基于光谱匹配的分色方法研究

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3.0 刘畅 2024-11-07 21 4 837.11KB 53 页 15积分

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摘要

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分色是印刷复制中的核心内容，传统基于密度、色度进行印刷分色方法已经

不能满足人们对高精度色彩复制的需求。随着传感技术的发展，基于光谱的分色

得到了理论研究和实际应用领域的关注。光谱信息是色彩的根本信息，利用光谱

进行分色不但能够提高分色精度而且能够有效解决传统基于色度分色带来的同

色异谱问题。目前光谱分色的实现主要是利用光谱模型进行正向特征化及反向求

解实现的，由于光谱信息维数较高，在进行反向求解时不仅存在计算复杂，算法

效率低的问题，同时也因为光谱信息中存在着冗余数据，降低了分色的精度。

本论文以光谱分色为研究对象，以光谱匹配为主要方法，构建了一种基于光

谱匹配的分色方法。首先，研究了基于光谱纽介堡方程的光谱分色模型，分析其

特点和不足。接着，研究了光谱特征的提取方法，提出利用包络线去除对颜色的

光谱数据进行处理并提取印刷基色光谱特征的方法。再次，建立了用于分色的光

谱数据库，研究对比了典型的光谱匹配方法。最后，建立了一种基于光谱数据库，

实现光谱特征分类匹配的光谱分色方法，并进行了实验验证。

本论文的创新点包括：

1.提出利用包络线去除方法对颜色的光谱数据进行处理，通过提取对网点

百分比变化敏感的波段获得了印刷基色的光谱特征。

2.构建了通用型分色光谱数据库，并通过实验验证了其通用性与可靠性。

3.建立了一种基于光谱数据库，实现光谱特征分类匹配的光谱分色算法，

实验证明该方法能够在一定程度上提高光谱分色精度。



关键词：光谱分色光谱特征光谱匹配包络线去除光谱数据库



ABSTRACT

Color separation is the core part of printing industry, the traditional density-based,

color printing color separation methods will not afford the demand of high precision

color reproduction. With the development of sensor technology, the color separation

basing on spectral data has been the concern of theoretical research and practical

applications. The spectral information is the fundamental information of color, spectral

color separation will not only improve the color separation accuracy and can effectively

solve the problem of metamerism caused by traditional color dichroic. The realization

of spectral color separation is the use of spectral model forward characteristics and

reverse solving to achieve, due to the higher dimension of spectral information, not

only during reverse solving the problem of computational complexity, low efficiency

of the algorithm, but alsoreducing the accuracy of the dichroic as the result of redundant

information in spectral data.

The thesis study on the spectral color separation, construct a color separation

method basing on spectral matching.The work is done as the follow steps. First, color

separation model based on spectral Neugebauer equation model is analyzed and its

characteristics and shortcomings are expounded. Next, a study of the spectral

characteristics of the extraction method, the proposed use of the envelope method of

removal of color spectral data processing and extraction of the spectral characteristics

of the printing primaries. Third, a spectral database used for color separation is

established. Finally, with the study and compare of typical spectral matching method,

the color separation method is constructed and verified by experiment.

In this thesis, there are two innovations :

1. Proposed use of the envelope removal, the color spectral data of the printing

primaries spectral characteristics is obtained by the extraction the dot percentage

sensitive band.

2. A spectral database depended, spectral feature classification match spectral

color separation method is established, with experiments show that this method can

improve the accuracy of the spectral color separation to some extent.

Key Words: Spectral color separation, Spectral Characteristics,

Spectral matching, Envelope removal, Spectral database



摘要

ABSTRACT

第一章绪论.................................................................................................................. 1

1.1 研究背景与意义 .................................................................................................. 1

1.2 国内外研究现状及分析 ..................................................................................... 2

1.2.1 纽介堡模型的国内外研究现状 .................................................................. 2

1.2.2 光谱特征提取的国内外研究现状 .............................................................. 2

1.3 主要研究内容与安排 ......................................................................................... 3

第二章光谱分色模型的研究及分析.......................................................................... 4

2.1 光谱纽介堡模型的基本原理 ............................................................................. 4

2.2 基于光谱纽介堡方程的分色原理 ..................................................................... 4

2.3 光谱纽介堡方程的理论局限性分析 ................................................................. 8

