CN103347142A

CN103347142A - 一种基于数字设备呈色适性表征的优化色表实现方法

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Publication number: CN103347142A
Application number: CN2013102719734A
Authority: CN
Inventors: 王晓红; 吕兆锋; 杜景敏; 刘太庆; 许诗旸; 姜继春; 丁桂芝; 章婷
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2013-07-01
Filing date: 2013-07-01
Publication date: 2013-10-09

Abstract

本发明涉及一种基于数字设备呈色适性表征的优化色表实现方法，包括色表匹配适性、色表优化和色表应用效果评价三部分，选取当前用于表征该设备呈色特性的基础色表，在设备校正最佳状态下输出基础色表，借助色彩测量仪获取色表系列颜色点色度数据L^*a^*b^*数据值，并生成对应ICC特性文件；依托ProfileEditor评价系统，对各明度级下二维面色彩再现范围呈色差异进行分析；根据呈色差异分析结果，对影响该设备呈色适性表征的关键颜色点进行量化抽取、优化组合，经循环优化，最终获得能用于准确表征该数字设备呈色适性的优化色表；最后对优化色表应用效果进行系统性评价。解决了当前基础色表用于表征某一固定数字设备呈色适性差异较大、颜色失真的问题。

Description

一种基于数字设备呈色适性表征的优化色表实现方法

技术领域

本发明涉及一种计算机图像处理技术，特别涉及一种基于数字设备呈色适性表征的优化色表实现方法。

背景技术

随着计算机技术、多媒体和网络技术的发展，各种图像输入设备、显示设备及输出设备（如扫描仪、显示器、彩色打印机等）的使用也日趋普及。由于不同设备之间的呈色机理、色域范围等不同，而使得彩色图像在这些设备之间准确传递、还原再现和过程控制则变得越来越困难。因此，彩色图像在不同设备之间准确传递和复现过程中的颜色失真问题日益引起人们的关注，这不仅仅是因为希望不同设备之间再现的彩色图像能再现出原稿的真实颜色，而且更重要的是要确保颜色的一致性和稳定性。而截至目前，有效解决颜色失真问题，比较公认的方案是通过色彩管理系统来解决彩色图像在不同数字设备之间传递与复现的失真问题。相比较而言，ICC色彩管理系统则是目前应用较为广泛的专业色彩管理系统。

基于ICC的色彩管理系统主要包括三个方面的内容，设备校准、设备特性化和色彩转换，其中色彩特性化是核心，其目的是获得各设备在校正后呈色状态稳定基础上的颜色再现特性。具体的实施方法是通过客观、准确的色彩数据测量，记录能反映设备色彩特性的色表所对应的CIE色度数据值，并使用专业的色彩特性化软件，将色表的标准色度值与测量数据进行比较，得到能反映设备特性的色彩文件，即建立设备相关颜色空间与设备无关颜色空间色度值之间数值上的连接关系，从而使复杂的色彩再现问题简化为两个色彩空间的数学转换问题。

影响设备特性化的关键因素有：设备呈色适性表征的色表、颜色空间转换、设备色域边界描述及色彩匹配，其中色表是影响设备呈色适性表征的基础，也是能否使设备达到最佳色彩再现性能的关键环节，截止目前对设备呈色适性表征中色表的选取多集中于ECI2002色表、IT8.7/4色表等，经过研究表明，不同色表用于表征某一固定数字设备的呈色适性，其色彩表征范围即色域再现差异异常明显，因此，设备呈色适性表征色表的选取或应用适当与否，将直接影响彩色图像在数字设备上复现的保真度。

发明内容

本发明是针对现在不同图像输出设备输出的图像颜色一致性和稳定性差的问题，提出一种基于数字设备呈色适性表征的优化色表实现方法，解决了当前基础色表用于表征某一固定数字设备呈色适性差异较大、颜色失真的问题，依托ICC色彩管理系统，建立更优化的色表。

