多墨打印系统的Neugebauer光谱特征化模型研究.pdf

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1、浙江大学硕士学位论文 摘要 摘要 随着光谱成像技术的发展，打印系统光谱特征化研究也逐渐成为相关领域的 研究重点重构目标色的光谱反射比以复现该颜色的方法具有诸多优点，如预测 精度高、可避免同色异谱现象等。相对于传统的四墨打印机，多墨打印系统具有 更大的色域、更多的候选配方组合，为光谱图像的精确复现提供了很好的硬件平 台。因此，本文采用胞元式Y u l e N i e l s e n 指数修正的光谱式N e u g e b a u e r 模型( 简称 为C Y N S N 模型) 对多墨打印系统的设备特征化研究具有重要的理论意义和应用价 值。 首先，本研究实验测定了1 2 墨彩色打印系统l i

2、pD e s i g r ! i e tZ 3 2 0 0 p s 的各项物理 特性，包括墨水干燥时间、墨水稳定性、均匀性、重复性、阶调响应曲线、色域 以及墨量限制等。然后，通过设计并制作训练样本建立了5 个三墨和6 个四墨正向 C Y N S N 模型，同时对网点扩大模型和Y u l e N i e l s e n 甩f a c t o r 进行了优化，最终确定 参数设置，各正向模型的平均色差A E o o ( D 6 5 ，1 0 0 ) 均小于或接近1 同时，基于线性 回归迭代算法和J G u o 等人提出的胞元搜索算法，建立了四类反向C Y N S N 模型， 均具有优异的可逆性，大部

3、分模型的平均色差t X E o o ( D 6 5 ，1 0 0 ) 为0 2 左右以其中一 类反向模型为例，通过打印预测配方测试了各反向C Y N S N 模型的实际精度，且达 到了较好的复现效果，其平均同色异谱指数均小于0 7 ，但此类反向模型具有一定 的系统误差。此外，比较了光谱式与三刺激值式C Y N S N 模型的精度，验证了光谱 式模型具有更高的预测精度、且可以有效减少同色异谱现象。 分色准则算法是一种如何从候选配方中选择最优配方的方法。针对所建立的 l1 , 个C Y N S N 模型，本课题比较和分析了7 种基于光谱匹配精度指标的分色准则算 法实验结果显示7 种分色算法对打印样

4、本的预测精度和实际精度较为一致，因此 只需采用最简单的算法即最小z X E 0 0 0 3 6 5 ，1 0 0 ) 即可对于孟塞尔检验样本，结合一 个色差和两个同色异谱指数的指标a v g E o o & M 1 分色方法的表现最好。除了很少一部 分低明度的打印样本和位于中高明度或彩度的黄色孟塞尔色样，a v g E o o & M I 对其它 色区的绝大部分样本的实际精度都较高，其平均色差和同色异谱指数均在2 附近 本课题提出了基于波长校准和主元分析法的两类正向和反向C Y N S N 模型标 定算法两类方法均通过新墨盒打印少量标定样本建立与原墨盒颜色特性之问的 关系，实现了以现有特征化模

5、型在新打印环境中的高精度预测通过对检验样本 I I I 浙江大学硕士学位论文摘要 标定精度的比较分析，基于主元分析法的P P M ( p r i n t & p r e d i c tm o d e l ) 对现有的正向 C Y N S N 模型标定效果最好，相对于基于波长校准的算法分别下降了0 11 1 8 4 个 A E o o 单位( 平均为0 6 2 ) ，有些情况下甚至高于原墨盒的原始精度，因为其对墨水 颜色变化进行高精度建模，同时还补偿了部分现有正向C Y N S N 模型的系统误差。 至于反向C Y N S N 模型，两类方法均达到了预期的效果，基于波长校准的算法精度 相对更高，

6、而基于主元分析法的方法在个别情况下对人眼敏感波段的标定精度尚 不理想 最后，对本论文研究的主要内容和结论进行了总结，并对后继进一步的研究 工作做出了展望。 关键词：颜色复现，光谱重构，多墨打印系统特征化，胞元式N e u 咖a 嘴r 模 型，Y u l e N i e l s e n 效应，分色准则，打印系统标定。 烈 浙江大学硕士学位论文 A b s t r a c t A b s t r a c t W i t ht h ed e v e l o p m e n to fs p e c t r a li m a g i n gt e c h r D l o g y , s p e c t

