彩色噴墨打印機輸出控制的應(yīng)用研究

李曉春 朱明

隨著數(shù)字噴墨打印技術(shù)的快速發(fā)展，當(dāng)前彩色噴墨打印設(shè)備無論在打印質(zhì)量還是在色彩再現(xiàn)能力上均有了很大提高。例如，許多噴墨打印設(shè)備為了提高顏色復(fù)制的保真度，除采用常規(guī)的青（C）、 品（M）、黃（Y）、黑（K）四基色通道外，還增加了額外的基色油墨如橙（O）綠（G）組合或R（紅）G（綠）B（藍）組合；為了豐富打印階調(diào)層次，許多打印機還在基色通道的基礎(chǔ)上增加相應(yīng)的淺色通道，如增加淺青（Lc）、淺品（Lm）、淺黑（Lk）等淺色通道。在使用彩色噴墨打印機輸出時，打印驅(qū)動程序是輸出前的最后一道顏色控制手段，因此研究和掌握打印驅(qū)動程序中各項設(shè)置對打印效果的影響是十分必要的。本文以 EPSON Stylus r270 6通道青（C）、品（M）、黃（Y）、黑（K）、淺青（Lc）、淺品（Lm）彩色噴墨打印機為案例，評價分析了打印驅(qū)動程序中不同質(zhì)量選項和打印介質(zhì)對實際打印質(zhì)量的影響，還測試分析了不同質(zhì)量選項，打印介質(zhì)以及不同色彩輸出模式所能再現(xiàn)的色域范圍。

不同質(zhì)量選項對打印質(zhì)量和再現(xiàn)色域的影響

大多數(shù)噴墨打印機在驅(qū)動程序中都提供多種打印質(zhì)量選項以供用戶選擇，打印機工作在不同的質(zhì)量選項下，其打印質(zhì)量和打印速度都是不同的。EPSON Stylus Photo r270彩色噴墨打印機共有5個打印質(zhì)量選項，依次為“經(jīng)濟”“文本”“文本和圖像”“照片”和“優(yōu)質(zhì)照片”，其打印質(zhì)量依次提高，打印速度依次降低。另外，不同打印介質(zhì)類型與當(dāng)前所選的打印質(zhì)量選項也存在一定的對應(yīng)關(guān)系。假如在打印介質(zhì)類型中選擇“愛普生高質(zhì)量光澤紙”，那么此時的5個質(zhì)量選項將被劃分3個檔次。點擊打印驅(qū)動對話框的“高級”按鈕，在圖1所示的“高級設(shè)置”左側(cè)的列表框中，可以看到只有3個質(zhì)量等級。其中，“經(jīng)濟”選項為第三檔，而“文本”“文本和圖像”和“照片”則對應(yīng)為第二檔“照片”，而“優(yōu)質(zhì)照片”選項則對應(yīng)為第一檔“照片RPM”。

1.不同質(zhì)量選項下圖像打印質(zhì)量的檢測

①測試圖像：首先選取5幅測試圖像，如圖2所示。前3幅為景物圖像，其中“測試圖像-1”和“測試圖像-2”以中間調(diào)為主，“測試圖像-3”以暗調(diào)為主，這3幅圖像都是通過SONY ɑ6000微型單反相機拍攝真實場景獲得，色調(diào)豐富，顏色飽和度和分辨率較高。后兩幅測試圖像選自GATF Digital Test Form 4.1印刷圖像質(zhì)量控制標準，其中測試圖像-4涉及不同民族的人物膚色，而測試圖像-5屬于標準亮調(diào)圖像。由于實驗所用的EPSON Stylus Photo r270打印機屬于RGB模式彩色打印機，因此所選輸入圖像的顏色模式為RGB模式。

②打印控制參數(shù)：本文使用PhotoShop CS4軟件打印測試圖像，在PhotoShop“打印”對話框的色彩管理設(shè)置組中，在“顏色處理”列表框中選擇“打印機管理顏色”選項，如圖3所示。這樣在打印時將使用打印驅(qū)動程序中的控制參數(shù)。

