Pesquisa de aplicação da tecnologia de cópia colorida multiespectral
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Existem muitas teorias para a avaliação da reprodução de cores. Entre eles, o famoso especialista em cores britânica Hunter divide a reprodução de cores em seis tipos através de análises abrangentes de vários fatores: reprodução espectral de cores, reprodução cromática, reprodução correta de cores, reprodução de cores equivalente, reprodução de cores correspondente e reprodução de cores semelhantes.
O método de cópia a cores tradicional obtém com êxito tanto a reprodução de cores cromáticas quanto a reprodução de cores correta. No entanto, devido às suas características essenciais baseadas no metamerismo, a reprodução incondicional da cor, isto é, a reprodução de cores espectrais, não pode ser realizada. A tecnologia de reprodução de cores multiespectral usa um método de imagem colorida multi-primário para aumentar a gama de cores, aumentando a liberdade de reprodução das cores. O método de reprodução de correspondência espectral elimina o problema do metamerismo, alcançando assim a correspondência incondicional de cores. Esta tecnologia é de grande importância para o desenvolvimento da tecnologia de impressão de alta fidelidade, e certamente se tornará a direção do desenvolvimento futuro da indústria de impressão.
Primeiro, os defeitos da impressão tradicional em quatro cores
O método de impressão tradicional usa quatro cores primárias CMYK para obter a reprodução de cores. Devido às suas limitações, as tintas de quatro cores não podem cobrir todas as informações espectrais da cor original. De fato, a impressão tradicional em quatro cores baseia-se no princípio do metamerismo para alcançar a reprodução de cores. O princípio do metamerismo significa que na cópia impressa, desde que a cor impressa seja a mesma que o olho humano da cor original, mesmo que a composição espectral dos dois seja diferente, ela pode ser reconhecida como a reprodução correta da cor. Esse método reduz muito a dificuldade de cópia em cores e, na maioria dos casos, pode alcançar a reprodução correta das cores, formando assim a base do método tradicional de impressão. No entanto, quando a fonte de iluminação e o observador mudam muito, o efeito de cópia tende a mostrar um grande desvio. Esse problema também é uma fonte importante de disputas de qualidade na indústria de impressão tradicional. Além disso, a cor que pode ser reproduzida pela impressão em quatro cores é apenas cerca de metade do espectro de cores do espectro visível, e o efeito de reprodução da imagem com cores brilhantes e faixa dinâmica é geralmente insatisfatório. Sob o atual estado da arte, mesmo que as pessoas realizem um gerenciamento de cores preciso e a correspondência de gama durante a cópia, o problema do metamerismo e da gama muito pequena não pode ser resolvido de forma fundamental.
Os métodos de impressão convencionais concentram-se em combinar a densidade do original com a densidade da cor impressa. No entanto, esse tipo de correspondência dá muita atenção à discussão sobre o uso de tinta e ignora o problema de combinar a cromaticidade e o brilho das cores. De fato, devido às limitações da gama de cores da impressão em quatro cores, ela tende a estar em uma situação paradoxal ao regular componentes de cor e componentes de cinza neutro. Se você quiser aumentar a quantidade de componentes de cor para aumentar a saturação, isso é inevitável. O componente de cinza neutro é aumentado para reduzir o brilho. Em outras palavras, a impressão em quatro cores tende a enfatizar demais a reprodução da saturação, e um método de sacrificar o brilho deve ser empregado.
Devido aos defeitos acima mencionados da cópia tradicional, o efeito de cópia é muitas vezes insatisfatório, principalmente porque a imagem é de cor pesada, o efeito estereoscópico é fraco, a perda de camada é mais grave e existem diferentes graus de distorção de cor.
Em segundo lugar, a superioridade da tecnologia de reprodução de cores multi-espectral
A tecnologia de reprodução multi-espectral de cores permite a reprodução de cores através da aquisição, análise e processamento de dados multi-espectrais. Essa técnica usa a correspondência espectral como padrão de reprodução de cores e amplia a gama de cores da reprodução aumentando o grau de liberdade de superposição de cores. Devido à singularidade da curva de reflexão espectral, o efeito de reprodução pode ser mantido estável, independentemente da alteração da fonte de luz e das condições de observação. Além disso, a amostragem de várias bandas de refletância espectral pode registrar as características de cor, tanto quanto possível, efetivamente resolvendo o problema da baixa precisão dos dados no modo tradicional.
