了解颜色与解析

PAGEPAGE14关于喷墨印花机的图像处理一、了解颜色喷墨印花图案原稿通常会在计算机上用Photoshop等图案处理软件和喷墨印花RIP软件进行进一步的处理,以获得理想的喷墨印花效果。Photoshop可以直接在计算机上制作喷墨印花图案，同时它也是一款功能强大的计算机图像处理软件，可以把喷墨印花图案按照客户要求处理，使处理后的图案更符合现有喷墨印花机的实际情况。但是喷墨印花得到的效果与计算机屏幕上显示的效果在大多数情况下有较大的差异，这种现象的产生除了与所用的面料和墨水有关外，计算机显示器与喷墨印花机所采用的色彩模式不同也是一个重要原因。因此有必要先了解一些关于色彩的基础知识。白天，在阳光的照耀下，各种色彩争奇斗艳，并随着照射光的变化改变无穷；但是，每当黄昏，大地上的景物，无论多么鲜艳，都将被夜幕缓缓吞没。在漆黑的夜晚和暗室里，我们什么色彩也感觉不到。这些事实告诉我们：没有光就没有色，光是我们感知色彩的必要条件；光是色彩的来源，而色彩是光的表现。那么我们知道产生颜色的三要素：光、物体、观察者。首先我们来研究一下颜色的起源-光。人眼所能看到的光是电磁波谱中的一小部分，电磁波由亿万个波段构成，它在空气中移动就如同池塘中的水波一样，随时在我们周围。每一个波段具有不同的大小，以波长来表示，波长是相邻两个波峰之间的距离。波长是以纳米（nm）来表示。可见光谱的范围从400-700纳米之间,仅仅是电磁波谱中的一小部分。可见光谱以外还有很多人眼不能看到的光谱：如红外线、紫外线等。我们的眼睛有对可见光谱波长敏感的光传感器，这些传感器将检查到的信号传给大脑，大脑经过分析判断产生颜色的感觉。如果这些传感器同时检测到所有可见光，大脑感觉为白色；如果没有波长被检测到，就不存在光，大脑感觉为黑色。现在我们知道了眼睛和大脑对所有可见波长如何反应，下面让我们来看一下大家熟悉的牛顿三棱镜的分光实验：当一束白光通过三棱镜折射，投射到白色的屏幕上,会显出一条彩虹一样美丽的色谱带,依次是红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七色，这是因为不同波长的折射系数不同，折射后投影到屏幕上的位置也不同，我们把这种现象称为色散。从图中可以看出，红色的折射率最小，紫色最大。这条依次排列的色带，就是光谱。这种被分解过的色光，即使再通过一次三棱镜，也不会再分解为其它色光。我们把光谱中不能再分解的色光称为单色光。当我们的视觉系统检测到700纳米左右的波长时，我们看到‘红色’；当我们的视觉系统检测到450-500纳米左右的波长时，我们看见‘蓝色’；400纳米波长给我们‘紫’色的感觉等等。我们的视觉系统每天都能检测到亿万种不同的颜色，然而，我们很难同时看见所有的波长（纯白色），也难看见单一波长，我们的颜色世界比这要负责的多。由此可见，颜色不是简单的光的一部份。我们所看见的颜色是已经改变后由许多波长新的组合。例如：我们看见一个红色物体，我们检测到的光主要包含‘红’波长。由于每一个物体传给我们的眼睛一个特有的混合光谱，我们就看到了一个充满色彩的世界。接下来，我们看一下物体是如何影响光的：我们测量的物体种类有不透明非金属、不透明金属、透明物体、半透明物体，因为物体种类的不同，同一光源发出的光，照到不同物体上的反射和透射率不同，不同的物体表面会呈现不同的颜色。有一个著名的谚语：“如果森林里的树倒下而没有人在那儿听，它会有声音吗？”