数字印刷中的色彩管理.ppt

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1、第八章 颜色空间与色彩管理（1）印刷色彩管理 不同的媒体描述色彩方法不同，显示器采用RGB色光来描述色彩，而彩色激光照排机或喷墨打印机采用CMYK色料来表示色彩。这种不同的色彩描述方式称为颜色空间，在印前图像处理中称为色彩模式。彩色图像在不同的色空间中传输，其实质是进行彩色图像的颜色空间转换。在印前系统为了印刷输出需要将RGB色彩模式转换至CMYK色彩模式。一、颜色空间的转换（色域映射）在色彩再现过程中为什么要进行颜色空间转换？转换方法可以归结为两类，利用查询表的方法，也被称之为黑箱的方法。通过对已知色样的RGB值（或CMYK值）和XYZ值（或Lab值）测定，建立RGB值（或CMYK值）与标准

2、色空间XYZ值（或Lab值）之间的对应关系查找表（Look Up Tables）。如果需要转换的色彩不在查询表中，可以使用插值的方法解决。使用这种方法的ICC特征描述文件的主体部分就是供转换用的查询表。建立数学转换模型的方法，即建立两个色空间之间的数学转换算法。二、标准颜色空间 由于RGB、CMYK色彩模式都是与设备有关的色彩描述方式，即使是同一组颜色数据，在不同的设备上再现的颜色也是不同的，这样的结果是没有一个准确地描述颜色的标准。标准颜色空间是国际组织制定的描述颜色的标准颜色空间。目前ICC（国际色彩联盟组织）色彩管理系统所采用的是CIE（国际照明学会）标准颜色空间。在色彩再现过程中为什么

3、要引入标准颜色空间？三、再现意图 n 不同的输入输出设备，如扫描仪、显示器、打印机等，都有各自的色彩表现范围，即不同的色域，色域的大小体现了设备的表色性能。n 在色彩传输过程中，只有输出设备的色域大于或等于输入、显示设备的色域时才有可能将输出图像的所有色彩信息完全记录下来。什么是再现意图？但实际上，印刷领域的输出设备的色域一般都小于输入、显示设备的色域，通常扫描仪、显示器的颜色空间要比印刷油墨的呈色色域大，但又不完全覆盖油墨的色域。所以，在进行颜色空间的转换时，必然存在着色域不匹配问题。为了将屏幕图像的色彩信息尽可能多的记录下来，必须采取色域压缩(Gamut Compress)的方法进行处理。

4、不同的色域压缩方法在印刷中被称为不同的再现意图选择。ICC定义了四种基本不同的再现意图(Rendering Intent，亦即色彩对应的方法)。，为得最佳的色域映射，可根据复制要求，对不同性质的图像会采用不同的再现意图。（一）知觉色匹配法(Perceptual Matching)知觉色匹配法是将“输入”设备的色域等比例地对应到“输出”设备的色域，保持两设备间的色彩对应（映射）关系的一种方法。由于该方法是对色相、明度、饱和度进行均等压缩，在Lab均匀颜色空间上保持色差最小的方法，故又称比例压缩法。知觉色匹配法的特点是重视颜色的相对位置关系，保持图像颜色的整体自然印象，适用于照片类的对阶调层次要求

5、高的连续调图像。也常常是系统缺省的映射方法。但是也牺牲了一些色域内原本可以完全准确再现的颜色。（二）绝对色度匹配法(Absolute Colorimetric Matching)绝对色度匹配法是指对输入输出设备都能够表现的色彩照原样再现，而对不能再现的颜色在颜色空间内以最接近的颜色进行代替的方法。基本原理是：用公共色域边界上距离色域外颜色最近的颜色代替此颜色，即在色域的边界上取一点，使此点与已知的色域外的点之间的色差最小。绝对色度匹配法的特点是在双方重叠的色域内的所有色彩并未进行处理，颜色再现绝对准确，而在对不重叠颜色用设备色域边缘的颜色来代替。这样有可能造成色域外多个颜色能用色域边界上的一个

6、颜色来代替。（三）相对色度匹配法(Relative Colorimetric Matching)第一步是以白点为基准进行色域套合的方法。首先将原色域中最亮的白点压缩到目标色域的最亮的白点上，其他相关颜色随之压缩。n 经过第一步套准处理之后的中间色域，如果有的颜色仍然位于目标色域之外，则通过直接裁剪的方法，将其压缩到目标色域的边界上最接近的颜色上。由此可见，中间色域中如果落在目标色域部分的颜色可以准确再现，但是落到目标色域之外的，就无法准确再现了。n 相对色域和绝对色域压缩法的压缩方法是一样的，不同的是前者第一步进行了套准处理。（四）饱和度匹配法(Saturation Matching)颜色的三

