復(fù)頻譜油墨配色系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)

虞朝陽+龐也馳+史立林+李志杰

如今，專色印刷日益普遍，然而在專色油墨的調(diào)配上，多數(shù)印刷企業(yè)依然采用人工配制的方式，效率低、浪費(fèi)大，而且有些顏色往往配不出來。對(duì)此，國外一些公司應(yīng)用CIE色度學(xué)理論，開發(fā)出電腦配色系統(tǒng)，提高了專色調(diào)配效率。但是，由于CIE色度學(xué)理論在顏色空間上存在多次轉(zhuǎn)換不可逆性，使得配色計(jì)算中的大量修正系數(shù)必需通過試驗(yàn)得到，造成油墨配色系統(tǒng)過分依賴于某一品牌油墨的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，如果更換油墨品牌和改變印刷適性，則難以給出準(zhǔn)確的配方。

針對(duì)以上問題，中國印刷科學(xué)技術(shù)研究院應(yīng)用我院科研人員創(chuàng)立的復(fù)頻譜色度理論，開發(fā)出了復(fù)頻譜油墨配色系統(tǒng)。該系統(tǒng)只需在復(fù)頻譜色度圖上，對(duì)所測(cè)量到的目標(biāo)色和基本色的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列數(shù)學(xué)計(jì)算，找出目標(biāo)色和基本色之間的關(guān)系，就可以得到配色方案。

設(shè)計(jì)目標(biāo)

（1）對(duì)基本色進(jìn)行測(cè)量，得到復(fù)頻譜顏色特征數(shù)值（色相、亮度、飽和度），打印出該基本色的復(fù)頻譜色度圖（此項(xiàng)為選擇項(xiàng)）。

（2）對(duì)目標(biāo)色進(jìn)行測(cè)量，得到復(fù)頻譜顏色特征數(shù)值（色相、亮度、飽和度），打印出該目標(biāo)色的復(fù)頻譜色度圖（此項(xiàng)為選擇項(xiàng)）。

（3）通過與數(shù)據(jù)庫中保存的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，得到配色方案（色差最小的配色方案）。

實(shí)施方案

1.需求分析

通過分析設(shè)計(jì)目標(biāo)，可以提煉出一些基本的軟件需求。

（1）由于在配色過程中需要基本色的復(fù)頻譜顏色特征數(shù)值，為了使用方便，我們應(yīng)該提供一個(gè)數(shù)據(jù)庫管理這批數(shù)據(jù)。為此軟件系統(tǒng)必須提供基本色管理功能。

（2）對(duì)于用戶來說，目標(biāo)色通常不是一次性使用的，那么我們也應(yīng)該提供一個(gè)目標(biāo)色的管理功能，這樣用戶在以后再次使用這個(gè)目標(biāo)色的時(shí)候，可以快速得到相關(guān)的配方。

（3）配色過程需要提供一個(gè)單獨(dú)的模塊進(jìn)行開發(fā)，這是本軟件的核心。

（4）本軟件還提供了一個(gè)輔助工具，用于計(jì)算兩個(gè)顏色的色差，色差計(jì)算方法可選。

2.數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

（1）基本色的色相、亮度、飽和度數(shù)據(jù)。需要注意的是，基本色的色相、亮度、飽和度還與紙張相關(guān)，因此每個(gè)基本色數(shù)據(jù)都應(yīng)有相應(yīng)的紙張信息。

（2）目標(biāo)色同樣需要色相、亮度、飽和度、紙張信息。

（3）配方數(shù)據(jù)。其包括目標(biāo)色數(shù)據(jù)、參與配方的基本色（至少兩種）數(shù)據(jù)，此外還需要黑墨和白墨數(shù)據(jù)。在配墨過程中，可能會(huì)需要用到其他基本色，但是不會(huì)超過8種基本色（包括黑墨和白墨）。配方主要是指各油墨（兩個(gè)基本色、黑墨以及白墨）的百分比，至少保留3位小數(shù)。

