面向复制对象的多色半色调设备拆分式建模方法及系统与流程

本发明属于半色调设备色彩复制技术领域，具体涉及一种面向复制对象的多色半色调设备拆分式建模方法及系统。

背景技术：

多色半色调色彩复制技术是目前影像复制领域的主流技术。此项技术旨在建立原始影像数据输入控制值与设备输出色彩值之间的关联性模型(即色彩特性化模型)，进而实现复制色彩的准确控制。相比于传统四色(cmyk)复制技术，多色复制技术具有色域宽广、层次丰富、细节清晰等优势。

在上述特性化模型构建过程中，由于多色设备墨色维度较高，若对其进行整体建模往往会面临采样压力巨大的问题。为此，目前常用方法是将多色设备建模问题转换为若干三色或四色子设备建模问题。相比于高维整体建模，上述拆分式建模方法显著提高了多色设备色彩特性化模型的建模效率。

然而，由于在子模型建模层面，高精度特性化建模的实现也是以高密度采样为前提的，因此在上述拆分式建模方法基础上，对多色设备进行高精度建模仍是较为繁琐的过程。

参考文献1：wangb,xuh,luomr,etal.maintainingaccuracyofcellularyule–nielsenspectralneugebauermodelsfordifferentinkcartridgesusingprincipalcomponentanalysis.josaa2011；28:1429-1435.

参考文献2：liuq,wanxandxied.optimizationofspectralprintermodelingbasedonamodifiedcellularyule–nielsenspectralneugebauermodel.josaa2014；31:1284-1294.

参考文献3：wangb,xuh,luomr,etal.spectral-basedcolorseparationmethodforamulti-inkprinter.chineseopticsletters2011；9:063301.

事实上，在实际应用中，由于复制对象自身色彩特征各有特点，对于特定应用场合(例如，制备皮肤色色卡、化妆品色卡、古画复制等色彩组成较为单一的复制对象)并不需要对多色设备进行全色域层面的建模。因此，若能通过特定方法构建面向复制对象色彩特征的特性化模型，则不仅可以显著提高整体特性化建模的效率，也可以在此基础上通过增加特定子模型建模样本采样密度等方式，进一步提升建模精度。然而，受理论方法水平等主客观因素的制约，针对以上问题，目前学术界与工业界尚未提出有效解决方法。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决背景技术中所述问题，提出一种面向复制对象的多色半色调设备拆分式建模方法及系统。

本发明的技术方案为提供一种面向复制对象的多色半色调设备拆分式建模方法，包括以下步骤：

步骤1，将多色半色调设备以枚举形式拆分成m个四色模型，其中各模型皆含有黑色墨水；

步骤2，以步骤1中四色模型为基础，制备t级涅格伯尔梯尺，并通过视觉观察方法剔除墨量超限样本，并在此基础上完成设备墨量限制；

步骤3，利用颜色测量设备，测量步骤2中涅格伯尔梯尺样本色彩信息，并剔除相应墨量超限样本色彩数据；

步骤4，以步骤3测量所得色彩数据为基础，利用凸包算法计算步骤1中四色模型的色域体积；

步骤5，在步骤4色域体积计算基础上，通过枚举法计算模型数量为n的四色模型组合的色域体积，其中n＝1,2,3,4；随后，针对任意待复制图像，利用色域判断方法判断各四色模型组合所对应色域对于待复制图像的色域覆盖率g；

步骤6，以步骤5中四色模型组合色域覆盖率g最大化为原则，确定四色模型组合；

步骤7，若步骤6中仅一组模型组合满足条件，则其即为最优拆分；若步骤6中存在多组组合同时满足要求的情况，则首先将待复制图像进行重采样，使其像素数量降至q个，随后计算q个像素点与步骤6所选取的n个四色模型组合墨量空间中点w所对应色彩值之间的平均色差c，并以平均色差c最小化为依据，选取最终四色模型组合，完成拆分建模。

而且，步骤2中涅格伯尔梯尺级数t应大于20。

而且，步骤3中测量所得色彩信息应为光谱反射率信息或色度信息。

而且，步骤5中求取色域覆盖率g时，应将模型数量n由小到大进行尝试，若在n＝nopt＜4时，g＝100％，则无须尝试n＞nopt组合情况。其中，色域覆盖率g的求解采用inhull算法，其值等于待复制图像位于四色模型组合色域内的像素数与图像总像素数的比值。

