（机械制造及其自动化专业论文）基于icc标准的印刷色彩管理色域映射意图自动选择研究.pdf

上海大学硕十学位论文 摘要 色彩是影响印刷品质量的重要因素，印刷行业首先将色彩管理的概念从颜 色科学中独立出来。国际色彩联盟i c c ( i n t e r n a t i o n a lc o l o rc o n s o r t i u m ) 制定了 开放式的色彩管理体系及其标准。色彩管理中的色域映射意图是不同设备大小 色域间的转换方法，是色彩管理的核心。然而目前印刷颜色复制流程中的色域 映射意图需要人工根据经验选择，影响了色彩管理流程的有效实施。 本文以颜色复制理论和彩色图像处理为基础，以i c c 印刷色为管理流程为 ， 依据，提出了一种基于i c c 标准的印刷色彩管理色域映射意图的自动选择方案。 该方案是对现有印刷色彩管理流程的补充，以期提高其中色域映射意图选择的 自动化程度。同时对该方案的运行效果进行了验证。 在色彩空间、印刷颜色复制理论的基础上，重点分析了现有i c c 印刷色彩 管理系统的结构，对i c c 规定的四种色域映射意图进行了深入研究，并根据实 际印刷颜色复制经验，归纳了这四种色域映射意图的适用范围，指出影响色域 映射意图选择的因素主要为原稿类型、原稿与目标设备的色域和复制类别。由 此提出了实现色域映射意图自动选择方案的关键技术，即用图像处理的方法， 借助m a t l a b 强大的数据处理和图像处理工具箱实现原稿类型的判断和原稿与目 标设备色域的提取和比较。 在方案验证阶段，本文采用主、客观评价结合的方法，验证了色域映射意 图自动选择结果的有效性和可靠性。在客观评价的色差计算上，采用了符合人 眼视觉的s c i e l a b 色差公式，有别于常用的c i e l a b 色差公式。本文结合统 计学理论，验证了该公式评价结果和人眼的主观评价结果的一致性。 本文的研究成果在印刷色彩管理的色域映射意图自动选择方面具有一定的 参考价值，对相关印刷色彩管理软件的自动化发展起到一定的推动作用。 关键词：印刷，色彩管理，i c c ，色域映射意图，色差分析 上海大学硕士学位论文 a b s t r a c t c o l o ri st h ek e yf a c t o ro ft h ep r e s s w o r kq u a l i t y , s ot h ep r i n t i n gi n d u s t r y e s t a b l i s h e dt h ec o l o rm a n a g e m e n ta p a r tf r o mt h ec o l o rs c i e n c e i c c ( i n t e r n a t i o n a l c o l o rc o n s o r t i u m ) f i r s ts e tc m s ( c o l o rm a n a g e m e n ts y s t e m ) a n di t ss t a n d a r d s a s t h ec o r eo fc m s ，m a p p i n gi n t e n ti st h ew a yt oc o n v e r tt h ec o l o rg a m u t sa m o n g d i f f e r e n te q u i p m e n t s b u tc h o o s i n gm a p p i n gi n t e n t si ss t i l la r t i f i c i a ls e l e c t i o nb a s e d o nt h ew o r k i n ge x p e r i e n c e ，w h i c ha f f e c t st h ee f f e c t i v ei m p l e m e n t a t i o no fc m s a na u t o s e l e c t i o nf o rg a m u tm a p p i n gi n t e n t sb a s e do ni c cs t a n d a r d si s p r o p o s e d a sa ne x t e n s i o no fe x i s t e dp r i n t i n gc m sw o r k f l o w ，t h ep u r p o s eo ft h en e w m e t h o di st oi m p r o v et h ea u t o m a t i o nd e g r e eo fc m sw o r k f l o w b a s e do nr e s e a r c ho ft h ec o l o rs p a c ea n dp r e s sc o l o rr e p r o d u c t i o nt h e o r y , t h i s p a p e rp a y sa t t e n t i o nt oi c cs t a n d a r dc m ss t r u c t u r ea n dt h ee x i s t e d4i c cg a m u t m a p p