实际上，对于颜色可以有同样的问题：“如果红色的玫瑰没被看见，它有颜色吗？”回答也许会令你吃惊-没有。我们所说的‘红色’，仅仅产生在我们的思维中，是通过我们的视觉传感系统对那些波长反应而产生的结果。在没有观察者的情况下，这朵玫瑰花是没有颜色的，它需要依靠不同波长反射组合来令我们看到‘红色’，但在人们脑海中玫瑰花的颜色，已被认定为‘红色’。人的视觉是眼睛对光的传感器网络，这些传感器把不同的波长的反应信号传给大脑，在大脑中，这些信号被加工成可感知的颜色。我们的记忆系统能识别不同的颜色，然后把它们与某一名称的颜色相联系。那么，我们的大脑也能测量不同的颜色并将我们看到的每个颜色绘成曲线吗？并不尽然。如果每秒大脑收到大量的视觉信息，人的视觉系统必须工作的特别快，然而，人的视觉系统使用了非常有效的方法‘大量处理’波长，将可见光谱分成最主要的红、绿、蓝成分，然后以它们来计算颜色信息。将这些主要的颜色-RGB，以不同的量混合，称为加色法，它能够非常近似地模拟出自然界中所有的颜色。如果反射光中包含等量的纯红、绿、蓝的混合，那么眼睛感受到的就是‘白色’；如果反射光的红光，那么眼睛感受到的就是‘红色’；如果有等量的红光和绿光混合，你就会看到黄光。在黑色环境中，照进光，环境就变亮了；在白纸上，涂上各种颜色，最后颜色会越涂越黑。所以我们说，光的混合是加色混合，而颜色的混合是减色混合。红绿蓝三种色光即使再通过一次三棱镜，也不会被分解成其它的色光，所以色光的三原色是：红、绿、蓝。这三原色按照不同比例和强弱混合，可以产生自然界的各种色彩变化。颜色的三原色是青(相当于较深的天蓝、湖蓝）、品红（相当于玫瑰红、桃红）、黄（相当于柠檬黄）。为什么我们不说色彩的三原色是红、黄、蓝呢？因为用品红加适量黄可以调出大红，而大红却无法调出品红；用青加黄调出的绿，比蓝加黄调出的绿更加纯正与鲜艳，而后者调出的却较为灰暗。所以以青、品红、黄为其原色，色彩更为丰富、色光更为纯正而鲜艳。补色：在光学中，如果两种色光以适当的比例混合能产生白色的感觉，这两种颜色就互为补色；色彩学中，两种颜色（等量）混合后呈黑灰色，那么这两种颜色就互为补色。在色环上，相距120度的色相，如红色和绿色、黄色与紫色、橙色与蓝色等等都是互为补色。两种颜色互为补色时，一种颜色占的面积远大于另一种颜色的面积，就可以增强画面的对比，使画面能够很显眼。一般情况下，补色的运用有得有失，任何一对互补色，他们既互相对立，又互相满足。同时对比时相互能使对方达到最大的鲜明性，但是互相混合时，就互相消除，变成一种灰黑色。像黑色和白色，如果将两者放在一起，就会有白的很白、黑的很黑的现象，这就是对比作用引起的错觉。补色在医疗方面也有所应用，如做手术的大夫穿绿色手术服，是因为手术中有大量红色的血，人看久了，视网膜上的锥状感光细胞一直受到同一色光刺激后，会有刺激疲劳现象产生，形成红色的补色-绿色，产生视觉怠慢从而延误手术。绿色是红色的补色，大夫穿上了绿色手术服，会使红色更明显，从而避免差错。现在我们了解了颜色含有复杂的波长信息，人眼、显示器以及打印机将这个复杂的信息转换成R、G、B三数值以简化对信息的处理和再现。另一种描述颜色的直观方法是描述颜色的‘三属性’：‧色相（Hue)—它是用來定義顏色性質的物理量，如紅、藍和橙色‧飽和度（Saturation)—它是用來定義顏色的純度（如顏色的鲜艳或混拼程度）‧明度(Lightness)—它是用來定義顏色的明暗程度本世纪初，艺术家孟塞尔-孟塞尔色表的制作人-是三维颜色空间描述的开创人。