基于中国书画特征颜色的专用色标设计与制作

傅师伟

(华侨大学 机电及自动化学院, 福建 厦门 361021)

基于中国书画特征颜色的专用色标设计与制作

傅师伟

(华侨大学 机电及自动化学院, 福建 厦门 361021)

为提高中国书画作品的数字化采集精度,对中国书画创作的各种主要原材料(包括颜料、印泥和宣纸等)进行实样采集和颜色测量,建立中国书画特征颜色数据集,并据此设计与制作中国书画专用色标。实验结果表明,专用色标可用于扫描仪的色度特征化、创建扫描仪的ICC颜色描述文件,对中国书画原材料颜色样品的数字化采集精度优于IT8.7/2标准色标。

中国书画； 专用色标； IT8.7/2标准色标； 色度特征化； 数字化采集

近年来,随着色彩管理和数字图像软硬件技术的发展,国内部分高校和艺术文化公司开始探索中国书画作品的数字化高仿真复制[1-2],书画作品的数字化采集是实现复制的关键。目前,用于扫描仪色度特征化的ICC标准色标为IT8.7/2(反射原稿),其应用对象仅局限在一般彩色照片和印刷品的复制,对中国书画作品类原稿,急需采集其特征颜色,有针对性地建立中国书画作品的特征色标以提高其数字化采集过程中颜色空间的转换精度[3]。

本文通过对中国书画创作的各种主要原材料(包括颜料、印泥和宣纸等)的实样采集和颜色测量,建立“中国书画特征颜色数据集”,并据此设计与制作扫描仪专用色标,应用于中国书画作品的数字化采集。

1 中国书画作品数字化采集原理

1.1 中国书画作品数字化采集方法

根据中国书画作品的规格尺寸和裱褙类型,可采用大幅面彩色扫描仪或高精度数码相机(数码后背)作为其数字化采集的输入设备,对书画作品进行扫描或拍摄,获取书画原稿的彩色数字图像文件。由于扫描仪和数码相机采用的是RGB颜色空间,所采集的RGB颜色数据是与设备相关的,即不能真实记录原稿的颜色,因此必须对扫描仪或数码相机进行色度特征化,把所采集的RGB颜色数据转为与设备无关的CIELab或CIEXYZ标准颜色空间数据,以真实的记录原稿的颜色[4]。

1.2 输入设备的色度特征化

将设备相关的RGB颜色数据与设备无关的CIELab标准颜色空间数据对应关系的建立称为设备的色度特征化,色度特征化的各种方法已见多篇报道[5-6],输入设备的色度特征化原理如图1所示,首先,选择一种标准色标,其色块的颜色分布应能代表彩色图像的色彩范围；然后通过输入设备获取标准色标的彩色数字图像信号,得到每个色块的输入设备记录值RGB；再用分光光度仪对色标中各色块进行测量,可获得色标每个色块对应的标准色度值CIELab；最后,采用多项式回归、人工神经网络、查找表和插值等数学方法,建立RGB与CIELab的转换模型。

图1 建立输入设备色度特征化模型

在进行书画作品的数字化采集时,输入设备的色度特征化可通过MonacoPROFILE、ProfileMaker等软件和分光光度计来实现,其结果用ICC设备描述文件(ICC Profile)表示[7]。对支持ICC色彩管理技术的第3方图像处理软件如Photoshop等,只要在打开的图像文件中指定或置入获取该图像文件的输入设备的ICC Profile文件，即可将输入设备记录的任一RGB值转换为CIELab色度值,最终实现对书画原稿的高仿真数字图像采集。

1.3 ICC标准色标简介

用于输入设备色度特征化的标准色标由两个部分组成,一是硬拷贝的物理原稿,包含有多个颜色样品的色块；二是记录标准色标硬拷贝物理原稿中各色块颜色测量值的电子文件,称为色标描述文件(target description file,TDF)。常用的ICC输入设备标准色标有IT8.7/ 2(反射稿)、Digital Color Checker SG和ColorChecker等,其中IT8.7/ 2(反射稿)主要用于扫描仪的色度特征化,Digital Color Checker SG和ColorChecker则可用于数码相机的色度特征化[7]。