i n gi n t e n t s ，p o i n t so u t3k e yf a c t o r so ft h em a p p i n gi n t e n t sb a s e do nt h e p r a c t i c a le x p e r i e n c ，w h i c ha r eo r i g i n a lf i l et y p e s ，g a m u to ft h eo r i g i n a lf i l ea n dt h e e q u i p m e n ta n dr e p r o d u c t i o ns t y l e si nt h ew h o l ep r i n t i n gw o r k f l o w t h e nc o m b i n e d w i t ht h ei m a g ep r o c e s s i n gm e t h o da n dt h em a t l a bi m a g et o o l b o x ，r e a l i z e st h e r e s e a r c h a l s ob yu s i n gn e ws - c i e l a bc o l o rd i f f e r e n tf o r m u l ar a t h e rt h a nc i e l a b ， w h i c hc o n v i n c e dm o r ec l o s et oo b je c t i v ef e e l i n g ，t h i sp a p e rm a k e sav 舒矽t ot h e r e s u l to ft h ea u t o s e l e c t i o nf o rg a m u tm a p p i n gi n t e n t s t h er e s u l to ft h i sr e s e a r c hc a l lb ea sar e l a t e dg u i d a n c eo ft h ea u t o s e l e c t i o nf o r t h eg a m u tm a p p i n gi n t e n t si nc m s ，a n di t sa l s ob e n e f i tt oi m p r o v et h ea u t o m a t i o n d e g r e eo f t h ep r i n t i n gc m ss o f h , v a r e k e yw o r d s ：p r i n t i n g ；c o l o rm a n a g e m e n t ；i c c ；g a m u tm a p p i n gi n t e n t s ； c o l o rd i f f e r e n c ea n a l y s i s l l i ：海大学硕士学位论文 原创性声明 本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作。 除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已发 表或撰写过的研究成果。参与同一工作的其他同志对本研究所做的 任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：! 兰邀日期：盘! ：兰：， 本论文使用授权说明 本人完全了解上海大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留论文及送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学 校可以公布论文的全部或部分内容。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 日期：升，弓， 上海大学硕士学位论文 1 1 研究目的及意义 第一章绪论 从2 0 世纪3 0 年代开始，以色彩为研究对象的色彩科学作为- i 1 新兴的交 叉学科迅速崛起，它以物理光学、视觉生理、视觉心里等学科为基础【1 1 。把色 彩量化，用数学形式表示已经有7 0 多年的历史，有关颜色的研究逐渐从纯科学 研究范畴扩展到了工程的具体应用领域。印刷作为一种重要的复制工业，色彩 是影响其产品质量的主要要素之一。色彩永远是以物理学为基础，同时包含心 里和生理作用的反映，真实还原原稿色彩，达到所见即所得的目标，建立统一 的、标准的对色彩的定量描述和转换方法是一项非常重要的工作【2 。3 】。 随着电子商务、远程医疗、办公自动化、桌面印刷系统的普及，社会越来 越信息化、数字化和网络化，数码相机、扫描仪、c r t 、l c d 、l e d 和打印机 等已经成为常规的图像输入和输出的设备。大量的彩色图像经常需要在多种不 同的输入和输出设备之间进行传输，甚至通过网络传送到异地的彩色输出设备。 颜色的完全复制在应用研究领域，可以解决各种跨媒体的颜色信息保真( f i d e l i t y ) 问题。例如计算机辅助设计( c a d ) 、电脑配色系统( c c m ) 、微光成像系统、以 及互联网用户之间的真实颜色信息传递显示等等。