数字分色处理对图像复制的影响.docx

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数字分色处理对图像复制的影响

数字分色处理对图像复制的影响

目录

1分色概述…………………………………………………………………………

1.1分色定义…………………………………………………………………

1.2分色的发展历程以及各阶段分色法比较………………………………

1.3数字分色法发展历程及前景……………………………………………

2图像数字分色法对图像复制的影响……………………………………………

2.1分色处理原理……………………………………………………………

2.1.1色彩空间……………………………………………………………

2.1.2分色原理……………………………………………………………

2.1.3图像层次再现原理…………………………………………………

2.1.4数字分色法数学模型………………………………………………

2.2扫描过程中的分色处理……………………………………………

2.3图像处理与分色……………………………………………………

2.3.1灰平衡与复制………………………………………………………

2.3.2黑版在图像复制中的作用………………………………………

2.3.3底色去除………………………………………………………

2.3.4灰成分替代………………………………………………………

3数字分色对图像复制质量的影响…………………………………………

3.1扫描处理对图像复制质量的影响……………………………………

3.2灰成分替代对图像复制质量的影响…………………………………

3.3底色去除对图像复制质量的影响……………………………………

4数字分色品数据分析与处理………………………………………………

4.1一定分色参数下图像的较………………………………………

4.2底色去除与灰色成分替代对图像暗调的影响……………………

5总结………………………………………………………………………

参考文献………………………………………………………………………….

致谢………………………………………………………………………………

附录………………………………………………………………………………

第一章分色概述

1.1分色定义

我们平常看到的图像是以RGB呈色模式进入我们的眼睛的，而印刷和复制则是以CMYK的呈色模式来实现的，另外各种显示器的电子设备也是以RGB的形式来实现色彩的显示的，为了能够实现复制和印刷的需要，我们需要把RGB形式的图像转换成CMYK形式的能用来复制的信号。

把RGGB色彩模式通过色彩空间的转换变成CMYK色彩模式就是分色。

我们在实际的分色操作是还要进行诸如层次等方面的处理。

1.2分色的发展历程以及各阶段分色法比较

分色是从有彩色复制品起就一直在探索的问题。

70年代以前，大部分的彩色分色均是以红、绿、蓝滤色片放在制版照相机或放大机镜头前，熟练的技术员借着本身经验来获得一套良好的彩色复制品。

从原稿经过多重程序制作修色片、分色片、和网片，再经网点腐蚀以期获得理想的半色调网片。

后来有厂家使用接触曝光法来改变网点大小，借着多次的调整，需要花费很长的时间，仍未必能获得期盼的色彩。

到70年代后是高阶电子或镭射扫描机使用无数旋钮和按键来做色彩调整的时代。

虽然这些昂贵的模拟式扫描机缺少计算机记忆和数字装置来储存影像，后来的机种为计算机将RGB数字彩色讯号转换成CMYK分色片，原稿系装置在一个透明滚筒上，而另一个滚筒则是安装着分色胶卷，扫描机是由受过高深技术训练的专家来做校正和作最佳的输入和输出设定。

然而，重扫仍是相当普遍，尤其对色彩特别讲究的印品，若色彩没有搭配，则扫描机的调整或操作员的知识通常并不是限制因素，而是受油墨与纸张品质的影响。

随着扫描机上增加复杂的色彩控制，或在印前、印刷或印后，从使用肉眼调整到经由若干浓度计、油墨和纸张测试所做的色彩控制，已将印刷从工艺转成科技。

在80年代里，迷你计算机、内存和储存装置的进步使彩色电子印前系统（CEPS）作储存、显示、色彩修正和影像搭配。

如：

ScitexResponse与HellChromacom一类的数千万元系统虽可得到高品质彩色复制品，但也还需要很长学习的时间。

到90年代，桌上型强大的电子印前系统出现了。

革新的页面描述输出，图像平台如Apple、Microsoft、以及出版软件如AdobePhotoshop、QuarkXpress使用桌上型硬件便能做出高阶彩色品质，其易用性、低价组合系统迅速替代昂贵的独立系统。

