【CPP114】訊：對于顏色再現(xiàn)的評價存在著許多種理論。其中，英國著名的色彩專家亨特，通過對各種因素的綜合分析，將顏色再現(xiàn)分為六種類型：光譜顏色再現(xiàn)、色度顏色再現(xiàn)、正確顏色再現(xiàn)、等價顏色再現(xiàn)、對應(yīng)顏色再現(xiàn)以及喜好顏色再現(xiàn)。

　　傳統(tǒng)的顏色復(fù)制方式，雖然成功地實現(xiàn)了色度顏色再現(xiàn)及正確顏色再現(xiàn)兩種方式，但由于其基于同色異譜的本質(zhì)特性，無法實現(xiàn)顏色的無條件再現(xiàn)，即光譜顏色再現(xiàn)。而多光譜顏色復(fù)制技術(shù)采用的是多基色成像方法，通過增大顏色復(fù)制的自由度從而增大了顏色色域。其光譜匹配的再現(xiàn)方式消除了同色異譜的問題，從而實現(xiàn)了顏色的無條件匹配。此項技術(shù)對高保真印刷技術(shù)的發(fā)展意義重大，也必將成為未來印刷業(yè)發(fā)展的方向。

　　一、傳統(tǒng)四色印刷存在的缺陷

　　傳統(tǒng)印刷方式采用CMYK四種基色來實現(xiàn)顏色復(fù)制。四色油墨由于本身的局限性，無法涵蓋原稿顏色的全部光譜信息。事實上，傳統(tǒng)四色印刷都是基于同色異譜原理來實現(xiàn)顏色復(fù)制的。同色異譜原理是指在印刷復(fù)制中，只要所印顏色與原稿顏色的人眼感覺相同，即使二者光譜組成不同，仍可將其作為正確顏色復(fù)制給予認可。此種方式極大地降低了顏色復(fù)制的難度，在大多數(shù)情況下可以實現(xiàn)顏色的正確再現(xiàn)，因此構(gòu)成了傳統(tǒng)印刷方式實現(xiàn)的基礎(chǔ)。然而，在照明光源及觀察者變化較大時，其復(fù)制效果往往會顯現(xiàn)出較大的偏差。這一問題也是傳統(tǒng)印刷業(yè)中質(zhì)量糾紛的一個重要根源。此外，四色印刷所能再現(xiàn)的顏色僅約為可見光譜色域的一半，對于鮮艷的顏色及動態(tài)范圍較大的圖像復(fù)制效果往往難以令人滿意。在當(dāng)前技術(shù)水平條件下，即使人們在復(fù)制時進行精確的色彩管理及色域匹配，仍無法從根本上解決同色異譜以及色域過小的問題。

　　傳統(tǒng)印刷方式著重以印刷顏色密度來匹配原稿密度。然而，此種匹配方式過分注重對油墨用量的討論而忽略了復(fù)制顏色色度及亮度的匹配問題。事實上，由于四色印刷自身色域的局限性，其在調(diào)控彩色成分及中性灰成分時往往陷入自相矛盾的境地——若要增加彩色成分墨量以提高飽和度，則不可避免的增大了中性灰成分從而降低了亮度。換言之，四色印刷往往過分地強調(diào)了飽和度的再現(xiàn)，而不得不采用犧牲亮度的方法。
　　由于傳統(tǒng)復(fù)制的上述缺陷，其復(fù)制效果往往不盡如人意，主要表現(xiàn)為圖像顏色沉重，立體感較差，層次損失較為嚴重，并存在不同程度的顏色失真現(xiàn)象。

　　二、多光譜顏色復(fù)制技術(shù)的優(yōu)越性

　　多光譜顏色復(fù)制技術(shù)通過對多光譜數(shù)據(jù)的獲取，分析及處理從而實現(xiàn)顏色的復(fù)制。此項技術(shù)以光譜匹配為顏色再現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)，通過增大顏色疊加的自由度從而實現(xiàn)了再現(xiàn)色域的擴大。由于光譜反射曲線的唯一性，不論光源及觀察條件如何改變，其再現(xiàn)效果依然可以保持穩(wěn)定。此外，對光譜反射率多個波段的采樣可以盡可能詳細的記錄顏色特性，有效地解決了傳統(tǒng)模式下數(shù)據(jù)精度過低的問題。