基于色相、饱和度和明度的颜色空间采用柱型坐标，明度是中心垂直轴，饱和度是与明度轴垂直并向外延伸触地水平轴,色相似饱和度轴绕着明度轴的角度。光波可以用色相、饱和度、明度三属性来描述。显然波长决定颜色的色相，波的纯度决定饱和度，波的振幅决定明度。如图，光谱曲线上高出的位置直接决定色相；曲线的纯度决定了颜色的饱和度；曲线高低，决定了颜色的明暗度；色彩艳丽的物体，以高强度反射光谱的某一部分；接近白色或浅灰的物体以高强度均匀的反射大部分光谱；深灰色、黑棕色以及黑色物体吸收大部分光谱能量等。计算机图像处理常用的色彩模式色彩模式用来描述我们所能看到和处理的颜色，不同的色彩模式分别代表不同的描述颜色和对颜色进行分类的方法。这些色彩模式都使用数值表示可见光谱。由于成色原理的不同，决定了显示器、投影仪、扫描仪这类依靠色光直接合成颜色的设备和打印机、印刷机这类依靠使用颜料的设备在生成颜色方式上的区别。前者属于‘加法原则’成色，后者属于‘减法原则’成色。用特定的色彩模式可以生成的颜色范围叫做色彩空间。色彩模式确定各值之间的关系，色彩空间将这些值的绝对含义定义为颜色。常用的色彩模式为：RGB模式：适用于显示器、投影仪、扫描仪、数码相机等，是一种基于有色光的表色模式，是建立在自然界几乎所有颜色都可以用R、G、B三种颜色通过不同的比例和强度合成出来的基础之上的。因此国际照明委员会（CIE）规定R、G、B为有色光的三原色。RGB色彩模式为图像中每一个像素的RGB分量分配一个0-255范围内的强度值，数值越高的原色，色彩越明亮。例如：R=0、G=0、B=255时为纯蓝色；当R、G、B都为0时，是黑色；R、G、B都为255时是白色。RGB色彩空间有很多不同的类型，有‘sRGB'、’AppleRGB'、‘AdobeRGB'，其中’AdobeRGB'是1998年由Adobe公司制定的，具备非常大的色彩空间，并全部包含了CMYK的色彩范围，在出版印刷领域得到了广泛的应用。RGB色彩模式虽然直接，但是R、G、B数值和色彩的三属性没有直接的联系，不能揭示色彩之间的关系，因为在进行配色设计时，RBG模式就不是那么合适了。2、CMYK模式：它以打印在纸上的墨水的光线吸收特性为基础，当白光照射到纸上的墨水时，某些可见光波长被吸收（减去），而其它波长则被反射回眼镜。该模式是一种减色模式，遵循减色法混合规律。CMYK色彩模式的数值范围是0-100%，当C、M、Y、K分别为0时，表现为白色；分别为100%时，表现为黑色。理论上将C、M、Y按照不同比例混合可实现所有颜色，但由于所有的打印墨水并非理想墨水，所以这三种墨水等比例混合实际产生的是黑褐色。因此为了得到更纯正的黑色，在四色打印中除了使用青、品红、黄色墨水之外，还会使用黑色墨水。C、M、Y、K色彩模式的图像包含四个通道，类似于印花中的四分色，这四个通道的图片合成在一起，才能形成完整的彩色图片。C、M、Y、K色彩模式主要用于颜料和染料表达的颜色，如印刷、彩色打印机输出、染色和印花等。L*a*b*色彩模式：是基于CIE发布的CIELab颜色空间的一种色彩模式，表示的是人类视觉的色彩空间，依照视觉唯一的原则，在色彩空间内相同的移动量在眼镜看来造成的颜色改变感觉是一样的，所以是一种均匀的色彩空间。