No campo da reprodução de cores, o princípio da reprodução de cores de dispositivos digitais, como displays, impressoras e scanners, é muito diferente do da visão do olho humano. Devido às suas próprias limitações, o modo tradicional de impressão em quatro cores não pode resolver o problema do desvio de cores fundamentalmente, mesmo com a ajuda do sistema de gerenciamento de cores. A tecnologia de replicação multi-espectral melhora significativamente a integridade da aquisição de dados, aumentando o número de canais de amostragem, conseguindo assim uma reprodução de cores de alta qualidade. Em vista das vantagens acima, esta tecnologia tem sido usada com sucesso nos campos de cópia e salvamento de obras de arte valiosas e compras on-line. Ao mesmo tempo, a tecnologia também estabeleceu uma base sólida para a futura impressão de alta fidelidade e publicação de mídia cruzada.
Em terceiro lugar, processo de tecnologia de replicação multi-espectral
Técnicas de reprodução de cores multiespectrais descrevem informações de cores em dados espectrais, descrevendo a refletância espectral ou transmitância da cor. O fluxo de processo específico (Figura 1) pode ser dividido nas seguintes etapas:
1. Aquisição de dados
Dados de imagem multi-espectral de um original ou de uma coisa são adquiridos usando uma câmera multi-espectral com um filtro multicolorido. Normalmente, os sistemas de aquisição consistem em fontes de luz multiespectrais, filtros de cores e câmeras multiespectrais. Comparado com o tradicional método de aquisição de imagens baseado em três cores, este sistema tem as seguintes vantagens:
A fonte de luz tem um curto processo de partida, um amplo espectro e alta eficiência de radiação; o filtro de cor tem uma transmissão forte e não é afetado pela luz de fundo; Ele pode coletar dados de alta resolução, vários modos de suporte a dados e alto contraste de imagens.
Depois de adquirir os dados espectrais, ele precisa ser analisado para obter uma reconstrução espectral de alta precisão. A representação matricial do modelo matemático para aquisição de dados multiespectrais é agora descrita da seguinte forma:
Deixe a distribuição de energia espectral da fonte de luz multi-espectral ser S,
A emissividade espectral do objeto é r, r = [r1, r2, ... rn] T, onde n representa o número de comprimentos de onda de amostragem e T representa a operação de classificação hierárquica da matriz. Em uma câmera multiespectral, as características de transmissão espectral de m filtros de cores podem ser representadas por uma matriz F.
A sensibilidade espectral do detector é representada pela matriz D.
Combinando a matriz acima, a fórmula de cálculo integral colorimétrica pode ser obtida, e o valor da cor coletada é t = (DF) TSr. Posteriormente, o valor tristimulus XYZ da cor e o CIELAB podem ser obtidos por transformações lineares e não lineares correspondentes. Valores de cor, como coordenadas.
Além dos métodos acima, a análise de componentes principais (PCA) também pode ser usada para selecionar o projeto de filtro de cor ideal e obter uma reconstrução espectral mais precisa. Este método é freqüentemente usado na conversão mútua da densidade integrada e da densidade analítica na tecnologia fotográfica, e também é comumente usado no estabelecimento de arquivos de propriedades de dispositivos de alta precisão para scanners.
2. Previsão de material de cor original e seleção de cor de tinta ideal
Depois que a aquisição de dados multi-espectral é concluída, ela precisa ser analisada. Ao predizer a distribuição espectral da cor coletada, determina-se a seleção ótima da cor da tinta para a reprodução da cor, e o efeito do metamerismo na correspondência de cores é eliminado ao máximo. Para obter a melhor correspondência entre a cor copiada e a cor original, é necessário garantir que a curva de distribuição espectral de cores copiada maximize a distribuição espectral da cor original. Na prática, os dados espectrais são geralmente analisados por análise de componentes principais e, em seguida, a seleção ótima possível de corante é prevista pela transformação de rotação restrita. Finalmente, o melhor esquema de seleção de cores de tinta é finalmente determinado pela comparação da combinação de corantes prevista com a comparação das combinações de tinta no banco de dados.
3. Estabelecimento do modelo de overprint de tinta e previsão espectral
Existem muitas teorias sobre o estabelecimento de modelos de meio-tom na reprodução de cores. Em geral, a teoria de Kubelka-Munk é usada para calcular a refletividade da cor primária do modelo Niebel revisado da Niel-Nielsen. Entre eles, o modelo Nygger Niel-Nielsen revisado (referido como modelo YNSN) é o modelo de predição de refletividade mais comumente usado, que esclarece a correspondência entre a refletância espectral da cor da impressão em meio-tom ea razão da área dos pontos em cada comprimento de onda. Tendo em conta a expansão dos pontos da rede óptica, a fórmula específica é:
λ = 1 ... 8 (4)
Onde Rprint, λ representa a refletividade da cor impressa, e n é o fator Jur Nielsen. Rp, λ é a refletância espectral da cor p-primária do negbral, e αp é a razão da área do ponto da cor primária.