在打印機驅(qū)動程序中定義6種打印控制條件，分別對應(yīng)3檔不同的質(zhì)量選項（即“經(jīng)濟”“照片”和“照片RPM”），且每檔質(zhì)量選項分別勾選和不勾選“圖像增強技術(shù)”單選框（在設(shè)置圖像增強時僅勾選“相機校準”單選框，而不勾選“平滑肌膚”單選框）。圖像增強功能可通過勾選驅(qū)動程序“高級設(shè)置”中的“圖像增強技術(shù)”單選框來設(shè)置，如圖4。此設(shè)置最適合于打印由數(shù)字相機拍攝的圖像，它通過自動調(diào)整原始圖像的對比度，飽和度和亮度使圖像邊緣更清晰，色彩更逼真。“介質(zhì)類型”選擇“愛普生高質(zhì)量亞光紙”，而實際打印介質(zhì)則使用“EPSON高級亞光照片紙（255g/m2 ）”。

③測試圖片打?。悍謩e使用上述6種打印控制條件打印測試圖像，每幅測試圖像需打印6幅圖片作為一個測試組，一共可以得到5組打印測試圖片，每幅圖片對應(yīng)一種打印控制條件。采用基于心理物理學(xué)實驗的配對比較法評價每組圖片的打印質(zhì)量，將每組打印圖片兩兩配對并放置于暗室中的標準燈箱中（光源設(shè)置為D50），選擇15名觀察者（5名圖像相關(guān)專業(yè)人員，10名非專業(yè)人員）參加評價實驗。對每個測試組中的6幅打印圖片進行兩兩配對（6幅圖片共配對15對，需進行15次比較），每次比較后從兩幅圖片中選取打印質(zhì)量較好的一幅（依據(jù)圖片清晰度、飽和度、階調(diào)范圍及總體色貌等），最后根據(jù)比較結(jié)果，對每組中的6幅圖片進行排序。

④打印質(zhì)量評價：完成所有測試組的評價后，基于配對比較實驗的結(jié)果，計算每種打印控制條件下的圖像質(zhì)量平均Z分數(shù)，及使用瑟斯頓配對判定定律制作的95%置信區(qū)間的等距量表，如圖5所示。從圖中可以看出：“照片RPM”選項的圖像質(zhì)量Z分數(shù)比“照片”選項略高，而“經(jīng)濟”選項的Z分數(shù)則明顯低于前兩者。通過觀察打印圖片可以發(fā)現(xiàn)，“照片RPM”選項的打印速度最慢，但顏色飽和度和對比度確實好于“照片”選項，而使用“經(jīng)濟”選項打印出的圖片中存在明顯的打印條紋，且顏色飽和度和圖像清晰度也不高，打印質(zhì)量較為粗糙。這主要是因為在“經(jīng)濟”選項下，打印頭在打印區(qū)域上方掃描一次，紙張按照打印頭覆蓋高度前進，以達到較高的打印速度。打印機在這種模式下工作時，通過不打印每個記錄點的方式減少墨水用量。但打印區(qū)域不能為記錄點全部覆蓋，從而造成實地填充顏色缺乏飽和度。而“照片”和“照片RPM”則屬于較高打印質(zhì)量的模式，打印機在該模式下對給定打印區(qū)域進行了更多次數(shù)的掃描，墨水有更長的時間為承印介質(zhì)吸收，該模式下的打印速度最慢但打印質(zhì)量最高。另外，無論選擇哪種質(zhì)量選項，勾選和不勾選“圖像增強技術(shù)”所獲得的打印質(zhì)量相似，打印圖像外貌并無太大分別。