Lab色彩模式用三组数值表示色彩：L代表亮度数值，从0-100；a代表红色和绿色两种原色之间的变化区域，数值从-128到+127；b代表黄色和蓝色两种原色之间的变化区域，数值从-128到+127。Lab数值描述的是视力正常的人能够看到所有颜色，是与设备无关的色彩模式，在色彩管理系统中，能作为连接空间实现各种设备间的颜色转换，无论在显示器还是输出设备上都提供一致的颜色，它解决了不同屏幕或不同打印设备显示颜色不同的问题。为了尽可能减少颜色模式转换过程中颜色的不一致问题，在将RGB颜色模式转换为CMYK模式的过程中，首先将RGB转换为Lab，然后由Lab转换为CMYK，反之亦然。GrayScale模式：即灰度模式。在介绍完绚丽彩色世界后，现在进入灰色世界。灰度文件是可以组成多达256级灰度的8bit图像，亮度是控制灰度的唯一要素。亮度越高，灰度越浅，越接近于白色，；亮度越低，灰度越深，就越接近于黑色。因此，黑色和白色包括在灰度之中，他们是灰度模式的一个子集。当一个彩色文件被转换为灰度文件时，所有的颜色信息都将从文件中去掉。尽管Photoshop允许将一个灰度文件转换为彩色模式文件，但不可能将原来的色彩丝毫不变的恢复回来。Bitmap模式：即位图模式。该模式的图像由黑色和白色两种像素组成，每个像素用‘位’来表示，‘位’只有两种状态，0表示有点，1表示无点。位图模式主要用于早期不能识别颜色和灰度的设备，如果需要表示灰度，则需要通过点的抖动来模拟。有些人认为位图模式没有多大用处，其实正因为有Bitmap模式，才能更完善的控制灰度图象的打印输出。事实上像激光打印机这样的输出设备都是靠细小的点来渲染灰度图像的，因此使用Bitmap模式就可以更好的设定网点的大小形状和互相的角度。数字图像格式在不同的色彩模式下制作的图像常用的保存模式为TIFF格式、EPS文件格式、JPEG文件格式、BMP文件格式、PDF文件格式等。色彩空间和色域的概念1、基本概念：在RGB、CMYK、Lab色彩空间内，编辑图像的本质区别是工作的色域不同。色域是指某种表色模式能表达的颜色数量所构成颜色区域，也指具体介质，如显示器、打印机、印刷机所能表现的颜色范围。如图所示，自然界中可见光谱的颜色组成了最大的色域空间，这个马蹄形的轨迹是人眼能够识别的范围，它包含了RGB、CMYK模式中的所有颜色。计算机显示器通过光生成颜色，在RGB色彩空间内运行；喷墨打印机通过颜料或染料生成颜色，使用CMYK色彩空间。当把一幅图像的颜色模式从RGB转换到CMYK颜色模式，会发现CMYK模式的颜色比RGB模式的颜色暗淡一些，这是由于CMYK的色域较小，无法复制RGB颜色中的某些颜色。2、我们发现，当用数码相机拍出的照片在电脑显示器上察看时，图像的颜色会发生变化，当图像发送到数码印花机上打印时，颜色会再次发生变化。其中一个原因就是上述的各种设备使用的色彩空间不同，并且具有不同的色域所造成的。另一个重要原因是，图案从一个色彩空间转换到另一个色彩空间时，颜色转换不正确，每台设备都按照自己的色彩空间解释RGB和CMYK值，为了保证不同设备间印花图案的一致性，需要进行合适的色彩空间转换，这也是计算机色彩管理的主要任务。五、计算机色彩管理目的：协调不同设备之间色彩空间的差异，转换文档中的RGB和CMYK值，以使不同设备显示的颜色尽可能一致。在各种色彩模式中，RGB和CMYK都是与设备有关的颜色模式，而Lab是与设备无关的模式，因此，许多色彩管理系统都将Lab作为色标，它可使色彩管理系统在保持最大精确度的情况下，将颜色从某台设备的色彩空间转换到另一台设备的色彩空间。