在国外，除了广大的印刷行 业开始大范围采用了色彩管理方案外，还有越来越多的摄影家、设计师、s o h o 等非专业人士开始采用和学习色彩管理方案，以达到适应所见即所得的图像再 现目的【4 5 j 。 各种数字化方式的采用，使得印刷中色彩的复制过程简单化了，却使色彩 控制更加困难，从而产生了跨媒体颜色复制的问题。 印刷行业将色彩控制方式从印刷质量控制中独立出来，建立了一套专用的 系统即色彩管理系统c m s ( c o l o rm a n a g e m e n ts y s t e m ) f 6 】。c m s 用来创建 扫描仪、数码相机、彩色显示器和印刷机的色彩特性文件( p r o f i l e ) ，为各种设 备和平台提供一致的、高质量的色彩再现机制，以保证在印刷机上精确地复制 彩色原稿。仅仅1 0 年的发展时间，色彩管理已经从实验阶段发展成为今日媒体 上海大学硕士学位论文 行业的基本技术。 要满足上述行业不断创新和发展的一大技术核心就是色彩管理系统中的色 域映射问题。但是目前，总体而言国内的色彩管理行业受到国外软件的垄断， 我国对色彩管理的色域映射研究成果并不明显，至今尚未出现比较好的色彩管 理软件。 本文立足于计算机彩色图像处理技术，将计算机强大的数据处理能力应用 于色彩管理的色域映射意图的自动选择研究中。本文所研究的色域映射意图的 自动选择模块，在满足色彩管理和色域转换的原则下，对色彩管理的智能化方 面做了尝试，对印刷色彩复制的更好实现具有一定的工程实际意义。 另外，本文对色彩管理效果评价方面也做了探索性研究，将改进的 s c i e l a b 色差计算方法运用于印刷效果评价，从以往的局限于色块的色差分 析扩展到适合人眼视觉的连续图像的色差分析，具有一定的突破意义。 1 2 国内外研究发展现状 1 2 1 国外研究发展状况 8 0 年代末，数家领导色彩技术的公司为解决彩色桌面出版系统在装置间色 彩不能准确复制的问题建立了一套解决方法而发展成的应用软件，通称为色彩 管理系统c m s 。 可是早期的色彩管理系统并未被普遍采用，其基本问题之一是每种装置使 用不同的架构，为了执行色彩匹配功能，应用制造商须对它建立一些特定需求。 因为没有通用的色彩管理架构可以使用，所以每个应用本身都必须配合硬件供 货商。1 9 9 3 年，由德国印刷及复制研究所f o g r a 组织a d o b e 、a g f a 、a p p l e 、 k o d a k 、m i c r o s o f t 、s g i 、s u n 和t a l i g e n t 等计算机和色彩出版行业的公司，共 同成立了国际颜色协会i c c ( i n t e r n a t i o n a lc o l o rc o n s o r t i u m ) ，并在讨论印前图 文复制当中的颜色传递、转换和复制问题的基础上，建立了统一的设备颜色特 征( p r o f i l e ) l 拘描述方式、颜色转换方法、规定了交换数据格式等标准7 8 9 1 ，为 色彩管理系统提供了颜色相互转换的依据。同时i c c 的标准近年来应用到了很 2 i ：海大学硕1 ：学位论文 多商业化的颜色管理系统解决方案中，如a g f a 公司的c o l o r t u n e 、a p p l e 公司 的c o l o r s y n c 、e a s t m a n k o d a k 公司的c o l o r f l o w 以及h e i d e l b e 公司的l i n o c o l o r 等。微软( m i c r o s o f t ) 公司的w i n d o w s 系统( 包括w i n d o w s 9 8 、w i n d o w s 2 0 0 0 和 w i n d o w sx p ) 采用i c m 2 o a p l 函数库提供颜色管理，其色彩管理模块采用 l i n o c o l o r 。因此用w i n d o w s 平台的应用程序只要支持i c m2 0 ，结合计算机外 设图像设备的颜色特性文件就可以实现色彩管理功能【n1 1 1 。在色域映射方面， m o r o v i cj 和l u om r 提出了色域压缩和裁减的方法有：线性压缩、非线性压缩、 分段线性压缩、高阶多项式压缩和不同压缩方法等【4 。7 1 。他们还研究出了提出了 适合于媒质和图像色域边界的确定方法，把色域计算分为色域边界的计算和线 色域边界的计算两个问题【3 引。大部分资料文献，将色域映射算法概括为色相映 射、明度映射和彩度映射三个方面，已提出的具体算法有4 0 多种。 虽然，颜色管理的框架已经成熟，并且有许多计算机外设图像设备实现了 用颜色特性文件就可以实现色彩管理功能，但是要实现理想的颜色再现仍然需 要做很多的研究和努力，如期望开发出更加实用方便的数字图像设备颜色特征 化模型和方法、颜色恒常性机理、通用的色貌模型以及通用的色域映射技术、 图像再现的物理和视觉评价等等【1 2 l 。 1 2 2 国内研究发展状况 色彩管理技术在我国的应用已有近1 0 年时间，白1 9 9 7 年以后，国内的业 内人士就开始关注色彩管理。