IT8.7/2标准色标按照ISO12641标准设计,有柯达、富士、爱克发等不同版本。本文以柯达Q60版的IT8.7/2为例,介绍其基本组成。具体色块排列如图2所示,四周为明度值为50的中灰色,内部共分为4个部分[8-9]:

(1) 色空间采样区。由A1到L12共12行12列的12×12色块组成,在CIE LCH颜色空间中按等间距均匀取12个色相角,每行色块对应一个色相角度,同时,每行有3个亮度变化,每个亮度变化中有4个饱和度的变化,这些色块基本均匀分布在整个色彩空间区域中。

(2) 基本色梯度尺。由A13到L19共12行7列的12×7色块组成,分别代表青、品、黄、灰、红、绿和蓝7种颜色的亮度变化。

(3) 中性色梯尺。色标最下面的一行是按照明度变化的24级中性灰度梯尺,第1级明度值为90,后面按明度差值4等间距排列,彩度值均为零。

(4) 可选区域。由A20到L22共12行3列的12×3色块组成,用于不同的制造商根据自己的需要安排的色彩测试区。

IT8.7/2标准色标对颜色样品的选择方案主要考虑的是其色样在标准颜色空间的分布均匀性,而且,其硬拷贝物理色卡采用的是高光泽相纸制备,呈色色料只含青、品红和黄3种染料,所以,IT8.7/2标准色标对中国书画作品类原稿的采集复制并非最优选择。有针对性地设计、制作出用于中国书画作品的专用色标可提高其数字化采集过程中颜色空间的转换精度。

图2 IT8.7/2标准色标

2 中国书画特征颜色的收集与测量

由于形成中国书画作品的特征颜色的主要原材料是国画颜料、印泥和宣纸(绢)等,所以本文所建立的“中国书画特征颜色数据集”包括“国画颜料特征颜色样品数据集”、“宣纸(绢)和印泥的特征颜色样品集”2个部分。

2.1 国画颜料特征颜色样品数据集

中国书画的颜料大体可分为矿物质颜料、植物质颜料、化工颜料等。本文选择目前被书画家广泛采用的“马利牌24色中国画颜料”作为中国画颜料颜色样品的主要研究对象,分别按24种专色及48种常用的混合色进行分类调色[10],共获得72种颜料颜色样品,然后用X-RITE SP64分光光度计进行色度测量,得出各种颜料专色和混合色的CIELab值,将所测得的所有颜色数据进行数据汇总,建立“国画颜料特征颜色样品数据集”。

2.2 印泥和宣纸(绢)特征颜色样品数据集

宣纸(绢)是中国传统的古典书画作品的主要载体,从中国书画的创作特点可知,书画作品中常出现留白,所以在书画作品的高仿真复制中,宣纸(绢)颜色的准确再现是非常重要的。钤印是中国书画创作必不可少的一部分,印泥颜色的准确再现对书画作品的高仿真复制同样是至关重要的。

按纸面洇墨程度宣纸可分为生宣、半熟宣、熟宣,按原料分类可分为棉料、净皮、特净3大类,其颜色一般为白色偏黄或浅灰色,也有一些仿古色宣纸,颜色较深。

印泥的品种很多,主要有朱砂印泥,其色深紫红,它是用漂制朱砂时沉淀在乳钵最下层的一种朱砂制成的印泥,鲜红带紫,厚重沉着。其次是朱镖印泥，它是由漂制时较上层的朱砂细末与艾丝、油等调制而成,略现红黄色,比较清雅。朱砂或朱镖中加入不同的原料,其名称也各不相同,有八宝、魁红、镜面、美丽等。此外,还有仿古印泥和黑色、蓝色、绿色等印泥。

本文分别收集不同品牌、不同产地的常用宣纸(绢)共36种样品,印泥共45种样品,分别用X-RITE SP64分光光度计进行测量,获得各种宣纸和印泥的颜色特征及其CIELab值,并将所测得的颜色CIELab数据进行分类汇总,建立中国书画用“宣纸(绢)和印泥特征颜色样品集”。