扫描和分色，一度需要受过高深训练的专家，变成大众化后，任何人包含摄影师、设计家、排版工与计算机操作员都能操作一部计算机、扫描机和印刷机来完成分色的全程作业。

桌上型计算机使用开放系统，在理论上可无限制支持各种彩色计算机外设装置。

今天，很多此类彩色出版品虽能一贯作业，但仍然要面对相同的问题，就是如何才能做出准确的色彩。

1.3数字分色法发展历程及前景

1931年，默里（Murray）在伊斯曼·柯达公司（EastmanKodakCompany）从事改进分色的研究，他模拟照相分色的方法，于1937年发明了第一台电子分色机。

与此同时，国际化学公司（InterchemicalCorporation）的研究人员哈迪，采用解纽介堡方程（NeugerbauerEquation）的方法设计电子分色机。

这些研究对用计算机进行颜色处理、对近代电子分色机的发展，起了很大的推进作用。

进入20世纪90年代，计算机的飞速发展，尤其是计算机彩色桌面系统的出现，给彩色分色技术带来了极大的飞跃。

桌面出版系统分色的实质就是构造模型以实现不同颜色空间的转换。

其具体的过程是：

经扫描仪扫描后的图像信息，以RGB模式存储在计算机中。

但由于RGB系统是与设备相关的颜色空间，同一幅原稿图像，不同型号、厂家的设备会得到不同的颜色信息，必须根据彩色管理系统中不同设备对颜色信息描述的方式把RGB色彩模式转换到与设备无关的标准颜色空间，如ciexyz颜色空间，或cielab颜色空间。

然后，再转换到与设备相关的油墨色空间，把图像的颜色信息用CM、Y、K百分比的形式记录下来以备输出。

由于其本质是实现色空间的转换，因此根据色空间转换方法的不同，分色的方法也各不相同。

由于人们对印刷质量、效率要求的日益提高，同时数字印刷的逐渐发展和兴起，以及网络多媒体的应用，这些必将促使数字分色技术的发展。

第二章图像数字分色法对图像复制的影响

2.1分色处理原理

2.1.1色彩空间

色彩空间，也称之为色彩模型，是一种用概念属性和数量属性来科学地描述色彩的方法。

具有了基本的描述色彩的基本属性后，当使用色调曲线或在图像处理软件包中使用拾取颜色工具来选择颜色时，便可以理解各种颜色之间的关系。

多年来为适应特殊工业或团体的需要，人们一直致力大于开发多种色彩空间来描述光线是如何在特殊介质上透过、吸收或反射的。

无论每一种色彩空间的基础是什么，它都必须满足三个条件：

●须以标准的方式描述色彩，而不依赖于某一单独的，暂时的设备的性能；

●须描述色彩的色域或色彩范围（没有任何一套颜色是无穷的）；

●必须说明知感知、传送或反射光线确定色域的方法。

在印刷领域对于彩色印前处理最重要的是三种色彩空间：

CIE视觉色彩空间；RGB加色空间；CMY（CMYK）减色空间等。

（1）RGB加色空间

RGB色空间也称RGB色彩空间或RGB彩色模型，其基础是通过红、绿、蓝三原色光谱叠加生成各种颜色。

因为颜色是通过色光与色光的相加而产生的，其组合出的第二种颜色总是比红、绿、蓝三原色更明亮，称之为加色法。

最大强度的红、绿、蓝三原色相加，产生白色；相同数值的红、蓝色组合产生中性灰，数值越低产生的灰度越暗，数值越高产生的灰度越亮；若三种色光不等，则形成各种不同颜色的光。

RGB色彩空间适用于CRT监视器、描仪以及数码相机等设备，这些设备是通过透过光线或吸收光线来再现色彩的，而不是使用反射光线。

例如在计算机显示器上看到的颜色是通过电子束打在覆盖在荧屏上的红、绿、蓝发光组合成的物质上，从而引起这些发光物质组合多种发射光线。

RGB色彩空间是与设备相关的色彩空间，所以一个RGB设备能再现的颜色可能与另一个RGB设备能再现的颜色有所不同。

（2）CMYK减色空问

减色空间又称为CMY（或CMYK）色彩空间，它相当于从白光中减去某种颜色，其关系式为：

C=1-R

M=1-G

Y=1-B

在减色法模型中，两种颜料（色料）混合后若呈现黑色，则称这两种颜色为互补色。

因此，减色空间中的C、M、Y分别是加色空间中三原色R、G、B的补色。

在CMYK减色空间中，混合两种或更多的原色将使一些光波反射，而另外一些光波被吸收，从而产生了新的颜色。

如：

青色油墨吸收红光，反射绿光和蓝光，所以其呈现青色（B＋G＝C＝W-R）；品红色油墨吸收绿光，反射红光和绿光，所以其呈现黄色（R＋G＝Y＝W-B）；因此，在减色空间中，两种颜色叠加时，将会有光线被减去，从而产生一种更暗淡的色彩。