7、属性为色相、明度和彩度。在色域映射的过程中，色域映射算法常常可以分解为色相映射、明度映射和彩度映射三个分量的压缩进行。饱和度匹配法是将落在目标色域外的颜色改变亮度，甚至有时改变色相，尽量保证颜色的饱和度还原。饱和度匹配法适用于对颜色色相以及亮度要求不严格的原图。该对应方式原本针对商业图表而设计，色彩之间的对应关系是否准确并不重要。对色彩准确性要求不高的输出，这种方式很管用，如手绘图像及商业图表等可采用这种对应方式。这四种再现意图的选择在PhotoShop中是在编辑/颜色设置/高级模式/转换选项中。四、色彩管理技术（一）色彩管理的基本概念（二）ICC色彩管理的基本原理和设计思路（三）ICC色彩管

8、理实现方法（一）色彩管理的基本概念由于网络的出现和信息交流的需要，设计好的彩色图像或彩色图像文件不再限于在本地出版印刷；经常需要在异地观看或复制。彩色图像的色彩信息不仅要在相同的设备，例如计算机的显示器（即便是相同的设备，不同厂家生产的设备显示色彩的能力也是不一样的），而且还需要在不同的媒体之间传递。这就要求有这样一种系统，它的功能是使得色彩能够在所有的媒体之间的传递结果都基本一致，不走样。即通常所说的“所见即所得”，这种系统被称为彩色管理系统。它是一种应用系统，包括计算机硬件、计算机软件和测色设备，其目标是形成一个环境，使支持这个环境的各种设备和材料在色彩信息传递方面相互匹配，实现不失真传递

9、。色彩管理是针对色彩再不同的设备和媒体之间传输和再现提出的较早意识到该问题的是以色列赛天使公司的创始人艾菲.阿拉齐（Efi Arazi），1990年成立了影像电子公司（Electronic for Imaging），专门从事不失真彩色信息的传递问题的研究。Adobe、Apple、Kodak公司也相继进行了大量的研究，开发出了各自独立的色彩管理系统。对于色彩的管理是从彩色图像复制开始就已经有了，从这个意义上讲，在计算机未出现之前，就有了色彩管理，最初只是利用色谱或色标通过目测比较的方法控制色彩信息在不同媒体之间传递不失真。但是真正提出色彩管理系统这个概念是1993年，与色彩信息复制传递有关的单位

10、经过磋商之后决定组建国际颜色联盟（ICC-International Color Consortium）。当时，ICC发起的单位有9个，他们主要是：Adobe,Agfa,Apple,Kodak,Fogra,Microsoft,Sun,Silicon Graphic,Taligent。现在ICC的成员国家已经发展到了70个，他们都是成像技术和计算机技术领域的一些主要开发商。ICC试图开发一种跨平台颜色管理系统我认为ICC的主要贡献有两点：其一：规定了一个标准的色彩空间，这就是CIE标准色彩空间。其二：规定了标准的色彩特性文件格式。只要认可该色彩管理方法的都可以使用这两个标准进行色彩管理。ICC色

11、彩管理的关键是开放性，不是一对一的转换，而是利用标准色空间作为中间色空间。色彩管理技术包含的最主要内容是：色彩特性文件的建立；输入与输出色域不匹配时的色域映射（这一部分实际上已经包含在色彩特性文件之中）；色彩空间转换模型CMM的建立。基于ICC的色彩管理的机理保持整个流程中的色彩值以Lab值传输，即：(RGB RGB)Lab)(Lab（二）ICC色彩管理基本原理和设计思路彩色图像图形处理过程中使用的各类设备和材料色彩描述能力相差很大，色彩信息在它们之间传递会造成很大损失，为了避免这些损失，必须将具有不同色彩特性的媒体上所表达的彩色图像图形都转换到标准色空间进行处理，使得色彩信号的传递不受各种媒

12、体本身所具有的色彩特性和色域的影响，最大限度地保留彩色图像图形的色彩信息，从而达到不失真地传递和复制色彩信息。*等到要输出可视化时候，采用最佳的色域匹配方法，最大限度的利用输出色域的表色能力，使彩色图像得到最好的输出效果。所以色彩管理的设计思路就是：标准色空间传输和采用最佳再现意图进行色域映射。封闭式彩色管理Scanner ARGBScanner BRGBScanner CRGBScanner DRGBDigital CameraRGBVideoRGBMonitor ARGBMonitor BRGB军标油墨CMYKSWOPCMYKJapanCMYKColor PrinterCMYK这也是色彩管

