【硕士论文】包装装潢图案的色彩处理.pdf

摘要 I 题 目包装装潢图案的色彩处理 学科名称包装工程 硕 士 生盛 龙 签名 指导教师王家民教授 签名 和克智副教授 签名 答辩日期2004 年 4 月 1 日 摘 要 在竞争日趋激烈的商品经济浪潮中包装产品的色彩构成日益成为左右商品销售 的重要因素因而包装装潢图案的色彩处理引起了社会的广泛关注但目前国内包装 印刷界尚缺乏一种有效的色彩处理软件给广大的包装产品设计人员带来了不便本 论文基于颜色视觉理论利用颜色空间及其转换的数学知识设计出几大颜色空间之 间的转换算法通过可视化编程工具 Visual C开发出色彩处理的应用软件这 一软件包括两大部分一是通过分别调节 RGBCMYKHSV 等颜色空间内的参数 值达到色彩调整的目的便于包装产品设计人员纠正色彩偏差优化色彩搭配二 是通过依次改变某一颜色空间内的各参数值产生颜色渐变效果并捕捉到具有理想 色彩效果的图像有助于包装产品设计人员的设计创意与图像实现论文最后展望了 该软件在包装印刷领域广泛应用的前景并对软件中的不足提出了改进意见希望 CAD 软件开发人员不断完善该软件使其在包装装潢的设计过程中发挥更大的作用 关键词 颜色空间 颜色渐变 色彩调整 摘要 III Subject: COLOR PROCESSING IN PACKAGING DECORATION Specialty: Packaging Engineering Writer: Sheng Long (Signature: ) Instructor: Wang Jiamin (Signature: ) He Kezhi (Signature: ) Abstract The color of the products of Packaging has become very important in commodity sale when the market is more and more competitive. So the color processing of packaging decoration is more and more concerned. But at present the software system of color processing is scare in the field of Packaging and Printing in our country, and it is not convenient for people to design packaging product. Based on the color vision theory and the knowledge of color space and its transformation, the algorithm to transform these color space is designed and the internet applications to process colors is developed with the programming language VC+6.0. Two parts are included in the software: first ,by adjusting the parameters of the RGBCMKY and HSV color space to change colors. It is convenient for designers to rectify the color deviation and optimize colors matching. Second, by adjusting the parameters of one color space in turns, the image can shade in colors, so that the images with ideal color effect can be caught, which can help the designers originality. At last the prospect of the industry of Packaging and Printing is described and the devices to improve the software is proposed in this paper, so that the CAD software designers can improve it and make it more useful in the design of packaging decoration. K e y w o r d s : c o l o r s p a c e c o l o r s h a d i n g c o l o r a d j u s t i n g 综述 1 1 综述 包装这面时代的镜子从其特有的角度映照出人类社会物质及精神 文明进步发展的面貌而包装色彩更是鲜明强烈地给人的视觉以先 色夺人的第一印象从而成为包装设计诸因素中的重要组成部分在 竞争激烈的商品市场上要使商品具有明显区别于其它产品的视觉特征 更具有诱惑消费者的魅力刺激和引导消费以及增强人们对品牌的记 忆这都离不开色彩的设计与运用 1 . 