目前，色彩管理在我国印刷业已经经过了概念普 及的阶段，其重要性得到业内的广泛认可。虽然色彩管理技术在国内企业的应 用虽然发展很快，但在色彩管理的理论和应用研究方面还处于相对落后的局面。 浙江大学的徐丹等就各主要的基于i c c 标准的c m s 做了较详细的比较，为印刷 行业选择c m s 提供了依据【4 8 1 。色彩管理中的色域映射意图选择是整个色彩管理 流程的核心，黄庆梅等就不同色域映射算法视觉效果的评价方法做了探讨，结 论指出多数情况下裁减( c l i p ) 算法效果较好【4 9 1 。曾平在基于打印机色域的几何特 征的基础上，提出一种按彩度最大点定锚点的裁剪类色域匹配算法，与同类方法 相比，该算法具有自适应性，可有效减小匹配失真【5 们。这种方法为色域映射意图 上海大学硕士学位论文 的自动化选择研究提供了新的思想。但是总的来说，对于色彩管理的色域映射 意图选择的研究还局限于国外的研究成果，没有很大的突破。 国内印刷业对色彩管理的应用大多不是主动的，而是被动的，例如，买了 扫描仪不得不采用色彩管理软件。长期以来，国内的印刷企业一直凭经验管理， 要实现色彩管理，用好色彩管理，就必须跳出经验管理，实现标准化、数据化、 规范化。色彩管理系统为印前工艺流程提供了一种生产过程中必不可少的手段， 可以使没有足够经验的图像处理人员做出比较好的产品。但其中大部分是针对 专家或研究员使用的，整个色彩关流流程有较多复杂的设定，不易被一般人操 作。所以研究如何提高色彩管理的自动化程度具有较好的实际意义。 1 3 论文主要研究内容 本文基于i c c 标准，将彩色图像处理引入了印刷的色彩管理流程当中，借 助计算机硬件强大的数据处理功能，通过对基于i c c 标准的色彩管理流程的分 析，提出了色彩管理中色域映射意图的自动选择方案，同时用更适合人眼心理 物理学的s c i e l a b 色差公式，验证了该方案的可行性和有效性。 本文是颜色科学与计算机图形图像学紧密结合的跨学科研究。计算机图形 图像学，无论是在理论研究还是实际应用中发展都非常迅速，颜色科学在近年 来也有了长足的发展。因此，颜色科学与计算机图形图像学的结合，将给传统 的颜色科学发展带来了新的挑战和机遇，同时也促进了颜色信息的资源共享和 计算机图形图像学的进一步发展。 同时，本文与工业生产紧密结合的研究。传统的颜色工业如印染、印刷等 都需要获得可控且一致的颜色，现代的广告、建筑、服饰和影视设计等各个行 业也都需要能够准确地控制和交流颜色信息。传统的凭借经验人工经验调节和 控制颜色以及通过实物传递颜色信息的方法成本高、效率低、精度差。所以， 基于i c c 标准的色域映射意图自动选择为这些工业应用提供了有效的解决方 案，可以节约大量的人力和物力，显著提高产品质量和生产效率。研究简单易 用的色彩管理技术和方法，使用户不必知道深奥的颜色科学理论和复杂的颜色 空间变换，就可以实现对所有彩色图像设备的颜色的一致性控制，具有较大的 4 上海大学硕士学位论文 实用价值和广阔的应用前景。 本文共分为六章，前两章主要是和本文相关的背景知识和相关基于i c c 标 准及色差计算的理论及算法，第三章对现有的色域映射意图选择做了分析和研 究，第四章提出了基于i c c 标准的色域映射意图的自动选择方案及其关键技术， 并实现了改方案，第五章是对色域映射意图的自动选择方案的效果分析和评价， 最后第六章总结全文和展望。 卜海大学硕上学位论文 第二章印刷色彩管理 2 1 印刷色彩概论 2 1 1 颜色感觉及定义 在日常生活和工业生产中，颜色是与人的感觉和知觉联系在一起的。绿色 代表树叶的颜色，同时也是指示交通车辆前进的信号，颜色感觉都是存在于颜 色知觉之中的，很少有孤立的颜色感觉存在。 颜色感觉的形成必须具备四大要素：光源、颜色物体、眼睛、大脑。这四个 要素不仅使人形成颜色感觉，而且也是人能正确判断色彩的条件。在四个要素 中，如果有一个不确定或在观察中有变化，就不能正确地判断颜色及颜色产生 的效果。 美国光学学会的色度学委员会曾经把颜色定义为：“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”。我国国标g b 5 6 9 8 - - 8 5 中把颜色定义为：“光作用于人眼引起 除形象以外的视觉特性【”】。所以从这些定义，可以知道颜色是一种物理刺激 作用于人眼的视觉特性。 2 1 2 颜色的定量描述【1 4 】 国际照明委员会c i e ( c o m m i s s i o ni n t e r n a t i o n a ld e c l a i r a g e ) 规定红、绿、 蓝三原色的波长分别为7 0 0 n m 、5 4 6 1 n m 、4 3 5 8 n m 。在颜色匹配实验中，当这 三原色光的相对亮度比例为1 0 0 0 0 4 5 9 0 7 ：0 0 6 0 1 时就能匹配出等能白光， 所以c i e 选取这一比例作为红、绿、蓝三原色的单位量，u p ( r ) ：( g ) ：( b ) = 1 ： l ：l 。尽管这时三原色的亮度值并不等，但c i e 却把每一原色的亮度值作为一 个单位看待，所以色光加色法中红、绿、蓝三原色光等比例混合结果为白光， 即( r ) + ( g ) + ( b ) = ( w ) 。