　　在顏色復(fù)制領(lǐng)域，顯示器、打印機、掃描儀等數(shù)字設(shè)備的顏色再現(xiàn)原理與人眼視覺的形成機理存在著極大的差別。傳統(tǒng)的四色印刷模式由于其自身的局限性，即使借助色彩管理系統(tǒng)仍無法從根本上解決顏色偏離的問題。而多光譜復(fù)制技術(shù)通過對采樣通道數(shù)量的提高，極大地提高了數(shù)據(jù)采集的完整性，從而實現(xiàn)了高質(zhì)量的顏色復(fù)制。鑒于上述優(yōu)勢，目前此技術(shù)已成功地用于名貴藝術(shù)作品的復(fù)制保存以及網(wǎng)絡(luò)購物等領(lǐng)域。同時，該技術(shù)也為未來高保真印刷及跨媒體出版奠定了堅實的基礎(chǔ)。

　　三、多光譜復(fù)制技術(shù)工藝流程

　　多光譜顏色復(fù)制技術(shù)通過對顏色光譜反射率或透射率的描述，以光譜數(shù)據(jù)來描述顏色信息。其具體工藝流程（如圖一）可分為如下步驟：

　　1.數(shù)據(jù)獲取

　　利用帶有多色濾色片的多光譜相機獲取原稿或事物的多光譜圖像數(shù)據(jù)。通常，采集系統(tǒng)由多光譜光源、濾色片以及多光譜相機組成。相比于傳統(tǒng)的基于三色的圖像獲取方式，此系統(tǒng)具有如下優(yōu)勢：

　　光源啟動過程短，光譜較寬，輻射效率高；濾色鏡選擇透射性強，不受背景光干擾；可采集高分辨率數(shù)據(jù)，多種數(shù)據(jù)支持模式，高成像對比度。

　　在獲取光譜數(shù)據(jù)后，需要對其進行分析處理從而實現(xiàn)高精度的光譜重建。現(xiàn)將多光譜數(shù)據(jù)獲取的數(shù)學(xué)模型的矩陣表示方法介紹如下：

　　設(shè)多光譜光源的光譜功率分布為S，物體的光譜放射率為r， r=[r1， r2， ... rn]T，其中n表示采樣波長的數(shù)量，T表示矩陣的轉(zhuǎn)秩運算。在多光譜相機中，m個濾色片的光譜透射特性可由矩陣F表示，探測器的光譜靈敏度由矩陣D表示。


　　綜合上述矩陣，由色度學(xué)積分計算公式可得，采集顏色的顏色值為t=(DF)TSr. 隨后，通過相應(yīng)的線性及非線性變換，即可求得顏色的三刺激值XYZ以及CIELAB坐標(biāo)等顏色值。

　　除上述方法之外，也可以采用主成分分析的方法（PCA）來選擇最佳濾色片設(shè)計以及實現(xiàn)更精確的光譜重建。此種方法常用于攝影技術(shù)中積分密度與解析密度的相互轉(zhuǎn)換，也常用于掃描儀高精度設(shè)備特性文件的建立。

　　2.原稿色料的預(yù)測及最佳墨色選擇

　　在多光譜數(shù)據(jù)獲取完成后，需要對其進行數(shù)據(jù)分析。通過對采集顏色光譜分布的預(yù)測，從而確定顏色復(fù)制的最佳墨色選擇，最大限度的消除同色異譜現(xiàn)象對顏色匹配的影響。為了實現(xiàn)復(fù)制顏色與原稿顏色的最佳匹配，必須保證復(fù)制顏色光譜分布曲線最大限度的逼近原稿顏色的光譜分布。在實際操作中，通常采用主成分分析的方法對光譜數(shù)據(jù)進行分析處理，隨后通過受限旋轉(zhuǎn)變換預(yù)測出實際可能的最佳色料選擇。最后，通過將預(yù)測色料組合與數(shù)據(jù)庫中油墨組合的對照比較，最終確定最佳墨色選擇方案。

　　3.油墨疊印模型的建立與光譜預(yù)測

　　關(guān)于顏色復(fù)制中半色調(diào)模型的建立，目前存在多種理論。通常，人們較多的采用Kubelka-Munk理論來計算尤爾-尼爾森修訂的涅格伯爾模型基色反射率。其中，尤爾-尼爾森修訂的涅格伯爾模型（簡稱YNSN模型）是最為常用的反射率預(yù)測模型，該模型闡明了半色調(diào)印刷顏色光譜反射率與網(wǎng)點面積率在各個波長上的對應(yīng)關(guān)系，并將光學(xué)網(wǎng)點擴大問題考慮在內(nèi)，其具體公式為：