1 包装与色彩处理 心理学有关研究表明人的视觉器官在观察物体时最初的 20 秒 内色彩感觉占 80而形体感觉占 20两分钟后色彩占 60形体占 405 分钟后各占一半并且这种状态将继续保持 1 可见色彩给 人的印象多么迅速深刻持久比如可口可乐以它的鲜红色包装 给人以强烈的视觉刺激激发了消费者的购买欲望在全球打开了市场 从色彩心理的审美角度分析色彩在视觉上容易增强产品形象的感 染力能强有力地吸引顾客的注意力色彩还有一种使人增强识别记忆 力的作用色彩通过成功的包装设计能起到帮助识别商品并增强记忆 的作用而且还有引起回忆的价值成为顾客下次选择某商品的重要依 据包装的色彩特征比形状设计更为令人深刻难忘因此要突出商品 的个性就必须通过独特的包装色彩来强化形象冲击力 日本色彩学专家大智浩曾对包装的色彩设计做过深入的研究他 在色彩设计基础一书中曾对包装的色彩设计提出如下八点要求 2 1 包装色彩能否在竞争商品中有清楚的识别性 2 能否很好地象征着商品内容 3 色彩能否与其他设计因素和谐统一 有效地表示商品的品质与 西安理工大学硕士学位论文 2 份量 4 能否为商品购买阶层所接受 5 能否有较高的明视度并能对文字有很好的衬托作用 6 单个包装的效果与多个包装的叠放效果如何 7 色彩在不同市场不同陈列环境是否都充满活力 8 商品的色彩能否不受色彩管理与印刷的限制效果如一 这些要求在商品包装的色彩设计的实践中无疑都是合乎实际的 在商品包装的色彩设计中 不只是用透明包装或彩色照片充分表现商 品本身的固有色而是更多地使用体现商品形象及内涵的色调使消费 者产生类似信号反映一样的认知反映快速地凭色彩确知包装物的内容 例如万宝路烟盒上身采用暗红色下身是纯白色色彩搭配醒目突出 使人联想到西部牛仔的阳刚之气烟盒上方饰有烫金的菲利浦莫里斯 公司的标志两匹骏马护卫着一顶金色王冠再加上黑色的 Marlboro 商 标更使人觉得万宝路气度不凡再如健特牌KENT香烟的烟盒遍 体为白色一座白色的古城堡耸立在一片白色之中再配以金光灿烂的 “KENT”商标 会使人联想起古老的城堡里的贵族生活 骆驼牌 CAMEL 香烟盒的底色是淡黄色暗喻广阔的沙漠而矿泉水包装则一般采用天 蓝色暗示凉爽和清醇并用全透明的塑料瓶充分显示产品的特征 毋庸置疑在商品包装的设计中色彩处理占有举足轻重的地位 担负着至关重要的使命 1.2 印刷与色彩处理 印刷品作为人类最主要的文化信息传播媒体其最终效果是作用于 人的感觉器官尤其是视觉系统彩色印刷复制是以颜色理论为中心 利用最新科技成果采用印刷生产方式对彩色原稿进行复制的系统工 程 3 在彩色印刷复制过程中从对彩色原稿审查创艺工艺设计到 综述 3 制版印刷等每道工序都直接涉及到印刷色彩的视觉系统评价与色彩 信息分解转换传播再现过程的控制因而印刷工艺的全过程均 离不开色彩处理的运用 在计算机技术广泛应用的今天实现真正意义上的所见即所得 已经成为印刷设计人员不断追求的梦想一张好的印刷图片给人的感 觉是舒服自然犹如现场亲眼目睹一样逼真实在好的印刷依赖好的原 稿但是大部分日常印刷所用的原稿在拍摄的时候往往由于环境或光 线的限制经镜头录到的影像都多数带有偏色 4 这些偏色的图片 与我们日常的视觉经验很不一样例如偏紫的肤色偏绿的天空等等 如果不加任何处理便把这些偏色图片直接印刷出来效果当然不好一 个好的设计师则会把偏色的图片矫正过来使最终的印刷结果能够符 合人眼的视觉习惯这当然要求色彩处理的熟练运用成功的设计家 也应该是成功的色彩学家 5 台湾广告学家樊志育先生此话无疑一语中 的 在实际的印刷流程中不论是输入显示或输出每一件设备都依 靠不同的方法去处理色彩每一部机器所用的科技限制了它可以扫描或 显示的色彩范围这种色彩范围就是它的色域 6 不论是何种设备总 会有某些颜色是在它的色域以外因而不能处理这种颜色举例来说 某一种蓝色可能在设计师的显示器的颜色空间中但却在标准四色印刷 色彩空间之外在显示器上这种蓝色看来是很饱和的但一送到印刷 机上以标准四色油墨印出的效果可能大相径庭在显示器上看似完美的 蓝色变得很不饱和有时甚至用同一科技操作的四色打印机也会有不同 的颜色空间因此在设计和印刷流程的不同阶段所看到的颜色很难一 致换句话说颜色和设备是相关的如果我们能够在显示器的颜色空 间和印刷油墨的颜色空间之间建立某种特定的映射关系从而实现颜色 数据的传递保证各种设备上颜色的一致性将会对印刷工艺产生深远 的影响 西安理工大学硕士学位论文 4 1.3 本课题的研究内容及意义 要进行数字图像的色彩处理首先要对常用的颜色描绘方法即颜 色空间有较深的理解 目前常用的颜色空间有多种从色彩管理的角度可以将颜色空间分 