复频谱油墨配色系统软件的设计

虞朝阳+庞也驰+史立林+李志杰

如今，专色印刷日益普遍，然而在专色油墨的调配上，多数印刷企业依然采用人工配制的方式，效率低、浪费大，而且有些颜色往往配不出来。对此，国外一些公司应用CIE色度学理论，开发出电脑配色系统，提高了专色调配效率。但是，由于CIE色度学理论在颜色空间上存在多次转换不可逆性，使得配色计算中的大量修正系数必需通过试验得到，造成油墨配色系统过分依赖于某一品牌油墨的基础数据，如果更换油墨品牌和改变印刷适性，则难以给出准确的配方。

针对以上问题，中国印刷科学技术研究院应用我院科研人员创立的复频谱色度理论，开发出了复频谱油墨配色系统。该系统只需在复频谱色度图上，对所测量到的目标色和基本色的光谱数据进行一系列数学计算，找出目标色和基本色之间的关系，就可以得到配色方案。

设计目标

（1）对基本色进行测量，得到复频谱颜色特征数值（色相、亮度、饱和度），打印出该基本色的复频谱色度图（此项为选择项）。

（2）对目标色进行测量，得到复频谱颜色特征数值（色相、亮度、饱和度），打印出该目标色的复频谱色度图（此项为选择项）。

（3）通过与数据库中保存的数据进行比较，得到配色方案（色差最小的配色方案）。

实施方案

1.需求分析

通过分析设计目标，可以提炼出一些基本的软件需求。

（1）由于在配色过程中需要基本色的复频谱颜色特征数值，为了使用方便，我们应该提供一个数据库管理这批数据。为此软件系统必须提供基本色管理功能。

（2）对于用户来说，目标色通常不是一次性使用的，那么我们也应该提供一个目标色的管理功能，这样用户在以后再次使用这个目标色的时候，可以快速得到相关的配方。

（3）配色过程需要提供一个单独的模块进行开发，这是本软件的核心。

（4）本软件还提供了一个辅助工具，用于计算两个颜色的色差，色差计算方法可选。

2.数据库设计

（1）基本色的色相、亮度、饱和度数据。需要注意的是，基本色的色相、亮度、饱和度还与纸张相关，因此每个基本色数据都应有相应的纸张信息。

（2）目标色同样需要色相、亮度、饱和度、纸张信息。

（3）配方数据。其包括目标色数据、参与配方的基本色（至少两种）数据，此外还需要黑墨和白墨数据。在配墨过程中，可能会需要用到其他基本色，但是不会超过8种基本色（包括黑墨和白墨）。配方主要是指各油墨（两个基本色、黑墨以及白墨）的百分比，至少保留3位小数。

3.色相、亮度计算

在先不考虑亮度的前提下，所谓色相计算，就是计算调配出目标色X所使用的基本色M的比例a%和基本色N的比例b%。

首先要解决在众多的基本色数据库（应该有十几种基本色）中，为什么选择基本色M和基本色N为合适的基本色。在复频谱色度图上，每一种颜色都对应着一个色相角，当明确出目标色时，目标色的色相也就确定了。我们需要以目标色的色相为标准，在其左边挑选与其接近的一个色相为基本色M，在其右边挑选与其接近的一个色相为基本色N。

其次，以目标色的色相为标准，在其左边挑选与其最接近的一个色相为基本色M1，在其左边挑选与其第二接近的一个色相为基本色M2，在其左边挑选与其第三接近的一个色相为基本色M3；在其右边挑选与其最接近的一个色相为基本色N1，在其右边挑选与其第二接近的一个色相为基本色N2，在其右边挑选与其第三接近的一个色相为基本色N3。我们将M1、M2、M3及N1、N2、N3分别两两组合，得到9组，从中选出价格最低的一组为基本色M和基本色N。

在确定好基本色之后，我们要解决基本色的配比问题。将用户基本色数据库中的基本色M、基本色N，分别在核心数据库中以色相为标准进行查找比对，若有相同（色相差别在2度之内，此项可人工调整），在计算时可用核心数据库中的基本色A或B或A—B替换用户数据库中的基本色M或N或M—N。若没有相同的基本色，我们采取如下的方法进行替换：在核心数据库中寻找一个基本色A，使其色相在M—N的色域之外并最接近M，再寻找一个基本色B，使其色相在M—N的色域之外并最接近N。这样，我们就能够在核心数据库中确定出基本色A、B，用以替换用户数据库中的基本色M、N。