如：

将黄色油墨和品红油墨叠加时，将吸收绿光和蓝光，只反射红光。

这也是为什么一幅图像的颜色在显示器上看起来较明亮，而被印刷出来后却显得较为暗的原因。

减色空间适用于彩色印刷设备。

理论上，可以用C、M、Y三原色合成所有的颜色，但实际应用中利用C、M、Y三种色料来合成黑色时，往往由于颜料不纯、油墨不易完全混合，一般不能生成真正的黑色，而是生成偏棕色的灰色。

因此，通常用真正的黑色油墨来取代彩色中由黄、品红、青叠合而成的黑色成分，以获得更真实的效果，所以CMY色彩空间也可以称为CMYK色彩空间。

色域空间

（1）色域空间范围的比较

色域是指某彩色空间中所有彩色的子集，应用中是指屏幕显示、打印机输出以及Lab色域空间印刷复制所能表现的颜色范围。

自然界中可见光谱的颜色组成了最大的色域空间，该色域空间包含了人眼所能见到的所有颜色。

在印刷中，将所有用油墨所表现的颜色的总和称为油墨的色域空间，也叫做CMYK色域，将所有由色光组成的颜色总和称为RGB色域空间，而将与设备无关的色彩空间Lab所表示的颜色总和称为Lab色域空间，色域空间图这三个色域空间可用图2-1.1所示。

从图中可以看出，Lab色域空间最大，它完全包含了RGB色空间及一色空间，而RGB与CMYK色空间则既相互包容主要部分，又有很少部分相互超越。

图2-1.1色域空间

（2）色域警告（Gamutwarning）

由上面的色城空间图可知，由于RGB色域空间和CMYK色域空间存在着一定的差别，因此在进行颜色转换（如RGB转CMYK或CMYK转RGB）时会有颜色的丢失，超过对方色空间部分的颜色就不能准确表现。

所以在AdobePhotoshop中，对于超色域部分进行了警告显示，如：

调色板上、信息板上的感叹号，它们都说明当前颜色在Lab或RGB中能够表达，但在CMYK色域中就不能表达了，只好通过近似的颜色替代来实现。

另外在“View（视图）”菜单下有对于Lab或RGB色彩模式图像的“色域警告”命令，当选取“色域警告”时图像中超色域部分的颜色将显示为在预设中所设置的色域警告色。

