计算机测色与配色

计算机测色配色系统的研究摘要:简单阐述了电脑测色配色的基本原理；介绍了电脑测色配色系统的硬件系统和软件系统，如分光仪配色系统和YP色彩应用配色系统基础资料的建立等；详细的论述了电脑测配色系统在纺织印染中测色和配色中的应用以及计算机配色系统利用现有的仪器和设备建立一个色彩数据库。

并且配色以后我们还可以检验颜色匹配是否正确。

如果颜色偏差超过△E的要求范围，我们还可以迅速修正配方，直到达到标准。

引言利用计算机配色方法来配色，将油墨颜色的数据储存在计算机里，它的针对性很强，由于每个印刷厂都有自己的特点，它的针对性使得对工作的经验要求减低。

并且它还可以节约时间，减少油墨的浪费，最重要的是节约了成本。

1.计算机配色系统的功能简介我们利用计算机配色系统建立一个色彩数据库，这个数据库中的色种是我们印刷时用的基本墨，即CMYK和专色油墨。

然后我们利用仪器测量和专业软件计算，快速得到所需要的配方。

配色以后我们还可以迅速修正配方，直到达到标准。

一般我们以△E为标准来判断我们所得到颜色是否合格。

而传统的配色方法主要通过人工目测和经验来判断色相，再进行实验，然后再通过目测方法和经验对配方进行多次修正，这种方法存在了大量的人为主观因素，不稳定性很大，难以精确控制印刷所需要的颜色。

所以说与传统配色方法相比，利用计算机配色系统配色不仅节约了大量的时间，减少了油墨的浪费，还更客观地控制印刷品的颜色。

同时计算机配色系统还能把废墨当基础墨输入到数据库里，应用在下次配色中，从而大大降低了油墨成本。

2.计算机配色系统的基本原理计算机配色基本原理是当一束白光照射到颜色物体表面时，光一部分被吸收另外一部分被物体反射或透射出去，配色系统主要考虑的是反射光。

反射光的波长即决定了眼睛所看到的颜色，而在计算油墨配方时，简单来讲就是计算机配色系统通过计算光的吸收值K 与光的反射值S，计算反射光谱反射率。

这种配色的结果无论何种光源照明,观察者是谁,产品的颜色总是与实际样品一样。

就能够计算出油墨配方。

但是,通常情况下,传统的光谱配色对每个波长点进行同等匹配,而实际上,物体不同波长处的同等大小变化,所引起的颜色感知变化却有明显差异,因而应该对不同波长给予不同权重的匹。

配色之前必须先有一个油墨的基础数据库，其中各个基础油墨的K、S 值都需要详细的记录，当要配色时，电脑便会按着不同的百分比来组合相加各基础色油墨的K、S 比例，以得到与所需颜色的K、S 比例最相符的组合。