　　  λ=1…8       （4）

　　其中，Rprint，λ代表打印顏色的反射率，n為尤爾尼爾森因數(shù)。Rp，λ為涅格伯爾第p種基色的光譜反射率，αp為基色的網(wǎng)點面積率。

　　4.基于光譜數(shù)據(jù)的分色及印刷

　　基于多光譜數(shù)據(jù)的分色技術(shù)是多光譜顏色復(fù)制技術(shù)的核心，通常采用YNSN模型的逆變換來實現(xiàn)。在利用YNSN方程求得油墨網(wǎng)點的光譜值時，應(yīng)采用適當(dāng)?shù)姆蔷�性化優(yōu)化迭代方法來確定各基色油墨的分色設(shè)置。此種分色技術(shù)的顏色查找表與四色基于相同的原理，所不同的是需要對顏色空間的色相區(qū)間進行合理的劃分，使油墨顏色匹配輸入色能夠保持最小程度的同色異譜，提高匹配的精度。由于分色效果可以最大限度的逼近原稿，故此項技術(shù)常應(yīng)用于高保真印刷。

　　在分色完成后，可以利用多色打印機或印刷機進行多基色印刷。相比于傳統(tǒng)的印刷方式，多光譜復(fù)制技術(shù)擁有更大的色域空間，可以復(fù)制更為鮮艷真實的顏色。此外，其印品層次感更為真實，視覺變化效果更貼近原稿光譜。

　　四、 多光譜顏色復(fù)制技術(shù)的研究現(xiàn)狀及相關(guān)機構(gòu)

　　1.多光譜復(fù)制技術(shù)的研究內(nèi)容

　　按照顏色處理的不同階段，多光譜顏色復(fù)制大體可分為數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)處理以及顏色輸出三個方向，而每一個方向又可細分為若干個子方向：

　　數(shù)據(jù)獲取：設(shè)備特征化方法，濾色片的設(shè)計，多光譜相機的調(diào)教以及數(shù)據(jù)的記錄等等。

　　數(shù)據(jù)處理：色空間轉(zhuǎn)換，色域匹配，光譜數(shù)據(jù)的編碼與解碼等。

　　數(shù)據(jù)輸出：對照表的建立，分色算法的研究，墨色選擇等。

　　2.相關(guān)機構(gòu)

　　目前，世界上許多的國際組織、實驗室及研究機構(gòu)都在致力于多光譜顏色復(fù)制技術(shù)的研究。比較著名的有美國羅切斯特理工學(xué)院的孟塞爾顏色科學(xué)實驗室、美國北卡羅萊那州立大學(xué)、英國利茲大學(xué)以及日本千葉大學(xué)等高校。此外，成像科學(xué)與技術(shù)學(xué)會IS&T、國際光學(xué)工程學(xué)會SPIE、國際電氣和電子工程師協(xié)會IEEE等組織也在對此項研究做出了極大貢獻。

　　在國內(nèi)，武漢大學(xué)，北京理工大學(xué)及江南大學(xué)等高校也對此課題做出了不同方向的研究。

　　3.現(xiàn)階段研究存在的問題

　　雖然多光譜顏色復(fù)制技術(shù)在光譜匹配方面的優(yōu)勢毋庸置疑，但相比于成熟的傳統(tǒng)印刷技術(shù)，該技術(shù)的完善與普及仍需要印刷業(yè)界與研究者的共同努力。目前階段，此項技術(shù)高昂的成本及復(fù)雜的操作技術(shù)使大多數(shù)人對此望而卻步。另外，此項技術(shù)對數(shù)據(jù)采樣及處理的精度要求非常高，據(jù)意大利國家研究院多媒體信息技術(shù)研究所所做的相關(guān)研究顯示，在光譜數(shù)據(jù)無法達到要求精度的情況下，多光譜顏色復(fù)制的效果非常的不盡人意。也就是說，盡管光譜匹配是最高級的顏色匹配這一結(jié)論毋庸置疑，但光譜匹配程度的增高與色差及人眼視覺差異的減小并無直接聯(lián)系。可見，盡管其優(yōu)勢在原理上顯而易見，但其具體實施其實具有比較大的難度。

　　五、結(jié)束語

　　傳統(tǒng)的四色印刷，存在這同色異譜的根本缺陷，其顏色匹配只能維持在特定條件下。為此，越來越多的人將目光聚焦于可以實現(xiàn)無條件顏色復(fù)制的多光譜顏色復(fù)制技術(shù)。盡管目前此項技術(shù)仍處于起步發(fā)展階段，但其對顏色精準(zhǔn)復(fù)制的優(yōu)勢使其必將成為今后業(yè)界研究的熱點，并為高保真印刷的實現(xiàn)打下堅實的基礎(chǔ)。



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