色彩空间的转换类型：国际色彩联盟ICC规定了四种色彩空间抓换类型：1、知觉型（Perceptual）：将源设备的色域压缩到目的设备色域的大小，这种收缩整个颜色空间的方式会改变图像中所有的颜色，包括那些位于目的设备色域空间范围之内的颜色，但能保持颜色之间的视觉关系。三刺激數據顏色空間可用於描述視覺或複制的顏色範圍—或描述測量儀器或設備的色域。三維形式可用於比較兩個或更多顏色之間的關系也很方便。下面，我們來看一下如何通過兩種顏色在色空間中的距離來確定它們之間的“相似性”。三維顏色模型以及三值系統如RGB，CMY和HSL是我們熟知的三刺激數據。確定某一特定顏色在三刺激顏色空間，如RGB或HSL中的位置，就像用一張地圖說明一個城市的交通及地理位置。例如，在HSL顏色空間“地圖”上，首先找到色相角度和飽和度距離相交的位置。然後，明度值表明該顏色位於哪一“層”：從最底端“黑”到中性灰到最上端“白”。許多情況下，三刺激顏色描述使得對顏色的測量變的很方便，不同於光譜數據的複雜（當然光譜數據使更全面準確）。例如，稱為色度儀的儀器通過模擬眼睛計算紅、綠和藍光的量來測量顏色。這些RGB值可轉化成更直觀的三維系統，因而幾種顏色測量值之間的關系可以很容易比較。當然，任意測量系統都需要一套可重複的標準。對於顏色測量，RGB顏色模型不能作為標準，因為它不可重複—不同的觀察者、顯示器、掃描儀等就有許多不同的RGB顏色空間（後面在設備相關性中將討論）。關於顏色測量標準，我們來看一下著名的CIE—國際標準照明委員會的研究。前面已經了解關於顏色測量及顏色屬性，現在來看工業顏色交流及測量所依據的已建立的CIE標準。CIE顏色系統1931年，CIE建立了表示可見光譜的一系列顏色空間的標準，採用這些標準，我們可以根據可重複的標準對不同觀察者及設備的不同的顏色空間進行比較。CIE顏色空間同我們前面討論過的其它的三值模型相似，採用三個坐標來表示一個顏色在色空間中的位置。但是，CIE空間—包括CIEXYZ，CIEL*a*b*以及CIEL*u*v*是設備無關的，也就是說，這些色空間中的顏色範圍並不受到某種設備或某一個觀察者視覺再現能力的限制。CIEXYZ和標準觀察者基本的CIE色空間是CIEXYZ，它建立在標準觀察者的視覺能力的基礎之上，所謂標準觀察者是CI匹配實驗，然後用實驗的結果產生“顏色匹配函數”和E對人的視覺深入研究得出的理想觀察者。CIE針對大量的對像進行了顏色“通用顏色空間”，表示標準的人眼可見顏色的範圍。顏色匹配函數是每個光的基本色—紅、綠、藍的值—標準的人的視覺系統必須用這些基本色來感知可見光譜的所有顏色。X、Y、Z坐標軸代表三個基本色。由XYZ三個值，CIE導出了xyx色度圖將可見光譜定義為一個三維顏色空間。此顏色空間的坐標軸同HSL色空間的坐標軸相似。然而，xyY空間不能用柱形或球形來表示。CIE發現，我們不能均勻地看見所有顏色，因此，CIE將顏色空間修正成有些不對稱的（變形的）顏色空間來描繪視覺範圍。在我們提供的xyY色度圖上，我們可以看出顯示器RGB和打印機CMYK的色空間的局限性，為做進一步的討論，我們必須指出，這裡所示的RGB和CMYK色域並非標準色域，每個不同的設備的描述將是不同的。然而，XYZ色域是與設備無關的，是可重複的標準。CIEL*a*b*CIE的最終目標是開發一個做為顏色信息交流標準的可重複系統，為顏料、油墨、染料及其它色料生產廠商使用。