Multiscale impact of the addition of a coating layer on the color of halftone prints

Impact multi-échelle de l'addition d'une couche transparente sur la couleur d'une impression en demi-ton Ajouter une couche transparente (vernis, ou pellicule) sur un imprimé en demi-ton peut changer sa couleur, et ce même si cette couche est non-absorbante et de même rugosité de surface que l’imprimé sans couche transparente. L’objectif est de comprendre, de modéliser, et d’évaluer l’impact du phénomène optique à l’origine de ce changement de couleur afin d’améliorer la gestion de la couleur en impression.Notre théorie est que ce changement de couleur est dû à des interréflexions de la lumière au sein de la couche transparente, entre le support imprimé diffusant et l’interface avec l’air. Cette propagation latérale a une fonction d’étalement de point (PSF) très spécifique en forme d’anneau causée par la dépendance angulaire de la réflectance de Fresnel à l’interface. Elle permet à la lumière de se propager d’un motif imprimé à un autre et augmente la probabilité que la lumière soit absorbée par de l’encre. Ce phénomène, que nous avons appelé halation, sature et assombrit les couleurs de l’imprimé et peut être vu comme un dot gain optique additionnel causé par la couche transparente. Nous proposons un modèle optique permettant de prédire le facteur de réflectance d’un imprimé couvert d’une couche transparente prenant en compte ce phénomène. Il repose sur des convolutions multiples entre la PSF en forme d’anneau, qui dépend de l’épaisseur de la couche transparente, et sur la réflectance intrinsèque spatiale et spectrale de l’imprimé qui peut être évaluée avant ajout de la couche transparente.Deux expériences ont été réalisées à l’échelle macroscopique pour valider la théorie du phénomène de halation et sa modélisation multi-convolutive à la fois spatialement et spectralement. Elles ont consisté à mesurer le facteur de réflectance de motifs de demi-tons larges pour différentes épaisseurs de couche transparente.Des simulations via le modèle multi-convolutif ont permis d’estimer l’influence de différents paramètres d’impression sur le changement de couleur causé par l’ajout d’une couche transparente. Il a été en particulier établi que la rugosité de surface de la couche transparente n’avait pratiquement aucun impact sur le phénomène de halation et qu’ainsi le modèle multi-convolutif peut s’appliquer aussi bien à des couches brillantes qu’à des couches mattes.Ce phénomène de halation a été étudié à l’échelle microscopique pour des impressions électrophotographiques et en jet d’encre. A cette échelle les réflectances intrinsèques des impressions sont impactées par le dot gain optique et mécanique. Pour calibrer le modèle multi-convolutif un instrument a été développé pour mesurer le facteur de réflectance spatial et spectral des impressions : un microscope multispectral. Celui-ci prend des photos à travers des filtres optiques colorés de faible bande passante spectrale (25 nm). Il a été calibré de façon à avoir un accord entre les mesures microscopiques du microscope et celles macroscopiques d’un spectrophotomètre.Cet instrument a permis de calibrer le modèle multi-convolutif et d’évaluer ses performances sur des impressions de dimensions microscopiques pelliculées avec une couche transparente de 25 µm d’épaisseur. La différence de couleur entre les prédictions du modèles et les mesures était en moyenne ΔE=0.95±0.39 en électrophotographie, et ΔE=0.68±0.28 en jet d’encre. Ces résultats relativement précis font du modèle multi-convolutif un outil prometteur pour la gestion des couleurs en impression. Comme le microscope multispectral est un outil rare, des simulations préliminaires sont présentées pour essayer de calibrer le modèle à partir de mesures microscopiques RGB classiques.Les connaissances sur le phénomène de halation et sur son impact sur les couleurs de différents motifs de demi-ton imprimés pourraient amener à de nouvelles solutions anti-contrefaçon. Une application est présentée montrant que des images peuvent être cachées ou révélées simplement en ajoutant ou en enlevant une couche transparente sur une impression.