为两大类设备相关颜色空间和设备无关颜色空间 7 设备相关颜色空 间是指定义颜色空间的坐标因设备而异在这种颜色空间中即使是相 同的数字值在不同的设备上的表现也是不同的RGB 空间和 CMYK 空 间便是两个典型的例子而设备无关颜色空间则和设备相关颜色空间不 同它定义的颜色空间坐标是固定的无论在何种设备上相同数字值 的视觉效果是相同的CIE XYZ 空间和 CIE L*a*b*空间便是这种颜色空 间的典型例子其中RGB 颜色空间应用范围最广目前大多数扫描仪 和所有的 CRT 显示器均采用这一颜色描绘方法印刷和打印系统中一般 采用 CMYK 空间而 HSV 空间会给我们带来一种最直观的颜色感受效 果 这种因颜色空间不同而造成的差异在包装印刷领域表现得尤为突 出在计算机显示器上所看到的丰富多彩的颜色一旦传输到印刷机操 作平台上就会出现令人惊诧的变化这主要是由于两者的颜色空间之间 缺乏一个合理的科学的转换方法致使同一色彩在不同机器上出现较 大的视觉偏差为了在不同的颜色空间转换时尽可能的减少视觉偏差 甚至消除这种偏差就有必要根据颜色空间之间的转换关系设计和创 建一种应用软件使得人们可以根据不同的需要在各种颜色空间之间 自由转换通过调整某一颜色空间中的各个参数选择出某种包装装潢 图案的最佳颜色搭配比如说印刷设计人员可以首先在计算机显示器 上观察那些理想化的设计原稿通常是用 RGB 颜色空间描绘然后通 过这一软件在 CMYK 颜色空间中分别调整 CMYK 的值较直 观的表现出印刷后的图像色彩的效果还可以在 HSV 颜色空间中较为 综述 5 符合人眼的视觉感受调整 HSV 的值纠正颜色偏差这样就可以 减少印刷过程中的废品率提高生产效率 在这基础上我们还可以利用颜色的渐变效果主要通过自动调整 某一颜色空间下的各种参数在包装印刷产品的设计过程中发挥重要作 用比如说有些设计人员为了完成某一理想作品挖空心思想象各 种颜色的搭配但总不甚满意如果在颜色渐变的过程中触发了他的 灵感眼前一亮瞬间选定了某种理想效果那么一件令人满意的作品 就会应运而生 6 2 色彩与色度学基础 现代的彩色印刷电子分色等都是建立在三色学说基础上的因此要 进行包装装潢图案的色彩处理必须首先了解色彩色度学的一些基本理论 2.1 颜色感觉的形成 颜色是可见光的一种视觉特性从客观上来说可见光本身并没有 颜色但可见光不同的光谱分布刺激人眼产生颜色的感觉因此颜色是 一种主观评判的颜色人产生颜色感觉的全过程是光照射到彩色的物 体上反射光或透射光被人眼接受被大脑识别产生色感觉 8 这四 大要素中可分为两部分即客观刺激光源彩色物体与主观感觉眼 睛大脑它们统一在颜色感觉形成的过程中二者是同时存在缺一 不可的 美国光学学会的色度学委员会曾经把颜色定义为颜色是除了空 间的和时间的不均匀性以外的光的一种特性即光的辐射能刺激视网膜 而引起观察者通过视觉而获得的景象 9 在我国国家标准 GB569885 中颜色定义为色光作用于人眼引起除形象以外的视觉特性 9 根据这一定义颜色不仅与物体本来的颜色特性有关而且还受时间 空间外表状态以及该物体周围环境的影响同时还受各人的经历记 忆力看法和视觉敏感度等各种因素的影响值得特别提出的是人类认 识外部世界信息的 80是通过视觉提供的而色彩作为给人第一视觉印 象的艺术魅力更为深刻远观颜色近看花人们观察物体时视觉神 经对色彩反应最快其次是形状最后才是表面质感和细节 颜色可分为彩色和非彩色非彩色是指白色灰色再到深灰直到 黑色称为黑白系列纯白色是理想的完全反射体其反射率为 100 色彩与色度学基础 7 纯黑色则是理想的无反射体其反射率为 0实际上在自然界中并不 存在这样的纯白和纯黑所以人们规定当物体表面对可见光的反射 率在 8090以上时该物体为白色当其反射率均在 4以下时则 该物体即为黑色 10 除非彩色以外的各种颜色都称为彩色 2.2 颜色心理属性与术语 为了对各种色光和颜色进行较为正确的分析和区别国际上统一规 定了鉴别颜色的三个属性这就是色调明度和饱和度 11 色调是颜色相互区别最基本的特性可见光谱中不同波长的光在视 觉上表现为各种不同色调包括红橙黄绿青蓝紫通常称 红橙黄三种色调为暖色调青蓝紫为冷色调绿色为中间色调 光源的色调决定于人眼对其辐射的光谱成分产生的感觉对于单色光可 以用其光的波长确定若是混合光组成的色彩则以组成混合光各种波 长光量的比例来确定色调物体的色调则取决于人眼对光源的光谱成分 和物体表面反射透射的各波长辐射所产生的感觉色调由物体表面 反射到人眼视神经的色光来确定例如在日光下一个物体反射 480 560nm 波长范围的辐射而吸收其它波长的辐射则该物体表面为绿色 色调可以利用分光反射率曲线的形状来表示 明度是判断一个物体比另一个物体能够反射较多或较少的光的色彩 感觉的属性 11 简单地说色彩的明度就是人眼感受到的色彩的明暗程 度各种彩色物体由于它们反射光量的不同就会产生色彩的明暗强 弱的差异彩色物体表面的反射率越高它的明度就越高在印刷工艺 中白颜料属于反射率高的物质如果在其他颜料中加入白色可以提 高混合色的明度黑颜料属于反射率极低的物质在其他颜料中混进黑 