而且，步骤7中像素点数量q的取值为100＜q＜200,且四色模型墨量空间中点w的定义为墨量各维度取值为50的点。

而且，步骤7中平均色差c的求解应采用ciede2000色差公式，采用d50/2色度条件进行计算。

本发明提供一种面向复制对象的多色半色调设备拆分式建模系统，包括以下模块：

设备枚举拆分模块，将多色半色调设备以枚举形式拆分成m个四色模型，其中各模型皆含有黑色墨水；

墨量限制模块，以设备枚举拆分模块中四色模型为基础，制备t级涅格伯尔梯尺，并通过视觉观察方法剔除墨量超限样本，并在此基础上完成设备墨量限制；

颜色测量模块，利用颜色测量设备，测量墨量限制模块中涅格伯尔梯尺样本色彩信息，并剔除相应墨量超限样本色彩数据；

色域体积计算模块，以颜色测量模块测量所得色彩数据为基础，利用凸包算法计算设备枚举拆分模块中四色模型的色域体积；

色域覆盖率计算模块，在色域体积计算模块色域体积计算基础上，通过枚举法计算模型数量为n的四色模型组合的色域体积，其中n＝1,2,3,4；随后，针对任意待复制图像，利用色域判断方法判断各四色模型组合所对应色域对于待复制图像的色域覆盖率g；

四色组合初选模块，以色域覆盖率计算模块中四色模型组合色域覆盖率g最大化为原则，确定四色模型组合；

四色组合终选模块，若四色组合初选模块中仅一组模型组合满足条件，则其即为最优拆分；若四色组合初选模块中存在多组组合同时满足要求的情况，则首先将待复制图像进行重采样，使其像素数量降至q个，随后计算q个像素点与四色组合初选模块所选取的n个四色模型墨量空间中点w所对应色彩值之间的平均色差c，并以平均色差c最小化为依据，选取最终四色模型组合，完成拆分建模。

而且，墨量限制模块中涅格伯尔梯尺级数t应大于20。

而且，颜色测量模块中测量所得色彩信息应为光谱反射率信息或色度信息。

而且，色域覆盖率计算模块中求取色域覆盖率g时，应将模型数量n由小到大进行尝试，若在n＝nopt＜4时，g＝100％，则无须尝试n＞nopt组合情况。其中，色域覆盖率g的求解采用inhull算法，其值等于待复制图像位于四色模型组合色域内的像素数与图像总像素数的比值。

而且，四色组合终选模块中像素点数量q的取值为100＜q＜200,且四色模型墨量空间中点w的定义为墨量各维度取值为50的点，四色组合终选模块中平均色差c的求解应采用ciede2000色差公式，采用d50/2色度条件进行计算。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明提出的一种面向复制对象的多色半色调设备拆分式建模技术方案，创新性的利用了墨量限制建模过程所制备色彩样本，从而将多色半色调设备的墨量限制以及拆分式建模过程合二为一，从而实现了建模过程的简化。该技术方案通过色域判断方法，针对性的选取面向特定复制对象的最优四色模型组合，在保证色彩复制精度的前提下，显著提高了多色半色调设备特性化过程的建模效率。因此，本方法有效解决了面向复制对象的多色半色调设备拆分建模问题，且实施方便，在多色半色调色彩复制技术领域具有较强的适用性。由于本发明技术方案具有重要应用意义，受到多个研究项目支持：1.深圳市基础研究项目jcyj20150422150029093，2.国家自然科学基金项目61505149，3.武汉市青年晨光人才计划2016070204010111，4.湖北省自然科学基金项目2015cfb204。对本发明技术方案进行保护，将对我国相关行业竞争国际领先地位具有重要意义。

附图说明

图1为本发明建模方法实施例的流程图；

图2为本发明建模系统的结构框图。

具体实施方式

结合附图，提供本发明实施例具体描述如下。

如图1所示实施例提供的一种面向复制对象的多色半色调设备拆分式建模方法，可以有效利用设备墨量限制过程所制备色彩样本，实现面向复制对象的多色半色调设备高效拆分建模。实施例采用佳能ipf5100七主色(cmykrgb)大幅面打印机，以爱普生艺术微喷宣纸为承印介质，以某古画复制品光谱图像为复制对象，采用本发明所述设备拆分方法对该七主色设备进行拆分。同时，将前文参考文献1以及参考文献3中所述设备拆分方法作为对照。需要说明的是，本发明并不局限于上述半色调设备、承印介质以及复制对象，对于其它设备及复制对象，本方法同样适用。