2.1 三度色彩空间色典2.11色立体空间YP 三度色彩空间色典的色立体空间由色彩的浓度、彩度、向度三属性所形成的圆柱空间(见图1)。

色立体中间轴为浓度不同的标准灰,上端为理想白,浓度值0;下端为理想黑,浓度值100。

所以位置越低,浓度越大。

每个色平面的浓度相同,色样离中间轴越远,彩度越高。

色样与标准灰的连线和黄色与标准灰的连线所形成的夹角称为向度,代表色样的色相角(见图2) 。

2.12色彩表示法YP三度色彩空间的色彩语言以浓度D、彩度C及向度H表示(即D-C-H)。

浓度、彩度以两位数字表示;向度则以四位数字表示,前三位为整数位,最后一位数为小数位,如24-09-060.0,表示浓度D=24、彩度C=9、向度H=60.0。

2.13色典YP三度色彩空间色典又称汉风色典,主要用于混纺织物的配色。

色典以等浓度的色相面排列为主,共24页。

每页色样的浓度相同, 由十几个彩度不同的同心圆构成,中间为无彩度标准灰(C=0),依次以彩度差3向外递增。

每圈的色样数由中间的一个以每圈增加6个向外增加,即每页中间为标准灰(C=0),第一圈彩度C=3有6个色样,第二圈彩度C=6有12个色样,以此类推。

色典共计18500个色样,每页间的浓度差为2，由12到58依次增加[5]。

2.2计算机基本配色方法目前, 虽然有各种形式的计算机配色方法, 但总的来说, 可以分为两种模式:三刺激值配色和全光谱配色。

2.2.1 三刺激值配色法三刺激值配色是指通过几种染料的组合匹配标准色的三刺激值, 使匹配色和标准色的三刺激值的差别达到最小。

自从Allen 和Micginnis 使用三刺激值配色和全光谱配色方法以来,才开始了现代计算机配色的发展, 虽然有人对计算机配色加以改进,但计算机配色总的形式没有变化。

三刺激值配色的基本思想是使匹配色和标准色的三刺激值相同。

本文通过三刺激值配色和全光谱配色的比较, 将最小二乘法应用于三刺激值配色, 深化了三刺激值配色的基本思想,建立了具体的配方表达式, 并按照此方法进行计算机配色, 给出了预测配方和预测结果。

对色料混合光学模型的研究发现, 有些情况下不管色料配方发生什么变化, 其散射系数基本不变。

如染色纺织品, 其染料层的光散射受纺织纤维的作用, 加入到纺织品中的染料似乎溶于纤维中而不影响基质的散射能力, 使其中各染料的散射系数相等, 且与基质的散射系数一致, 因此纺织印染自动配色适用Kubelka2Munk 单常数理论[5 ]。

下面以三染料组合为例,说明应用Kubelka2Munk 单常数理论进行三刺激值匹配的算法。

对于完善匹配, 应有)(m s X X =）（, )(m s Y Y =）（,)(m s Z Z =）（ , 故由色度学理论可以写成T E [)(s r -)(m r ] = 0 (1)如果不是存在特别严重的光谱异构性, 在任何一个波长上配方的反射比与标准色样的对应值相差不太大, 故可相当精确地写出)(s r -)(m r = D [)(s f -)(m f ] (2)根据Kubelka2Munk 理论的K/S 加和性原理)(m f =)(s f + φC, 与(2) 式一起代入(1) 式并移项和整理后, 得()[])()(1t S f f TED TED C -=-φ 其中X 、Y 、Z 为三刺激值,i ρ表示在波长i(nm)处的光谱反射比,(s)表示标准样, (m)表示配方样品。

Ei 表示在波长i(nm)上光源的相对光谱功率分布;ρ指不透明样品的光谱反射比。

上标(s) 指被匹配的样品即标准色样, (t)指匹配的基质；函数()ρf 具体为不透明样品的()ρρ2/12-。

这就是计算得到的初始配方, 它提供了一个相当接近但可能不是刚好的染料比例, 通常尚需进一步迭代改善。

经过迭代计算，染料浓度的修正量是：()t TED C ∆=∆-1φ 最后,由C C C OK new ∆+=1计算出新的浓度矢量再由此确定三刺激值的接近程度, 或达到匹配要求并输出配方及有关参数而结束, 或再次进入下一轮迭代修正直至满足要求。

在大多数情况下, 需要不超过四或五次迭代即可。

其中，X ∆、Y ∆、Z ∆为标准色样与初始配方之间的三刺激值误差, 1c ∆、2c ∆、3c ∆是为使t ∆减小至零所需初始配方的变化量。

2.2.2 全光谱配色法全光谱配色是匹配标准色的光谱, 使得到的光谱曲线与标准色的光谱曲线的差别达到最小。

全光谱匹配方法努力去匹配标准色的光谱曲线而不是匹配标准色的三刺激值, 虽然这种方法不能保证标准色和匹配色的色度学相等, 但是全光谱配色更直观。

全光谱配色算法如下:=C ()1-P P T ()()()t S T f f W D P - 其中, P = W D Y ；W (16×16)为不同波长处的权重因子置于对角线上, 而其余数为零的方阵；Y (16×n ) 代表染料1, 2, ⋯, n 的单位浓度的(K/S)值的矩阵； 但是，不同波长处的光谱反射率变化有明显的差异。