色可以降低混合色的明度混入的黑色越多其明度降低越多 饱和度指彩色的纯度表示物体反射或透射光的选择程度 11 颜色 物体的饱和度取决于该物体表面反射光谱辐射的选择性物体对光谱某 8 一较窄波段的反射率高而对其它波长的反射率很低或没有反射这一 颜色的饱和度就高可见光谱中各单色光的饱和度最高对于非彩色则 只有明度的区别而没有色调和饱和度的区别 2.3 颜色视觉机制理论 1801 年英国的杨T.Young提出了新的色彩理论他认为人眼分 辨颜色的神经种类不可能有自然界色彩那样多因此提出了人的视神 经只有感红 感绿 感蓝三种基本视神经的假说 此后 赫姆霍尔兹 H.L.F von Helmholtz发展了这种假说认为这三种视神经末梢的细胞分别含 有对不同色光敏感的光敏色素即有感红细胞感绿细胞及感蓝细胞 它们分别对可见光谱中的长波红色光中波绿色光和短波蓝色 光敏感这三种对不同色光敏感的细胞除了有各自的主感色光外 也能对其它不同波长的色光有一定感受兴奋水平 11 根据三色学说若 感红细胞和感绿细胞同时感受刺激兴奋时则视神经就将这些信息输送 到大脑大脑就综合这些信息产生黄色感觉随着感红和感绿兴奋水平 比例的不断变化将产生橙色或黄绿色的感觉等等如果感红感绿 感蓝三种色光刺激同时兴奋产生就是白光而且不要求有连续光谱杨 赫姆霍尔兹三色学说理论是建立在颜色混合的物理学规律的基础上 的能充分说明各种颜色的混合现象即在颜色混合中混合色是三种 感色细胞按特定比例兴奋的结果在涉及颜色测量和数值计算时三色 学说理论与实验事实是完全相符的它是国际公认的色度学的理论基础 三色学说一直成功地指导着颜色技术的实践与发展现代的彩色印刷 彩色摄影电子分色以及彩色电视都是建立在三色学说基础上的三色 学说存在的问题主要有三感受曲线Fundamental Sensation Curves不唯 一不能解释色盲成对出现和全色盲等 1864 年赫林Hering提出了四色理论又称为对立机制理论四 色理论是根据以下的观察有些颜色看起来是单纯的不是其他颜色的 色彩与色度学基础 9 混合另外一些颜色看起来则是由其他颜色混合得来的例如一般人 都会认为橙色是红和黄的混合色紫色是红和蓝的混合色然而红绿 蓝黄看来却是纯色这是一种观察颜色时的自然心理感受因而赫林 认为可能存在红绿黄蓝四种心理原色同时绿刺激可以抵消红 刺激的作用黄刺激可以抵消蓝刺激的作用于是赫林提出红和绿感受 器黄和蓝感受器是两对起对立作用的器官黑和白是第三对对立的感 受器官 赫林四色对立学说能够很好地解释颜色视觉的一些生理和心理现 象但是却无法解释三原色能产生光谱一切颜色这一现象于是人们 逐渐统一了这两种学说形成了颜色视觉的阶段学说理论即视网膜 中三种锥体细胞对光的感受是三色机制这是第一阶段然后经过编码 的视觉信息向大脑皮层传导时变成了四色机制这是第二阶段而在 大脑皮层的视觉中枢接受这些输送来的信息产生各种色彩感觉为 颜色视觉过程的第三阶段 11 西安理工大学硕士学位论文 10 3 颜色空间及其转换的理论基础 对一个颜色的度量可以有很多种方法 而且每一种度量方法都用一个 颜色空间描述颜色空间也称为色彩模型是一个用三维空间表示颜 色属性的体系在几何上以三个相互垂直的坐标轴所构成的坐标系来表 示 12 自二十世纪初颜色空间的度量和定义有了更加完善的发展至 今随着计算机技术的发展和普及色彩空间及其相互转换和管理技术 日趋成熟为生产和生活中的色彩复制提供了完备的技术基础和支持 3.1 颜色空间简介 从上一章中我们知道人类的色彩感觉一方面取决于外界物体的光 学辐射对人眼的物理刺激作用另一方面又取决于人眼的视觉特性由 于颜色的客观变化性和主观感受性多年来学者们提出了多种颜色空间 这些颜色空间不尽相同有的便于对颜色进行直接评价有的便于颜色 的计算目前尚无一种完善的颜色空间没有一种颜色模型能全面的描 述所有的颜色感知在实际的应用中我们只能根据不同的需要来选择 使用 探讨颜色空间的分类问题目的是为了借鉴前人开发颜色空间的思 路以便我们更好地利用现有的颜色空间或者改进现有颜色空间存在 的问题同时也为了我们开发新的颜色空间打下基础 颜色空间种类繁多可以考虑从以下几个角度进行分类 13 1从颜色感知的角度来分类颜色空间可考虑分成以下三类 a.混合型颜色空间 按三种基色的比例合成颜色 例如 RGB CMYK 和 XYZ 等颜色空间就属于这种类型 b.非线性亮度/色度型颜色空间用一个分量表示非色彩的感知用 两个独立的分量表示色彩的感知当需要黑白图像时这样的系统 非常方便例如CIE L*a*b*,CIE L*u*v*和 YUV 就属于这种类型 颜色空间及其转换的理论基础 11 c.