3.色相、亮度計(jì)算

在先不考慮亮度的前提下，所謂色相計(jì)算，就是計(jì)算調(diào)配出目標(biāo)色X所使用的基本色M的比例a%和基本色N的比例b%。

首先要解決在眾多的基本色數(shù)據(jù)庫（應(yīng)該有十幾種基本色）中，為什么選擇基本色M和基本色N為合適的基本色。在復(fù)頻譜色度圖上，每一種顏色都對(duì)應(yīng)著一個(gè)色相角，當(dāng)明確出目標(biāo)色時(shí)，目標(biāo)色的色相也就確定了。我們需要以目標(biāo)色的色相為標(biāo)準(zhǔn)，在其左邊挑選與其接近的一個(gè)色相為基本色M，在其右邊挑選與其接近的一個(gè)色相為基本色N。

其次，以目標(biāo)色的色相為標(biāo)準(zhǔn)，在其左邊挑選與其最接近的一個(gè)色相為基本色M1，在其左邊挑選與其第二接近的一個(gè)色相為基本色M2，在其左邊挑選與其第三接近的一個(gè)色相為基本色M3；在其右邊挑選與其最接近的一個(gè)色相為基本色N1，在其右邊挑選與其第二接近的一個(gè)色相為基本色N2，在其右邊挑選與其第三接近的一個(gè)色相為基本色N3。我們將M1、M2、M3及N1、N2、N3分別兩兩組合，得到9組，從中選出價(jià)格最低的一組為基本色M和基本色N。

在確定好基本色之后，我們要解決基本色的配比問題。將用戶基本色數(shù)據(jù)庫中的基本色M、基本色N，分別在核心數(shù)據(jù)庫中以色相為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行查找比對(duì)，若有相同（色相差別在2度之內(nèi)，此項(xiàng)可人工調(diào)整），在計(jì)算時(shí)可用核心數(shù)據(jù)庫中的基本色A或B或A—B替換用戶數(shù)據(jù)庫中的基本色M或N或M—N。若沒有相同的基本色，我們采取如下的方法進(jìn)行替換：在核心數(shù)據(jù)庫中尋找一個(gè)基本色A，使其色相在M—N的色域之外并最接近M，再尋找一個(gè)基本色B，使其色相在M—N的色域之外并最接近N。這樣，我們就能夠在核心數(shù)據(jù)庫中確定出基本色A、B，用以替換用戶數(shù)據(jù)庫中的基本色M、N。

同樣的道理，在核心數(shù)據(jù)庫中，根據(jù)保存的色相曲線，總能找到包含色域A—B的最接近的曲線P—Q。現(xiàn)在的問題就是要解決：已知核心數(shù)據(jù)庫中基本色P與基本色Q以及它們的色相、亮度配比曲線，要配出目標(biāo)色X，求用戶數(shù)據(jù)庫中基本色M的含量a%和基本色N的含量b%，以及滿足它們亮度所需添加的撤淡劑或黑墨的含量e%。

（1）明確已知數(shù)值

由于目標(biāo)色X、用戶數(shù)據(jù)庫中的基本色M和基本色N的色相都可以在核心數(shù)據(jù)庫基本色P—Q曲線上找到確定的位置，因此可以得到若用基本色P、Q配目標(biāo)色X的P—Q含量XP及XQ，若用基本色P、Q配基本色M的P—Q含量MP及MQ，若用基本色P、Q配基本色N的P—Q含量NP及NQ。