本发明技术方案具体实施时可由本领域技术人员采用计算机软件技术实现自动运行。实施例提供的方法流程包括以下步骤：

步骤1、将多色半色调设备以枚举形式拆分成m个四色模型，其中各模型皆含有黑色墨水；因为m是从多色半色调设备中选取，所以m必然大于或等于4。

对于实施例所采用的七主色(cmykrgb)打印设备,由于黑色墨水k为必选项，故以枚举形式拆分的四色模型数量个。

步骤2、以步骤1中四色模型为基础，制备t级涅格伯尔梯尺，并通过视觉观察方法剔除墨量超限样本，并在此基础上完成设备墨量限制，而且，涅格伯尔梯尺级数t应大于20；

在实施例中，针对步骤1拆分所得20个四色模型，逐一制备21级涅格伯尔梯尺。其中，涅格伯尔梯尺为本领域公知。以单色c为例，其涅格伯尔梯尺为：c＝0,c＝5,c＝10,c＝15…c＝100；以双色c+m为例，其涅格伯尔梯尺为c＝m＝0,c＝m＝5,c＝m＝10,c＝m＝15….c＝m＝100以此类推。其中，由于20个四色模型中对应涅格伯尔梯尺存在重复，因此仅需制备组涅格伯尔梯尺。

此外，“通过视觉观察方法剔除墨量超限样本，并在此基础上完成设备墨量限制”同样为现有技术，具体可参见：刘强,基于光谱色域最大化的喷墨打印墨量限制方法研究,光谱学与光谱分析(2013).(在本实施例中，以单色c涅格伯尔梯尺为例，通过视觉判断方法发现墨水在c＝90处出现墨量超限溢出问题，则将其临界值确定为85)

步骤3、利用颜色测量设备，测量步骤2中涅格伯尔梯尺样本色彩信息，并剔除相应墨量超限样本色彩数据，而且，测量所得色彩信息应为光谱反射率信息或色度信息。

实施例采用x-ritespectroscan型扫描式分光光度计测量步骤2所制备涅格伯尔梯尺光谱反射率信息，其中光谱反射率波长范围为400nm-700nm，并依据步骤2中所确定各涅格伯尔基色梯尺墨量阈值，删除墨量超限样本色彩信息。

步骤4以步骤3测量所得色彩数据为基础，利用凸包算法计算步骤1中四色模型的色域体积；

实施例中，由于步骤3中测量所得光谱反射率数据维度较高(31维)，故首先通过色度转换方法将其转换至d50/2条件下的lab色度空间，并利用凸包算法计算步骤1中所获的20个四色模型的色域体积。其中，光谱反射率空间至色度空间的转换，以及凸包算法皆为现有技术，具体分别可参见：schandaj.ciecolorimetry:wileyonlinelibrary；2007.以及barbercb,dobkindp,huhdanpaah.thequickhullalgorithmforconvexhulls.acmtransactionsonmathematicalsoftware(toms).1996；22(4):469-83.

步骤5、在步骤4色域体积计算基础上，通过枚举法计算模型数量为n的四色模型组合的色域体积，其中n＝1,2,3,4；随后，针对任意待复制图像，利用色域判断方法判断各四色模型组合所对应色域对于待复制图像的色域覆盖率g；而且，求取色域覆盖率g时，应将模型数量n由小到大进行尝试，若在n＝nopt＜4时，g＝100％，则无须尝试n＞nopt组合情况。其中，色域覆盖率g的求解采用inhull算法，其值等于待复制图像位于四色模型组合色域内的像素数与图像总像素数的比值。

在实施例中，当模型数量n＝1时，四色模型组合共种，其色域体积于步骤4中已计算，可直接使用。当模型数量n＝2时，四色模型组合共种，以此类推。实施例所采用古画复制品光谱图像大小为198*465像素(仅用于举例说明)。在求取色域覆盖率时，采用inhull算法，逐一计算待复制图像各像素点是否在某四色模型组合内，并以待复制图像位于四色模型组合色域内的像素数与图像总像素数的比值定义色域覆盖率g。(其中，inhull算法为计算机图形学领域现有技术，详见d'erricoj.inhull2006:http://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/10226-inhull.)实际操作时，将模型数量n由小到大进行尝试，发现在nopt＝2时，色域覆盖率即可达100％，故无需尝试n＞2情况。

步骤6、以步骤5中四色模型组合色域覆盖率g最大化为原则，确定四色模型组合；

实施例中，满足色域覆盖率最大化(g＝100％)的四色模型组合共有3组：cmyk+rgbk,bcgk+mryk以及rygk+mryk。

步骤7、若步骤6中仅一组模型组合满足条件，则其即为最优拆分；若步骤6中存在多组组合同时满足要求的情况，则首先将待复制图像进行重采样，使其像素数量降至q个，随后计算q个像素点与步骤6所选取的n个四色模型墨量空间中点wi(i＝1,2..n)所对应色彩值之间的平均色差c，并以平均色差c最小化为依据，选取最终四色模型组合，完成拆分建模。其中，像素点数量q的取值为100＜q＜200,墨量空间中点w的定义为墨量各维度取值为50的点，平均色差c的求解应采用ciede2000色差公式，采用d50/2色度条件进行计算。