這些標準最重要的功能是提供顏色匹配的通用框架。標準觀察者和XYZ色空間是此框架的基礎；但是，XYZ空間的不平衡性—如xyY色度圖所示—使得這些標準難於清楚地定位。因此，CIE開發出更為均勻的顏色標準，CIEL*a*b*和CIEL*u*v*。在這兩種模型中，CIEL*a*b*使用最為廣泛。L*a*b*色空間良好的平衡結構是基於一種顏色不能同時既是綠又是紅、也不能同時既是藍又是黃這個理論而建立的。所以，單個的值可用於描述紅色/綠色以及黃色/藍色特徵。當一種顏色用CIEL*a*b*表示時，L*表示明度；a*表示紅/綠值；b*表示黃/藍值。許多方面，這個顏色空間很像三維顏色空間如HSL。CIE標準照明體定義照明體的性質是描述顏色的重要的一部分。CIE標準對幾種常用的照明體提供了如下參數。1931年，CIE建立了三個標準照明體，表示為A，B和C：‧照明體A表示色溫約為2856°K的白熾燈照明條件‧照明體B表示色溫為4874°K的直射的陽光‧照明體C表示色溫為6774°K的非直射的陽光後來，CIE又增加了一系列D照明體、理想的E照明體以及一系列F照明體。D照明體表示不同的日光條件，以色溫表示光譜數據和三刺激數據我們已經考察了描述顏色的主要方法。這些方法分為兩類：‧光譜數據通過證明物體表面可以看出如何影響（反射，透射或發射）光，光譜數據實際上描述彩色物體的表面性質，照明條件改變、觀察者不同及複制方法不同對這些表面都沒有影響。‧三刺激數據以三個坐標值或數值簡單地描述物體的顏色在觀察者或感應器中如何表現的以及顏色是如何再出現在設備，如顯示器或打印機上。CIE系統,例如XYZ和L*a*b*採用三維坐標將顏色表示在顏色空間中，而顏色再現（複制）系統如RGB和CMY（+K）以混合產生顏色的三個數值來描述顏色。作為顏色規範及交流形式，光譜數據比傳統的三刺激形式，如RGB和CMY（+K）值有明顯的優勢。最為重要的是，光譜數據是對實際彩色物體的唯一真實的描述。而RGB和CMYK色彩描述依賴於觀察條件—再現顏色的設備類型，以及觀察顏色所使的照明類型。測量同色異譜色光譜數據的另一優點是能夠預測不同光源照在同一物體外觀的效果。正如前面討論過的，不同光源有其自己的波長成分，而它們又受到物體不同情況的影響。例如，在商場螢光燈下觀察一雙襪子和手套，可以發現同在家中白熾燈下看的結果不一樣，這種現像叫做同色異譜現像.下面的例子是比較同色異譜匹配的兩個灰調。在日光燈下，這些灰色匹配得很好。然而，在白熾燈下，第一個灰樣有些偏紅。這些變化可以通過繪制光譜曲線得到證明，然後比較兩色樣之間最強的反射功率。如果在日光下觀察兩色樣,這兩個顏色之間的關系在藍色區增強（高光部分），曲線靠近；而在白熾燈下，在紅光區分佈著更多的反射功率，兩個色樣曲線在此相差明顯。所以，在冷色照明下兩色樣之間的差別不這麼明顯；而在暖色照明下差別很明顯。我們的視力被照明條件變化所“蒙敝"。因為三刺激數據是照明相關的，這些形式不能證明這些變化的影響，只有光譜數據能清楚地測量這些特性。2.顏色測量及控制現在，我們已經了解了顏色的基礎知識以及傳遞顏色信息的不同方法，接下來看一看收集這個顏色信息（數據）的方法。我們已經接觸過測量顏色的兩種儀器—分光光度儀和色度儀。首先，我們將仔細研究這些儀器以及在印刷行業中常用的密度儀。然後，再研究一下顏色測量的不同類型，以及在數字成像和印刷生產流程中如何使用這些顏色測量方法。顏色手冊及術語