7、r a l - b a s e dp r i n t e r c h a r a c t e r i s a t i o nh a sb e c o m eah o tr e s e a r c hf o c u si nt h er e l a t e df i l e d R e c o n s t r u c t i n g s p e c t r a lr e f l e c t a n c eo fac o b u rt a r g e tf o rr e p r o d u c t i o no f f e r sm a n ya d v a n t a g e s ，s u c

8、ha s h i 曲a c c t r a c ya n de l i m i n a t i n gt h em e t a m e r i s m C o m p a r e d t ot r a d i t i o n a l4 - i n kp r i n t e r s ， m u l t i - i n kp r i n t e r sh a v em u c hl a r g e rc o o u rg a m u ta n dn l D r ec a n d i d a t er e c i p e s ，w h i c h p r o v i d eag r e a tp l

9、 a t f o r mt oa c c u r a t e l yr e p r o d u c es p e c t r a li m a g e s H e i n e ，w i t ht h e a d o p t i o no ft h ec e l l u l a rY u l e N i e l s e ns p e c l r a lN e u g e b a u e r ( C Y N S N ) m o d e lt h es t u d y o fm u l t i - i n kp r i n t e rc h a m t e r i s a t i o nm o d

10、e l si so fg r e a ts i g n i f i c a n c ea n dh a sp r a c t i c a l v a l u e s F i r s to f a l l , t h ep h y s i c a lc h a r a c t e r i s t i c so f t h e1 2 一i n kc o b t rp r i n t e rI - I PD e s i g n j e t Z 3 2 0 0 p sw e r ei n v e s t i g a t e d i nt e r m so fi n kd r y i n gt i m

11、e ，s t a b i l i t y , u n i f o r m i t y ，t o n e r e p r o d u c t i o nc u r v e ，c o l o u rg a m u ta n di n kl i m i t N e x t , t h et r a i n i n gd a t aw e r ed e s i g n e d a n dg e n e r a t e dt ob u i l df i v e3 - i n ka n ds i x4 i n kf o r w a r dC Y N S Nr m d e l s M e a n w h i

12、 l e ， t h em o d e lp a r a m e t e r sw e r ed e t e r m i n e db yo p t i m i z i n gt h ed o tg a i nm o d e la n d Y u l e - N i e l s e n 刀- f a c t o r T h ea v e r a g ec o l o rd i f f e r e n c e s E o o ( D 6 5 ，1 0 0 ) o f t h e11f o r w a r d m o d e l sw e r el e s st h a n , o rl t a

13、l - t o1 S u b s e q u e n t l y , t h el i n e a rr e g r e s s i o ni t e r a t i o na n d t h ec e U - s e a r c h i n ga l g o r i t h mp r o p o s e db yJ G u ow e r ee m p l o y e dt ob u i l d4t y p e so f b a c k w a r dC Y N S Nm o d e l s ，e a c ho fw h i c hh a d9 0 0 dr e v e r s i b i l

14、 i t y , a n dt h em e a nc o l o r d i f f e r e m e sA E 0 0 ( D 6 5 ，1 0 0 ) w e r ea p p r o x i m a t e l y0 2f o rm o s tm o d e l s T a k i n go n et y p e o fb a c k w a r dm o d e lf o re x a m p l e ，t h ep r e d i c t e dr e c i p e sw e r ep r i n t e dt oe v a l u a t et h e a c t u a l

15、a c c u r a c yo fb a c k w a r dC Y N S Nm o d e l s ，a n dt h er e p r o d u c t i o np e r f o r r m n c ew 弱 g o o d ( m e a nm e t a m e r i s mi n d i c e 0 0 0 8 8 5 6 ( 2 4 ) 【厂( ，) = 7 7 8 7 1 + 1 6 川6 I 0 0 0 8 8 5 6 、。 式中，工KZ 为颜色的三刺激值，碥，K 、磊为C I 晰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Y n = 1

