Paralelno s tim u otiscima paralelna je i ΔE vrijednost, a s nultom vrijednosti odziva u UV području. Tim preciznim eksperimentom dobivena je nova velika skala UV bojila, čija svojstva se koriste u vidljivom spektru.

Stvorena su dva ista tona boje koji se potpuno pokrivaju u vizualnom sustavu a imaju zadanu UV i IR vrijednost.
Odabrana dva tona boje koja se u vidljivom spektru u potpunosti poklapaju za skrivanje slike ima sljedeća stanja:

• jednake vrijednosti u UV, a različite u V
• jednake vrijednosti u IR, a različite u V
• jednake tonove boje u V, a različite u UV i IR.

Stvoreno je bojilo s križnim svojstvima za UV, V i NIR spektar. Križno svojstvo nastalo je kao termin prema otiscima s tonovima boje koji se u V spektru u potpunosti poklapaju i kojima je izmjerena razlika u boji ΔE manja od dva, i to s unaprijed zadanim vrijednostima u CIELab prostoru boja. Stvoren je novi sustav bojila sa križnim svojstvima putem iteracija za razvoj tonova boje koji će se u vizualnom spektru u potpunosti poklapati.

Slika 3. Otkrivanje Sv. Donat u Zadru barijernim skeniranjem otiska

Slika Sv. Donata otisnuta je sa bojilima CMYF. Na sredini slike 3 smještena je šarena slika otiska koja se vidi golim okom. S lijeve strane nalazi se otkrivena fotografija Sv. Donata koja fluorescira u zelenu boju u UV području pri 365 nm. S desne strane otkriva se crno bijela fotografija Sv. Donata kroz barijerno skeniran otisak pri valnoj duljini od 1000 nm.
Za skrivanje Sv. Donata u Zadru (slika 3) korišteno je sedam boja: Bor, Drvo, Lisica, Kuna, Stol, Čoko, Kesten.

Tablica 2. Parovi boja za apstraktnu grafiku koja skriva Sv. Donat u Zadru

Slika 4. Kanal F boje iz originalne slike SV. Donat u Zadru, u Photoshop-u

Slika 5. Kanal F boje nakon transferiranja originala iz CMYF u RGB i iz RGB u CMYF

Originalna slika ima 4 kanala boja koja predstavljaju četiri osnovna procesna bojila. Kreiranjem skrivenih grafika s bojama blizancima, procesno bojilo K zamijenjeno je sa fluorescentnim ultraljubičastim bojilom F. Originalna slika je pripremljena sa separacijom za F bojilo, te je slika u kanalu K jednaka onoj koja će se na otisku otkriti barijernim skeniranjem. Na slici 4 prikazan je kanal K koji je uvećan, tako da se vide prozori s gornjeg dijela kupole i gornji prozori sa zidova Sv. Donata. Ako se originalna slika iz CMYF sustava transferira u RGB sustav, te se vrati u CMYF sustav, izgubiti će se svi elementi iz kanala F. Detalji koji su izgubljeni vide se na slici 5. Također se vide detalji iz ostalih kanala cijana, magente i žute koji su se umiješali u kanal F. Takva slika je neupotrebljiva za ofsetni sigurnosni tisak. Takav otisak ne bi imao skrivene slike u dva različita spektra.

Zaključak

Svi eksperimenti, testiranja i mjerenja u ovom istraživanju rezultirala su pronalaskom prihvatljivih boja za skrivanje slike. Formula za CMYFIR separaciju i utvrđene kolorimetrijske vrijednosti boja mogu se koristiti isključivo u ofsetnom tisku s ispitanim tiskovnim podlogama.
Svaka receptura miješanja boja prema recepturi zamijene CMY bojila za F vezana je za vrstu tiskovne podloge. Otisci su pokazali da isti UV efekt postiže različite CIELab vrijednosti (slika barijerno skeniranog otiska mjerljivog u vidljivom spektru). Paralelno s tim u otiscima paralelna je i ΔE vrijednost, a s nultom vrijednosti odziva i u UV području i u NIR području. Tim preciznim eksperimentom dobivena je nova velika skala boja čija se svojstva koriste u vidljivom spektru.
U tisku zaštićenih dokumenata većinom se koriste sigurnosna nevidljiva ultraljubičasta bojila. Takva bojila nemaju svojstva infracrvene apsorpcije i Z vrijednost im je nula. Kod F bojila na zaštićenom Sihl papiru utvrđena vrijednost Z faktora koja iznosi 0,87. Procesna bojila cijan, magenta i žuta, nemaju svojstva infracrvene i ultraljubičaste apsorpcije.
Svaka vrsta tiskovne podloge ima svoju recepturu za F bojila. Z faktor je kod svih otisnutih uzoraka parova boja sa F bojilom na zaštićenom papiru Sihl jednak i iznosi 38%. Unaprijed je definirana vrijednost F boje u svim parovima boja. Izračunate postavke CMYFIR separacije diktiraju nanos CMYF bojila.