3 专用色标的设计与制作

3.1 专用色标设计

由于目前的色彩管理软件都认可IT8.7/2标准色标的色块布局与数据格式,所以设计思路及色块的分布形式参考了柯达Q60版的IT8.7/2标准色标,即在柯达Q60版IT8.7/2标准色标的基础上,根据中国书画的特征颜色对色块进行调整和改进。这样可以减少进一步做软件开发的工作量,便于专用色标的推广和使用,也可以将标准色标作为参照对专用色标的性能做比较测试。设计结果如图3所示,四周为明度值为60的中灰色,内部共分为以下4个部分:

(1) 中国书画特征颜色区。该部分共7列,由第1—7列的12×7色块组成,全部色块均选自“国画颜料特征颜色样品数据集”和“宣纸(绢)和印泥特征颜色样品集”。其中第1—2列为马利牌中国画颜料的24个专色颜色样品,第3—6列为马利牌中国画颜料的48个混合色颜色样品,第7列为宣纸(绢)和印泥颜色的12个颜色样品。

(2) 色空间采样区。该部分共9列,由第8—16列共12×9色块组成,颜色样品均选自IT8.7/2标准色标。根据笔者对几种不同版本的IT8.7/2标准色标的实际测量分析,在IT8.7/2标准色标的色空间采样区中,同一色调的3种不同明度中第3和第4种饱和度的颜色样品的颜色外貌差别不大,因此,取消了原IT8.7/2标准色标的第3列、第7列(A7—L7)与第11列(A11—L11)的色块,而保留了其余的9列颜色样品。

(3) 基本色度梯尺。该部分共6列,由第17—22列的12×6色块组成,颜色样品均选自IT8.7/2标准色标。因为原IT8.7/2标准色标中第16列即代表灰系列颜色亮度变化的颜色样品与色标最下面一行的24个中性色梯尺有重复之嫌,因此取消了该列颜色样品,而保留了分别代表青、品、黄、红、绿和蓝六种颜色亮度变化的6列颜色样品。

(4) 中性色梯度尺。色标最下面的一行是按照明度变化的24级中性灰度梯尺,第1级明度值为90,后面按明度差值4等间距排列,彩度值均为零。

图3 中国书画专用色标

3.2 专用色标制作

3.2.1 专用色标数字图像文件的制作

通过ColorLab 2.8.13软件[11],以柯达Q60版的IT8.7/2标准色标描述文件为范本,根据专用色标的设计,在相应位置设置色样的CIELab数据,并保存为TIF格式的数字图像文件。

3.2.2 专用色标硬拷贝物理原稿的制作

在Photoshop软件中打开专用色标的数字图像文件,通过已进行设备色度特征化校正的EPSON 7910高精度打印机用特制宣纸打印输出,获得专用色标的硬拷贝物理原稿。

3.2.3 专用色标描述文件(TDF)的制作

通过ProfileMaker软件[11],用X-RITE SP64分光光度计对专用色标硬拷贝物理原稿的各个色样进行测量，并按ICC标准储存为TXT格式,获得专用色标描述文件(TDF)。

4 专用色标与标准色标的比较测试

测试色样采用“马利牌24色中国画颜料”专色颜料按不同比例随机混合调色获得的180个颜色样品 (其中2色混合调色120种,3色混合调色60种)，以及选择除了用于制作专业色靶以外的6种宣纸和6种印泥的颜色样品,共192个测试色样。测试用的扫描仪为Microtek Phantom 9900XL A3彩色平台扫描仪。

测试方法：首先,用X-RITE SP64分光光度计对测试色样进行色度测量,获得各个色样的CIELab颜色值,再用Microtek Phantom 9900XL A3彩色平台扫描仪分别扫描柯达Q60版的IT8.7/2标准色标和自制的中国书画专用色标, 并应用各自的色标描述文件(TDF)在ProfileMaker软件中分别生成2个相应的扫描仪ICC Profile文件；然后,再扫描测试色样,在Photoshop软件中打开测试色样的扫描图像，并分别置入上述2个扫描仪的ICC Profile文件,获得两组扫描仪预测的测试色样的CIELab颜色值；最后,对两组扫描仪预测的测试色样CIELab值与测试色样实际测量的CIELab值用式(1)分别进行色差评价。