本发明的技术方案为：一种基于数字设备呈色适性表征的优化色表实现方法，具体包括如下步骤：

色表匹配适性：

1）选取针对所选设备呈色表征的基础色表，在设备基于EFI Color Proof XF和G7阶调补偿方法校正基础上，输出四色表，数据测量获取各色表色度信息后，借助Profile Maker5.0生成对应色表表征下设备色彩特性标定的ICC特性文件；

2）分别在Profile Editor Gamut View、Monaco Gamut Works和ColorThink2.1中加载1）中对应色表下的ICC特性文件，从3D(lab)色域立体分布、不同明度级下二维面呈色范围2D(ab)和色域立体体积值方面，通过不同明度级下色相环呈色差异比较，对不同色表用于表征设备呈色匹配适性性能做出分析，其中明度级选取L_i（i=1,2,……100）；

色表优化：

３）选取以ECI2002色表ICC特性文件为基准，与IT8.7/4色表ICC特性文件，在Profile Editor Gamut View_2D(ab)下，比较不同明度级下二维面呈色范围差异，记录并抽取IT8.7/4色表ICC特性文件色相环再现范围大于基准色表ICC特性文件对应明度级L_1i（i=1,2,......100）的颜色特征点色度数据信息，进而优化基准色表ECI2002颜色特征点组合，最后通过数据去重，获取第一优化新基准色表；

4）选取TC3.5色表ICC特性文件与步骤3）中获取的第一优化新基准色表下的ICC特性文件，在Profile Editor Gamut View_2D(ab)下，比较不同明度级下二维面呈色范围，记录并抽取TC3.5色表ICC特性文件色相环再现范围大于第一优化新基准色表ICC特性文件对应明度级L_2i（i=1,2,......100）的颜色特征点色度数据信息，进而优化已获取的第一优化新基准色表颜色特征点组合，最后通过数据去重，获取第二优化新基准色表；

5）选取HC2052色表ICC特性文件与4）下获取的第二优化新基准色表，在Profile Editor Gamut View_2D(ab)下，比较不同明度级下二维面呈色范围，记录并抽取HC2052色表ICC特性文件色相环再现范围大于第二优化新基准色表ICC特性文件对应明度级L_3i（i=1,2,......100）的颜色特征点色度数据信息，进而优化已获取的第二优化新基准色表颜色特征点组合，最后通过数据去重，获取最终优化后的新优化色表New Color Target；

色表应用效果评价：

6）设备色域范围评价：用新优化色表New Color Target的所选设备ICC特性文件表征设备呈色范围，在明度级L^*分别为25、40、50、60、75和85下，与ECI2002、IT8.7/4和TC3.5下的各ICC文件作比较，从暗调区域（0≤L^*≤40）、中间调区域（40＜L^*≤65）和亮调区域（75＜L^*≤100）三方面，从色域范围扩展性和色彩再现饱和度指标，对优化色表表征下设备的呈色适性作出分析；

7）不同明度级下二维面面积再现评价：新优化色表New Color Target色表表征下，选取明度级L^*分别为25、40、50、60、75和85下，与ECI2002、IT8.7/4和TC3.5色表下所表征的设备呈色范围从二维面面（S）积量化指标角度，对优化色表表征下设备的呈色适性作出分析；

8）中性灰再现能力评价：首先设计一组L^*a^*b^*中性灰测试数据；然后依托Photoshop软件，在颜色空间Lab模式下利用该中性灰测试数据制作成中兴灰梯尺，分别加载新优化色表New Color Target与ECI2002、IT8.7/4及TC3.5三色表表征下的设备ICC特性文件，经颜色空间转换，获取四个ICC特性文件作用后新的色度L^*a^*b^*值；最后通过计算颜色偏差即色差值△E₀₀，依据色差变化对优化色表表征下的设备呈色适性作出分析；