2.4 本章小结 .............................................................................................................. 9

第三章印刷基色光谱特征提取的研究.................................................................... 10

3.1 印刷基色的光谱特征分析 ............................................................................... 10

3.2 光谱特征提取方法的比较与分析 .................................................................... 11

3.2.1 光谱导数 .................................................................................................... 11

3.2.2 光谱包络线去除 ........................................................................................ 11

3.2.3 光谱吸收特征参数 .................................................................................... 12

3.2.4 光谱吸收指数 ............................................................................................ 13

3.3 基于光谱包络线去除的基色光谱特征提取与分析 ....................................... 14

3.3.1 光谱包络线去除处理 ................................................................................ 14

3.3.2 特征区间及特征波段的选取 .................................................................... 17

3.4 本章小结 ........................................................................................................... 20

第四章光谱数据库建立............................................................................................ 21

4. 1 数据采集与处理 .............................................................................................. 21

4.2 分色光谱数据库构建 ....................................................................................... 22

第五章基于光谱匹配的分色方法构建.................................................................... 27



5.1 基于光谱匹配的分色模型构建 ....................................................................... 27

5.2 光谱匹配的理论及方法 ................................................................................... 28

5.2.1 二值编码匹配 ............................................................................................. 28

5.2.2 光谱角度匹配 ............................................................................................ 29

5.2.3 交叉相关光谱匹配 .................................................................................... 29

5.2.4 光谱波形匹配 ............................................................................................ 30

5.2.5 光谱间最小距离匹配 ................................................................................ 31

5.3 光谱匹配方法的比较实验与结果分析 ........................................................... 33

5.4 分色方法的性能评价 ....................................................................................... 40

5.4.1 通用性实验及结果分析 ............................................................................ 40

5.4.2 一致性实验及结果分析 ............................................................................ 41

5.4.3 与纽介堡方程分色结果对比及评价 ........................................................ 43

5.5 本章小节 ........................................................................................................... 44

第六章结论与展望.................................................................................................... 45

6.1 课题完成的主要工作 ....................................................................................... 45

6.2 课题的创新点 ................................................................................................... 45

6.3 课题存在的不足与后续研究展望 ................................................................... 45

参考文献...................................................................................................................... 47

在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果.......................................... 50

致谢.......................................................................................................................... 51