色度学中，对颜色的定量表示方法主要有c i e r g b 、 6 l 海大学硕_ l 学位论文 c i e x y z 等。 ( 一) c i e - r g b 系统 1 光谱三刺激值 c i e - r g b 光谱三刺激值是三色系统中颜色的基本心里物理量，由3 1 7 位正 常视觉者，用c i e 规定的红、绿、蓝三原色光，对等能光谱色从3 8 0 n m 到7 8 0 n m 所进行的专门性颜色混合匹配实验得到。匹配光谱每一波长的等能光谱色所对 应的红、绿、蓝三原色的数量，称为光谱三刺激值，记为，- ( 见) 、g ( 旯) 、6 ( 旯) ， 任意色c 可由三基色光r 、g 、b 匹配得到。因此，匹配波长为旯的等能光谱色c ( z ) 的颜色方程为式( 2 1 ) ： c ( z ) 三r ( 兄) ( r ) + g ( 旯) ( g ) + 6 ( 旯) ( b )( 2 1 ) 式中( r ) 、( g ) 、( b ) 为三原色的单位量，分别为1 0 0 0 0 、4 5 9 0 7 、0 0 6 0 1 ； c ( z ) 在数值上表示等能光谱色的相对亮度，且有c ( a ) = 1 。图2 1 是c i e r g b 光谱三刺激曲线图。 2 负刺激值 誓 一、一一i 4 t i t |q 耵 九 酗m砌 图2 1c i e r g b 光谱三刺激值 f i g2 1t r i - - s t i m u l u sv a l u e so ft h ec i e r g b 从图2 1 中可以看出，在很多情况下光谱三刺激值是负值( 负刺激值) ，这 是因为待配色为单色光，其饱和度很高，而三原色光混合后饱和度必然降低， 7 上海大学硕十学位论文 无法和待配色实现匹配。为了实现颜色匹配，将式( 2 1 ) 中右侧红、绿、蓝一侧 的三原色光之一移到待配色一侧，并与之相加混合，从而使色光的饱和度相匹 配。例如，将红原色移到待配色一侧，实现了颜色匹配，则颜色方程为( 2 2 ) ： c ( 旯) + ，( 旯) ( r ) = g ( 旯) ( g ) + 6 ( 五) ( b )( 2 2 ) 因此，待配色方程为( 2 3 ) c ( a ) = 一，( 旯) ( 尺) + g ( 力) ( g ) + 6 ( 旯) ( 口)( 2 3 ) 所以尸( 兄) 出现了负值。 3 色度坐标 在颜色匹配过程中，为了表示r 、g 、b 三原色各自在r + g + b 总量中的相 对比例，引入色度坐标r 、g 、b ，如式( 2 4 ) 。 ，= r ( 尺+ g + b ) l g = g ( r + g + b ) ( 2 4 ) b = b ( r + g + b ) i l ，( 旯) = ，( a ) ，( 兄) + g ( 旯) + 6 ( 见) 】 g ( 力) = g ( 3 , ) e r ( 2 ) + g ( 旯) + 6 ( 允) 】 i6 ( a ) = b ( a , ) e r ( a , ) + g ( a ) + 6 ( 兄) 】 式中，( 旯) 、g ( 旯) 、6 ( a ) 为光谱色度坐标。从式( 2 4 ) 可知r + g + 6 = 1 。显然 b = 1 一，一g ，颜色只需要两个坐标。图2 2 是按光谱色度坐标的数据画出的卜g 色度图的轮廓曲线。在偏马蹄形的光谱轨迹中，很大一部分色度坐标r 是负值。 这一系统规定的等能白光( e 光源，色温5 5 0 0 k ) ，位于色度图的中心( o 3 3 ， 0 3 3 ) 。在c i er - g 色度图中色度坐标反映的是三原色各自在三刺激值总量中的 相对比例，一组色度坐标表示了色相相同和饱和度相同而亮度不同的那些颜色 的共同特征，色度图的轮廓表达出了颜色的色域范围。 上海大学硕十学位论文 1 9 3 1 c i e r g b 系统的，( 旯) 、g ( 旯) 、b ( 2 ) 光谱三刺激值是从实验得出来的， 本来可以用于颜色测量和标定以及色度学计算，但是实验结果得到的用来标定 ：j 。j 心 j ! 瓢 5 6 0 ， x 一 j 州 、，一； 图2 - 2c i er - g 色度图 f i g2 - 2c h r o m a t i cd i a g r a mo fc i e - r - g 光谱色的原色出现了负值，正负交替十分不便，不宜理解。 ( - - ) c i e - x y z 系统 c i e x y z 系统，就是在r g b 系统的基础上，用数学方法，选用三个理想 的原色来代替实际的三原色，从而将c i e r g b 系统中的光谱- = n 激值r , g 、及和 色度坐标r 、g 、b 均变为正值。 这三个理想的原色( 三刺激值) x 、y 、z ，x 代表红原色，y 代表绿原色， z 代表蓝原色，这三个原色不是物理上的真实色，而是虚构的假想色。它们在 图2 2 中的色度坐标分别为： r 9 ：海大学硕一l ：学位论文 i x = 0 4 9 0 r + 0 3 1 0 g + 0 2 0 0 b y = o 1 7 7 r + o 8 1 2 g + o 0 11 b( 2 6 ) iz = 0 0 1 0 g + 0 9 9 0 b o oo 10 20 ，0 40 50 6o 7o 8 x 图2 - 3c i e 标准色度图 f i g2 - 3s t a n d a r dc i ec h r o m a t i cd i a g r a m l o e 海大学硕j ：学位论文 准色度图。 