2.1.2分色原理

最早的分色方法是照相制版法，其工艺可以很方便的说明分色的原理。

如果彩色原稿是绘画（如油画、水彩）或彩色照片，其画面上的颜色与色调几乎是无限的，若要把无限的颜色用有限的三原色油墨印刷出来，就必须对原稿进行分色。

所谓“分色”就是根据减色法原理，利用红、绿、蓝三种滤色片对不同波长的色光所具有的选择性吸收特性，将原稿分解为品红、黄和青三原色。

因为两互补色混合成为黑色（不透光），所以，在分色过程中，被滤色片吸收的色光正是滤色片本身的补色光。

这样，在感光胶片上形成有密度差别的黑白负片，就将原稿颜色给分解了。

再行加网，构成网点负片，最后晒成各色印版。

现以黄、品红色、青色、红色、绿色、蓝色、白色、黑色这几种基本颜

色在分色、晒版、印刷时的变化为例，对分色原理进行详细介绍。

假设原稿上有白（W）、黄（Y）、品红（M）、青（C）、红（M）、绿）、蓝（B）、黑（K）等颜色。

首先我们了解一下经过红色滤色片的情况：

白色的地方对光源的红、绿、蓝成分均能反射或透射，经过红滤色片时，蓝光、绿光则被滤色片吸收，红光能完全通过，在感光片上形成黑色；黄色的地方对光源的红、绿、蓝成分的蓝色进行吸收，将红光和绿光反射或透射出来，经过红滤色片时，绿光则被滤色片吸收，红光能完全通过，在感光片上也形成黑色；品红色的地方对光源的红、绿、蓝成分的绿色进行吸收，将红光和蓝光反射或透射出来，经过红滤色片时，蓝光则被滤色片吸收，红光能完全通过，在感光片上也形成黑色；青色的地方对光源的红、绿、蓝成分的红色进行吸收，将蓝光和绿光反射或透射出来，经过红滤色片时，绿光和蓝光则被滤色片吸收，没有光线能通过，在感光片上不曝光，形成透明的区域；红色的地方对光源的红、绿、蓝成分的绿色和蓝色进行吸收，将红光反射或透射出来，经过红滤色片时，光线能通过，在感光片上曝光，形成不透明的黑色；绿色的地方对光源的红、绿、蓝成分的红色和蓝色进行吸收，将绿光反射或透射出来，经过红滤色片时，没有光线能通过，在感光片上不曝光，形成透明的区域；蓝色的地方对光源的红、绿、蓝成分的红色和绿色进行吸收，将蓝光反射或透射出来，经过红滤色片时，没有光线能通过，在感光片上不曝光，形成透明的区域；黑色的地方对光源的红、绿、蓝成分全部吸收，无光反射或透射出来，经过红滤色片时，没有光线能通过，在感光片上不曝光，形成透明的区域。

这样，把原稿依据颜色分成有密度的黑色和透明两种泾渭分明的区域，从而得到青（C）色分色阴片。

再经拷贝就得到青色的分色阳片。

经过绿色滤色片和蓝色滤色片时，各颜色区域由于对光源的反射或透射情况不一样，滤色片对反射或透射光的吸收情况不一样。

得到各色的分色片后，再经晒版、印刷过程就完成了色的合成工作。

然而，若原稿上有较复杂的颜色，如青绿色（青多黄少），在印刷中的成色方式则不同。

当原稿上是青绿色时，若白色中的红光成分照射在颜色上有较多的吸收，青阴片相对应的部位就透明，青阳片就会获得高密度和大的网点百分比；而白色光中的绿色成分照射在颜色上时，反射出的光量大，品红阴片上的密度高，最后得到的品红版上无网点；白色中的蓝光成分照射在颜色上时，有部分吸收和部分反射，最后形成的黄版的网点较青色的网点小。

印刷后，颜色中的青色墨量多，品红色无墨，黄色墨量小，形成青绿色。

总之，对原稿中任何复杂的颜色，都可以用红（R）绿（G）、蓝（B）三色滤色片将它们分解为品红（M）、黄（Y）和青（C）三色版的分色片，而后再经印刷再现原稿的颜色。

随着技术的发展，印前的分色工艺已经淘汰了照相制版方法，而采用数字印

前系统进行分色，其工艺流程见图2-1.2。

其基本原理也是将原稿的每一点的颜

色经红色、绿色、蓝色滤色片进行分解，得到数字化的每一像素的RGB值的大小，再经数学计算方法把RGB颜色转换为CMYK颜色，最后输出C、M、Y、K四个单色版菲林或印版。

