CN106934835A - 基于空间网络用于纺织品喷墨印染的颜色色域映射方法 - Google Patents
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Abstract
基于空间网络用于纺织品喷墨印染的颜色色域映射方法包含如下几个步骤：首先，在RGB颜色空间利用RBF神经网络建立RGB与CMYK之间的样本对映射关系；然后，在RGB颜色空间建立颜色空间网络，网络以RGB整数点为顶点，每个顶点与其26个邻域点利用无向边连接，连接权重通过色差公式CIEDE2000计算；最后，对于印染机色域内颜色，一对一实现映射，对于印染机色域外颜色，利用新提出的多源最短路径算法实现印染机色域外颜色到印染机色域边缘颜色多对一映射。通过以上三个主要步骤，本发明可以实现色域内颜色精准映射的同时，保留图像的层次纹理信息，提升纺织品喷墨印染效果。
Description
技术领域
本发明属于数码喷墨印花颜色管理领域，针对数码喷墨印花颜色管理中印染颜色与显示器颜色存在较大误差以及图像丢失纹理层次等问题，提出了一种基于空间网络用于纺织品喷墨印染的颜色色域映射方法。
背景技术
现有的数码喷墨印花颜色管理系统中，实现显示器端RGB颜色到印染机端CMYK颜色的转换过程包含三个主要步骤：首先，利用显示器色彩特性文件ICC profile将RGB颜色值转换到标准颜色空间；然后利用公共色域映射算法实现显示器色域内颜色到印染机色域内颜色的映射；最后，利用印染机色彩特性文件ICC profile，将映射后的颜色值转换为CMYK颜色值。
在颜色管理软件进行颜色转换过程中，一个核心的部分为色域空间的映射，色域空间映射算法的好坏直接影响着颜色转换的一致性结果。目前很多研究者提出了不同的色域映射算法，众多的色域映射算法可以被不同的分类准则划分为不同的类别。
根据颜色再现流程中源色域与目标色域之间的位置关系，颜色色域映射算法可以分为：基于设备-设备(Device-to-Device)的色域映射算法和基于图像-设备(Image-to-Device)的色域映射算法。基于设备-设备的色域映射方法不需要考虑图像的特点，并且可以利用查找表等方法计算色域间的映射关系，其原理相对简单，易于理解且计算方便。但该方法与原稿图像的特征无关，源色域与目标色域的描述本身都是一次性确定，在同一流程中对任何图片都采用相同的映射方法映射，对未超出目标设备色域的原稿图像颜色信息常会造成过度裁切或压缩现象，造成图像细节信息过度丢失。基于图像-设备的色域映射算法要根据原稿图像的颜色特性进行，除了考虑颜色本身与目标色域的相对位置和大小关系外，还要考虑周围颜色信息的影响。此类色域映射方法计算复杂度高，但可以保留源图像中的空间细节。
根据对源色域中颜色信息的处理关系，可以将目前已有的色域映射算法分为两类：逐点色域映射算法(Pointwise Gammut Mapping Algorithms,PGMA)和空间域色域映射算法(Spatial Gamut Mapping Algorithms,SGMA)。逐点色域映射算法主要考虑在标准连接空间中将输入的颜色信息逐点映射到输出点上，而不考虑图像的类型和内容。广为流行和业内所接受的ICC色彩管理流程就是基于PGMA算法而建立的。空间色域映射算法不仅考虑输入图像的颜色特征，还考虑图像相邻像素之间的影响，根据图像的内容和空间位置关系，对图像的颜色分别进行处理，以获得高质量的复制图像，是目前的研究的难点之一，现阶段并未被工业界实际采用。
逐点色域映射算法中的大多数算法属于基于设备-设备的色域映射算法，对于逐点色域映射算法，英国学者Morovic和Luo进行了大量的研究和总结，并将其分为两大类：色域裁切算法和色域压缩算法。色域裁切算法的主要思想是将源色域中位于目标色域之外的颜色映射到目标色域的边缘，而位于目标色域之内的颜色保持不变。对于目标色域之外的颜色，此类算法指定某种映射准则，使其沿着特定的方向映射到目标色域的边界。常用的色域裁切算法有SCLIP算法,HPMinΔE算法和CUSP算法等。色域压缩方法是将源色域内的颜色信息整体压缩到目标色域内，该方法不仅将目标色域之外的颜色压缩，目标色域之内的颜色也进行压缩。色域压缩方法主要包含线形压缩算法、SGCK算法、S-Clipping算法、LLIN、LNLIN、LCLIP、SLINGCLSP和CLLIN算法等。