第一章绪论

第一章绪论

1.1 研究背景与意义

分色是印刷复制中的核心内容，是近百年来颜色复制领域不断探索的课题。

基于色度的分色方法是通过建立基色网点百分比与色彩色度值的关系来实现色

彩的转换，是理论研究中较为成熟的分色方法。但是，这种方法无法解决同色异

谱现象，再加上分色精度有限等问题，基于色度的分色方法已不能满足高精度分

色的要求。

随着传感器技术的发展，颜色的测量已经从原有较为简单的密度、色度测量

步入 10nm 波段间隔的分光光谱测量阶段，这极大地提高了颜色信息的描述精度。

光谱数据颜色是最根本的属性，具有数据量丰富的特点，同时它能够克服传统基

于密度与色度的颜色复制所产生的同色异谱问题。因此，基于光谱的分色已经成

为当前颜色复制领域的研究热点。

目前光谱分色主要是通过基于光谱构造模型的光谱纽介堡方程的正向特征

化与反向求解实现的，由于光谱纽介堡方程模型简单、对数据的要求精度较高，

不能全面解析复杂的网点呈色机理。另外，颜色的光谱反射率数据高达 36 维，

具有大量的冗余，不但导致在方程反向求解时计算复杂，算法效率低，而且也会

影响分色精度。光谱匹配技术是进行光谱识别的关键技术之一，主要通过研究两

条光谱曲线的相似度来判断光谱的归属类别。目前，光谱匹配技术广泛应用于高

光谱遥感等领域，取得了较高的光谱识别精度。如何将光谱匹配技术引入印刷光

谱分色，建立高效、高精度的光谱匹配分色模型是解决原有光谱分色问题的有效

手段之一。

因此，本课题以光谱特征、光谱匹配的理论和方法为基础，针对光谱分色这

一关键技术展开研究，将光谱数据库建立、光谱数据的特征波段提取与光谱匹配

纳入光谱分色的研究中，其目的是从实际应用的角度出发，建立基于光谱匹配的

光谱分色模型，为光谱分色提供有效的解决方案。本课题的研究成果不仅对印刷

光谱分色具有一定的应用价值，对光谱识别与光谱匹配等其它相关领域的研究也

有着一定的意义。

基于光谱匹配的分色方法研究

1.2 国内外研究现状及分析

1.2.1 纽介堡模型的国内外研究现状

纽介堡模型包括基于三刺激值纽介堡方程，和基于光谱的纽介堡方程，以及

在该方程基础上的修正模型，例如加入 N值修正的光谱纽介堡方程（YNSN）[1,

2]，胞元式纽介堡方程（CYNSN）[3]等。作为分色研究领域的经典模型，纽介堡

方程至今仍是许多学者研究的课题。

1996 年国外学者 Mahy 和Delabastita[4]]提出了一种对同一目标可以预测多个

分色方案的逆向模型算法； Urban 等人[5, 6]通过实验研究得出了一种新的基于线

性回归的纽介堡方程逆向求解算法（UG 算法）；在此基础上，Li 等人[7]通过矩阵

变换的方法降低了光谱矩阵的维数，提高了算法的运算效率。国内方面，浙江大

学颜色科学重点实验室的郭晋一[8]在使用 CYNSN 模型进行 CMYK 四色打印机

的特征模型构建研究中，提出了将 QR 算法引入线性回归迭代计算中，降低了光

谱矩阵计算的复杂度，进一步提高了算法效率。

1.2.2 光谱特征提取的国内外研究现状

光谱特征的提取是降低光谱数据量，提高分色运算效率的研究方向之一，对

于光谱数据降维的常用方法有主成分分析法(PCA) ，层序聚类，色相角分类等。

Krauskopf 等[9]通过研究得出结论，基础色 C、M、Y、R、G、B的主要颜色特征

分别集中于 481nm、575nm、630nm、720nm、550nm、450nm 等波段，并且可

以使用特征波段处的光谱信息代表整体光谱信息并进行光谱匹配。Huguenin[10]

与van der Meero[11]分别使用基于高阶导数光谱吸收峰位置提取法与交叉相关光

谱匹配方法进行了光谱特征的提取实验。Yasuoka[12]的研究表明，光谱匹配法用

于光谱发生变化后的识别更有效。Cloutis[13]的研究表明，光谱的低阶导数处理对

噪声影响敏感性较低，因而在实际应用中更有效。Goetz 等[14]最早提出了一种光

谱的二值编码方法，通过事先指定一个阈值，将大于此阈值的波段赋值 1，否则

赋值 0，这种方法在近几年仍然得到了关注和研究。Ohta 和Cloutis [15, 16, 17]运用

波长变量法提取了 CMY 三基色油墨的吸收波段宽度，并在此基础上分析了最优

的波段宽度。Cloutis[13]提出了一种基于 PCA（主成分分析）的光谱维特征提取方

法，使用该方法对原始光谱数据进行 PCA 变换，然后对少数几个主成分进行分

析。该方法有效降低了波段间的相关性，但无法确定主成分的物理意义，且定量

分析精度不高。

国内王强教授[18]首次将光谱特征的概念引入空间信息色彩管理领域，通过光

谱特征的匹配提高了色彩的匹配精度；杜陪军等[19, 20]从操作对象、算法原理、特

征性质和应用方式等方面综合考虑，将光谱特征体系分为光谱曲线特征、光谱变

换特征和光谱相似性度量特征三个层次，分别对应于光谱曲线分析、部分波段的

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摘要：

摘要分色是印刷复制中的核心内容，传统基于密度、色度进行印刷分色方法已经不能满足人们对高精度色彩复制的需求。随着传感技术的发展，基于光谱的分色得到了理论研究和实际应用领域的关注。光谱信息是色彩的根本信息，利用光谱进行分色不但能够提高分色精度而且能够有效解决传统基于色度分色带来的同色异谱问题。目前光谱分色的实现主要是利用光谱模型进行正向特征化及反向求解实现的，由于光谱信息维数较高，在进行反向求解时不仅存在计算复杂，算法效率低的问题，同时也因为光谱信息中存在着冗余数据，降低了分色的精度。本论文以光谱分色为研究对象，以光谱匹配为主要方法，构建了一种基于光谱匹配的分色方法。首先，研究了基于...

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