（2）明確未知數(shù)值

用戶根據(jù)已有的油墨M、N，要配出目標(biāo)色X，求用戶基本色油墨M的含量a%及基本色油墨N的含量b%。

（3）進(jìn)行轉(zhuǎn)換計(jì)算，得到基本色M和基本色N的配比方案

a % = （ X Q * N P-X P * N Q ） /（NP*MQ-NQ*MP）。

b % = （ X Q * M P-X P * M Q ） /（NQ*MP-NP*MQ）。

（4）確定在該配比方案下的亮度調(diào)整

由于目標(biāo)色X在核心數(shù)據(jù)庫色相曲線P—Q上有唯一的位置，因此我們可以在P—Q曲線上找到左邊最近的一個(gè)亮度試驗(yàn)點(diǎn)a，在右邊找到一個(gè)最近的亮度試驗(yàn)點(diǎn)b。根據(jù)亮度試驗(yàn)點(diǎn)a的亮度曲線，我們能夠得到若用基本色M、N配出目標(biāo)色X，為了達(dá)到目標(biāo)色X的亮度，需要添加c%的撤淡劑或黑墨；根據(jù)亮度試驗(yàn)點(diǎn)b的亮度曲線，我們能夠得到若用基本色M、N配出目標(biāo)色X，為了達(dá)到目標(biāo)色X的亮度，需要添加d%的撤淡劑或黑墨。將二者平均，即（c%+d%）/2=e%，則可得到近似的亮度調(diào)整方案e% 。

4.色差計(jì)算

軟件系統(tǒng)提供了多種色差計(jì)算方法：色相差ΔH，亮度差ΔL，飽和度差ΔS，CIE色差ΔElab，復(fù)頻譜色差ΔEhls、CIEDE2000、ΔEcmc（2∶1）、ΔEcmc（1∶1）。

這里給出相對(duì)簡單的計(jì)算公式。下面公式中|x|表示x的絕對(duì)值，下標(biāo)1和2分別表示兩個(gè)專色對(duì)應(yīng)的數(shù)值。

色相差ΔH=|H1-H2|，這里H1和H2分別表示配出色和目標(biāo)色的色相。

亮度差ΔL=|L1-L2|，這里L(fēng)1和L2分別表示配出色和目標(biāo)色的亮度。

飽和度差ΔS=|S1-S2|，這里S1和S2分別表示配出色和目標(biāo)色的飽和度。

5.系統(tǒng)軟件

本系統(tǒng)采取Microsoft.Net Framework 4中的相關(guān)技術(shù)開發(fā)實(shí)現(xiàn)，主要用了其中的WPF技術(shù)，以及SQL Server 2008 Express存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。圖1～4分別為基本色管理界面、目標(biāo)色管理界面、配色過程的界面和色差計(jì)算界面。

結(jié)論

較之傳統(tǒng)的模擬概念的配色系統(tǒng)，復(fù)頻譜油墨配色系統(tǒng)是純數(shù)字化的，不是模擬數(shù)據(jù)比對(duì)而是數(shù)學(xué)計(jì)算，因此準(zhǔn)確度高；也正因?yàn)槿绱耍瑥?fù)頻譜油墨配色系統(tǒng)不受傳統(tǒng)配色系統(tǒng)中固化的數(shù)據(jù)庫的束縛，以用戶現(xiàn)有的油墨為基本色油墨，大大提高了普適性，從而便于在國內(nèi)外專色印刷領(lǐng)域進(jìn)行推廣。

復(fù)頻譜油墨配色系統(tǒng)雖然僅僅適用于專色油墨調(diào)配，但是本項(xiàng)目的技術(shù)成果，還可以應(yīng)用于印染、油漆、涂料、塑料等行業(yè)的顏色配色，以及為噴墨打印、彩色復(fù)印、攝影攝像等眾多需要色彩還原的領(lǐng)域提供全新的色彩管理方案，它帶來的后繼效應(yīng)可以影響到與顏色有關(guān)的所有學(xué)科體系。

復(fù)頻譜油墨配色系統(tǒng)加快了印刷這一傳統(tǒng)行業(yè)的科技進(jìn)步，能夠提高印刷企業(yè)的工作效率，減少油墨、紙張的浪費(fèi)，可以實(shí)現(xiàn)印刷耗材的節(jié)能降耗和替代國外價(jià)高質(zhì)低的同類產(chǎn)品。