Проектирование технологии печатных процессов для переиздания книжного образца

2.2.5 Соответствие цвета и метамеризм Два спектра, описанные N-компонентными векторами f и g, хроматически совпадают друг с другом, когда они производят одинаковые трехцветные значения, т.е.

Так как Ас это N × 3 матрица с N> 3, то система уравнений может иметь несколько решений, что подразумевает, что разные спектры могут привести к одинаковой стимуляции цвета. Это явление называется метамеризмом и означает, что два разных спектра дают в результате одинаковые трехцветные значения, то есть, кажущийся одинаковый цвет, при данной освещенности. Пара различных спектров производящих те же трехцветные значения называется метамерной, а их равенство называется метамерным равенством, в отличие от спектрального равенства. 

Одним из последствий  метамерии двух цветов является то, что они соответствуют при данном источнике света и отличаются при просмотре под другим освещением. Это иногда приводит к практическим ошибкам, например, когда одежда, идеально совпадающая по цвету в раздевалке может оказаться совершенно разной в уличных условиях. Помимо некоторой проблематичности, метамерия является основой для обычного воспроизведения цвета, используя три основных цвета для достижения колориметрического (а не спектрального) равенства целевому цвету (п. 2.4). 

Для описания различных типов метамерии, CIE рекомендовала использовать метамерные индексы. Индекс Метамерии Источника Света учитывает разницу в цвете между метамерной парой, вызванное заменой опорного источника света (желательно D65) с помощью тестового источника. Индекс Метамерии Наблюдателя измеряет цветовое отличие между метамерной парой, вызванное заменой эталонного наблюдателя (2° или 10 ° наблюдателя) Стандартным Отклонением Наблюдателя (Standard Deviate Observer), имеющих различные спектральные чувствительности. (Hunt, 1998) 

2.2.6 CIELAB цветовое пространство Трехцветной значения CIEXYZ служат основой для Колориметрии, представляющие цвета в трехмерном цветовом пространстве XYZ. Естественно, и практически полезно связать различия в цветовом пространстве XYZ с воспринимаемыми различиями. К сожалению, зрительная система сложно устроена и чувствительность глаза к свету нелинейно, в отличие от трехцветных значений, которые линейно связаны со спектральной силой света (уравнение 2.3). Таким образом, цветовое пространство XYZ воспринимаемо-неоднородно, т.е. евклидовы различия в цветовом пространстве XYZ между цветами не соответствуют воспринимаемым различиям цвета. 

Для линейного определения евклидова расстояния в цветовом пространстве и получения воспринимаемого цветового различия, необходимо перцептивно-однородное цветовое пространство. В 1976 CIE предложил CIE 1976 (L*A* B *) цветовое пространство, (CIELAB), которое близко к однородному. CIELAB координаты вычисляются с использованием нелинейных преобразований из трехцветных XYZ значений, как:

где

Значения Xn, Yn и Zn относятся к трехцветным CIEXYZ значения эталонного белого, как правило, представленного одним из CIE стандартных осветителей. Использование опорного белого – это попытка объяснить адаптивные характеристики визуальной системы. Цель использования линейной модели на более низких уровнях света объясняется тем, что колбочки становятся менее чувствительными, а палочки более активными при низком уровне освещения (Трассел, 2005). 

Цветовое пространство CIELAB определяется тремя координатами, L *, представляющую светлоту, а*, представляющую красно-зеленую ось, и b*,представляющую желто-синюю ось, см. рис. 2.5. Масштаб L * от 0 до 100, где 0 представляет черный, а 100 эталонный белый. CIELAB использует цилиндрические координаты, определяющие CIE 1976 насыщенность как,

и цветовой оттенок, как угол (hue-angle),

Важно отметить, что цветовое пространство CIELAB лишь приблизительно однородно, иногда называется псевдо-однородным цветовым пространством. Еще имеются существенные различия в соответствии воспринимаемых цветовых различий в различных частях пространства CIELAB, с особенно проблематичной синей областью (Sharma, 2003). Так как пока нет идеального равномерного цветового пространства, цветовое CIELAB пространство, вероятно, представляет собой наиболее важную колориметрическую систему в настоящее время (Kipphan, 2001). 

2.2.7 Формула цветового различия При сравнении цветов желательно найти меру воспринимаемой разницы в характере цвета. Формула цветового различия разработана, чтобы дать количественную оценку воспринимаемой разницы в цвете между парой образцов цвета при заданном наборе условий. Одна простая и широко используемая формула цветового различия это CIE 1976 L*A*B* ΔЕ*аb, соответствующая евклидовому расстоянию в CIELAB цветовом пространстве, т.е.