為測試圖像增強設(shè)置中“平滑肌膚”選項的功能，在選定“照片”質(zhì)量選項的前提下，分別選擇“有圖像增強”“有圖像增強（相機校準）”“有圖像增強（平滑肌膚）”3個選項對“測試圖像-4（人物膚色）”進行打印，并同樣采用上述方法對打印質(zhì)量進行評價。根據(jù)評價結(jié)果所計算的圖像質(zhì)量Z分數(shù)如圖6所示：“圖像增強（相機校準）”條件下的打印質(zhì)量最差，而“圖像增強（平滑肌膚）”條件下的打印質(zhì)量最高。仔細觀察實際打印效果會發(fā)現(xiàn)，如果選擇了“圖像增強（相機校準）”而不選“平滑肌膚”選項，那么在臉部皮膚部位就會出現(xiàn)明顯的“斑塊”，這應(yīng)該是圖像增強產(chǎn)生的效果，十分影響美觀，如圖6所示，若勾選“平滑肌膚”選項，則該部位的打印質(zhì)量會明顯改善。

2.不同質(zhì)量選項下打印色域的檢測

上節(jié)測試并驗證了不同質(zhì)量選項的圖像打印質(zhì)量，本節(jié)則從顏色再現(xiàn)的角度來研究和測試不同質(zhì)量選項所產(chǎn)生的打印色域大小。色域檢測的第一步就是制作測試色靶。

①測試色靶制作：正如之前所述，由于EPSON Stylus Photo r270打印機可以直接接收RGB模式圖像，打印時由打印驅(qū)動程序負責(zé)將圖像從RGB顏色空間轉(zhuǎn)換為輸出圖像顏色所需的色料量控制值。因此在檢測打印機色域時，可以環(huán)繞RGB顏色空間的邊界制作測試色靶，分別在RGB顏色立方體的6個面（即“黑藍綠青”“黃綠青白”“紅黃白品”“黑藍品紅”“黑紅綠黃”和“白青品藍”）內(nèi)設(shè)計色域邊界采樣點，這樣既能確保所有采樣點都位于打印色域邊界，又可以排除掉色域內(nèi)部無意義的采樣點，從而減輕測量工作量。例如，在RGB色立體的“黑藍綠青”平面內(nèi)設(shè)計采樣點時，固定R通道值為0，G和B通道的采樣點取為（0、10、30、50、75、105、135、160、190、225、255），此時該平面內(nèi)的采樣點總數(shù)為11×11，即122個。按照這種方式，依次在RGB色立體的每個平面內(nèi)設(shè)計采樣色標，并保存為RGB模式的色標圖像，共可得到6幅色標圖像，如圖7所示。

②測試色靶打?。簻y試色靶的打印設(shè)置和所用介質(zhì)與上節(jié)類似，分別使用“經(jīng)濟”“照片”和“照片RPM”3種質(zhì)量選項打印上步制作的6幅色域邊界采樣圖像。打印時不使用圖像增強功能（即不勾選“圖像增強技術(shù)”單選框）。

③色域邊界描述：使用XRite公司的分光光度計“i1 pro”配合“Measure Tool”軟件作為測色工具，測量各質(zhì)量選項所對應(yīng)的打印色標的CIELab色度值（測量條件為2°視場和D50光源）。測量得到的各質(zhì)量選項的打印色標色度值用于描述該打印質(zhì)量選項所對應(yīng)的色域范圍（色域邊界描述算法：“SMGBD” ，分區(qū)數(shù)量為10，色域繪制軟件：“ICC 3D”）。為方便不同色域的比較，圖8從CIELab顏色空間的3個視角分別顯示了各質(zhì)量選項所能再現(xiàn)的色域范圍。經(jīng)過仔細比較可以發(fā)現(xiàn)：不同質(zhì)量選項所能再現(xiàn)的色域范圍大體相似，但在綠色區(qū)域，高質(zhì)量選項“照片RPM”模式所能再現(xiàn)的色域范圍要明顯大于低質(zhì)量選項的“經(jīng)濟”模式。使用高質(zhì)量選項可以打印出亮度和飽和度更高的綠色，而這些顏色在低質(zhì)量選項下是很難再現(xiàn)。這也是使用高質(zhì)量選項打印“草地”和“樹木”等以綠色調(diào)為主的圖像時（如測試圖像-2）能夠輸出很高的顏色飽和度的原因。