9）色差评价：基于GRACoL Coated1_ISO12647-7_ControlStrip2009.GIFf数字评价文件，分别加载新优化色表New Color Target及ECI2002色表下的ICC特性文件，在关闭设备驱动色彩管理情况下，输出四种数字评价文件，经数据测量，通过计算颜色偏差即色差值△E₀₀，并将所有色块的色差值，按照从大到小的顺序排序，选取前90%和色块和后10%的色块分别为最好的90%色块和最差的10%色块，依据色差变化对优化色表表征下的设备呈色适性作出分析；

10）基于人眼视觉的主观评价：选取具有代表性的主观测试图，分别加载新优化色表New Color Target及ECI2002等色表下的ICC特性文件，分别将获取的四种效果图在显示器上与标准图对比逐一显示，采用基于人眼是觉的排序法对优化色表表征下的设备呈色适性作出分析。

本发明的有益效果在于：本发明基于数字设备呈色适性表征的优化色表实现方法，该方法下的优化色表New color Target，较当前ECI2002、IT8.7/4等色表而言，可以实现更加宽广的设备呈色范围（色域）、更高精度的设备色彩表征（色差和中性灰能力再现）以及更切切的基于人眼的视觉匹配效果（Z分值），为实现彩色图像颜色精确复现提供了保真度。

附图说明

图1 是本发明基于数字设备呈色适性表征的优化色表实现方法的流程图；

图2 是本发明方法中数字设备呈色适性表征色表匹配适性流程图；

图3 是本发明方法中色表优化设计流程图

图4 是本发明方法中色表应用效果评价——不同明度级下二维面面积再现评价实施流程图；

图5 是本发明方法中色表应用效果评价——不同明度级下二维面面积再现评价效果图；

图6 是本发明方法中色表应用效果评价——中性灰能力评价效果图；

图7 是本发明方法中基于人眼视觉的主观评价分析效果图。

具体实施方式

色表是在对显示、输入和输出设备色彩空间特性分析的基础上，通过对颜色在三维空间描述中起关键作用的系列颜色特征点在某种组合方式下的数字化的抽象与综合表达。

一个色彩空间可以被描述为一个数学上的三维空间，空间中每一点代表一种颜色。为了确保色空间描述的准确性，就必须找到在颜色三维空间描述中起关键作用的颜色点。即通过特征色的选取，用较少数目的颜色特征点能够完整、准确地描述整个颜色空间的颜色信息。

色表特征色的选取遵循以下三个原则：

1）关键特征色确定。设备色彩特性化描述色表的设计以各设备色彩空间和设备自身呈色机理为基础，对设备色彩特性描述色表的构成起关键作用的颜色特性点的选取，如白色、黑色、中性灰色、三原色、二次色以及部分三次色等。

2）量化和抽取。在对基于设备的色彩空间特性进行分析的基础上，对色彩系列特征点信息进行量化、抽取，即表征设备呈色的颜色特征点的确定。

3）编排。通过已选取的特征色块进行编排，进而建立表示该设备色域范围和色彩特性的色表。

图1 为本发明方法的流程图，包括三个方面内容：数字设备呈色适性表征色表匹配适性、色表优化设计和色表应用效果评价，选取当前用于表征该设备呈色特性的基础色表，在设备校正最佳状态下输出基础色表，借助色彩测量仪获取色表系列颜色点色度数据L^*a^*b^*数据值，并生成对应ICC特性文件；依托Profile Editor评价系统，对各明度级下二维面色彩再现范围呈色差异进行分析；根据呈色差异分析结果，对影响该设备呈色适性表征的关键颜色点进行量化抽取、优化组合，经循环优化，最终获得能用于准确表征该数字设备呈色适性的优化色表；提出多指标下，对优化色表用于该数字设备的呈色表征效果进行系统性评价。