同样的道理，在核心数据库中，根据保存的色相曲线，总能找到包含色域A—B的最接近的曲线P—Q。现在的问题就是要解决：已知核心数据库中基本色P与基本色Q以及它们的色相、亮度配比曲线，要配出目标色X，求用户数据库中基本色M的含量a%和基本色N的含量b%，以及满足它们亮度所需添加的撤淡剂或黑墨的含量e%。

（1）明确已知数值

由于目标色X、用户数据库中的基本色M和基本色N的色相都可以在核心数据库基本色P—Q曲线上找到确定的位置，因此可以得到若用基本色P、Q配目标色X的P—Q含量XP及XQ，若用基本色P、Q配基本色M的P—Q含量MP及MQ，若用基本色P、Q配基本色N的P—Q含量NP及NQ。

（2）明确未知数值

用户根据已有的油墨M、N，要配出目标色X，求用户基本色油墨M的含量a%及基本色油墨N的含量b%。

（3）进行转换计算，得到基本色M和基本色N的配比方案

a % = （ X Q * N P-X P * N Q ） /（NP*MQ-NQ*MP）。

b % = （ X Q * M P-X P * M Q ） /（NQ*MP-NP*MQ）。

（4）确定在该配比方案下的亮度调整

由于目标色X在核心数据库色相曲线P—Q上有唯一的位置，因此我们可以在P—Q曲线上找到左边最近的一个亮度试验点a，在右边找到一个最近的亮度试验点b。根据亮度试验点a的亮度曲线，我们能够得到若用基本色M、N配出目标色X，为了达到目标色X的亮度，需要添加c%的撤淡剂或黑墨；根据亮度试验点b的亮度曲线，我们能够得到若用基本色M、N配出目标色X，为了达到目标色X的亮度，需要添加d%的撤淡剂或黑墨。将二者平均，即（c%+d%）/2=e%，则可得到近似的亮度调整方案e% 。

4.色差计算

软件系统提供了多种色差计算方法：色相差ΔH，亮度差ΔL，饱和度差ΔS，CIE色差ΔElab，复频谱色差ΔEhls、CIEDE2000、ΔEcmc（2∶1）、ΔEcmc（1∶1）。

这里给出相对简单的计算公式。下面公式中|x|表示x的绝对值，下标1和2分别表示两个专色对应的数值。

色相差ΔH=|H1-H2|，这里H1和H2分别表示配出色和目标色的色相。

亮度差ΔL=|L1-L2|，这里L1和L2分别表示配出色和目标色的亮度。

饱和度差ΔS=|S1-S2|，这里S1和S2分别表示配出色和目标色的饱和度。

5.系统软件

本系统采取Microsoft.Net Framework 4中的相关技术开发实现，主要用了其中的WPF技术，以及SQL Server 2008 Express存储数据。图1～4分别为基本色管理界面、目标色管理界面、配色过程的界面和色差计算界面。

结论

较之传统的模拟概念的配色系统，复频谱油墨配色系统是纯数字化的，不是模拟数据比对而是数学计算，因此准确度高；也正因为如此，复频谱油墨配色系统不受传统配色系统中固化的数据库的束缚，以用户现有的油墨为基本色油墨，大大提高了普适性，从而便于在国内外专色印刷领域进行推广。

复频谱油墨配色系统虽然仅仅适用于专色油墨调配，但是本项目的技术成果，还可以应用于印染、油漆、涂料、塑料等行业的颜色配色，以及为喷墨打印、彩色复印、摄影摄像等众多需要色彩还原的领域提供全新的色彩管理方案，它带来的后继效应可以影响到与颜色有关的所有学科体系。

复频谱油墨配色系统加快了印刷这一传统行业的科技进步，能够提高印刷企业的工作效率，减少油墨、纸张的浪费，可以实现印刷耗材的节能降耗和替代国外价高质低的同类产品。