高保真色彩一致性技术的研究

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3.0 侯斌 2024-11-19 4 4 3.3MB 57 页 15积分

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摘要

随着社会的不断进步，科学技术水平的不断提高，现代印刷业也随之不断地

发展。人民生活水平的不断提高也使得人们对印刷品的质量和效果的要求也越来

越高。传统的印刷方式，如四色印刷、专色印刷，由于其色域的限制以及实际操

作的不便性已经越来越不适应人们对印刷的需求。近十年来，随着计算机处理能

力的提高，高保真色彩复制技术逐渐崭露头角，并成为印刷领域的研究热点之一。

高保真色彩印刷技术在传统四色油墨 CMYK（青、品红、黄、黑）的基础上又增

加了其他几个颜色，由此突破了传统四色印刷在色域方面的限制，因此使得印刷

后图像的颜色效果更接近自然光谱的视觉效果。

为了保证分色后的输出图像对原始输入图像的真实再现，本文所研究的高保

真彩色分色系统集成了多种图像处理算法，并对其中大部分算法进行了改进，以

使他们更能适应本文的研究内容。

首先，本文在颜色空间转换技术的基础上建立颜色空间的映射关系，并将此

信息形成数据库作为基础色表以备后用，此色表具有在 Lab 颜色空间上均匀分布

的特点。

其次，本文设计了一种改进的聚类算法对原始图像中的颜色信息进行分类，

该算法很好地结合了 K均值聚类算法和 DBSCAN 算法的特点，使得算法具备了

很好的自适应性和人机交互性。

再次，本文在算法优化、误差分散方面做了一定的研究：①在算法中引入了

Markov 模型，利用图像中大部分像素点之间相似性提高系统运行速度；②提出了

MoBurks 算法对图像进行误差分散，同时保证了输出图像的色彩连续性和差异性；

③使用基于 Prism 插值的 DLUT 方法完成分色。

最后，给出了本课题的实验仿真结果，包括中间簇类和最终分色的结果。从

仿真结果来看，效果良好。

关键词：高保真色彩复制颜色映射 DBCM 算法 Markov 场 MoBurks

算法 DLUT

ABSTRACT

As the continuous improvement of the society and the level of science and

technology, the modern printing industry also will be constantly evolving. The

continuous improvement of people's living standards, makes people’s high demands of

print about the quality and effectiveness. Traditional print methods, such as four-color

printing, spot color printing, because of its color gamut limitations and inconvenience

of the actual operation has become not adapt to the people's printing needs. Nearly a

decade, with the development of the computer processing capability, High-Fidelity

color consistency technology gradually emerge and become one of the hot research in

the printing field. High-Fidelity color printing technology added RGB (red, green, blue)

3 spot color on the base of the traditional four-color inks CMYK (cyan, magenta,

yellow and black), thus breaking the restrictions on the color gamut in the traditional

four-color printing, which makes the color of the image after printing is more closer to

natural spectrum on visual effects.

To ensure the output image after color separation reproduce the original input

image really, the High-Fidelity color separation system this paper studied integrates a

variety of image processing algorithms, and most of which has been improved so that

they can adapt to research of this article.

First of all, the color space mapping was set up on the base of color space

conversion technology, and a database was established to create basic color table for

later use by using this information, this color table evenly distribute in the Lab color

space.

Secondly, a modified clustering algorithm was designed to classify the color

information in the original image. The algorithm is a good combination of K-means

clustering algorithm and DBSCAN algorithm which has some outstanding

characteristics of them, makes the algorithm have a good self-adaptive and

human-computer interaction.

Again, some research about algorithm optimization and error diffusion have

been done: ①Markov models, add in the algorithm, can improve the system speed

very well by utilizing the similarity between most of pixels in the image; ②MoBurks

algorithm was proposed to diffuse error in the image, while ensuring the color

continuity and color differences of the output image; ③Utilize DLUT interpolation

method based on Prism to complete color separations.

Finally, the simulation results in this subject was represented, including the

middle cluster and the final color separation results. The results show good effect.

Key words: High-Fidelity Color Reproduction, Color Mapping,

DBCM Algorithm, Markov，MoBurks Algorithm，DLUT

摘要

ABSTRACT

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

§1.1 论文的研究背景及意义 ....................................... 1

§1.2 国内外研究现状 .............................................. 2

§1.2.1 人工智能技术的引入 .................................... 2

§1.2.2 四色分色与专色分色相结合 .............................. 3

§1.2.3 高保真彩色印刷 ........................................ 3

§1.3 论文的研究内容 ............................................. 4

§1.4 论文的组织结构 ............................................. 4

第二章颜色空间与分色技术概述 .................................................................................5

§2.1 颜色空间概述 ............................................... 5

§2.1.1 RGB 颜色空间 ......................................... 5

§2.1.2 CMYK 颜色空间 ....................................... 6

§2.1.3 HSB 颜色空间 ......................................... 7

§2.1.4 1931 CIE-RGB 和1931 CIE-XYZ 颜色空间 ................. 8

§2.1.5 1976 CIE-Lab 颜色空间及色差 ........................... 11

§2.1.6 孟塞尔颜色系统 ....................................... 13

§2.2 传统分色技术概述 .......................................... 15

§2.2.1 四色分色技术 ......................................... 15

§2.2.2 专色分色技术 ......................................... 18

§2.3 本章小节 .................................................. 21

第三章基于聚类分析的分色算法 ...............................................................................22