由于步骤6中共3组四色模型组合符合色域覆盖率g＝100％之条件，故需要对其进行二次筛选。首先，为提高运算效率，将原始光谱图像从198*465＝92070像素大小通过横纵每25像素间隔采样的方式，降维至8*19＝152像素大小。随后，对于步骤6中3组四色模型组合，分别计算降维后的光谱图像的152个像素与模型中点的色差均值(ciede2000色差公式，d50/2色度条件)。其中，以cmyk四色模型为例，其模型中点即c＝m＝y＝k＝50样本点。其中，ciede2000色差公式为现有技术，详见luomr,cuig,riggb.thedevelopmentofthecie2000colour‐differenceformula:ciede2000.colorresearch&application.2001；26(5):340-50.

经计算，3种四色模型组合中心与待复制图像间的平均色差计算结果为

cmyk+rgbk：de2000＝25.9

bcgk+mryk:de2000＝19.7

rygk+mryk:de2000＝11.2

故最终选取rygk+mryk四色模型组合，完成最终拆分建模。

为进一步证实本发明方法在面向复制对象的多色半色调设备拆分建模方面的优势，将本发明方法与本发明参考文献1以及参考文献3所用方法进行对照。其中，对照方法同样将cmykrgb七色模型拆分为5组四色模型(cmyk,rmyk,cgyk,cmbk,rgbk)以及5组三色模型(cmy,rmy,cgy,cmb,rgb)。然而，有上文已知，本发明仅采用2组四色模型即可实现复制对象色域的100％全覆盖，故相比于对照方法，本文方法可以显著降低后续建模工作量，从其提高建模效率。例如，以构建5级采样cynsn特性化模型为例，对照方法需至少打印3750个颜色样本，而本文方法至少仅需打印1250个颜色样本。事实上，即使利用本拆分方法构建6级采样cynsn模型，也仅需打印2592个颜色样本，即通过此种增加采样级数，减少模型数量的方法，可以在提高建模效率的同时，提高建模精度。其中，cynsn模型为半色调特性化领域现有技术，其建模精度岁采样级数的增加而提高，具体可参加前述参考文献1-3.

本发明还提供一种面向复制对象的多色半色调设备拆分式建模系统，包括以下模块：

设备枚举拆分模块，将多色半色调设备以枚举形式拆分成m个四色模型，其中各模型皆含有黑色墨水；

墨量限制模块，以设备枚举拆分模块中四色模型为基础，制备t级涅格伯尔梯尺，并通过视觉观察方法剔除墨量超限样本，并在此基础上完成设备墨量限制；

颜色测量模块，利用颜色测量设备，测量墨量限制模块中涅格伯尔梯尺样本色彩信息，并剔除相应墨量超限样本色彩数据；

色域体积计算模块，以颜色测量模块测量所得色彩数据为基础，利用凸包算法计算设备枚举拆分模块中四色模型的色域体积；

色域覆盖率计算模块，在色域体积合计算模块色域体积计算基础上，通过枚举法计算模型数量为n的四色模型组合的色域体积，其中n＝1,2,3,4；随后，针对任意待复制图像，利用色域判断方法判断各四色模型组合所对应色域对于待复制图像的色域覆盖率g；

四色组合初选模块，以色域覆盖率计算模块中四色模型组合色域覆盖率g最大化为原则，确定四色模型组合；

四色组合终选模块，若四色组合初选模块中仅一组模型组合满足条件，则其即为最优拆分；若四色组合初选模块中存在多组组合同时满足要求的情况，则首先将待复制图像进行重采样，使其像素数量降至q个，随后计算q个像素点与四色组合初选模块所选取的n个四色模型墨量空间中点w所对应色彩值之间的平均色差c，并以平均色差c最小化为依据，选取最终四色模型组合，完成拆分建模。

其中，墨量限制模块中涅格伯尔梯尺级数t应大于20。

其中，颜色测量模块中测量所得色彩信息应为光谱反射率信息或色度信息。

其中，色域覆盖率计算模块中求取色域覆盖率g时，应将模型数量n由小到大进行尝试，若在n＝nopt＜4时，g＝100％，则无须尝试n＞nopt组合情况。其中，色域覆盖率g的求解采用inhull算法，其值等于待复制图像位于四色模型组合色域内的像素数与图像总像素数的比值。

其中，四色组合终选模块中像素点数量q的取值为100＜q＜200,且四色模型墨量空间中点w的定义为墨量各维度取值为50的点。

其中，四色组合终选模块中平均色差c的求解应采用ciede2000色差公式，采用d50/2色度条件进行计算。

各模块具体实现和各步骤相应，本发明不予赘述。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。