ICC色彩管理流程就是基于上述设备-设备色域映射算法建立的，该颜色管理流程在颜色映射一致性方面主要存在两方面的不足：颜色的转换存在较大的偏差、经转换后的图像存在纹理层次信息的丢失。图像裁切算法因进行了裁切，对于目标色域之外的图像颜色细节细信息丢失较多。图像压缩算法能较好的保持图像细节部分，但颜色信息失真较多，颜色饱和度也降低了。
发明内容
本发明要克服现有技术的上述缺点，我们提出了一种基于空间网络用于纺织品喷墨印染的颜色色域映射方法。为了减少颜色转换过程中转换颜色空间产生的颜色损失，根据显示器显示整数RGB值的特点，本发明在RGB颜色空间以显示器颜色整数点为顶点建立颜色网络N＝(V,E,W)，每个顶点与其26个邻域利用无向边进行连接，边的权重W利用CIEDE2000距离公式计算。在建立好的颜色网络中，利用新提出的多源最短路径算法求得印染机色域外颜色到印染机色域边缘颜色的映射关系。本发明不仅可以保持色域内颜色的精准映射而且可以尽最大可能地保留图像的层次纹理信息。
基于空间网络用于纺织品喷墨印染的颜色色域映射方法，包含步骤：
1)实验样本设计；
印染机端，任意CMYK颜色值，可以通过CMK、CYK、MYK三种中的某一种颜色值替代。对于CMYK四色通道，分别以0％、10％、25％、40％、55％、70％、85％、100％为间隔进行采样，获得每个通道的采样点后，以CMK、CYK、MYK三种方式进行组合，通过去除冗余颜色块，获得1352个印染颜色样本。显示器端，对RGB值每个通道以10％为间隔选取11个等级的样本值，通过三个通道组合获得显示样本集；
2)RGB与CMYK之间样本对映射关系的建立；
RGB与CMYK之间样本对映射关系的建立主要包含三个步骤：首先通过测色仪分别获取显示器样本RGB与印染机样本CMYK的颜色值VRGB、VCMYK，将采集到的颜色值VRGB、VCMYK转换到同一观测环境下颜色值V′RGB、V′CMYK。然后，利用RBF神经网络建立V′RGB与RGB颜色之间的转换函数F：
rgb＝F(v),v∈V′RGB,rgb∈RGB
最后，利用转换函数F实现V′CMYK到RGB之间的转换，建立CMYK与RGB样本对之间的映射关系；
3)利用CIEDE2000距离在RGB颜色空间建立26邻域网络；
在RGB颜色空间建立颜色空间网络N＝(V,E,W)，其中V为顶点的集合，E为顶点间边的集合。网络以RGB整数点为顶点，每个顶点与其26个邻域点利用无向边连接，边的权重W利用CIEDE2000距离公式计算。
4)利用多源最短路径建立色域外颜色的映射关系；
基于新建立的颜色网络N＝(V,E,W)，新提出的多源最短路径算法可以为印染机色域外的每个点搜索到对应颜色最相近的色域边缘点，建立色域外颜色点到色域边缘颜色点的多对一映射关系。
多源最短路径算法中符号及公式的定义：
Sb:印染机色域边缘颜色点集合；
Q:存储已搜索到颜色点的队列；
q(ri,gi,bi)：点q(r,g,b)邻近的第i个点，其中i∈[1,26]，i为正整数；
W(q(ri,gi,bi),q(r,g,b))：点q(ri,gi,bi)和点q(r,g,b)之间的权重；
M:显示器色域中的每个点与其26邻域的CIEDE2000距离查找表；
T:三维查找表，输入某个RGB颜色值作为下标，输出为1表示该点在印染机色域内，输出为0则反之；
D:三维查找表，输入色域外某个RGB颜色值，输出距离该点最近色域边缘点的距离；
P:三维查找表，输入色域外某个RGB颜色值，输出距离该点最近的色域边缘点；
B:三维查找表，输入色域外某个RGB颜色值，输出该点26个邻域中距离和该点相近的后续节点；
L：三维查找表，输入某个色域外某个RGB颜色值，输出为0表示该点未被访问过，输出为1则反之。
U:三维查找表，输入色域外某个RGB颜色值，输出为1表示队列Q中对应该点已失效，否则反之。
多源最短路径算法的求解过程如下：
输入：T，Sb，M
①初始化：
初始化距离查找表D为0；
将所有Sb存储到队列Q中；
初始化访问查找表L为0；
初始化查找表U为0；
利用色域边缘点集合Sb初始化最近点查找表P中边缘点距离
其最近的点为本身，其他点为空；
②判断队列Q是否为空，空则跳转到
③获取队列Q中队首的点q(r,g,b),并从队列中删除该点
