数字图案印刷可视化植物拓染技术

张宁宁

（沈阳理工大学，沈阳 110000）

0 引言

目前数字图案印刷以其高效性、个性化、低成本等优势得到广泛的应用[1,2]。当前数字图案因数可视化植物拓染技术容易出现颜色比对误差，图像失真等情况。针对这些问题，目前能够通过对数字图案印刷进行颜色可视化处理，完善图像色彩匹配与拓染图像再现[3,4]。

由于我国目前正处于社会转型期，在环保绿色发展的浪潮下，许多商家抓住植物拓染的特色商机，使得植物拓染技术得到重视与发展。而植物拓染技术对设备的功能要求水平较高。针对上述问题，本文对数字图案印刷的可视化植物拓染技术进行了研究，通过利用数字图案印刷的可视化技术，对植物拓染进行较为精细的色彩提取与图案印刷，能够比较高效的实现植物色彩拓染的数字图案印刷操作，实现更好的拓染效果。

1 数字图案印刷色彩特征提取

进行色彩拓染与图案印刷首先要对目标图案进行颜色提取与色彩匹配。对彩色图像进行色彩获取时，不只需要对色彩、色域进行匹配，还要建立对应的色域映射关系，需要提取素材图像的关键色彩及其特征。因此选用数字图案印刷技术，利用计算机印刷系统和数字印刷设备，能够更加智能化、个性化地进行植物颜色提取和色彩拓染工作[5]。数字图案印刷的色彩特征提取主要过程要以下几个步骤：

观察图1可知，提取过程共有以下几个步骤：

图1 数字图案印刷色彩特征提取

1）首先扫描获取图像像素和色彩颜色、对比度、色散等数据信息。

2）分析图案色彩，从而实现分类，并根据像素等其他指标进行具体归类。

3）将图像数据信息导入处理程序，识别确定对应图像的突出部分，标记作为图像特征点，对特征点进行线性相关分析，获取关于整个图像的颜色分布特征关系[6]。

根据以上的操作步骤能够获得关于目标图像的的颜色特征以及像素分辨率等相关信息，结合线性相关矩阵分析，建立对应的图像映射三维坐标空间。所有颜色根据数据信息在坐标空间中进行标点分布，形成与目标图像色彩匹配的图像色域映射分布[7,8]。建立的三维坐标空间得到的可视化结果如图2所示。

图2 三维坐标空间

根据图2的三维坐标空间，将色彩匹配信息导入到连接数字图案印刷打印机的计算机系统中，计算机系统图像处理程序对色彩进行分析选取，识别系统已存在的色彩，对于系统自身不具备的色彩进行调制，最终形成与提取到的色彩数据集相一致的颜色资源，在计算机系统内部构建图像色域分布坐标图。然后根据三维空间图像色彩映射情况，对图像颜色分布及特征点进行像素灰度扫描分析，提取出图像中各关键特征点的灰度数值，记录并保存相关数据，便于之后的图案印刷与颜色拓染过程操作的准确性控制[9,10]。

2 数字图案印刷可视化植物拓染技术

2.1 数字印刷色彩空间映射

根据图像所在特征提取过程采集到的色彩相关数据信息，以及构建的三维空间色域映射模型，可以进行图像数据函数转换，并依据检测的颜色灰度数值分布情况，对颜色分布与空间映射进行图像预处理，以便系统颜色提取与印刷操作中的颜色素材形成对应的色彩映射[11,12]。

进行图像颜色空间映射，首先设定所有颜色对应的数据集为H（A，B，C），其中A，B表示颜色对应的空间坐标，C表示的是进行数据运算的颜色数值，以颜色的坐标点为中心，进行图像比例调整和空间映射，能够得到以下运算结果：

式(1)中，η表示颜色坐标设定的值域范围，根据该公式能够得到颜色相关数据集中的相关关系，然后对其进行灰度处理，将检测所得的灰度数值进行相关函数转换，得到数字图像颜色与空间图像颜色的映射关系，假设空间映射颜色参数为S，那么能够得到以下公式：

图3 灰度值与颜色空间的映射关系

观察图3可知，这一过程主要根据灰度函数数值构建对应的空间颜色映射函数，利用数字运算完成相关图像的色彩预处理[13]。

2.2 植物拓染技术可视化

植物拓染技术主要通过提取天然植物色素对纺织品等进行染色，因此对植物色素的提取和纹理保留的要求较高，并且受环境等客观因素影响，因此对植物拓染技术进行可视化操作，在植物色素提取与染色图案构造等方面难度较高，要求比较严格。

首先根据图案印刷的目标图像采集与植物色彩提取处理与映射结果，将图像颜色与灰度数值进行运算，造成对应的图像颜色聚类转换，增强图像色彩可视化的视觉效果[14,15]。为了达到可视化目标，根据颜色聚类编码规则及颜色聚类参数，对数字图像颜色进行聚类处理，保证图像数据映射在对应的空间区域内，全部映射完毕后才能继续进行可视化处理。灰度值和色彩的映射关系如图4所示。