13、理，只要有色彩再现，就必须有色彩管理。做得好，精度高于ICC，例如GMG 开放式彩色管理Scanner ARGBScanner BRGBScanner CRGBScanner DRGBDigital CameraRGBVideoRGBMonitor ARGBMonitor BRGB军标油墨CMYKSWOPCMYKJapanCMYKColor PrinterCMYK ICC-ProfileICC-ProfileCIELab这是基于ICC的开放式色彩管理ICC色彩管理系统的设计思路:n 由于设备材料性能不同，描述色彩的特性也不同，计算机显示器和电视用RGB色空间描述色彩，而打印机、胶片输出机和印刷

14、机用YMCK色空间描述色彩，即便是同一类设备或材料，生产厂家不同，生产的设备和材料的色彩特性也不一样。同是电视机，不同厂家生产的电视机色彩特性不相同，不同的油墨厂家生产的油墨，三原色油墨的颜色也会相差很大。所以首先必须确定一个标准色空间。n 所有设备材料等媒体的色彩描述能力都以选定的标准色空间描述。这就是ICC色彩管理系统采用的模式，即：n ProfilePCSProfile模式。n Profile也被称为特性文件，它是用标准的色空间坐标记录各种设备材料的色彩描述特性和色域的文件，有了各种设备材料媒体在标准色空间中建立的特性文件，就可以很方便地将这些媒体上的彩色图像图形中的色彩信息转换到标准色

15、空间中进行处理；n PCS也被称为特性文件连接空间，即标准的色空间。ICC色彩管理的标准色空间选择的是由国际照明委员会制定的CIEXYZ颜色空间。在很多实际应用中，使用CIELab色空间，而不直接采用CIEXYZ颜色空间，主要的原因是：前者不是一个均匀的颜色空间，在CIEXYZ颜色空间两点之间的距离与人眼观察的色差看不出相关性。n 不同的设备、不同的材料能描述的色域大小是不同的，最典型的，也是最常见的是：计算机显示器是以RGB色空间描述色彩，印刷品是以CMYK色空间描述色彩，RGB色空间远远大于CMYK色空间。因此，从RGB色空间转换到CMYK色空间时要进行色域压缩，通常也称之为色域匹配或色域

16、映射。（三）ICC色彩管理实现方法n 色彩管理系统不是独立存在的一个系统，它是与色彩信息复制、传递系统相关的系统，是一个附加系统。n 例如色彩信息从显示屏到喷墨输出，每个色彩信息原来是用RGB表示，要一一转换成CMYK才能输出，ICC色彩管理是在数据流的中间断开，插入色彩管理的处理。计算机显示器RGB色彩信息CMMCIE标准色空间的色彩信息CMM输入特性文件输出特性文件 色域匹配数字印前中的色彩管理系统出版输出YMCK色彩信息直接制版直接印刷 胶片输出 喷墨打样在输入设备特性文件的支持下，利用CMM（Color Management Model，色彩管理模块）将RGB色空间的色彩信息转换到CI

17、E标准色空间；确定了输出设备、材料和工艺流程的基础上，在输出设备特性文件的支持下，利用CMM再将色彩信息从CIE标准色空间转换到印刷出版的CMYK色空间。之所以不仅要在确定输出设备、材料，而且要在确定工艺流程的基础上进行色彩信息的色空间转换，是因为增加了K原色，K原色的作用是替代或部分替代YMC混合的黑色或灰色系列，替代量的多少可以根据工艺流程的需求变化，也就是说，确定了工艺流程后，才能得到对应于某输出色彩的唯一的一组YMCK值。包括确定输出设备，是打样还是印刷，确定色彩结构，是底色去除还是灰色成份替代，黑版的大小等。色彩管理的组成部分n PCS。标准颜色空间n 特性文件。描述指定的设备的颜色

18、表现特性，其方法是明确定义设备的RGB值或CMYK值所对应的CIEXYZ或CIELAB值。n CMM。通常又叫引擎，是一个在特性文件的支持下完成从色域转换的小程序。n 再现意图：处理那些在源色域中可以表现，而在目标色域中无法复制的颜色信息。红色表示软件或文件；黑色是计算中必须的过程，是概念。1.色彩特性文件的制作n 生成特性文件的色标n 色彩特性文件的组成n 生成扫描特性文件n 生成显示器特性文件n 生成印刷特性文件 生成特性文件的色标购买专业测色设备时常常附带有特性文件生成软件和专用的色标，色标有多种类型。由于输入设备的输入方法是将胶片或纸张上的原稿图像通过扫描转换为数字图像，输入色标是由一

19、组印制在胶片或纸张上的色块构成。目前使用最为广泛的是ISO 12641，它是由252个色块组成，针对不同的扫描输入方式，ISO 12641提供不同的色标，它不仅分为透射色标和反射色标，而且还针对不同的胶片和纸张提供相应的色标；而输出设备是将数字图像输出为硬拷贝，所以输出色标是数字色块表，常用的有ISO 12640,它是由928个色块的CMYK值组成。色彩特性文件主体部分是一系列能系统地反映出输入或输出设备色彩描述能力的特征色块的色彩值，每个色块都标有设备色空间值（表中的RGB值）和标准色空间值（表中的XYZ值），由一一对应的设备色空间和标准色空间两组色彩值排列而成的表。色彩特性文件的组成n 特