在本文中选择c i e 标准色度图作为颜色标定和色域比较的标准坐标空间， 好处是保证色彩的三个基色分量为正数，统一了三色、四色的转换标准，使互 相间具有可比性。 2 2 印刷颜色复制 2 2 1 e p , j 颜色复制理论 色光三原色r 、g 、b 混合为加法混色，随着色光混合，颜色亮度增加，等 量r 、g 、b 混合可得到白光。色料三原色c ( 青) 、m ( 品红) 、y ( 黄) 混合为减色法 混合，随着混色颜色亮度降低，等量c 、m 、y 混合可以得到k ( 黑) 。 印刷颜色复制实际上是颜色的分解与再合成过程。所谓颜色分解，就是把 原稿颜色分解为色料三原色表示的颜色，实际印刷中是分解成c ( 青) 、m ( 品红) 、 y ( 黄) 、k ( 黑) 四个色版。将上面分解出来的印版上的颜色以不同的方式进行混 合( 如网点并列、叠印等) ，即通过印版将原色油墨混合在纸张或其它介质上， 从而再现原稿上的颜色。所以网点印刷是以减色光为原色的加法复制。 印刷颜色通过各色版油墨网点形状、大小和网点面积率来表征。加网颜色 的计算规律遵从n e u g e b a u e r 方程【1 5 】，如式( 2 8 ) ： x k z f ( 2 8 ) 其中1 1 为印刷的色版数，石、m 、乙为n e u g e b a u e r 基色，x y z 为印刷品颜 色三刺激值。a i 是网点面积率。对于4 色印刷，a i 的表达式如表2 1 。 口 口 口 曷器卸 = l l = r y z 卜海大学硕士学位论文 颜色口f z 0w ( 1 一c ) ( 1 - m ) ( 1 一y ) ( 1 - k ) 1c c ( 1 - m ) ( 1 一y ) ( 1 一k ) 2m m ( i - c ) ( 1 一y ) ( 1 - k ) 3y y ( 1 - c ) ( 1 一m ) ( 1 一k ) 4 r ( ”n )y m ( 1 - c ) ( 1 k ) 5 g ( y c ) y e ( 1 一m ) ( 1 - k ) 6b ( m c ) m e ( 1 一y ) ( 1 k ) 7 b k ( e m y )c m y ( 1 - k 、 8k ( 1 一c ) ( 1 - m ) ( 1 一y ) k 9k + c c ( 1 - m ) ( 1 - y ) k 1 0k + m m ( 1 - c ) ( 1 - y ) k l lk + y y ( 1 - c ) ( 1 - m ) k 1 2 k + r ( k y m )y m ( 1 - c ) k 1 3 k + g ( k y c )y c ( 1 一m ) k 1 4i 针b ( k m c ) m c ( 1 一y ) k 1 5 k + b k ( k c m y )c m y k 表2 1 四色印刷各色元网点面积率表达式 f i g2 一ld o ta r e af o r m u l ao ft h ec m y kp r i n t i n g 2 2 2 印刷颜色复制的影响因素 n e u g e b a u e r 方程实在色元色值和面积元条件下建立起来的，但是在印刷流 程中条件变化多样，n e u g e b a u e r 方程应理解为复制色三刺激值和各色元网点面 积率之间的非线性方程组，其影响的因素有很多，但是最主要的因素是： 承印物( 纸张、印刷基材) 油墨颜色( 色相、密度) 阶调传递( 网点增大) 二次色( 叠印、色序) 1 2 卜海大学硕- 上学位论文 灰平衡 如果以上印刷特性决定印刷复制品的质量外观，也就意味着如果这些影响 参数不同的话，同一原稿在不同厂家生产得到的复制品也会存在较大差别。 2 3 印刷色彩管理基本原理 2 3 1 印刷色彩管理原型 影响印刷颜色复制的因素众多，造成了印刷颜色复制很难保持一致性。同 时二十世纪初，随着互联网的发展，彩色桌面出版系统将图文输入、编辑、版 面设计、拼版、分色加网、胶片输出等过程分割化，构建了开放式印刷结构体 系，网络技术又加深了这种开放性。远程打样、异地印刷已经成为现实，但是 这些设备使用的颜色模式不尽相同，成像介质和成像条件也不相同，数码相机、 扫描仪和显示器使用r g b 模式，而数字印刷机使用c m y k 模式，即使是同一颜色 模式的设备，其设备色域也各不相同，相同的颜色值在不同的设备上表示的颜 色是不同的，甚至在类型相同而型号不同或生产批次不同的设备上也会呈现出 不同的颜色效果。 于是在二十世纪初印刷工业界最先提出了色彩管理的概念。如何使图像信 息在地球任何角落使用不同颜色模式、具有不同色域的颜色设备上尽可能不失 真的传递就成了一个值得研究的问题。从图像创建或色彩捕获到最终图像输出， 从一个设备到另一个设备的转换过程( 无论是从计算机到印刷机，还是从样张 到印刷机) ，尽量保持并优化颜色成为色彩管理系统的目标。 最初的色彩管理方案是封闭式的方案。封闭式色彩管理的方法是将系统中 所有设备间的颜色转换特性一一找出，一对一地直接进行转换。