где ΔL*, Δa* и Δb*, изменения L*, a* и b*, соответственно, между парой образцов. Альтернативная формулировка CIE 1976 цветового различия выражается через разницу в светлоте, ΔL*, насыщенности, ΔC*аb, и оттенка, ΔH*аb, как:

Обратите внимание, что тоновое различие не определяется как различие в угле, h*ab, но, как:

Воспринимаемая  интерпретации ΔE*ab не является простой и существует ряд других интерпретаций. Едва заметное цветовое различие (Just Noticeable Difference, JND) составляет около 1 ΔE*ab (Hunt, 1995), но меняется для различных частей CIELAB пространства. Практический метод для интерпретации цветового различия ΔE*ab в графических приложениях, представлен в Таблице 2.1 (Hardeberg, 2001):

В перцептивно-равномерном пространстве Евклидово расстояние будет обеспечивать хорошее измерение воспринимаемого цветового различия. Тем не менее, неравномерности CIELAB приводят к изменениям в соответствии восприятия к ΔE*ab в различных частях цветового пространства. В 1994 году CIE предложила пересмотренную формулу цветового различия, которая включает в себя поправку на неравномерность CIELAB (CIE, 1995). CIE94 цветовое различие, ΔE*94, определяется по формуле:

где весовые функции SL, SC и SH меняются в зависимости от насыщенности эталонного образца, как:

Параметрические факторы kL, kC, kH включены для учета влияния условий просмотра и освещения. При нормальных условиях они установлены как:

Заданная цветовая разница, представленная одинаковыми по размеру сферами в ΔE*ab, в ΔE*94 изображается эллиптическими областями, с размером и формой, варьирующимися в цветовом пространстве. Для нейтральных цветов ΔE*94 равна ΔE*ab, в то время как ΔE*94 становится меньше для более насыщенных цветов. 

Дальнейшие попытки улучшить равномерность для формулы цветового различия построены в виде CIEDE2000 (Lou и др., 2000;. CIE, 2001). Помимо насыщенности и тоновых весовых значений функций, используемых в CIE94, CIEDE2000 включает в себя ряд дополнительных параметров, компенсирующих неравномерность CIELAB. Тем не менее, улучшения достигнутые за счет применения более продвинутой коррекции в формуле оказались незначительными по сравнению с улучшениями в CIE94 формуле (Melgosa, 2004). Поздние исследования доказали наличие систематических погрешностей в текущей CIEDE2000 формуле и не подтвердили ее преимущества перед CIE94 цветовым различием (Грейнджер, 2008). 

2.3 Измерения цвета 2.3.1 Устройства Средства измерения цвета можно разделить на две основные категории: широкополосные и узкополосные инструменты. Широкополосные инструменты используют широкополосные фильтры для фильтрации входящего излучения и обеспечивая до трех цветовых сигналов. Фотометры измеряют только яркость, денситометры дают оптическую плотность для красного, зеленого и синего цветов. Колориметры записывают CIE трехцветные значения непосредственно с помощью фотоэлементов в сочетании с цветными фильтры приспособленными таким образом, чтобы соответствовать CIE функциям цветового соответствия. Они быстры и относительно недороги, но их точность ограничена, потому что трудно создать фильтры, которые бы точно соответствовали функциям цветового соответствия. Точные колориметрические измерения требуют вычисления спектральных данных мощности, поступающих с узкополосных устройств.

Измерение спектральных данных включает в себя спектрорадиометрию или спектрофотометрию. В спектрорадиометрии, входящее излучение измеряется в узкой полосе длин волн по всему спектру, используя спектрорадиометры. В спектрофотометрии, количество отраженного света от объекта сравнивается с падающим светом, что обеспечивает измерение спектрального отражения для образца. Оба спектрорадиометры и спектрофотометры нуждаются в средствах диспергирования света в спектр, для того чтобы свет можно было измерить на разных длинах волн. Обычно свет рассеивается с использованием решеток, хотя призмы и узкополосные интерференционные фильтры могут также использоваться. Рассеянное излучение затем регистрируется фотоэлементами. В случае спектрофотометров источник света также требуется, чаще всего это вольфрам-галогенновые лампы или лампы с ксеноновой вспышкой. Когда образцы содержат флуоресцентные отбеливающие агенты, FWA, УФ полоса источника света будет влиять измерения. Исследования показали, что даже небольшие изменения в присутствии УФ, оказывают воздействие на измеряемый спектр отражения для бумаг, содержащих FWA (Andersson &Норберг, 2007). 