④如果U(r,g,b)＝1跳转回②
⑤遍历点q(r,g,b)的26个邻域点，遍历结束后跳转到②
⑥如果点q(ri,gi,bi)在显示器色域外或T(ri,gi,bi)＝1，跳转回⑤继续遍历
⑦如果L(ri,gi,bi)＝1，跳转到⑨
⑧更新L(ri,gi,bi)为1，将q(ri,gi,bi)插入到队列Q队尾，将q(ri,gi,bi)插入到B(r,g,b)相邻的后续节点，更新P(ri,gi,bi)的值为P(r,g,b)，更新D(ri,gi,bi)的值D(ri,gi,bi)＝D(r,g,b)+W(q(ri,gi,bi),q(r,g,b))，跳转到⑤
⑨如果D(ri,gi,bi)<D(r,g,b)+W(q(ri,gi,bi),q(r,g,b)),则跳转到⑤
⑩将q(ri,gi,bi)插入到队列Q队尾，将q(ri,gi,bi)插入到B(r,g,b)相邻的后续节点，更新P(ri,gi,bi)的值为P(r,g,b)，更新D(ri,gi,bi)的值D(ri,gi,bi)＝D(r,g,b)+W(q(ri,gi,bi),q(r,g,b))
遍历B(ri,gi,bi)的后续节点并将后续节点对应位置U赋值为1，遍历完成后跳转到②
结束
输出：P
本发明的优点：在减少颜色映射中存在损失的同时，实现色域内颜色精准映射，保留图像的层次纹理等信息。
具体实施方式
1)实验样本设计及颜色数据采集；
现印染机端，任意CMYK颜色值，都可以通过CMK、CYK、MYK三种中的某一种组合进行替代。对于印染机的四个通道CMYK,分别以0％、10％、25％、40％、55％、70％、85％、100％为间隔进行采样，获得每个通道的采样点后，以CMK、CYK、MYK三种方式进行组合，通过去除冗余颜色块，获得1352个颜色样本。在无色彩管理的介入的情况下，直接印染到纺织品上，利用测色仪获得CMYK样本对应颜色值VCMYK。显示器端，对RGB值每个通道以10％为间隔选取11个等级的样本值，通过显示器端显示样本值，利用测色仪获得对应颜色值VRGB。测色仪在采集颜色过程中，显示器端采集颜色与印染布匹上采集的颜色光照条件不一致，对于采集得到的颜色值VRGB、VCMYK,首先将其转换为视锥细胞刺激值，调整视锥细胞刺激值到标准观测环境，获得标准视锥细胞刺激值，将其转换为固定光照环境D50下颜色值V′RGB、V′CMYK。通过上述步骤，可将显示器端与印染布匹上采集得到的颜色值标准化到0～1之间。
2)RGB与CMYK之间样本对映射关系的建立；
获得颜色值V′RGB、V′CMYK后，利用RBF神经网络建立V′RGB与RGB颜色之间的转换函数F：
rgb＝F(v),v∈V′RGB,rgb∈RGB
然后，利用转换函数F将V′CMYK转换到RGB颜色值，获得CMYK与RGB样本的映射关系。
3)利用CIEDE2000距离在RGB颜色空间建立26邻域网络；
在RGB颜色空间建立颜色空间网络N＝(V,E,W)，其中V为顶点的集合，E为顶点间边的集合。网络以RGB整数点为顶点，每个顶点与其26个邻域点利用无向边连接，边的权重W利用CIEDE2000距离公式计算。
4)色域内与色域外颜色映射关系的建立；
显示器的色域比印染机色域大，且显示器色域包含印染机色域。对于印染机色域内的颜色，可以通过一对一建立映射关系；对于印染机色域外的颜色，现有裁切映射算法会丢失图片的层次纹理信息。上述多源最短路径算法可以建立色域外颜色映射关系，该方法建立的色域映射关系可以保证色域内颜色的精准映射、色域外颜色色差最小映射地同时保留更多的图像层次纹理信息。
通过上述五个步骤，可以在RGB颜色空间建立RGB到CMYK之间的映射查找表，实现显示器颜色到印染机颜色精准映射，最大程度保留图像的层次纹理信息。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围的不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。
Claims (1)
1.基于空间网络用于纺织品喷墨印染的颜色色域映射方法包含的主要步骤：
1)实验样本设计；
