文献综述：打印机偏色补偿算法研究

本科生毕业设计（论文）论文综述学 院 轻工学院 专 业 印刷工程 导 师 王 君 学 生 张开继 学 号 201110830101 2015年4月2日打印机偏色补偿算法研究1 本课题研究的意义及内容1.1 本课题研究的意义 打印机作为现在较为常用的输出设备，满足了专业输出和大众使用广泛需要1。各种不同的设备呈现色彩信息的机制和原理不同，因此怎样保证各种设备之间色彩信息的准确复制传递成为世界各国的色彩学家们共同研究的课题2。不同设备的呈色特征、呈色机理有差别, 其呈色空间也有差别,也就是说, 颜色的定义是与设备有关的, 因此造成了颜色信息在不同的设备间传递时呈现了偏差3。色彩是图像的一个首要特性,蕴含了很多可视化信息。图像的色彩讯息往往是进行图像剖析的重要依据,对于图像分割、目标检测与判别、图像检索等范畴的研究都具有十分重要的意义4。面临现代印刷数字化生产发展和色彩管理的要求,整个图像复制过程都需要对色彩进行定量的描述和精确的数据控制,因此迫切需要获得精确可靠的色彩数据5。因此实现色彩真是准确的再现在以计算机为工具的电子媒体创作 、出版过程中是一个至关重要的问题6。本次研究的主要意义就是令人们能够准确的得到精准的色彩信息，使印刷出来的产品的颜色是我们真正想到得到的。1.2 本课题研究的内容人类主要通过视觉来获取外界信息。据调查结果表明，经过其他四种感觉即听觉、味觉、嗅觉、触觉四种途径感受到的信息要比通过视觉感受到的信息少7。自从彩色印刷术发明以来,人们就想要让印刷出来的印品即我们所想要的,并不断努力的实现这个目标8。很多设计者都不了解印刷他们觉得印刷很复杂.甚至有些设计师都不理解为什么印刷成品会与设计的颜色差距那么大,因为他们只是设计出一个原稿,至于制版、印刷的流程他们根本不了解不知道印刷的过程是有变数的9。在印刷制版过程当中，我们不得不提到色彩管理和色彩校正这两个概念。许多的人认为色彩管理与色彩校正这两个概念基本相同。事实上，二者是完全不同，用途也大不相同，但二者之间存在着联系并且相互影响。在色彩校正过程当中有时要用到色彩管理，而色彩管理则是色彩校正的重要保障10。一般的色彩描述文件对很多的打印机、显示器和扫描仪都有效,但在一些可变因素的影响下这种固定的描述值也会产生较大的误差。我们可以根据自己的设各定义自己的描述性文件11。使其尽可能的与我们想要的结果达成一致。对色彩管理效果进行理论分析;得出印刷体系与数码打样系统之间的映射关系,并把映射关系应用到数码打样系统中进行修正12。重新进行色域匹配,重新验证。确保印刷与数码两种样张尽量一致。本论文就是利用色彩管理理论进行实验通过数据总结得出一些偏色补偿规律，是我能能过更准确的得到我们所想要的颜色13。2 引起色彩再现不准确的原因 色彩管理技术的发明极大的改善了彩色信息输入与输出质量,得到了普遍的认同,但在现实的使用中还存在诸多问题有待进一步解决,列举如下: (l)对设备彩色特性的检测及校正方法都没有考虑到个体设备的特点。标准色靶都是在色彩空间里面平均采集生成,无法明确的反映设备特性;设备的非线性校正方法并没考虑到设备特性在设备无关色彩空间内部不同问题,因此使用一样的模型进行校正,校正精度较低。 (2)虽然有许多可供选择的色域匹配算法,但针对性太强,对于特殊的彩色信息再现需求不同,缺少能共通使用的算法,无法使用户方便使用;同样也没有很好的色域匹配算法能应用于商业图像及计算机图像,使此类图像的跨设备再现质量较低。 (3)不够完善的色彩管理系统设计,色彩转换过程只以设备的彩色特性作为根据进行转换,对于再现的图像的彩色特征没有考虑周全,所以对于彩色图像没有自适应性,无法发挥资源的最好效用,达到印品再现的最好效果。 (4)缺乏高性价比的设备，彩色特性检测工具和符合ICC规范的Profile自动生成工具。首先编程完成设备Profile的生成,专业化需求高,自动化程度低,ICC规范的色彩管理技术研究周期长,易出错,作量大,同时其并不支持在线测量和控制;同时分光测色仪价格高昂,普通用户无法接受。上述问题使得人们无法充分利用设备的彩色特性,从而达到良好的彩色信息再现效果,且大大提高了设备彩色特性检测及彩色特性校正的成本,限制了色彩管理技术的发展和应用14。 (5)若打印设置没有错误，同样的纸张在打印同一画面是不一样的，这是打印头喷墨量不一致所造成的，因为多次清洗打印头会使打印头产生损伤，致使墨水喷得太多或太少。