16、0 0 。， 在C I E L A B 颜色空间中，除了三，a ，6 之外，彩度，。b 和色调角办a b 因其与视觉 感知对应故也经常被用于表征颜色。彩度C 。b 是在颜色空间的等明度面上，由坐标 原点到颜色样品的色品坐标( 口，6 ) 的距离，其值越大表示颜色越艳。利用公式( 2 5 ) 可以分别算出颜色样品在C I E L A B 均匀颜色空间中的彩度和色调角： C 。2 。h ：= 乜f l m a 一 ，) ( 2 6 + ( b 口 ) ) 2 】l 72 ( 2 5 ) 吃6 = t a n - 1 ( 6 口) 对于色调角办a b ，当口 0 且6 。 0 时，0 0 O 时，9

17、 0 。 O J ；L b - - j 和努力，本研究基本达到了预期的目标，并取得了相应的 成果。但是，由于时间、精力和实验设备等相关因素所限，本文尚存在一些不足 之处，有待未来作进一步的深入和探索。 ( 一) 网点扩大模型的研究。本实验中采用单次模型并不能很好地描述墨水 叠印色样的网点扩大情况。因此，可以参考已有的方法，进一步研究网点扩大模 型，以提高正向C Y N S N 模型的精度。 ( 二) 反向C Y N S N 模型的优化。对于打印系统光谱特征化模型，其数据量较 大，所以在兼顾精度的同时，提高模型的效率是十分重要的。可从反向Y N S N 算法 和胞元搜索算法入手，进一步改进反向C

18、 Y N S N 模型的算法效率，以实现驱动打印 系统高速准确地打印高分辨率光谱图像 ( 三) 标定算法的优化和拓展应用。针对7 2 3 节中基于主元分析法的标定方 法在个别情况下对人眼敏感波段的标定精度不理想的情况，可通过后续实验验证 在标定过程中分配一定的权重给重要波段的光谱数据是否会降低此现象的发生。 在5 2 2 节中，反向C Y N S N 模型的复现光谱反射比普遍低于目标光谱反射比，作者 认为本课题中所提出的两类标定方法可用于改善这种情况的发生，但须进一步的 验证另外，也可将这两类方法应用于其它打印系统光谱特征化模型( 如 Y u l e C h p p e r 模型等) 的标定

19、( 四) 复现光谱图像。本课题的所有研究都基于色块的光谱复现。因此，可 将本研究扩展到光谱图像的打印输出，实现原图像与复现图像的完美匹配，这非 常具有实用价值。但是，复现光谱图像需综合考虑单个像素的精度和像素之间的 连续性，同时还涉及到光谱色域映射方面的研究。 浙江大学硕士学位论文 参考文献 参考文献 【1 】H Z e n g , a n dM N i e l s o n C o l o rt r a n s f o r m a t i o na c c u r a c ya n de f f i c i e n c yi nI C C c o l o rr m n a g e m e n

20、t P r o c C I C10 ，I S & T S I D ，2 0 0 2 ，2 2 4 - 2 3 2 【2 】I n t e r n a t i o n a lC o b rC o n s o r t i u m I C C 1 ，2 0 0 4 ，V e r s i o n4 2 ，6 8 【3 】廖宁放，石俊生，吴文敏数字图文图像颜色管理系统概论北京理工大学出 版社，2 0 0 9 【4 】M i c r o s o f t W i n d o w sc o l o rs y s t e m ：t h en e x tg e n e r a t i o nc ol o rm a

21、 n a g e m e n ts y s t e m h t t p ：w w w , m i c r o s o f l c o m w h d c d e v i c e d i s p l a y c o l o r 【5 】M 1 LR o s e n N a v i g a t i n gt h er o a d b l o c k st 0s p e c i a lc o l o rr e p r o d u c t i o n ：d a t a 。 e f f i c i e n tm u l t i c h a n m l i m a g i n ga n ds p e c

22、t r a lc o l o rr m n a g e m e n tP h Dt h e s i s ， R o c h e s t e rI n s t i t u t eo f T c c h n o b g y ，N e wY o r k ，2 0 0 3 【6 】S T s u t s u m i , M 1 LR o s e n , a n dR S B e r n s S p e c t r a lc o l o rm a n a g e m e n tu s i n g i n t e r i mc o n n e c t i o ns p a c e sb a s e do