§3.1 颜色空间映射的建立 ........................................ 22

§3.1.1 颜色空间转换技术的研究 ............................... 22

§3.1.2 建立基础色表形成数据库 ............................... 25

§3.2 聚类分析综述 .............................................. 26

§3.2.1 聚类类型 ............................................. 27

§3.2.2 簇类型 ............................................... 27

§3.3 分色算法设计 .............................................. 29

§3.3.1 分色算法思想 ......................................... 29

§3.3.2 分色算法核心代码 .................................... 33

§3.4 本章小节 .................................................. 37

第四章分色算法优化及误差分散 ...............................................................................38

§4.1 引入 Markov 模型对算法进行优化 ............................. 38

§4.2 引入滤波算法进行误差分散 .................................. 40

§4.2.1 滤波算法综述 ........................................ 40

§4.2.2 应用改进的滤波算法分散误差 .......................... 42

§4.3 根据分色算法结果及颜色映射关系完成分色 .................... 43

§4.4 本章小节 .................................................. 45

第五章实验仿真结果 ...................................................................................................46

§5.1 不同阈值情况下的簇类结果 .................................. 46

§5.2 分色算法输出结果 .......................................... 47

§5.3 本章小节 .................................................. 47

第六章总结与展望 .......................................................................................................48

§6.1 总结 ...................................................... 48

§6.2 展望 ...................................................... 49

参考文献 .........................................................................................................................50

在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果 .............................................53

致谢 .................................................................................................................................54

第一章绪论

§1.1 论文的研究背景及意义

社会在不断地进步，科学技术水平也在不断地提高，同样，现代印刷业也在

不断地发展。随着人民生活水平的提高，人们对印刷品的质量和效果的要求也在

不断地提高。传统的印刷方式与技术已经越来越不能满足人们的需求，因此，对

新技术的研究已迫在眉睫。

当前彩色印刷技术分为专色印刷[1-3]和四色印刷[4,5]两种方式。专色印刷是指每

次根据图像的不同，使用最能代表原始图像颜色特性的若干种不同颜料，在承印

物上每次印刷一种特定的颜色，经过若干次印刷之后，生成完整的印刷品。四色

印刷是指对于任何图像，每次都使用四种基本颜色(如：品红、青、黄、黑)进行叠

加印刷生成各种颜色。在使用的方便性上，由于不必每次更换色料，四色印刷稍

胜一筹。

无论是专色印刷还是四色印刷，都需要进行分色处理，即将原稿上的各种颜

色分解为所采用的色料相应的颜色。传统方法是用手工进行分色处理，效率低下，

制约了企业生产能力的提高；也可以根据光学密度法对图像的阶调和颜色进行描

述，但这种技术现在已经不再使用了。当然，使用电子自动分色机完成分色功能,

有很多优点,但是设备昂贵,对图像的再处理能力不够强，对油墨的适应能力差，适

应数字化生产的灵活性也很差。采用计算机分色系统是降低成本、增强功能的有

效方法。其原理是首先由彩色扫描仪将要印刷的样图扫描成数字信息写入磁盘文

件，然后计算机分色系统按照用户的要求进行分色处理，生成分色图像。再根据

分色图像进行制版印刷。因此，能够有效地提高分色处理的效率和质量。从而缩

短印刷周期，节省人力，提高质量。

在计算机分色系统中，专色分色一般用于印刷那些构成颜色不多的彩色图像，

而其分色算法的核心思想是将原始图像信息分解成若干种颜色并写入各自的单色

文件。在实际应用中，原始图像经过光电扫描仪扫描后的颜色可能达数百种，即

原来的一种颜色由于不同环境光照强度、角度的不同从而变为相近的几十种颜色，

而实际印刷不可能按这每种颜色印刷一次，因此专色分色处理首先应当确定原始

图像的颜色数目及种类，然后才根据选定的颜色生成分色图像。套色分色通常采

用两种方法，一种是用国际颜色委员会(ICC[6])提出的颜色转换原理，运用查表插

值法，通过ICC Profile将原始图像的颜色值转换成印刷用色料的颜色值；另一种是

使用数学模型的方法，通过测量CMYK这4种基本色料及其叠印所得到的RGB颜色

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摘要随着社会的不断进步，科学技术水平的不断提高，现代印刷业也随之不断地发展。人民生活水平的不断提高也使得人们对印刷品的质量和效果的要求也越来越高。传统的印刷方式，如四色印刷、专色印刷，由于其色域的限制以及实际操作的不便性已经越来越不适应人们对印刷的需求。近十年来，随着计算机处理能力的提高，高保真色彩复制技术逐渐崭露头角，并成为印刷领域的研究热点之一。高保真色彩印刷技术在传统四色油墨CMYK（青、品红、黄、黑）的基础上又增加了其他几个颜色，由此突破了传统四色印刷在色域方面的限制，因此使得印刷后图像的颜色效果更接近自然光谱的视觉效果。为了保证分色后的输出图像对原始输入图像的真实再现，本文所研究的高...

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