1、色表匹配适性

本发明方法中数字设备呈色适性表征色表匹配适性流程如图2所示，有两个具体步骤：

1) 选取针对该设备呈色表征的基础色表（如ECI2002、IT8.7/4、TC3.5和HC2052），在设备（如Epson Stylus Pro 7910）基于EFI Color Proof XF和G7阶调补偿方法校正基础上，输出四色表，数据测量获取各色表色度信息后，借助Profile Maker5.0生成对应色表表征下设备色彩特性标定的ICC特性文件。

2) 分别在Profile Editor Gamut View、Monaco Gamut Works和ColorThink2.1呈色范围系统下加载1）中获取的ICC特性文件，从3D（lab）色域立体分布、不同明度级下二维面呈色范围的2D（ab）及色域体积值（Volume）三方面，通过不同明度级下呈色差异较大色相环关键特征色呈色比较，对不同色表用于表征该数字设备呈色适性做出分析，其中明度级选取L_i（i=1,2,......100）。

2、优化色表设计

本发明方法中数字设备呈色适性表征色表优化设计流程如图3所示，具体有四大步骤：

1) 数字设备（Epson Stylus pro 7910）在基于EFI Color Proof XF和G7阶调补偿方法校正的基础上，输出四个基础色表，数据测量获取色度信息后，借助Profile Maker5.0生成对应色表表征下的设备色彩特性标定的ICC特性文件。

2) 选取以ECI2002色表ICC特性文件为基准，与IT8.7/4色表ICC特性文件，在Profile Editor Gamut View_2D(ab)下，比较不同明度级下二维面呈色范围差异，记录并抽取IT8.7/4色表ICC特性文件色相环再现范围大于基准色表ICC特性文件对应明度级L_1i（i=1,2,......100）的颜色特征点色度数据信息，进而优化基准色表ECI2002颜色特征点组合，最后通过数据去重，获取第一优化新基准色表①；

3) 选取TC3.5色表ICC特性文件与步骤2）中获取的第一优化新基准色表下的ICC特性文件，在Profile Editor Gamut View_2D(ab)下，比较不同明度级下二维面呈色范围，记录并抽取TC3.5色表ICC特性文件色相环再现范围大于第一优化新基准色表ICC特性文件对应明度级L_2i（i=1,2,......100）的颜色特征点色度数据信息，进而优化已获取的第一优化新基准色表颜色特征点组合，最后通过数据去重，获取第二优化新基准色表②；

4) 选取HC2052色表ICC特性文件与3）下获取的第二优化新基准色表，在Profile Editor Gamut View_2D(ab)下，比较不同明度级下二维面呈色范围，记录并抽取HC2052色表ICC特性文件色相环再现范围大于第二优化新基准色表ICC特性文件对应明度级L_3i（i=1,2,......100）的颜色特征点色度数据信息，进而优化已获取的第二优化新基准色表颜色特征点组合，最后通过数据去重，获取最终优化后的新优化色表New Color Target。

3、色表应用效果评价

本发明方法中数字设备呈色适性表征色表应用效果评价，具体包括以下五个方面的内容：

1）设备色域范围评价。其具体过程为：用新优化色表New Color Target的所选设备ICC特性文件表征设备呈色范围，在明度级L^*分别为25、40、50、60、75和85下，与ECI2002、IT8.7/4和TC3.5下的各ICC文件作比较，从暗调区域（0≤L^*≤40）、中间调区域（40＜L^*≤65）和亮调区域（75＜L^*≤100）三方面，从色域范围扩展性和色彩再现饱和度指标，对优化色表表征下设备的呈色适性作出分析。

2）不同明度级下二维面面积再现评价。

本发明方法中色表应用效果评价——不同明度级下二维面面积再现评价实施流程和效果评价效果分别如图4和图5所示，流程实施具体有五大步骤：

A:依托设备Epson Stylus Pro 7910数字打印设备，打印输出和并借助Eye-one Isis色彩测量仪获取优化色表New Color Target和其它ECI2002、IT8.7/4、TC3.5三个基础色表的色度数据值。