强度/饱和度/色调型颜色空间用饱和度和色调描述色彩的感知 可使颜色的解释更直观例如HSI, HSL 和 HSV 等 2 从色彩管理的角度来分类 颜色空间如图 3-1 所示进行分类 14 3.2 RGB 颜色空间 RGB 是在色光三原色理论基础上开发的相加混色颜色空间 1 通常 用于彩色阴极射线管和彩色光栅图形显示器在 RGB 颜色空间中红 绿蓝光的不同亮度值混合起来形成屏幕上显示的不同颜色可以通过 改变 RGB 成分的强度来控制和改变颜色可见光谱范围内的颜色在 该颜色空间下通过控制 RGB 三个颜色的强度亮度在屏幕上得到 重现在计算机中RGB 三种成分每一种都有 256 个亮度水平级 三种颜色叠加可形成 1670 万种颜色俗称“真彩”这足以将图像显示 得淋漓尽致使我们这个世界更加绚丽多彩同时RGB 颜色空间也是 编辑图像的最佳颜色空间因为它可提供全屏幕的高达 24bit 的色彩范 围即所谓“真彩显示”但是如果 RGB 颜色空间用于打印就不是最佳 的了因为 RGB 颜色空间所提供的部分色彩超出了打印色彩范围之外 颜色空间 设备无关颜色空间 设备相关颜色空间 基于减色混合法 基于加色混合法 CIE XYZ CIE L*a*b* CIE L*u*v* YCC CMYK RGB CMY 图 3-1 颜色空间分类 西安理工大学硕士学位论文 12 因此在打印一幅真彩的图像时就必然会损失一部分亮度并且比较鲜 艳的色彩肯定会失真的 这主要是因为打印所用的是 CMYK颜色空间 下 文中即将讲到而 CMYK 颜色空间所定义的色彩要比 RGB 颜色空间定 义的色彩来得少因此打印过程中系统自动进行 RGB 颜色空间与 CMYK 颜色空间的转换时就难免会损失一部分颜色也难免会出现打 印后的失真现象因此在图像处理软件中常常将 RGB 作为预设模式 RGB 颜色空间通常用图 3-2 所示的单位立方体来表示在正方体的 主对角线上各原色的量相等产生由暗到亮的白色即灰度0,0,0 为黑1,1,1为白正方体的其它六个角点分别为红黄绿青蓝 和品红各个原色的光能叠加在一起产生复合色,其坐标应位于正方体内. 蓝(0,0,1) 青(0,1,1) 品红(1,0,1) 白(1,1,1) 黑(0,0,0) 绿(0,1,0) 红(1,0,0) 黄(1,1,0) RGB 颜色空间在使用阴极射线管的图像显示系统中得到了广泛的应 用主要是由于其具有以下优点 15 a.生成颜色容易实现 b.节省内存提高性能 c.具有更大的设备独立性因为 RGB 颜色空间并不依赖于显示器或 油墨不管使用的是显示器还是其它输出设备对图像进行的校 正都被保留 图 3-2 RGB 颜色空间示意图 颜色空间及其转换的理论基础 13 然而由于这种颜色空间与人对颜色的感觉并不一致使用起来不 方便且与显示设备有关 3.3 CMYK 颜色空间 CMYK 模型是以打印在纸张上油墨的光线吸收特性为基础的当白 光照射到半透明油墨上时部分光谱被吸收部分被反射回眼睛理论 上纯青色Cyan洋红Magenta和黄色Yellow色素混合吸收 某光谱后能够合成许多颜色由于这个原因这些颜色称为减色法三原 色 16 印刷工业是通过青品红黄三原色油墨的不同网点面积率的叠印 来表现丰富多彩的颜色和阶调层次这便是印刷三原色的 CMY 颜色空 间构成 CMY 颜色空间的 CMY 三个相互垂直的坐标轴分别表示 青品红黄三原色网点面积率其值域范围均为 0 到 100对任何一 种在印刷色域内的颜色都可以用该空间的一个矢量来表示CMY 颜色 空间对应的直角坐标系的子空间与RGB空间所对应的子空间几乎完全相 同差别仅在于前者的原点为白而后者的原点为黑前者是通过从白 色中减去某种颜色来定义一种颜色而后者是通过向黑色中加入某种颜 色来定义一种颜色为了更形象地说明这两种不同的加色和减色模式 我们可以做一个简单有趣的例子先扫描一朵鲜花的照片并在显示器 上显示出来同时把这朵鲜花的照片也放在显示器的顶部我们看到这 张照片上的鲜花和屏幕上显示的鲜花没有区别但当我们把室内的灯光 全部关闭时照片上的鲜花看不见了可屏幕上的鲜花依然清晰可见 我们之所以能看见屏幕上的鲜花是因为光线从显示器里发出来直接 进入到我们的眼睛也就是说显示器在显示鲜花时采用的是加色模式 而我们看见的原来那张照片上的鲜花是因为鲜花反射了光线即它是采 用了减色模式一旦失去了外部光源当然就看不见它了 由于油墨要满足粘度粘着性干燥速度的要求况且考虑到油墨 西安理工大学硕士学位论文 14 的首层表面反射多重内反射透明性不良和选择性吸收不纯等因素 造成了实用油墨在应吸收色域内的吸收量不纯而在不应有吸收色域内又 具有一定量的吸收的效果 17 因此把等量的青色品红色和黄色油墨 混合在一起再现的不是纯黑色而是咖啡色因此在印刷中就必须使 用黑色油墨来增加印刷品在暗调处的层次阶调和对比度故在实际印刷 中一般采用青品红黄和黑四色印刷 CMYK 颜色空间是和设备或者是和印刷过程相关的即同一组 C MYK 数据网点面积率不能精确地说明它的呈色效果其呈现的 颜色与印刷条件如工艺方法油墨特性纸张特性等相关 16 不同条件 下的相同的 CMYK 网点面积率会有不同的颜色效果尽管如此 CMYK 颜色空间在印刷中还是不可缺少的因为它几乎是所有颜色印刷 处理的基础在印刷过程中不同比例的四种原色混合产生数以千万计的 色彩可以满足复制彩色原稿的需要此外印刷过程中所需的专色也 只能在 CMYK 颜色空间中进行调整与评价 