在有的波长处, 光谱变化很小, 却产生较大的颜色感差异, 显示出很强的灵敏性; 在有的波长处, 变化很大, 却感觉不到颜色感知的变化,显示出很强的惰性。

这就要求在计算机配色全光谱匹配方法中对某些波长进行重点匹配, 用较大的权重因子, 对某些波进行非重点匹配, 用较小的权重因子。

这就需要建立适当的权重因子,来满足全光谱匹配的目的。

全光谱匹配计算机配色方法的基本思想是()()[]min 22→∆∑j j j R w λλ ()j w λ是一种权重因子；()j R λ∆为j λ波长处的目标色和匹配色的光谱反射率差异。

要使()()[]min 22→∆∑j j j R w λλ，也就是使()[]∑→∆jj E min 2λ这样，就建立一种权重因子，使得某一波长点的光谱反射率变化所产生的色差为最小。

2.3判定匹配颜色是否合格的参数——色差在判断颜色匹配是否正确的重要参数就是色差△E 。

CIE 在197年推荐用于加混色的CIELUV 颜色空间的同时，还推荐了主要用于如印刷、纺织、印染等表面色料工业减混色（subtractive mixture ）的表示和评价的CIE1976L*a*b*颜色空间，也称为CIELAB 颜色空间。

在 CIELAB 颜色空间中，不同区域的色差容限相对比较接近，颜色样品在此空间中的位置由三维的直角坐标表示。

L*、a*、b*的值可以从三刺激值(X ，Y ，Z)计算出来，其中L*表示颜色的明度，a*表示该颜色在红－绿轴方向的投影位置，b*则表示颜色在黄－蓝轴方向的投影位置。

在此颜色空间中，视觉对色差的可察觉性可以用椭球体来表示，球体的三个轴分别代表明度、饱和度(彩度)和色调，其大小由该颜色在颜色空间中的位置所决定(如该球体在黄色区域时比绿色区域变得更狭长)。

作为该空间三维直角坐标的明度L*和色品坐标a*、b*的计算公式为()16/1163/1*-=n Y Y L ()008856.0/>n Y Y ；()()[]3/13/1*//500n n Y Y X X a -= ()008856.0/>n X X ； ()''**13n v v L v -= ()008856.0/>n Z Z ； 式中 ：X 、Y 、Z 为颜色样品的三刺激值，Xn 、Yn 、Zn 为CIE 标准照明体照射在完全漫反射体上，然后反射到观察者眼中的三刺激值，其中Yn = 100。

在CIELAB 颜色空间中，色差公式为:△E *ab =[(△L *)2+(△a *)2+(△b *)2]2/1 色差公式中，△L *=L *样-L *标，表示样品与标准的深浅差。

结果如果是正值表示样品比标准浅，如果是负值，表示样品比标准深。

△a *和△b *表示样品和标准在a * b *平面上位置的改变。

色差公式能准确地表达两块颜色在视觉上的差异。

常用的色差单位是NBS ，它是美国国家标准局的缩写。

1NBS色差相当于（0.0015~0.0025）x 或y的色度坐标变化。

E的鉴定标准如下表所示：表1 色差程度的鉴定标准色差程度的鉴定△E（L*a*b*）微量0~0.5轻量0.5~1.5能感觉到 1.5~3.0明显 3.0~6.0很大 6.0~12.0截然不同12.0以上2.4CMYK与RGB之间的颜色转换在进行计算机颜色匹配的过程中，不可避免的遇到了颜色转换的问题。