23、ns p e c t r a ld e c o m p o s i t i o n C o LR e s A p p L ，2 0 0 8 ， 3 3 ( 4 ) ，2 8 2 - 2 9 9 【7 】RG W H u n t T h er e p r o d u c t i o no fc o l o u r 6 t he d E n g l a n d ：J o h nW i l e y & S o n s ， L t d 2 0 0 6 【8 】G W y s m c k i , a n dW S S t i l e s C o l o rS c i e r r , , e ：C o n

24、 c e p t sa n dM e t h o d s ，Q u a n t i t a t i v e D a t aa n dF o r m u l a e 2 n de d N e wY o r k ：J 0 h nW i l e y & S o r e ，L t d 1 9 8 2 【9 】RB a l a s u b m m a n i a n D e v i c ec h a r a c t e r 茜m i o n I n ：G S h a r m a , e A D i g i t a lC o b r i m a g i n gh a n d b o o k N e wY

25、o r k ：C R CP r e s s C h a p t e r5 2 0 0 3 【10 P E m m e l P h y s i c a lm o d e l sf o rc o b rp r e d i c t i o n I n ：G S h a r m a , e d D i g i t a lC o l o r i n , a g i n gh a n d b o o k N e wY o r k ：C R CP r e s s C h a p t e r3 2 0 0 3 【1 1 】徐海松，张显斗数字图像设备颜色特征化反向变换算法浙江大学学报( 工 学版) ，2 0 0

26、 8 ，4 2 ( 1 2 ) ，2 1 9 9 2 2 0 1 【1 2 】黎新伍一种基于N e u g e b a r 方程的打印图像色彩管理新模型光电子激光， 2 0 0 7 ，1 8 ( 1 2 ) ，1 4 7 0 - 1 4 7 3 【1 3 】朱明，刘真，陈广学基于分区纽阶堡方程的6 色印刷分色模型研究光学学 报，2 0 11 ，3 1 ( 7 ) ，0 7 3 3 0 0 1 【1 4 】S J a n g , C H S o n , T Y P a r ka n dY H H a C o l o r i m e t r i cc h a r a c t e r i z a t

27、 i o nb a s e d 浙江大学硕士学位论文 参考文献 o nc o l o rc o r r e h t i o ni nC M Y K G O p r i n t e r S P I E , 2 0 0 5 ，6 0 5 8 ，6 0 5 8 0 【15 】P E m m e LC o l o u rc a l i b r a t i o nf o rc o l o t rr e p r o d u c t i o n P r o c 2 0 0 0I E E EI S C S ，2 0 0 0 ， 1 0 5 1 0 8 【1 6 】徐海松颜色信息工程杭州：浙江大学出版社2 0

28、0 5 【17 B W a n g , H X u , M RL u o ，a n dJ G u o As p e c t r a l - b a s e dc o l o rr e p a r a t i o nm e t h o d f o ram u l t i - i n kp r i n m r C h L0 p LL e t ，2 0 1l ，9 ( 6 ) ，0 6 3 3 0 1 【18 J G u o ，H X ua n dM 1 LL u o N o v e ls p e c t r a lc h a r a c t e r i z a t i o nm e t h o d

29、f o rc o l o r p r i n t e rb a s e do nt h ec e H u l a rN e u g e b a u e rm o d e l C h i O p t L e t ，2 0 1 0 ，8 ( 11 ) ， 1 1 0 6 11 0 9 19 H E J N e u g e b a u e r , D i et h e o r e t i s c h e nG r u n d l a g e nd e sM e h r f a r b e n b m h - d r u c k s ， Z e i t s c h r i f lf a rw i s

30、s e m c h a f l l i c h eP h o t o g r a p h i e 19 3 7 ，3 6 ( 4 ) ，7 3 - 8 9 ( i nG e r m a n ) 2 0 D W y b l e ，AK r a u s h a a r T h et h e o r e t i c a lb a s i so fm u l t i c o l o rl e t t e r p r e s sp r i n t i n g T r a n s l a t i o no f ”D i et h e o r e t i s c h e nG r u n d l a g e

31、 nd e sM e h r f a r b e n d r u c k s ”C 0 1 R e s A p p l ，2 0 0 5 ，3 0 ( 5 ) ，3 2 2 3 31 21 J 八Y u l e W J N i e l s o n T h ep e n e t r a t i o no fl i g h ti n t op a p e ra n di t se f f e c to n h a l f t o n er e p r o d u c t i o n P r o c T e d kA s s o c G r a p h i cA r t s3 ，19 5 1 ，6