印染机端，任意CMYK颜色值，可以通过CMK、CYK、MYK三种中的某一种颜色值替代。对于CMYK四色通道，分别以0％、10％、25％、40％、55％、70％、85％、100％为间隔进行采样，获得每个通道的采样点后，以CMK、CYK、MYK三种方式进行组合，通过去除冗余颜色块，获得1352个印染颜色样本。显示器端，对RGB值每个通道以10％为间隔选取11个等级的样本值，通过三个通道组合获得显示样本集；
2)RGB与CMYK之间样本对映射关系的建立；
RGB与CMYK之间样本对映射关系的建立主要包含三个步骤：首先通过测色仪分别获取显示器样本RGB与印染机样本CMYK的颜色值VRGB、VCMYK，将采集到的颜色值VRGB、VCMYK转换到同一观测环境下颜色值V′RGB、V′CMYK。然后，利用RBF神经网络建立V′RGB与RGB颜色之间的转换函数F：
rgb＝F(v)，v∈V′RGB，rgb∈RGB
最后，利用转换函数F实现V′CMYK到RGB之间的转换，建立CMYK与RGB样本对之间的映射关系；
3)利用CIEDE2000距离在RGB颜色空间建立26邻域网络；
在RGB颜色空间建立颜色空间网络N＝(V，E，W)，其中V为顶点的集合，E为顶点间边的集合。网络以RGB整数点为顶点，每个顶点与其26个邻域点利用无向边连接，边的权重W利用CIEDE2000距离公式计算。
4)利用多源最短路径建立色域外颜色的映射关系；
基于新建立的颜色网络N＝(V，E，W)，新提出的多源最短路径算法可以为印染机色域外的每个点搜索到对应颜色最相近的色域边缘点，建立色域外颜色点到色域边缘颜色点的多对一映射关系。
多源最短路径算法中符号及公式的定义：
Sb:印染机色域边缘颜色点集合；
Q:存储已搜索到颜色点的队列；
q(ri，gi，bi)：点q(r，g，b)邻近的第i个点，其中i∈[1，26]，i为正整数；
W(q(ri，gi，bi)，q(r，g，b))：点q(ri，gi，bi)和点q(r，g，b)之间的权重；
M:显示器色域中的每个点与其26邻域的CIEDE2000距离查找表；
T:三维查找表，输入某个RGB颜色值作为下标，输出为1表示该点在印染机色域内，输出为0则反之；
D:三维查找表，输入色域外某个RGB颜色值，输出距离该点最近色域边缘点的距离；
P:三维查找表，输入色域外某个RGB颜色值，输出距离该点最近的色域边缘点；
B:三维查找表，输入色域外某个RGB颜色值，输出该点26个邻域中距离和该点相近的后续节点；
L：三维查找表，输入某个色域外某个RGB颜色值，输出为0表示该点未被访问过，输出为1则反之。
U:三维查找表，输入色域外某个RGB颜色值，输出为1表示队列Q中对应该点已失效，否则反之。
多源最短路径算法的求解过程如下：
输入：T，Sb，M
①初始化：
初始化距离查找表D为0；
将所有Sb存储到队列Q中；
初始化访问查找表L为0；
初始化查找表U为0；
利用色域边缘点集合Sb初始化最近点查找表P中边缘点距离其最近的点为本身，其他点为空；
②判断队列Q是否为空，空则跳转到
③获取队列Q中队首的点q(r，g，b),并从队列中删除该点
④如果U(r，g，b)＝1跳转回②
⑤遍历点q(r，g，b)的26个邻域点，遍历结束后跳转到②
⑥如果点q(ri，gi，bi)在显示器色域外或T(ri，gi，bi)＝1，跳转回⑤继续遍历
⑦如果L(ri，gi，bi)＝1，跳转到⑨
⑧更新L(ri，gi，bi)为1，将q(ri，gi，bi)插入到队列Q队尾，将q(ri，gi，bi)插入到B(r，g，b)相邻的后续节点，更新P(ri，gi，bi)的值为P(r，g，b)，更新D(ri，gi，bi)的值D(ri，gi，bi)＝D(r，g，b)+W(q(ri，gi，bi)，q(r，g，b))，跳转到⑤
⑨如果D(ri，gi，bi)＜D(r，g，b)+W(q(ri，gi，bi)，q(r，g，b)),则跳转到⑤
⑩将q(ri，gi，bi)插入到队列Q队尾，将q(ri，gi，bi)插入到B(r，g，b)相邻的后续节点，更新P(ri，gi，bi)的值为P(r，g，b)，更新D(ri，gi，bi)的值D(ri，gi，bi)＝D(r，g，b)+W(q(ri，gi，bi)，q(r，g，b))
遍历B(ri，gi，bi)的后续节点并将后续节点对应位置U赋值为1，遍历完成后跳转到②
结束
输出：P。
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