图4 灰度值和色彩的映射关系

利用图4对图像颜色进行基本的色彩映射，将所有颜色按照红黄绿三原色进行初步映射，并按照三原色的相应关系（比如颜色相似度大小）；或者按照颜色相关数值（比如颜色深浅度大小），进行具体的颜色等级划分。根据颜色分类排序情况以及聚类参数对应的灰度数值，进行颜色聚类处理。并且对于不同色域的颜色数值变化，需要进行平滑的颜色过渡处理，颜色聚类参数也相应的进行渐变数值设定。

依据颜色可视化算法对目标图像颜色的聚类数据进行可视化运算，运算公式如下：

上述公式中，Z表示颜色聚类数据的可视化数值，FG表示颜色特征点G的对应三维空间坐标的聚类数值。根据此公式能够得到该图像颜色空间映射的颜色可视化分布结果。至此，得到了关于目标图像的基本颜色可视化处理结果，然后需要对图像进行具体的边界处理、色彩搭配、分辨率调整等方面的细节化内容可视化处理。处理图像如图5所示。

观察图5可知，对于需要进行的具体的细节内容可视化处理，根据灰度数值图像和相关矩阵分析，以相关颜色参数范围为参考，对图像色域边界进行检测提取。然后将边界色彩和分辨率数据导入数字图像，与颜色映射分布结果进行匹配，使色域边界与区域颜色完整的匹配融合在一起。印刷材料在植物内部分布情况如图6所示。

图5 分辨率可视化处理

根据图6可知，还要对色域可视化结果进行检测。根据数字图案印刷相关参数的设定范围对色域极值进行设定，然后对颜色映射结果进行数值检测，超出色域极值的颜色数值需进行相关参数调整，降低其超出色域数据范围的参数数值，使数字图像能够与印刷设备的色彩资源相匹配。色彩资源匹配过程如图7所示。

图6 印刷材料分布情况

观察图7可知，除了进行色彩资源匹配外，还要根据植物拓染的相关材料和设备进行数字印刷效果模拟，并在数字印刷设备的承受范围内，对植物拓染进行颜色优化与色域调整，进一步完善数字图像印刷和可视化工作的操作效果，使数字图案印刷色彩效果能够与植物提取颜色相一致。在数字印刷设备的能力范围内，对植物色彩提取到颜色进行颜色优化与色域调整，进一步完善数字图像印刷可视化的操作效果。

图7 色彩资源匹配过程

3 实验研究

为了检测本文研究的数字图案印刷的可视化植物拓染技术的有效性，设计对比实验。

本文选用的印刷机共有两个，分别是液体油墨成像数字印刷机和墨粉成像数字印刷机，选用的实验参数如表1所示。

表1 实验参数

根据上述参数，进行对比实验，分别选取本文技术与传统的数字分析技术的可视化植物拓染技术和图案印刷的可视化植物拓染技术，选取两张不同颜色的测试样本，分别测量拓染时间，并比较测量色差。拓染时间如表2所示。

表2 拓染时间实验结果

根据表2可知，本文研究的技术在不同的数字印刷机内部拓染的时间都相对较短，本文的技术最短仅需16s就可以完成拓染，而传统的数字分析技术的可视化植物拓染技术最短需要45s，图案印刷的可视化植物拓染技术最短需要38s，在处理颜色渐变方面能力极弱。

油墨成像数字印刷机得到的图像色差如图8所示。

图8 油墨成像数字印刷机得到的图像色差

根据图8可知，本文提出的数字图案印刷的可视化植物拓染色差要小于传统技术。

根据图8可知，本文提出的方法在走纸方向，色差的最大数值为2.0，拓染过程的最大相对频率为100%，拓染过程50%的植物色块色差都小于1，80%的植物色块色差都小于1.5；在激光扫描方向，差的最大数值为2.5，拓染过程的最大相对频率为100%，拓染过程60%的植物色块色差都小于1，70%的植物色块色差都小于1.5。

数字分析技术的可视化植物拓染技术在走纸方向，色差的最大数值为2.0，拓染过程的最大相对频率为100%，拓染过程30%的植物色块色差都小于1，50%的植物色块色差都小于1.5；在激光扫描方向，差的最大数值为2.5，拓染过程的最大相对频率为100%，拓染过程40%的植物色块色差都小于1，60%的植物色块色差都小于1.5。

图案印刷的可视化植物拓染技术在走纸方向，色差的最大数值为2.0，拓染过程的最大相对频率为100%，拓染过程20%的植物色块色差都小于1，60%的植物色块色差都小于1.5；在激光扫描方向，差的最大数值为2.5，拓染过程的最大相对频率为80%，拓染过程40%的植物色块色差都小于1，40%的植物色块色差都小于1.5。

4 结语

本文在对色彩特征研究的基础上，对数字图案印刷的可视化植物拓染技术进行了研究。通过提取印刷图像的关键颜色特征点，对颜色进行灰度函数与线性相关矩阵运算分析，得到关于图像颜色的色域分布关系；然后通过构建空间坐标模型对图像色彩进行映射，得到空间映射的颜色色域可视化结果。需要对图像的色域边界等细节部分进行提取，细化颜色映射可视化图像，并对色域相关参数数值进行检验，消除调整超色域的图像部分，优化整体可视化图像效果，进而能够得到植物拓染的精细的、颜色适配的可视化拓染效果图像。本文的研究有较好的图像可视化操作效果，有利于数字印刷的植物拓染技术相关领域的发展。