20、征色块的选取是很关键的一步，它要考虑到两点：（1）能够代表你将要复制的色域；（2）一一对应的两组值中已经包含了再现意图的选择，也就是说，同一个Profile文件中选择不同的再现意图，对应于特征色块的输入色彩值会有不同的输出值，系统中CMM引擎主要功能是在已经选择再现意图的前提下利用插值的计算完成（指最简单的引擎）色域间的映射转换。显示器特性文件中最有代表意义的7个基本色块的色彩值图中只选择了显示器特性文件中最有代表意义的7个基本色块的两组色彩值。对那些不在特征色块中的色彩信息，CMM 是用内插的方法求得它们所需的色彩值。CMM不在色彩特性文件中，它是系统级的文件，在计算机系统中，图像图形处理软

21、件可以调用CMM模块，例如PhotoShop软件可以选择调用Adobe的ACE或微软的ICM色彩管理模块。演示PhotoShopn 最简单的引擎只是在输出色域中的特征值之间进行插值计算，获得足够多的色彩信息。但是由于即使是我们称之为均匀色空间的CIELAB颜色空间实际的均匀度也不够，为此一些厂商以巧妙的数学方法来弥补它的不足，例如使用各种分段的插值方法；干脆不使用CIELAB。n 究竟哪一种方法好，将会是一场持续不断的争论。这也是为什么有如此多的厂家在不停地兜售自己的色彩管理软件的原因。特性文件的分类n 特性文件可以分为扫描输入特性文件、显示器特性文件和输出特性文件。输入特性文件是单向的特性文

22、件，只需定义输入设备色空间到PCS色空间的转换，所以它比较简单。n 显示器特性文件是双向的，当你编辑产生一幅彩色图像，可以给它标记一个特性文件，此时显示器为输入设备，但是当你将扫描的图像（已经标记）显示，它是输出设备。n 输出特性文件也是双向的特性文件，例如有时需要将印刷的CMYK图像转换到打印机上或其他的输出颜色空间，如用显示器模拟印刷输出的效果。n 所谓单向或双向是以：从设备到PCS的色空间转换称为反向颜色转换，正向颜色转换的查找表标记为BtoA：反向标记为AtoB，特性文件中仅有BtoA 为单向，特性文件中有有BtoA也有 AtoB 为双向。n 通常扫描仪和显示器的特性文件可以是基于矩阵

23、的特性文件（基于矩阵的特性文件只适合于阶调复制曲线非常简单的情况，例如扫描仪和显示器。都是基于RGB的转换，阶调压缩相对比较小的时候），其PCS是基于XYZ颜色空间。n 基于矩阵的特性文件只能实现单一的再现意图，即相对色度的再现意图。所以，对于这类特性文件，你无论选择哪种再现意图，图像的色彩通常不发生变化。n 需要补充的是：严格地说基于矩阵的特性文件可以支持两种再现意图，因为相对色度和绝对色度这两种再现意图利用的是一种算法，绝对色度再现意图只需要在相对色度再现意图算得的基础上增加一个相对于白点计算的值即可。n 而印刷输出的特性文件利用的是颜色查找表的方法，简称LUT。它是一个对应数值的列表。相

24、对于色域中的特征色的色块越多，对应列表越大，准确度越高。之所以使用查找表的方法来表示印刷的特性文件，还有一个主要的原因是LUT不受输出色空间的通道数的影响，CMYK需要4个通道。n 印刷输出设备的特性文件比较大的另一个原因是：每个再现意图必须建立两个查找表 AtoB和BtoA，除去绝对色度算法可以和相对色度算法共用一对查找表外，3个再现意图需要6个查找表，一个典型的印刷输出设备的特性文件必须有6个查找表之多。特性文件的分类表输入特性文件显示器特性文件输出特性文件单向 双向 双向矩阵形式文件小矩阵形式文件小查找表文件大 生成扫描特性文件首先将色标扫描输入，利用扫描输入色块的RGB值和特性文件生成软件中自带色标色块的Lab值这两组值，即可生成扫描仪的特性文件。这里强调的是，由于LAB标准颜色空间是理想的颜色空间，RGB到Lab通常不用压缩。两组值是基本数据ScanOpen(生成扫描仪特性文件)ICCICC Input Device Profile设备特性文件Reference Color Values扫描 IT8.7 标准原稿ScanOpenICCSoftwareRGB 色彩空间-LAB 色彩空间生成ngc扫描色块色标特性文件色块扫描值色标色块CIE值测量文件参考文件