另外，若墨盒的墨水腔串色或墨水区产生空气气泡。也会令墨水喷不出。图案就会偏色。这些引起偏色的原因都是硬件导致的，如果好好保养就会改善情况1。3 国内外对于色彩管理的研究与发展3.1 国外研究现状 1993 年八大电脑及电子影像发展商（Apple、Kodak、Microsoft、Adobe、Agfa、Taligent等）提出并成立了国际色彩组织（International Color Consortium,ICC），竭尽全力的建立贯通整个复制过程的、以标准的方式传递和处理色彩信息的色彩管理体系，是当今色彩管理的奠基者15。现在国际色彩联盟已有 60 多家公司的加入，一起解决颜色信息在不同设备间传递不一致的问题。开放式色彩管理的思想是借助ICC标准中与设备无关的参考空间PCS空间（Profile Connection Space）将系统中全部设备的颜色特性确定为结构规范的叙述设备色彩特征的特征文件（Profile），和各不同厂商遵循ICC规范开发的色彩空间转换模块（色彩管理模块CMM）来完成对数字化色彩的管理与规范1617。此中，色彩管理模块CMM，也叫做色彩引擎，是色彩管理系统的核心。它的主要功能就是根据所使用设备的设备特征文件（Profile）来实现设备颜色空间与CIE颜色空间之间的转换18。 以ICC的现代色彩管理系统为基础所用的与无关于设备的色彩空间PCS一般是CIE 1976 Lab,(简写为CIELAB)或CIEXYZ。CIELAB作为均匀颜色空间,可以通过其空间中任意两个颜色点之间的欧几里德距离量化其色差,因此,ICC Profile中成为标准色彩空间。如今几乎所有色彩管理系统都把CIELAB当做计算色空间,CIELAB均匀颜色空间的好处是:当色差高于视觉的识别闽值(恰可察觉)又恰巧低于孟塞尔系统中相近的两个不同级别的色差时,能很好地显示出物体颜色的心理感受。且CIELAB表色直接,能很直接评价颜色,又因为CIELAB是与设备无关的色彩空间,在色彩管理中,利用此特征,能够推导出屏幕色、原稿色和印刷色在色彩空间的应对关系和色差,使颜色在视觉上一致,实现各种不一样设备之间的色彩转换。但CIELAB色彩空间也有着一定缺陷,它的设计目的是使在一个拥有正常颜色视觉的人眼睛中,不同的两个拥有特殊规定的尺寸的均匀颜色样本,在放于特殊规定的背景色上、特别规定的光源下、以特别规定的长度和视场角度观察它们之间相匹配的程度。它无法预测不一样的视觉条件下的复杂空间图像之间颜色的差别,而且不能适用于跨媒体和跨平台的颜色之间的比较,因此CIELAB色彩空间并不是可以用于颜色转换的一个完美的标准色空间。因此,人们给出了一个概念“色貌模型”,用于解决在不同条件下的媒体颜色真实再现问题适用于不同的背景和不同的观测环境。1997年,CIE负责测试色貌模型的分技术委员会在综合Hunt94、Nayatani95、LLAB、RLANB这几种色貌模型的特征后,创建了色貌模型的统一简化版本-CIECAM97s,在色貌模型的研究上获得了巨大的成就,其主旨就是在推荐给从事跟色彩有关行业的科学工作者和工业界进行使用和测评。并且也令业内很多研究人员有兴趣对它进行进一步的研究,随着研究的不断深入,2002年9月CIE又推出了第二代色貌模型-CIECAM02。虽然CIECAM02能够预测不一样的视觉条件下的颜色再现效果,但是没有将人类视觉的空间和时间特性与图像视觉效果相结合。所以,在2004年, Fairchild和Johnson又推荐出图像色貌模型ICAM(Image Color Appearance Model),ICAM将人类视觉的空间和时间特性很好的结合了起来,拥有良好的色相均匀性,不但能预测复杂图像的色貌特征,而且能测量图像的质量和差别,适用于跨媒体图像复制和高动的成像技术。同时随着JDF(Job Defination Format)的数字化工作流程的发展与进步,人们研究的方向已经向着无缝的自动化色彩管理技术发展。无缝的自动色彩管理技术需求从图像的获得、显示到打印出成品的全部流程的色彩管理始终无缝的自动执行。如基于色貌模型，色彩管理流程将包括自动化生产，需要调用的文件的各种特性和自动创建和执行从输入图像的色彩转换到各个阶段的图像输出。自动色彩管理技术在无缝的自动化色彩管理方面的研究已经由柯达公司和富士胶片迈出了第一步。总而言之,颜色科学、颜色与图像技术这个领域的研究国际上备受关注,与之相关的专业协会、标准化组织学术交流活动、专业研究机构有很多,得到了很多非常有价值的研究成果.