(1)

式中,ΔE为扫描仪预测的CIELab值与实际测量的CIELab值的色差,ΔL、Δa和Δb分别为同一色样两组CIELab值对应分量的差值。

色差统计对比数据见表1。表1中,A、B两组数据分别为采用本文设计制作的专用色标和采用IT8.7/2标准色标所得的预测值在对应色差范围内的色差分布(色块个数)。其中,A组色块的平均色差值为2.68,最大色差值为6.3；B组色块的平均色差值为3.53,最大色差值为7.91。

表1 色差分布统计数据

5 结论

实验结果表明,本文基于中国书画的特征颜色所设计与制作的中国书画特征颜色专用色标,可用于扫描仪的色度特征化、建立扫描仪的ICC Profile文件,对中国书画原材料颜色样品的数字化采集转换精度优于IT8.7/2标准色标,且符合ISO 12647-7数字打样参考标准(即所有色块的平均色差ΔE≤4；95%色块最大色差ΔE≤6)[12]。鉴于本文所选取的书画原材料的局限性和实验条件的限制,专用色标对不同类型书画作品的适应性还有待今后实际应用的检验。

References)

[1] 赵志. 中国书画数字高保真复制方法研究[D].南京:南京林业大学,2010.

[2] 叶红.书画艺术复制品行业的现状与发展研究[D].保定:河北大学,2013.

[3] 张良彩.书画艺术品高仿真复制技术再现流程[J].印刷质量与标准化,2014(7):19-21.

[4] 傅师伟,崔长彩,张认成. 数字图像设备色度特征化建模软件研究[J].光电工程,2010,37(3):88-92.

[5] 王勇,徐海松. 基于多项式回归模型的扫描仪色度特征化[J].光学学报,2007,27(6):1135-1138.

[6] 马燕满,刘浩学,刘昕.数码相机的颜色特征化研究[J].北京印刷学院学报,2006,14(6):9-12.

[7] 徐艳芳.色彩管理原理与应用[M].北京:印刷工业出版社,2011.

[8] 杨萍.数字生产体系硬件设备色彩特性描述方法的研究[D].武汉:武汉大学,2005.

[9] 刘诗德,丛文卓.扫描仪标准扫描原稿的制作及应用[J].仪器仪表学报,2004,25(8):191-194.

[10] 赵芳. 中国画颜料浅析[J]. 玉溪师范学院学报,2005,21(9):53-57.

[11] Bruce Fraser,Chris Murphy. 色彩管理 [M].刘浩学,梁炯,译.北京:电子工业出版社,2005.

[12] 李鑫.数字打样参考标准ISO 12647-7简述[J].印刷杂志,2010(10):34-36.

Design and production of appropriate target based on proprietary color of Chinese painting and calligraphy

Fu Shiwei

(College of Mechanical Engineering and Automation, Huaqiao University, Xiamen 361021, China)

To improve the digital acquisition accuracy of Chinese painting and calligraphy, the sample collection and color measurement were done on main raw materials of Chinese painting and calligraphy (including pigment, inkpad, rice paper, etc. ), the proprietary color data set of Chinese painting and calligraphy was built, and the appropriative target was designed and produced based on above conclusion. Experimental results show that the appropriative target could be used on colorimetric characterization of scanners, creating the ICC color description files by using scanners, and the digital acquisition accuracy of main raw materials if Chinese painting and calligraphy obtained by the appropriative target is higher than that obtained by the IT8.7/2 calibration target.

Chinese painting and calligraphy; appropriative target; IT8.7/2 calibration target; colorimetric characterization; digital acquisition

2015- 08- 19

福建省泉州市科技计划重点项目(2013Z14)

傅师伟(1962—) 男，福建泉州，本科，副教授，主要研究方向为颜色科学与成像技术、光学精密测量.

E-mail：fushiwei@sina.com

TP751.1

B

1002-4956(2015)12- 0053- 04