B:依托Matlab编程量化实现各色表颜色特征点信息中不同明度级下二维面数据信息读取，其中明度级L取值为：25、40、50、60、75和85。

C:对已获取的相应明度级下二维面色度数据信息三角化处理，其目的是通过平面散点三角化，将平面散点划分为N个对应的小三角形状，便于二维面面积求取。

D:求取各色表对应明度级下二维面总面积S_i（i为该色表在某一明度级下划分的三角形的个数），通过三角形顶点色度坐标L*、a*和b*数值，计算出三个边的长度记为m、n和k，其面积计算如下：

E:各色表不同明度级性下二维面面积再现效果评价分析。

3）中性灰再现能力评价。中性灰再现能力评价效果图如图6所示，其具体过程为：首先设计一组L*a*b*中性灰测试数据，如表1所示中性灰再现能力评价测试数据；然后依托Photoshop软件，在颜色空间Lab模式下利用该中性灰测试数据制作成中兴灰梯尺，分别加载优化色表New Color Target与ECI2002、IT8.7/4及TC3.5三色表表征下的设备ICC特性文件，经颜色空间转换，获取四个ICC特性文件作用后新的色度L*a*b*值；最后通过计算色差△E₀₀，依据色差变化对优化色表表征下的设备呈色适性作出分析。

表1

样本名称	L*	a*	b*
				N1	10	0	0
N2	15	0	0
				N3	25	0	0
N4	40	0	0
				N5	50	0	0
N6	60	0	0
				N7	75	0	0
N8	85	0	0
				N9	90	0	0

4）色差评价。色差评价效果数据如表2所示。具体为：基于GRACoL Coated1_ISO12647-7_ControlStrip 2009.GIFf数字评价文件，分别加载优化色表New Color Target及ECI2002等色表下的ICC特性文件，在关闭设备驱动色彩管理情况下，输出四种数字评价文件，经数据测量，通过计算色差△E₀₀，并将所有色块的色差值，按照从大到小的顺序排序，选取前90%和色块和后10%的色块分别为最好的90%色块和最差的10%色块，依据色差变化对优化色表表征下的设备呈色适性作出分析。

表2

5）基于人眼视觉的主观评价。基于人眼视觉的主观评价数据统计和评价效果分别如表3 15名观察者基于人眼视觉的观察结果和图7所示，具体过程为：选取具有代表性的主观测试图，分别加载优化色表New Color Target及ECI2002等色表下的ICC特性文件，分别将获取的四种效果图在显示器上与标准图对比逐一显示，观察条件及仪器为：X-rite i1 basic、21-inch EIZO CG211 LCD艺卓显示器、D50标准光源灯箱，实验选取有经验和无经验观察者共计15名，采用基于人眼是觉的排序法，从Z分值指标对优化色表表征下的设备呈色适性作出分析。

式中x为排序数值，

为排序均值，

为排序均方差。

表3

Claims

1.一种基于数字设备呈色适性表征的优化色表实现方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

色表匹配适性：

色表优化：

色表应用效果评价：

9）色差评价：基于GRACoL Coated1_ISO12647-7_ControlStrip2009.GIFf数字评价文件，分别加载新优化色表New Color Target及ECI2002等色表下的ICC特性文件，在关闭设备驱动色彩管理情况下，输出四种数字评价文件，经数据测量，通过计算颜色偏差即色差值△E₀₀，并将所有色块的色差值，按照从大到小的顺序排序，选取前90%和色块和后10%的色块分别为最好的90%色块和最差的10%色块，依据色差变化对优化色表表征下的设备呈色适性作出分析；

10）基于人眼视觉的主观评价：选取具有代表性的主观测试图，分别加载新优化色表New Color Target及ECI2002色表下的ICC特性文件，分别将获取的四种效果图在显示器上与标准图对比逐一显示，采用基于人眼是觉的排序法对优化色表表征下的设备呈色适性作出分析。