随着桌面出版系统的推广和应用在印刷过程中必然要经过一个 从计算机使用的 RGB 颜色空间转换到印刷过程使用的 CMYK 颜色空间 的过程但是这两个颜色空间都是与具体的设备相关的颜色本身没有 绝对性因此需要一个与设备无关的颜色空间作为中介颜色空间 CIE XYZ 和 CIE L*a*b*颜色空间是 CIE 推荐的国际通用的表征颜色特征的与 设备无关的颜色空间 3.4 1931 CIE XYZ 颜色空间 国际照明委员会CIE根据人眼视觉特性进行了大量的颜色混合匹 配实验建立了全部光谱三刺激值即“标准色度观察者”从而奠定了现 代 CIE 标准色度学的定量基础 18 1931 年 CIE 定出了光谱三刺激值 后根据此光谱三刺激值绘制出图 3-3 所示的曲线 颜色空间及其转换的理论基础 15 由图 3-3 可看出偏马蹄形曲线光谱轨迹其中很大一部分色度 坐标 r 是负值即匹配某一部分蓝绿光时红色匹配光会出现负值 为避免颜色匹配时出现难以理解的负值1931 年 CIE 讨论确定了一个 新的国际通用颜色标定系统称之为 1931 CIE XYZ 系统此处 XY Z 分别取代红绿蓝原色这三个原色不是物理上的真实色而是虚 构的假想色XYZ 所形成的虚线三角形将整个光谱色轨迹包含在内所 以整个光谱色就变成了以 XYZ 三角形作为区域的域内色 经过一系列的色度坐标变换我们可得到 1931 CIE XYZ 系统它不 仅消除了RGB系统颜色匹配时所产生的负值 且在应用时有一系列优点 由于 CIE XYZ 色彩空间是一个与设备无关的标准色度空间它经常被用 图 3 - 3 1 9 3 1 C I E X Y Z 颜色空间示意图 西安理工大学硕士学位论文 16 来作为色彩描述的基准色度空间 但 1931 CIE XYZ 颜色空间也存在一些缺点例如表色不直观CIE XYZ 色度图是一个颜色宽容量不均匀的色度图靠近绿色区颜色的宽容 量大靠近蓝色区的颜色宽容量小即在 CIE XYZ 色度图上两点之间的 几何距离并不能真实地反映颜色在视觉上的差别为了克服这一缺点 CIE 建立了 1976 CIE L*a*b*颜色空间 3.5 1976 CIE L*a*b*颜色空间 为了纠正 XYZ 颜色空间的不均匀性人们于 1976 年定义了 CIE L*a*b*颜色空间实际上 1976 CIE L*a*b*均匀颜色空间是经 CIE XYZ 颜色空间非线性变换而得到的均匀颜色空间的优点是当颜色的色差大 于视觉的识别阈值恰可察觉而又小于孟塞尔系统中相邻两级色差时 可以较好地反映物体色的心理感受效果 L*a*b*颜色空间是一种心理颜色空间它是基于赫林四色对立学说 原理心理色度 a*和 b*中包含有X-Y和Y-Z项目在这一坐标 系统中a*表示红色a*表示绿色b*表示黄色b*表示蓝色 颜色的明度由 L*的百分数来表示 因为 L*a*b*颜色空间所反映的色彩范 围大于 RGB 颜色空间与 CMYK 颜色空间所以彩色数据从 L*a*b*到其 它颜色空间时不会因为数据量不够而引起色彩偏差1976 CIE L*a*b*颜 色空间如图 3-4 所示 因为 1976 CIE L*a*b*颜色空间与设备无关不管使用什么设备如 显示器打印机计算机或扫描仪创建或输出图像这种颜色模型产 生的颜色都保持一致因此用 CIE L*a*b*颜色空间可解决在颜色复制 过程中因使用不同的显示器或不同的印刷设备打印机而引起的颜色 变化CIE L*a*b*色域最大它包含了 RGB 和 CMYK 色域内的全部颜 色它是一种包含所有颜色的标准化颜色模型使用 1976 CIE L*a*b*颜 色空间可以保证在创建统一的颜色文件时与输入或输出打印的 颜色空间及其转换的理论基础 17 图 3-4 1976 CIE L*a*b*颜色空间示意图 设备无关因而 1976 CIE L*a*b*颜色空间是色彩管理中常用的中介色彩 空间 3.6 HSV 颜色空间 HSV 是根据颜色的直观特性由 A. R. Smith 在 1978 年创建的一种颜 色空间, 也称六角锥体模型 19 如图 3-5 所示在这个颜色空间中色 调 H 用角度度量 取值范围为 0 ? 360 ? 从红色开始按逆时针方向计算 红色为 0 ? 绿色为 120 ?,蓝色为 240? 它们的补色是黄色为 60 ? 青色为 180 ?,品红为 300? 