如果有m 个设 备要向n 个设备进行颜色转换，则在这种方式下存在m n 种组合，要确定m n 种转换关系，如图2 4 所示。 j 二海大学硕上学位论文 图2 _ 4 封闭式的色彩管理方案 f i g 2 - 4c l o s e dc o l o rm a n a g e m e n ts o l u t i o n 2 3 2 基于i c c 标准的印刷色彩管理系统 鉴于越来越多数字技术的发展，行业对跨媒体跨地域的数字印刷方式要求 越来越多。于是产生了开放式的色彩管理体系即基于i c c 标准的色彩管理体系。 国际色彩协会i c c ，于1 9 9 3 年由a d o b es y s t e m si n c o r p o r a t e d 、a g f a g e v a e r t n v 、a p p l ec o m p u t e r i n c 、e a s t m a nk o d a kc o m p a n y 、m i c r o s o f tc o r p o r a t i o n 等 九大电脑及电子影像发展商所组成，其宗旨是“c r e a t e ，p r o m o t ea n de n c o u r a g e e v o l u t i o no fa l lo p e n ，v e n d o r - n e u t r a l ，c r o s s p l a t f o r mc o l o rm a n a g e m e n ts y s t e m a r c h i t e c t u r ea n dc o m p o n e n t s ”。目前i c c 已拥有近7 0 个成员，他们来自成像技 术和计算机工业的各个领域。 i c c 的主要成果是制定了特征文件( i c cp r o f i l e ) 标准格式及i c c 色彩管理系 统机制。i c cp r o f i l e 格式基于a p p l ep r o f i l e ，经过不断的改进，目前已发展到 4 2 版本( 2 0 0 6 5 ) t 16 1 。i c c 色彩管理机制已经成为事实上的国际工业标准，得到 软硬件开发商的广泛支持。2 0 0 3 年，i c c 和国际标准化组织i s 0 1 3 0 技术委员 会( 图形技术) 达成协议，共同研究了i c cp r o f i l e 格式说明，将它作为国际标准 提出。在2 0 0 5 年1 2 月底，颁布了国际标准i s 0 1 5 0 7 6 1 ：2 0 0 5 ( i m a g et e c h n o l o g y c o l o rm a n a g e m e n t - a r c h i t e c t u r e ，p r o f i l ef o r m a ta n dd a t as t r u c t u r e p a r t l ：b a s e do n i c c 1 ：2 0 0 4 1 0 ) 。该标准的颁布成为国际印刷和出版工业领域中的一个重要里程 1 4 上海大学硕士学位论文 碑【1 9 】。 开放式色彩管理或基于i c c 标准的色彩管理体系的思想是将系统中所有设 备的颜色特性都用与设备无关的c i e 表色系统来描述，任何设备间的颜色转换 都要通过c i e 颜色空间间接进行转换。由于c i e 颜色系统描述的是人眼对颜色 的感觉，与任何设备无关，因此，c i e 颜色系统就成为描述各种设备颜色特性 的共同语言和标准。在这种方式下，m 个设备向n 个设备的颜色转换只要有m + n 种转换就够了，如图2 5 所示。更重要的是，使用这种色彩管理方法可以建立 对设备颜色特性描述的标准方法，不再取决于两个设备之间的特定情况和关系， 使色彩管理方法标准化【1 7 】。 图2 5 开放式的色彩管理方案 f i g 2 - 5o p e nc o l o rm a n a g e m e n ts o l u t i o n 基于i c c 标准的印刷色彩管理系统研究由图像输入到输出的一系列色彩转 换过程，以达到色彩在不同设备上的精确复制的目的。基于i c c 标准的印刷色 彩管理系统研究包括色彩管理系统流程、i c c 特征文件、色域映射意图和色彩 评价等方面。 2 3 3 色彩管理系统工作流程 色彩管理的基本思路是首先选择一个与设备无关的色彩空间，然后对整个 图像系统的各个设备进行特性化描述，形成设备色彩描述文件( i c cp r o f i l e ) ，最 后在设备的色彩空间与标准的与设备无关的色彩空间建立对应关系，其模型有 3 个组成部分【1 6 】： e 海大学硕士学位论文 1 ) 标准的与设备无关的色彩空间( i c c 规定使用c i el a b 或c i e x y z ) 。 i c c 定义的这种色彩空间称为特征文件的连接空间p c s ( p r o f i l ec o n n e c t i o n s p a c e ) 。它是与设备无关的颜色空间，所有设备的颜色特性都使用p c s 来定义， 即在p c s 中确定各设备颜色值对应的颜色感觉。