图2-1.2数字印前系统的分色

2.1.3图像层次再现原理

经过分色，解决了颜色的分解间题，但颜色的深浅表达问题还没解决。

一幅色彩丰富的原稿是由几百、几千种颜色组成的，并且这些颜色有深有浅。

但是，印刷时不可能按照原稿的每一种颜色制一块印刷版，只能运用分色的方法，制作黄、品红、青和黑四块印刷版。

印刷品是以网点的大小或疏密来显画面上颜色的深浅和浓淡的。

即在每块印版上的网点大小或硫密有别，在彩色印刷时不同颜色的印刷版，以不同的网点排列，互相叠印形成成千上万种的丰富颜色。

网点是指印版上传递油墨至承印材料表面上组成图像浓淡层次的最小单位。

在平版印刷、凸版印刷和柔性版中，用网点大小表现颜色层次。

在照相凹版中用网点的深浅或网点的大小来表现千变万化的颜色层次。

而在电子雕刻凹版中，用网点覆盖面积和网点的深浅表现图像的浓淡层次。

总之，颜色的分解与合成是解决印刷图像的颜色问题，而网点则是用来解决图像的层次问题的。

即通过大小不同的网点来表现原稿的浓淡、明暗、深浅。

在照相制版阶段，通过直挂或拷贝在感光片上形成大小不同的网点。

在现今主要通过印前系统的输出设备直接进行数字加网。

在印刷品上就是以网点来显示浓淡色调的。

从点子的分布情况上讲有点子规律性分布的调幅网点和点子无规律分布的调频网点。

传统印刷的网屏是调幅网屏，目前，大多产品印刷使用的也仍以调幅网点为主。

调幅网点对印刷品上的颜色深浅是利用网点覆盖率的大小来表现的。

某个区域的色调值，是根据该区域反射到观察者眼睛里总的光量，即网点之间的空白区的反射光量以及网点所反射的光量的总和决定的。

网点本身的明暗程度不同，反射的光量也不相同，对印刷品色调值的影响也不同。

而调频网点是印刷加网发展的一个方向，它表现出的图像细节更好。

2.1.4数字分色法数学模型

（1）模型1：

纽介堡（Neugerbauer）方程

纽介堡方程被认为是最基本的印刷模型，困此，它经常以原始形式或修正形式被用来模拟印刷过程。

它是根据格拉斯曼色光混合定律导出的印刷网点呈色的数学模型。

三色印刷时，公式中的三刺激值XYZ是通过印刷纸张的白色和三原色油墨之间的8种组合来表示的。

对于三色油墨的纽介堡方程，公式如下：

即：

X（c、m、y）=f1X1+f2X2+f3X3+f4X4+f5X5+f6X6+f7X7+f8X8

Y（c、m、y）=f1Y1+f2Y2+f3Y3+f4Y4+f5Y5+f6Y6+f7Y7+f8Y8

Z（c、m、y）=f1Z1+f2Z2+f3Z3+f4Z4+f5Z5+f6Z6+f7Z7+f8Z8

f1=（1-c）（1-m）（1-y）n=1纸张白色

f2=c（1-m）（1-y）n=2青（C）

f3=m（1-c）（1-y）n=3品红（M）

f4=y（1-c）（1-m）n=4黄（Y）

f5=c*m（1-y）n=5C+M

f6=m*y（1-c）n=6M+Y

f7=c*y（1-m）n=7C+Y

f8=c*m*yn=8C+M+Y

式中X、Y、Z——三原色油墨叠印的三刺激值；

Xn、Yn、Zn——颜色n的三刺激值；

fn——德米切尔关系式，是用百分数表示的颜色nv的网点面积率；

c、m、y——CNY色版上的网点面积率

（2）模型2：

修正的纽介堡（Neugerbauer）方程

具体生产中，印刷油墨的实际行为是比较复杂的，所以出现了一些对纽介堡方程进行修正的方法。

这些修正n的方法包括如下几种。

①考虑到油墨的色域、油墨的首层表面反射、多层内反射、网屏线数、套印的准确性以及油墨印在纸张上所产生的光渗现象等诸多因素，通过指数来修正纽介堡方程。

②通过加入高次项以达到较高的精度。

③补偿网点增大的方法，对计算出的油墨网点面积率进行修正。

（3）模型3：

局域空间的纽介堡（LocalizedNeugerbauer）方程

为了进一步提高纽介堡方程的精度，提出了局域空间的纽介堡。

该方法是将整个颜色空间分为八个子空间，针对每个子空间分别计算一套系数，然后，对于落在每个子空间中的点，使用相应的系数代入纽介堡方程式，求出输出值。

纽介堡方程的优点是仅需测量很少的测试色块即可计算出结果，但它求解的复杂性和不确定性以及精确度的问题都是纽介堡方程的致命弱点。

（4）模型4：

多项式回归模型

这种模型需要用大量的已知点进行多项式拟合，得到拟合多项式组，它是以三刺激值X、Y、Z或L*、a*、b*为自变量的一组多项式，由这组多项式可以分别求出C、M、Y、BK网点百分比。