饱和度 S取值范围为 0.01.0亮度值 V取值范围 为 0.0黑色1.0白色HSV 空间对应于画家配色的方法画家用 改变色浓和色深的方法从某种纯色获得不同色调的颜色纯色颜料对应 于 V=1.0S=1.0添加白色改变色浓相当于减小 S即在锥体顶面上 西安理工大学硕士学位论文 18 从圆周向圆心移动 添 加黑色改变色深 相当 于减小 V 值同时改 变 SV 值即可获得不 同的色调 HSV颜色空间最 符合人眼的视觉感受 给人一种直观的颜色 感觉一般来说广大 客户都是从HSV的角 度去考虑印刷品复制 的优劣 3.7 颜色空间转换的数学表达 从上文已经得知最少需要用三维来定义一个刺激色色调明度 和饱和度或者是三刺激值XY和Z也可以定义为相应的坐标L*a* 和b*总之这里的数学关系总是围绕着数字3三个变量三个未知数 三个联立方程以及三维色空间 20 首先可以建立一个方程组来实现RGB到CIE XYZ颜色空间之间的转 换 20 += += += max,max,max, max,max,max, max,max,max, bgr bgr bgr RZGZRZZ RYGYRYY RXGXRXX 3-1 上式中XY和Z是由CRT显示器产生的三刺激值Xr,max 图 3-5 HSV 颜色空间示意图 颜色空间及其转换的理论基础 19 Xg,max Zb,max是每一种原色在其最大输出时的三刺激值使用矩阵可 以把上式重写成更紧凑的形式即 = B G R ZZZ YYY XXX Z Y X bgr bgr bgr max,max,max, max,max,max, max,max,max, 3-2 反之从CIE XYZ转换到RGB空间则使用上式的逆矩阵 = Z Y X ZZZ YYY XXX B G R bgr bgr bgr 1 max,max,max, max,max,max, max,max,max, 3-3 如今许多计算器和所有的电子数据软件都有求逆矩阵的内置程序 可以对式3-1进行求解得到 20 + + = + + = + + = Z YYYX Y ZXZX X ZYZY B Z YYYX Y ZXZX X ZYZY G Z YYYX Y ZXZX X ZYZY R rggrgrrgrggr brrbrbbrbrrb gbbgbggbgbbg max,max,max,max,max,max,max,max,max,max,max,max, max,max,max,max,max,max,max,max,max,max,max,max, max,max,max,max,max,max,max,max,max,max,max,max, 3-4 其中 () max,max,max,max,max,gbbgr ZYZYX= + () max,max,max,max,max,brrbg ZYZYX + () max,max,max,max,max,rggrb ZYZYX 从CIE L*a*b*颜色空间的定义中可以看出它与CIE XYZ空间之间的 转换关系 西安理工大学硕士学位论文 20 () ()() ()() = = = 3 1 0 3 1 0 3 1 0 3 1 0 0 3 1 0 /200 /500 01.0/16/116 ZZYYb YYXXa YYYYL 3-5 其中X0Y0Z0为CIE标准照明体例如D65C或A的三刺激值 其数值见表3-1 1 2视场 10视场 光 源 D65 C A D65 C A X0 Y0 Z0 95.05 100.00 108.90 97.07 100.00 118.22 109.85 100.00 35.58 94.81 100.00 107.34 97.28 100.00 116.14 111.14 100.00 35.20 尽管 CMYK 颜色空间的色域范围小于 RGB 颜色空间的色域范围 但仍可用式 3-6 近似表示这两个颜色空间的转换关系 = = = = KBY KGM KRC BGRK 255 255 255 )255(),255(),255min( 3-6 HSV 颜色空间与其它颜色空间之间并没有严格的数学转换公式但 学者们经过不断的实验得到了 RGB 颜色空间和 HSV 空间转换的经验 公式 3-7 21 通过这个公式人们可以将主观的颜色感觉用客观的颜色参 数近似地加以描绘 表 3-1 CIE 标准照明体 X0Y0Z0值 颜色空间及其转换的理论基础 21 += += += VHSHSB VHSHSG VHSR 57735. 0)sin(40824. 0)cos(7071. 0 57735. 0)sin(40824. 0)cos(7071. 0 57735. 0)sin(816496. 0 3-7 在这一节中通过对各种颜色空间转换的数学表达为本课题所 要开发的应用软件提供了算法依据 西安理工大学硕士学位论文 22 4 图像编程基础 图像是由摄像机扫描仪等数字化设备输入并以数字形式保存在计 算机中的信息通过适当的处理之后它可以在计算机上重现在科技飞 速发展的今天计算机图像技术由于其丰富的色彩更快的绘制速度而 倍受人们的青睐可以说如果脱离了图像技术那么大多数应用程序 尤其是 Windows 应用程序会变得枯燥无味 4.1 位图及调色板 数字化图像数据有两种存储方式位映射存储(BitMap)和矢量存储 (Vector)22我们平常是以图像分辨率即像素点和颜色数来描述数字 图像的 例如一张分辨率为 640480 16 位色的数字图片 就由 216=65536 种颜色的 307200(=640480)个像素点组成 位映射存储方式是将图像的每一个像素点转换为一个数据当图像 是单色只有黑白二色时8 个像素点的数据就占据一个字节一个字 节就是 8 个二进制数1 