由于c i e 系统具有最大的色域 空间，图像系统中的任何设备的色彩空间都可以映射到其中，并且c i e 系统有 完善的定义和研究基础以及广泛的应用范围，它能很好地进行颜色的传递和转 换。 2 ) 用于描述图像系统各设备颜色特性的特征文件( p r o f i l e ) 。在整个图像系统 中各个设备都有自己独特的色彩空间，这个文件描述了该设备的颜色特性和色 域范围、保存设备与p c s 颜色转换关系的文件，是进行设备间颜色转换的依据。 根据设备的性质不同，特性文件分为输入、输出和显示特性文件三类。 3 ) 色彩管理模块c m m ( c o l o rm a n a g e m e n tm o d u l e ) 。色彩管理模块根据设备 特性文件建立设备颜色空间与设备无关颜色空间( c i el a b 或c i ex v z ) 之间的 映射关系。c m m 是计算机操作系统和应用软件提供的功能，作用是将设备的 颜色值转换为p c s 颜色值，或由p c s 颜色值转换为对应的设备颜色值。当指定 了颜色要从哪个源颜色空间转换到目标颜色空间后，计算机就会根据源特性文 件将颜色从源设备转换到p c s ，然后再根据目标特性文件将颜色从p c s 转换到 目标设备上。因此，任何一个颜色转换过程至少需要两个p r o f i l e 。 根据i c c 色彩管理系统的基本原理，色彩管理系统通过c i e x y z 或c i e l a b 颜色空间对来自设备的颜色值进行定义，在颜色传递过程中保持c i e x y z 或 c i e l a b 颜色值不变，然后将这种颜色感觉翻译成其他设备对应的颜色值，并 送到该设备上再现颜色，同时保持颜色感觉一致。其工作流程如图2 6 ： 1 6 上海大学硕士学位论女 咏稿特祉立刊口扎、或箭特祉空 _ 匹跚 幽2 岳i c c 上作龅挂 f i 9 2 6 i c c w o r k f l o w 同时，要进行色彩管理必须遵循一系列规定的操作过程，才能实现预期的 效果。色彩管理过程有3 个要素，简称为“3 c ”( 即“c a l i b r a d o n ”标准、 “c h a m c t e z _ i z a f i o n ”特性化及“c o n v e r s i o n ”转换f 。 1 ) 校准设备( c a h b r a t i o n ) 对设备进行色彩管理首先要对设备呈现的颜色进行测量。设备的状态决定 了所呈现的颜色，所以在测量设备呈现的颜色前，先要让设各处于最佳状态。 这个调整设备状态的步骤就称为设备的校准。授准设备是实旌色彩管理的关键 步骤之一，一旦忽视了这一步，色彩管理很可能就会失败。 2 ) 特征化( a i 躺c t 删o n ) 即建立p r o f i l e 的过程。在设备特征化这一步中，要给设备发送一系列已知 的设各颜色值，并测量由这些设备值产生的颜色值，建立设备值与c i e 颜色测 量值之间的对应关系，即建立设备颜色与p c $ 颜色之问的转换关系并将这个 转换关系记录在特性文件中。因此，特性文件记录的是设备再现被测颜色样品 时的状态。 3 ) 颜色转换( c o n v e r s i o n ) 颜色转换是实现色彩管理的手段，通过颜色转换将设备的颜色值定义为相 应的颜色感觉，并且通过颜色转换将颜色感觉转换为其他设备对应的设备颜色 值，以保证设备使用这个颜色值能够再现出正确的颜色感觉。如前所述，任何 颜色转换过程至少需要两步，一步是从源设备的颜色空间向p c s 的转换；另一 步是从p c s 颜色空间到目标设备颜色值的转换。 上海大学硕士学位论文 2 4 印刷颜色复制的质量评价 彩色印刷是个非常繁杂的过程，2 0 世纪4 0 年代和5 0 年代，主要是靠有经 验的操作者利用对比目测的方法，通过信号条对彩色印刷品进行评价。但这种 主观的评价方法存在着易受外界条件的影响、因人而易、重复率低等一系列缺 点，5 0 年代以后，密度计开始得到应用，7 0 年代末期，彩色印刷技术及设备的 研究重点逐步向色度方面转移，目前仪器测量已成为很重要的评价手段。一般 用来评估色彩的方法主要有【限1 9 】： ( 1 ) 目测法主观评价 ( 2 ) 量测法客观评价 在实际生产中，一般是结合主客观两种评价手段对印刷颜色做出最终的质 量评价。 2 4 1 主观评价法 主观评价法往往是通过输出采用不同的色域匹配算法而得到的复制稿，由 观察者主观的比较，判断色彩复制的优劣。 2 4 2 客观评价法 c i e1 9 3 1 基础色度学给出了如何用科学的方法来定量地描述一种颜色，也 给出了判定两个色样是否匹配的条件，即两个色样在某一光源的照明下，如果 对应的三刺激值x ，y ，z 分别相等，则这两个色样在该光源下为条件等色，反 之则认为两个色样之间存在色差。色差也是颜色区别的量化定义值。色差作为 目前唯一衡量印刷样张色彩的客观评价指标被广为应用。计算色差值( ae ) 即按 一定的色差公式，计算出两样品间的色差，可以理解为这一色差值反映了两个 不同的色刺激在大脑中产生的感觉上的差别。根据我国印刷工业国家标准 g b 7 7 0 5 8 7 、g b 7 7 0 6 - 8 7 、g b 7 7 0 7 8 7 分别对平版装潢印刷品、凸版装潢印刷品 和凹版装潢印刷品做出规定，一般产品e 5 0 0 - - 6 0