（5）模型5：

基于LUT（Look-UpTable）的插值算法

基于LUT的插值算法是迸行分色和色空间转换的最终算法。

其基本思想是将整个颜色空间细分为许许多多小的多面体，多面体的顶点是已知对应关系的样点，通过顶点计算出此多面体所包围的颜色点的输出值。

多面体的形状可以选择为立方体、棱柱体或四面体。

常用的多面体为四面体。

使用查找表和插值的方法来进行颜色空间的转换可以使转换的速度很快，而且只要建表的数据来源准确，表足够大，就能够保证整个空间转换的精度。

但建表的基础数据的来源是一个很大的问题，有两种获取基础数据的方法。

一种是使用纽介堡方法的方法，仅需要很少的测量即可完成空间转换并建表，这样虽然提高了模型转换的速度，但也将模型方法中的精度不够的缺点带了进行。

第二种方法是不需要任何模型，而是通过大量的实际测量来建立查找表，该方法可以得到较高的精度，但需要大量的测量，当印刷条件发生略微的变化时，对表的更新便很困难。

2.2数字处理分色技术

2.2.1扫描过程中的分色处理

对于专业性的印刷公司和印前输出中心，图像的扫描分色一般采用高档的滚筒式扫描仪滚筒扫描仪同电分机的不同之处，是所有参数的设定都是在扫描软件中进行的。

软件设定了许多功能模块，各模块相对独立，所有参数的设定一次完成，然后进行正式扫描，扫描的同时各功能模块分次完成各自的功能，因此参数的设定至关重要。

不同的扫描仪有不同的扫描控制软件，如ScanMate500O的ColorQuartet，DT-S1030AI的DTSScan扫描软件，S330O的LinoColor扫描软件。

不同的扫描软件虽然各有其待点，但其基本思想和控制原理及各功能模块大致相同。

下面详细阐述滚筒扫描仪扫描分色的控制过程。

原稿分析

原稿是复制的客观依据，因此，在扫描之前应仔细分析原稿特点，把握其精神实质，以便做出相应的分色处理。

彩色原稿可按透射片、相片、画稿和印刷品等进行分类。

在标准光源下，按原稿的阶调层次、颜色状况、清晰度（含颗粒性）标准及缺陷程度，鉴别出标准、中等、次等原稿及不能复制的原稿，以区分扫描时要忠实复制、少量调整还是要进行纠正。

同时，还应在标准光源下，对不同原稿按画面形式及图像内容特点作艺术鉴赏，分析认识其艺术特点及重点复制要求。

对原稿的主体表现及全阶调状况作整体认识，以便设计其复制调整方向，对原稿的色彩艺术分析认识，以便做出恰当的颜色调整复制设计。

原稿安装

原稿安装直接关系到能否获得高质量的分色片，原稿安装不好，会导致出现牛顿环等，降低分色质量。

（1）清洁处理

滚筒和原稿在装稿前应选用不起毛的布或脱脂棉沾清洁剂擦洗干净，此外还可用滚筒抛光剂去除滚简表面的小划痕。

（2）原稿安装

透射稿在安装时应注意：

a.要将原稿紧贴扫描滚简，防止其移动，避免损坏原稿；

b.要防止在两个平滑的接触面产生牛顿环；

c.要填平原稿表面的划痕。

具体方法如下：

将原稿乳剂面朝向滚筒并紧贴于滚筒表面上，若有配套的极细的白色粉末，可在乳剂面上喷上一层粉以便消除牛顿环；若有透明度高的油也可在乳剂面上涂上一层油，此法既可防止牛顿环，又可填平原稿中的划痕；然后用透明的聚酯薄膜将原稿夹紧，用胶带粘牢即可。

反射稿同透射稿的要求一样，装时应避免损伤原稿，胶带不得贴在原稿的正面。

一般使用胶带法，即首先在原稿背面的上下两边贴一条胶带，胶带一半贴在原稿上，一半露在外面，然后再将原稿翻过来，在其正面上下两端露出的一半胶带上贴上另一条胶带，这样可避免损坏反射稿。

另外也可放一张透明的聚酯薄膜在原稿上，胶带粘在聚酯薄膜片基上，然后紧贴于滚筒上。

为了防止牛顿环，可在原稿上喷些粉。

焦距调节

在对扫描仪进行白平衡调校之前，先进行焦距调节。

将原稿按上述要求均匀的紧贴在滚简表面，反射稿药膜面朝向操作者，