不同打印介質(zhì)對打印質(zhì)量和再現(xiàn)色域的影響

為檢測不同類型打印介質(zhì)對實際打印質(zhì)量和再現(xiàn)色域的影響，本文選擇了目前使用廣泛的兩種彩色噴墨打印介質(zhì)“EPSON光澤照片紙（定量為200g/m2）”和非EPSON品牌的普通光澤照片紙（定量為230g/m2），針對圖像的打印質(zhì)量和再現(xiàn)色域兩方面性能，對其進行了測試和對比。

1.不同打印介質(zhì)對圖像打印質(zhì)量的影響

分別使用上述兩種打印介質(zhì)對5幅測試圖像進行打印，每幅圖像分別使用“照片RPM”和“照片”兩檔選項進行打印，所有圖片在打印時均不勾選打印驅(qū)動程序中的“圖像增強技術(shù)”單選框，“介質(zhì)類型”列表框設(shè)置為“愛普生高質(zhì)量光澤紙”。因此，對應(yīng)每幅測試圖像共得到4幅打印圖片作為一個測試組，分別命名為“照片RPM_EPSON介質(zhì)”“照片_EPSON介質(zhì)”“照片_普通”和“照片RPM_普通”。與上述實驗類似，在本節(jié)中，同樣使用配對比較實驗來評價所有測試組中圖片的打印質(zhì)量，計算得到的圖像質(zhì)量Z分數(shù)如圖9所示。從圖中的Z分數(shù)分布狀況可以看出，在相同質(zhì)量選項的前提下，EPSON光澤照片紙所獲得的打印質(zhì)量要明顯好于普通光澤照片紙，尤其是在圖像飽和度和細節(jié)層次方面。這也說明了使用EPSON打印機配合EPSON專用介質(zhì)才能獲得更好的打印質(zhì)量。

2.不同打印介質(zhì)下打印色域的檢測

可使用2.2節(jié)的方法檢測上述兩種打印介質(zhì)及EPSON高級亞光照片紙所能再現(xiàn)的色域范圍，3種打印介質(zhì)的色域?qū)Ρ热鐖D10所示。在打印檢測色標時，“質(zhì)量”選項設(shè)置為“照片”模式，其他打印參數(shù)為默認。且當(dāng)使用“EPSON光澤照片紙（200g/m2）”和普通光澤照片紙（230g/m2）時，“介質(zhì)類型”列表框設(shè)置為“愛普生高質(zhì)量光澤紙”，當(dāng)使用“EPSON高級亞光照片紙（255g/m2）”時，“介質(zhì)類型”列表框設(shè)置為“愛普生高質(zhì)量亞光紙”。從圖10可以看出，無論從哪個視角觀察，EPSON光澤照片紙和普通光澤照片紙所能再現(xiàn)的色域范圍都十分相似。雖然前者在打印質(zhì)量上明顯優(yōu)于后者，但兩者在色域再現(xiàn)方面卻相差不大。這也說明在相同打印參數(shù)設(shè)置的情況下，不同打印介質(zhì)對實際打印質(zhì)量的影響和對打印色域的影響是無關(guān)的。另外，EPSON高級亞光照片紙的色域再現(xiàn)能力要明顯強于前兩種介質(zhì)，尤其在高亮度的黃綠色區(qū)域，如圖10?？傮w而言，只有Epson打印設(shè)備配合 Epson專用介質(zhì)所才能獲得最佳的打印質(zhì)量和再現(xiàn)色域。