国际照明委员CIE、国际颜色学会、国际色彩联盟ICC、国际电工委员会以及国际著名颜色实验室和研究机构:美国罗彻斯特理工学院、英国利兹大学田、日本千叶大学都在这方面都做了大量的研究工作。国外信息业和影像业一些知名的公司基于ICC色彩管理体系开发了许多成熟的色彩管理系统以及推出了各自带有色彩管理功能的软硬件产品,以及不断地改善多技术角度以提升色彩控制能力19。3.2 国内研究现状由目前检索到的资料显示,国内色彩管理色空间转换方面的研究工作主要集中在浙江大学、哈尔滨工业大学、北京理工大学、西安电子科技大学、武汉大学、天津大学、西安理工大学、解放军信息工程大学、北京印刷学院、湖南工业大学等高校和中国科学院研究生院长春光学精密机械与物理研究所等研究机构开展,其研究方法主要是基于人工神经网络、三维查找表查值算法、多项式回归、理论模型的修正等,这些研究主要集中在输入设备扫描仪、数码相机、显示器和印前色彩管理的研究,主要涉及的色空间为RGB、CIEXYZ,而对输出设备色彩管理的研究主要是打印机的色彩管理,大多采用BP神经网络以及LUT查找表法进行研究,而且绝大多数回避了和CMYK四色空间的颜色转换,仅研究和CMY三色空间的转换。其中基于网点呈色平面规律的转换模型研究只有西安理工大学和武汉大学开展了初步工作,主要完成了三色胶印、柔印等条件下LAB与CMY的转换模型的建立以及三色平面模型在喷墨印刷中的应用研究2021,由于实验条件的限制,试验结果有一定不足;另外,对于四色印刷的转换研究才刚刚起步,西安理工大学康一的硕士论文22的研究以一本印刷色谱作为研究样本,建立了一定K值下CMYK到CIE LAB的转换方程,没有最终建立CMYK与CIE LAB的转换,而且该数据是一定印刷条件下的特定数据,其结果有一定局限性;而武汉大学张力的硕士论文以 Photoshop 中SWOP条件下一定印前参数设置情况下的数据为实验数据完成了CMYK与CIE LAB的转换,但其逆向转换的研究不够深入,而且对网点平面呈色机理未做研究。文献表明,多层前向BP网络是目前应用最多的一种神经网络形式,数学理论已证明它具有实现任何复杂非线性映射的功能,这使得它特别适合于求解内部机制复杂的问题,因此基于BP神经网络开展了许多色空间转换的研究工作,而且表明可达到较好的色彩转换精度。另外,一直致力于图像色彩复制质量控制的方正集团在色彩管理方面推出了易彩服务(商业版)用于建立在整个印刷工艺流程上的规范化、数据化质量控制,这也是方正电子多年来色彩管理方面的精华积累,但方正只是买现成的色彩转换引擎,在数码打样软件方面进行一些调用或优化算法改进,并没有致力于基于ICC色彩管理的核心技术:如:色彩空间转换算法,色域映射、ICC特征文件的生成软件开发等的研发。总之,由于不同的色彩管理系统在色彩空间转换环节所采用的技术、模型不同,使得在彩色图像的整个制作传输过程中色彩管理不能达到理想的效果,所以,现今研究者对色彩空间转换技术还在进行深入的研究。而CIE LAB颜色空间与CMYK颜色空间转换的研究是印刷色彩管理中的重要部分,现在常用的这两个色彩空间转换的方法是带插值算法的查找表232425,而且四面体查找算法效果较好Photoshop中,由于输出工艺的不同以及黑版曲线的不同,就需要建立多个正、反向查找表,还需要特定的插值算法实现CIE LAB与CMYK颜色空间转换。就检索到的文献资料来看,国内外实现CIE LAB中与CMYK颜色空间转换研究的方法主要是LUT查找表法和神经网络方法。常用的色彩空间转换方法可分为查找表法、理论模型法、经验模型法、智能方法,理论模型法需要充分的理论依据、数学公式来支持,而其他方法不需要充分的理论依据,而是利用测量大量的色谱数据,通过各种数字算法拟合两色空间的转换关系。参考文献1 刘霖; 黄岩 彩色喷墨打印机偏色全攻略J.今日印刷，2008，7：1-32 吴杰 ICC标准下的印刷色彩管理系统研究D.无锡：江南大学硕士学位论文，20113 薛延学 张二虎; 吴学毅 包装数码印刷的色彩管理J 包装工程，2003,24（5）：47-534 徐晓昭; 蔡轶珩; 刘长江; 贾克斌; 沈兰荪 基于图像分析的偏色检测及颜校正方法 测控技术J2008，27(5)：11-215 吴芳 基于色彩管理的色彩测量及其应用研究J.武汉：武汉大学硕士学位论文，20056 夏自由 小幅面彩色喷墨打