В большинстве  случаев считается достаточным разделить спектр на промежутки в 5 нм, но в некоторых случаях интервалы в 10 нм или 20 нм также уместны. CIE цветовые функции соответствия сведены в диапазоне от 360 до 830 нм, но для большинства колориметрических целей считается достаточным использовать диапазон от 380 до 780 нм. Некоторые устройства используют меньший диапазон длин волн, как правило от 400 до 700 нм. (Hunt, 1998) 

2.3.2 Измерение геометрии Важным моментом измерения цвета является геометрия просмотра и освещение. CIE рекомендовала 6 различных геометрий для колориметрического измерения отражающих образцов и еще 6 для работы в проходящем свете (Hunt, 1998). Общий механизм для измерения отражения в графической промышленности применяет 45°/ 0° геометрию, обозначая 45° как угол падения с детектором, установленным к нормали поверхности. Такая геометрия предназначена для уменьшения эффекта зеркального отражения и представляет собой типичные условия просмотра. Недостатком является то, что результат зависит от топологии поверхности из-за направленности освещения. 

0° геометрия, обозначающая диффузное освещение и измерение через нормаль к поверхности, обычно используется для измерения цвета в бумажной промышленности. Диффузное освещение обеспечивается интегрирующей сферой, внутри покрытой высокоотражающим материалом, обычно, сульфатом бария. Образец помещается напротив отверстия в сфере и освещение устанавливается так, чтобы ни образец, ни детектор напрямую не освещались, т. е. так, чтобы диффузный поток достигал только образца, и свет от источника не попадал на детектор. (Pauler, 1998) 

2.3.3 Точность и аккуратность цветовых измерений Под точностью подразумевается согласованность, при которой можно проводить измерения, то есть способность обеспечить стабильные и воспроизводимые результаты. Точность зависит от случайных ошибок и наиболее распространенные их источники это колебания чувствительности, электронные шумы и подготовка образцов. Под аккуратностью подразумевается степень, при которой измерения согласуются со сделанными с помощью стандартных инструментов или процедуры, при которой все возможные ошибки сведены к минимуму. Аккуратность зависит от систематических ошибок и общие приемы борьбы с ними в современных инструментах это калибровка длины волны, линейность датчиков, геометрия измерения и поляризация. 

Степень важности точности и аккуратности зависит от процедуры. Например, когда один и тот же инструмент используется для контроля однородности продукта, то хорошая точность является жизненно важной, и аккуратностью можно пренебречь. При сравнении колориметрических результатов, полученных различными инструментами, высокая аккуратность имеет решающее значение. Кроме того, чтобы любое сравнение было значимым, необходимо, чтобы источник света, стандартный наблюдатель, и геометрия измерений принимали одинаковый вид (Hunt, 1998).

 2.4 Воспроизведение изображения В реальном мире, цвета существуют как пространственные вариации спектрального распределения излучения и отражения. Для съемки этих явлений цифровым записывающим устройством цвета, изображения должны быть разложены как пространственно, так и спектрально. Отснятые цветные изображения воспроизводятся из записанных данных, как правило, с помощью аддитивного или субтрактивного смешения цветов из набора основных цветов. 

2.4.1 Получение цветных изображений Цифровые устройства записи цвета состоят в основном из цифровых камер или сканеров, работающих на аналогичным образом. Цветовая информация записывается оптико-электронными датчиками, которые производят пространственную выборку изображения. Свет от изображения проходит через ряд цветных фильтров различного спектрального пропускания прежде чем он достигнет датчиков. Фильтры пропускания обычно состоят из набора красного, зеленого и синего фильтров, составляя RGB-изображения. 

Датчики в цифровых камерах, как правило, расположены в виде двумерных массивов, позволяя изображению поместиться в одной экспозиции. Существуют различные схемы для разделения цветов RGB-каналов. Наиболее распространенная схема это цветовой фильтр массивов (CFAS), где каждая ячейка датчика покрыта пропускающим фильтром одного из основных цветов. Наиболее часто используемые мозаики для фильтров включают модель Байера, с 50% зелеными клетками, расположенными в шахматном порядке и переменными линиями красных и синих клеток. Другие методы разделения цвета применяют цветовые последовательности, где изображение строится из последовательных экспозиций с переключением фильтров, а также несколькими датчиками, в котором спектр разделяется на красный, зеленый и синий цвета, используя светоделитель и регистрирующийся тремя отдельными монохромными датчиками (Paraluski &. Spoulding, 2003).