32、5 - 7 6 2 2 K J H e u b e r g e r , Z M J i n g , a n dS P e r s i e v C o l o rt r a n s f o r m a t i o na n dl o o k u pt a b l e s P r o c T A G A I S C C ，19 9 2 ，8 6 3 - 8 8 1 2 3 M H e b e r t , a n dR D H e r s e h R e f l e c t a n c ea n dt r a m m i t t a m em o d e lf o rr e c t o - v e

33、r s o h a l f t o n ep r i n t s ：s p e c t r a lp r e d i c t i o n sw i t hm u l t i - i n kh a l 舫n e s J O l p tS o e A m A 2 0 0 9 ，2 6 ( 2 ) ，3 5 6 3 6 4 【2 4 】RD H e r s c h , P E m m e l , a n dF C o I l a u d S p e c t r a lr e f l e c t i o na n dd o ts u r f a c e p r e d i c t i o nm o d

34、 e l sf o rc o b rh a l f , h ep r i n t s J E l e c t r o n I m a g i n 吕2 0 0 5 ，1 4 ( 3 ) ， 0 3 3 0 0 1 【2 5 】王莹，曾平，何秀芳，罗雪梅采用查找表的超四色打印光谱色彩校正方法 西安电子科技大学学报( 自然科学版) ，2 0 1 0 ，3 7 ( 1 ) ，4 1 4 8 2 6 D T 霉n g S p e c t r a l - b a s e dc o l o rs e p a r a t i o na l g o r i t h md e v e l o p m e mf

35、o rm u l t i - i n k C O I o rr e p r o d u c t i o n P h i ) t h e s i s , R o c h e s t e rI m t i t u t eo f T e c h n o l o g y , 1 9 9 9 2 7 D T z e n g , RS B e r n s S p e c t r a l - b a s e ds i x - c o l o rs e p a r a t i o nm i n i m i m gm e t a m e r i s m P r o c C I C8 ，I S & Ta n dS

36、 l D , 2 0 0 0 ，3 4 2 3 4 7 甜 浙江大学硕士学位论文参考文献 【2 8 】Y C h e n , R S B e r n sa n dL AT a p l i n S i xc o l o rp r i n t e rc h a r a c t e r i z a t i o nu s i n ga n o p t i m i z e dc e U u l a rY u l e - N i e l s e ns p e c t r a lN e u g e b a u e rm o d e LJ I m a g S c i T e c k ， 2 0 0 4 ，4

37、8 ( 6 ) ，5 19 - 5 2 8 2 9 】C I - I a i n s ，S G W a n g , a n dK K n o x D i g i t a lc o l o rh a l f t o n e s I n ：G S h a r r n a , e d D i g i t a lC o l o ri m a g i n gh a n d b o o k N e wY o r k ：C R CP r e s s C h a p t e r6 2 0 0 3 【3 0 D L i t t k w o o d ，a n dG S u b b a r a y a n M a

38、i n t a i n i n ga na c c t r d t ep r i n t e rc h a r a c t e r i z a t i o n P r o c C I C12 ，I S & Ta n dS I D ，2 0 0 4 ，2 0 3 - 210 3l 】T B a l a s u b m m a n i a n , “M e t h o df o rr e f i n i n ga ne x i s t i n gp r i n t e rc a l i b r a t i o nu s i n ga s t r o l ln u m b e ro f m e a

39、s u r e m e n t s ，”U S P a t e n t5 7 3 9 9 2 7 ，h p r 1 4 ，19 9 8 【3 2 M S h a w , G S h a r m a , 1 LB a h , a n dEN D a h l , C o l o rp r i n t e rc h a r a c t e r i z a t i o n a d j u s t m e n tf o rd i f f e r e n ts u b s l r a t e s ，”C o tR e s A p p l ，2 0 0 3 ，2 8 ( 6 ) ，4 5 4 4 6 7 3

40、 3 I LB a l a s u b m m a n i a n , O p t i m i z a t i o no ft h es p e c t r a lN e u g e b a u e rm o d e lf o rp r i n t e r c h a r a c t e r i z a t i o n J E l e c t r o n I m a g i n g , 19 9 9 ，8 ( 2 ) ，15 6 16 6 【3 4 】顾小萍对喷墨印刷中网点扩大的研究硕士学位论文，江南大学，2 0 0 6 3 5 J S A r n e y , T W ua n dC B i