不同色彩輸出模式的色域檢測

在打印驅(qū)動程序的“色彩管理”設(shè)置組中，除了使用圖像增強技術(shù)進行打印外，還可以控制打印圖像的顏色輸出效果。在圖1所示的驅(qū)動程序高級設(shè)置中，如果勾選“色彩控制”單選框，就可以對打印顏色進行設(shè)置。其中，“Gamma”值列表框用于控制打印圖像的對比度，默認值是“1.8”。幾乎所有型號的EPSON噴墨打印機都提供有3種不同的色彩輸出模式，分別是“愛普生鮮明”“愛普生標準”和“Adobe RGB”，這3個選項都位于打印驅(qū)動程序的“色彩模式”列表框中。當(dāng)設(shè)定質(zhì)量選項為“照片”時，使用這3種色彩輸出模式打印色標圖像，按照之前的方法即可檢測出不同色彩模式所能再現(xiàn)的打印色域范圍（打印介質(zhì)的設(shè)置和實際使用的介質(zhì)都與之前相同），如圖11所示。從整體上看，在特定打印質(zhì)量的條件下使用同一打印介質(zhì)，這3種色彩模式所能再現(xiàn)色域范圍大體相似，但在不同的顏色區(qū)域也存在一些差別?？梢钥闯?，在綠色區(qū)域，“Adobe RGB”模式所能再現(xiàn)的色域范圍大于“愛普生標準”和“愛普生鮮明”，相比后兩者，“Adobe RGB”能夠打印出更多的高飽和度綠色，這與Adobe RGB色彩空間標準的色域特點相對應(yīng)。而在紅藍色區(qū)域，“Adobe RGB”則不如“愛普生標準”和“愛普生鮮明”兩種模式。從“測試圖像-2”的打印結(jié)果中也可以明顯發(fā)現(xiàn)，使用“Adobe RGB”模式可以打印出飽和度更高的“綠色草地”。因此，在今后應(yīng)用中可以根據(jù)打印圖像的實際色調(diào)特點選擇合適的色彩輸出模式，這樣才能獲得期望的打印效果。

結(jié)論

本文以EPSON Stylus r270噴墨打印機為例，研究分析了其打印驅(qū)動程序中各項參數(shù)設(shè)置的功能和應(yīng)用。評價分析了打印驅(qū)動程序中不同質(zhì)量選項，圖像增強設(shè)置及不同打印介質(zhì)對實際打印質(zhì)量的影響。通過一系列色域檢測實驗發(fā)現(xiàn)：高質(zhì)量選項所能再現(xiàn)的打印色域范圍在綠色區(qū)域明顯大于低質(zhì)量選項，高質(zhì)量選項能夠打印出亮度和飽和度更高的綠色，而這些顏色在低質(zhì)量選項條件下是很難再現(xiàn)的。通過實驗還發(fā)現(xiàn)了：在打印參數(shù)相同的情況下，不同打印介質(zhì)所能獲得的打印質(zhì)量和色域都是不同的，且不同打印介質(zhì)對實際打印質(zhì)量的影響和對再現(xiàn)色域的影響是無關(guān)的?？傮w而言，只有Epson打印設(shè)備配合Epson專用介質(zhì)才能獲得最佳的打印質(zhì)量和再現(xiàn)色域。另外，不同色彩輸出模式所能再現(xiàn)的色域范圍也是不同的，“Adobe RGB”模式在綠色區(qū)域的顏色再現(xiàn)能力要強于“愛普生標準”和“愛普生鮮明”模式，而后兩種模式在紅藍區(qū)域的再現(xiàn)效果更好。因此，在今后應(yīng)用中可以根據(jù)打印圖像的色調(diào)特征合理選擇色彩模式，以求獲得期望的打印效果。

噴墨打印設(shè)備的驅(qū)動程序一般由設(shè)備廠商提供，設(shè)備打印功能越復(fù)雜，其驅(qū)動程序中的參數(shù)設(shè)置就越多。對于當(dāng)前大多數(shù)噴墨打印設(shè)備來說，無論其驅(qū)動程序復(fù)雜與否，其打印功能和參數(shù)設(shè)置都大體類似。因此，在針對特定需求的打印應(yīng)用時，可以通過本文的實驗方法來確定目標應(yīng)用的最佳打印參數(shù)設(shè)置，以期更好地滿足各類打印需求和應(yīng)用。

作者單位：河南工程學(xué)院