个二进制数存放像素点16 色的图像每两个像 素点用一个字节存储256 色图像每一个像素点用一个字节存储这样就 能够精确地描述各种不同颜色模式的图像 位映射存储方式较适合于内容复杂的图像和真实的照片但随着分 辨率以及颜色数的提高图像所占用的磁盘空间也就相当大另外由于 在放大图像的过程中其图像势必要变得模糊而失真平常提到的 jpeg gif 等图像格式就是经过数据压缩的位图格式 任何一个位图文件都可以分成四个部分如表 4-1 所示22 第一部分是位图文件头对应一个 BITMAPFILEHEADER 结构包 括文件类型标志文件总长度从文件头到像素数据集的偏移长度即 前 两 部 分 的 总 长 度第 二 部 分 是 位 图 信 息 头对 应 一 个 图像编程基础 23 BITMAPINFOHEADER 结构包括位图的宽度高度表示每一像素的 字节个数等信息第三部分是颜色表项包含若干个 RGBQUAD 结构 它是调色板信息每一个 RGBQUAD 对应一个调色板的索引项如果是 真彩色位图就不需要任何调色板信息这部分是长度可变的取决于 调色板信息的有无与多少第四部分纯粹是位图中所有像素的数据表示 集合每一个像素可以用 24 位16 位8 位4 位等表示在第二部分 的 BITMAPINFOHEADER 结构对每一个像素的数据表示位数有明确规 定 位 图 文 件 头 位 图 信 息 头 颜 色 表 项 位 图 图 像 数 据 位图图像或点阵图像准确地说是数据元素的集合这些数据元素 决定了图像在某个具体位置是什么颜色位图图像中颜色的数目通常是 由位图的位深度所决定的位深度代表了图像色彩的丰富程度位深度 是指用以描述位图中颜色值所使用的位的个数显然一幅图像的位深 度越高那么它所能表现的颜色数目越多色彩也就越丰富通常情况 下8 位256 色的图像已经能够满足大多数应用的需要但在一些要 求高质量图像的场合16 或 24 位的图像是必须的然而颜色位深度的增 加势必带来存储空间的膨胀和图像显示硬件要求的提高为处理上述 矛盾可以用一个颜色索引Color Index来代表各个像素的颜色而 不是直接用红绿蓝三基色的亮度值来确定每个像素的颜色这就是 Windows 中用调色板Palette来表达色彩的间接方法调色板就是一个 包含了若干颜色索引和该索引所对应真实颜色值的颜色表(Color Table) 表 4-1 位图文件结构示意图 西安理工大学硕士学位论文 24 由于索引值占用较少的数据位124 或 8 位而真实颜色值占用较 多的数据位24 位即用三个字节分别代表红绿蓝三基色的颜色值 从 0 到 255因此使用调色板方法即能提高图像显示效率又能降低 对硬件的要求23 位图数据是位图中所有像素的数据的集合其记录顺序在扫描行内 是从左到右在扫描行之间是从下到上正向位图,也就等于把位图倒 过来然后再逐行扫描另外字节数组中每个扫描行的字节数必须是 4 的倍数如果不足要用 0 补齐 对于位图的调色板编辑我们最关心的就是位图结构中的位图信息 BITMAPINFO部分其结构定义及含义如下 typedef struct tagBITMAPINFO BITMAPINFOHEADER bmiHeader; /位图信息头 RGBQUAD bmiColors1; /颜色表 BITMAPINFO; 其中结构 BITMAPINFOHEADER 和 RGBQUAD 分别定义如下 typedef struct tagBITMAPINFOHEADER DWORD biSize; /本结构所占用字节数 LONG biWidth; /位图的宽度以像素为单位 LONG biHeight; /位图的高度以像素为单位 WORD biplanes; /目标设备的级别必须为 1 WORD biBitCount; /每个像素所需的位数即位深度 DWORD biCompression; /位图压缩类型 DWORD biSizeImage; /位图的大小以字节为单位 LONG biXPelsPerMeter; /位图水平分辨率每米像素数 图像编程基础 25 LONG biYPelsPerMeter; /位图垂直分辨率每米像素数 DWORD biClrUsed; /位图实际使用的颜色表中的颜色数 DWORD biClrImportant; /位图显示过程中重要的颜色数 BITMAPINFOHEADER; Typedef struct tagRGBQUAD BYTE rgbBlue; /蓝色的亮度值范围为 0255 BYTE rgbGreen; /绿色的亮度值范围为 0255 BYTE rgbRed; /红色的亮度值范围为 0255 BYTE rgbReserved; /保留必须为 0 RGBQUAD; 位图颜色表中的 RGBQUAD 结构数目即位图的颜色数目是由位 图信息头中的 biBitCount 项即位深度所决定的当 biBitCount 为 8 时颜色表中有 256 个表项即位图可以表达 256 种颜色位图中的数 据是调色板中各种颜色的索引号当 biBitCount 大于 8 时位