41、e h m M o d e l i n gt h eY u l e - N i e l s e ne f f e c to nc o l o r ：= h a l f t o n e s J I m a g S e i T e c k ，19 9 6 ，4 2 ( 4 ) ，3 3 5 3 4 0 3 6 J S A r n e y ，a n dM K a s t u b e Ap r o b a b i l i t yd e s c r i p t i o no f t h eY u l e Ni e l s e ne f f e c tI I ： t h ei m p a c to f h

42、 a l t b n eg e o m e t r y J I r n a g S c i T c c k ，1 9 9 7 ，4 1 ( 6 ) ，6 3 7 6 4 2 3 7 】RR o l l e s t o n , B a l a s u b r a m a n i a n A c c u r a c yo fv a r i o u st y p e so fN e u g e b a u e r m o d e LP r o c C I C1 ，I S & Ta n dS I D ，19 9 3 ，3 2 - 3 7 【3 8 】D RW y b i ea n dRS B e r

43、n s ，Ac r i t i c a lr e v i e wo f s p e c t r a lm o d e l sa p p l i e dt ob i n a r y c o l o rp r i n t i n g C o LR e s A p p l ，2 0 0 0 ，2 5 ( 1 ) ，4 19 【3 9 】张彦基于光谱分析的多色半色调光谱模型的研究_ 基于I l 迮Y N S N 光谱模型 的打印机颜色特征化硕士学位论文，江南大学，2 0 0 8 4 0 J G u o D e v e l o p i n gt h e i n v e r s es p e c t r

44、a l - b a s e dN e u g e b a u e re q u a t i o n s M S C d i s s e r t a t i o n , U n i v e r s i t yo fL e e d s ，2 0 0 9 4 1 L A T a p l i n , I LS B e r n s S p e c t r a lc o l o rr e p r o d u c t i o nb a s e do nas i x c o l o ri n k i e r o m p ms y s t e m P r o c C I C 9 ，I S & Ta n dS I

45、 D ，2 0 0 1 ，2 0 9 2 1 3 4 2 J G e r h a r d ta n dJ Y H a r d e b e r g , S p e c t r a lc o l o rr e p r o d u c t i o nm i n i m i z i n gs p e c t r a l a n dp e r c e p t u a lc o l o rd i f f e r e n c e s C o LR e s A p p l ，2 0 0 8 ，3 3 ( 6 ) ，4 9 4 - 5 0 4 9 5 浙江大学硕士学位论文 参考文献 4 3 】S Z u 伍S

46、p e c t r a l - b a s e dp r i n t e rm o d e l i n ga n dc h a r a c t e r i z a t i o n J E l e c t r o n I m a g i n g ， 2 0 0 5 ，1 4 ( 2 ) ，0 2 3 0 0 8 4 4 c L i , M 1 LL u o F u r t h e ra c c e l e r a t i n gt h ei n v e r s i o no ft h eC e l l u l a rY u l e - N i e l s e n M o d i f i e dN

47、 e u g e b a u e rM o d e l P r o c C I C16 ，I S & Ta n dS I D , 2 0 0 8 ，8 4 8 8 4 5 F H I r m i , M RR o s e n , a n dI LS B e r m C o m p a r a t i v es t u d yo fm e t r i c sf o r s p e c t r a lm a t c hq u a l i t y P r o e C G I V 2 0 0 2 ，2 0 0 0 ，4 9 2 4 9 6 【4 6 】B W a n g , H X u , a n d

48、M RL u o C o l o rs e p a r a t i o nc r i t e r i af o rs p e c l r a lm u l t i i n k p r i n t e rc h a r a c t e r i z a t i o n C h i n O p tL e t ，2 0 1 2 ，1 0 ( 1 ) ，0 1 3 3 0 1 4 7 B W a n g , H X u , M & L u o ，a n dJ G l I D M a i n t a i n i n ga c c u r a c yo fc e l l u l a r Y u l e - N i e l s e ns p e c t r a lN e u g e b a u e rm o d e l sf o rd i