淺析色域可視化技術(shù)研究現(xiàn)狀

李志金

隨著計算機(jī)科學(xué)技術(shù)及色彩相關(guān)領(lǐng)域的不斷發(fā)展，不同印刷媒介之間的保真色彩再現(xiàn)成為印刷行業(yè)的一直在努力解決的一個難題。色域可視化技術(shù)成為在印刷行業(yè)發(fā)展過程中的一個重要科研領(lǐng)域，隨著數(shù)字圖形學(xué)以及圖像處理技術(shù)的不斷發(fā)展，色域可視化技術(shù)也日趨成熟與多樣化。

色域

現(xiàn)實情境中，物體的顏色是由于物體產(chǎn)生的光刺激對人的視覺神經(jīng)進(jìn)行刺激產(chǎn)生的綜合感覺，但是在實際應(yīng)用中卻要有一個固定的標(biāo)準(zhǔn)和度量來對顏色進(jìn)行描述和復(fù)制。為了解決這個問題，國際照明委員會（CIE）定義了色域這個概念來對物體的顏色集合進(jìn)行描述，依照CIE的定義，色域（Color Gamut）指的是在某一個顏色空間中（如CIELab等）使用一個閉合的實體來代表在某個特定的觀察條件下，某一個復(fù)制媒介（或者色彩空間）能夠表達(dá)的顏色的集合。依照對象的不同，可以將色域分為圖像色域、設(shè)備色域以及色彩空間色域這3個類型。該定義強(qiáng)調(diào)了在特定的觀察條件下，例如特定的照明條件等，所以色域不是一個一成不變的屬性，而是隨著觀察條件的變化而變化。

色域可視化

在實現(xiàn)色彩復(fù)制的過程中要想實現(xiàn)完全的色彩再現(xiàn)需要源色域和目標(biāo)色域完全匹配，但是在實際的情境中，由于成像機(jī)理、元件器材、色域空間等問題，目標(biāo)色域和源色域往往差距很大。不同色域之間的轉(zhuǎn)換為了保證彩色信息盡可能精準(zhǔn)地再現(xiàn)，需要在色域空間中進(jìn)行映射，稱之為色域映射。然而要相對色域進(jìn)行映射又需要對色域進(jìn)行精確的描述。色域邊界描述方法有多種最常用的有凸殼算法、分區(qū)最大化算法以及基于紐介堡方程與KubelkaMunk方程等的特征化模型。

為了實現(xiàn)不同色域在復(fù)制過程中的比對與匹配，達(dá)到真正的“所見即所得”的顏色復(fù)制與再現(xiàn)的目標(biāo)，需要一種更直觀的方式來對色域進(jìn)行展示，可視化技術(shù)（Visualization Technology）在顏色復(fù)制方面的應(yīng)用應(yīng)運(yùn)而生。

色域可視化技術(shù)是利用計算機(jī)呈像與圖像處理技術(shù)對各種色域、色域映射關(guān)系與映射過程進(jìn)行直觀的圖形圖像化展示，并進(jìn)一步對其處理和交互的技術(shù)。它包含了圖像處理、計算機(jī)圖形學(xué)、計算機(jī)視覺以及計算機(jī)輔助設(shè)計等多個領(lǐng)域，是現(xiàn)階段印刷發(fā)展必不可少的色域觀測、匹配與交互的載體。

可視化發(fā)展現(xiàn)狀

由于三刺激值法中的顏色可以由3個值表示，所以色域可以由3D顏色空間中的對象表示。因此，色域的2D可視化必須通過3D場景的2D渲染或者通過簡單地例如僅顯示某些橫截面來簡化問題。

設(shè)備色域可視化的傳統(tǒng)方式是在2D xy色度圖中繪制其輪廓。后來衍生出了包括將在繪制CIELab中L*和C_ab^*的色域邊界作為給定的h_ab的值，或?qū)⑸驅(qū)嶓w的投影到不同的主平面上，例如CIELab中的（a*，b*）。Herzog將C_ ab^*作為L*的函數(shù)，以恒定色調(diào)以及圖像的直方圖（圓圈）一起繪制，從而表明超色域的顏色。其他還有包括繪制hab，L*以及C_ab^*的色域體積，或者灰度中顯示C_ab^*作為hab和L*的函數(shù)。

早在1935年，MacAdam通過使用輪廓線引入了xyY色度圖的第三維。類似的技術(shù)也在以后出現(xiàn)過，MacAdam還呈現(xiàn)了在xyY色彩空間中限定光源C下一個覆蓋所有可獲得的顏色的表面的立體照片。1988年，Stone等將理想化設(shè)備色域的正交視圖呈現(xiàn)為“真實”彩色固體。隨著計算能力的增加，以色彩固體，線框輪廓或兩者的組合表示的色域的準(zhǔn)實際透視效果變得很普遍。特別吸引人的是使用部分透明的固體。當(dāng)可視化的色域是從離散的測量顏色中知道或者是一個圖像色域時，它也可以被視為點云。另一種有啟發(fā)性的技術(shù)是將色域描繪為由“真實”彩色平面組成的葉結(jié)構(gòu)，例如，恒定的色調(diào)或恒定的亮度，在這種平面中的色域邊界的線也最近用于可視化。一個稍微不同的方法是直接在圓柱坐標(biāo)中工作，并將色度作為亮度和色調(diào)的函數(shù)，結(jié)合C_ ab^*（L^*，h_ab）繪制成表面。

可以通過在相同的坐標(biāo)系中將色域表示為不同類型（實體、線框等）的對象，或者通過從設(shè)備色域之間的差異生成實體來直接地比較不同的色域。當(dāng)僅顯示部分色域時，這些差異可以變得更加清晰，無論是固體還是作為顏色編碼的點云。與顏色相關(guān)的其他數(shù)量也可以從可視化獲得。與色域映射算法相關(guān)聯(lián)的位移向量可以顯示為箭頭或線段，與測量不確定度相關(guān)聯(lián)的誤差作為球體，以及用于不同大小的球體的圖像的顏色直方圖。

現(xiàn)階段，國內(nèi)外已經(jīng)存在了許多色彩可視化商業(yè)軟件和程序，可以實現(xiàn)圖像文件，以及設(shè)備色彩特性化文件（ICC Color Profile，ICC）的讀取與顯示，例如美國Chromix公司的商業(yè)化軟件Color Think Pro，使用界面如圖5。

還有美國ImatestLLC公司的商業(yè)化軟件Gamutvision，見圖6。

以及挪威國家顏色實驗室的ICC3D，值得一提的是ICC3D能夠?qū)崿F(xiàn)部分的交互功能，這些都對顏色復(fù)制中的可視化技術(shù)進(jìn)行了非常有益的探索，但真正的交互技術(shù)仍是一個難題。

相對而言，國內(nèi)對于可視化技術(shù)在顏色復(fù)制中的研究深度還尚有欠缺。在可搜集到的文獻(xiàn)范圍內(nèi)，胡太銀、馬鮮艷、息麗麗、王義峰、劉瑞華對色域邊界描述及可視化技術(shù)進(jìn)行了探討，但在整體系統(tǒng)的建立與完善，三維交互技術(shù)的設(shè)定與實現(xiàn)上在系統(tǒng)性和創(chuàng)新性及應(yīng)用性方面也顯得不足，還沒有出現(xiàn)一個完整的可視化工具。 （基金項目： 制漿造紙工程國家重點實驗室）endprint