4. Separação de cores e impressão baseada em dados espectrais
A técnica de separação de cores baseada em dados multi-espectrais é o núcleo da tecnologia de reprodução de cores multi-espectral e é geralmente implementada por transformação inversa do modelo YNSN. Ao usar a equação YNSN para determinar o valor espectral do ponto de tinta, um método iterativo de otimização não linear apropriado deve ser usado para determinar a configuração de separação de cores de cada tinta primária. A tabela de consulta de cores desta tecnologia de separação de cores baseia-se no mesmo princípio das quatro cores. A diferença é que o intervalo de matiz do espaço de cores precisa ser razoavelmente dividido para que a cor de entrada da correspondência de cores da tinta possa manter o grau mínimo de metamerismo e melhorar a correspondência. Precisão. Essa técnica é frequentemente usada para impressão de alta fidelidade porque o efeito de separação de cores pode maximizar a aproximação do original.
Após a conclusão da separação de cores, a impressão em várias cores pode ser executada usando uma impressora ou impressora multicolorida. Em comparação com os métodos de impressão tradicionais, a tecnologia de replicação multiespectral tem uma gama de cores maior e pode replicar cores mais vivas. Além disso, as camadas de impressão são mais realistas e o efeito de alteração visual está mais próximo do espectro original.
Em quarto lugar, o status de pesquisa de tecnologia de reprodução de cores multi-espectral e instituições relacionadas
1. Conteúdo de pesquisa da tecnologia de replicação multi-espectral
De acordo com os diferentes estágios do processamento de cores, a reprodução de cores multi-espectrais pode ser dividida em três direções de aquisição de dados, processamento de dados e saída de cores, e cada direção pode ser subdividida em várias sub-direções:
Aquisição de dados: métodos de caracterização de dispositivos, projeto de filtro de cores, ajuste de câmera multi-espectral e registro de dados.
Processamento de dados: conversão de espaço de cores, correspondência de gama de cores, codificação e decodificação de dados espectrais.
Saída de dados: o estabelecimento da tabela de comparação, o estudo do algoritmo de separação de cores, a escolha da cor da tinta, e assim por diante.
2. Instituições relevantes
Atualmente, muitas organizações internacionais, laboratórios e instituições de pesquisa no mundo estão trabalhando na tecnologia de reprodução de cores multi-espectral. Os mais famosos são o Munsell Color Science Laboratory do Rochester Institute of Technology, a Universidade da Carolina do Norte, a Universidade de Leeds e a Universidade de Chiba, no Japão. Além disso, o Instituto de Ciência e Tecnologia de Imagens, IS & T, a Sociedade Internacional de Engenharia Óptica, SPIE e o Instituto Internacional de Engenheiros Elétricos e Eletrônicos, IEEE, também contribuíram muito para esta pesquisa.
Na China, universidades como a Universidade de Wuhan, o Instituto de Tecnologia de Pequim e a Universidade de Jiangnan também realizaram pesquisas sobre esse assunto em diferentes direções.
3. Problemas no atual estágio da pesquisa
Embora as vantagens da tecnologia de reprodução de cores multiespectral na correspondência espectral sejam inquestionáveis, em comparação com a tecnologia de impressão tradicional madura, a perfeição e a popularização dessa tecnologia ainda exigem esforços conjuntos da indústria de impressão e dos pesquisadores. Nesta fase, o alto custo e a tecnologia de operação complicada desta tecnologia fizeram com que a maioria das pessoas desestimulasse. Além disso, a precisão da amostragem e do processamento de dados é muito alta. De acordo com uma pesquisa relevante conduzida pelo Instituto de Tecnologia da Informação Multimídia do Instituto Nacional de Pesquisas da Itália, o efeito da reprodução de cores multi-espectrais é obtido quando os dados espectrais não podem atender à precisão requerida. Muito insatisfatório. Ou seja, embora a conclusão de que a correspondência espectral seja a correspondência de cores mais avançada seja inquestionável, o aumento na correspondência espectral não está diretamente relacionado à diferença na aberração cromática e na diferença visual humana. Pode-se ver que, embora suas vantagens sejam óbvias em princípio, sua implementação é realmente muito difícil.
V. conclusão
A impressão tradicional em quatro cores tem a falha fundamental desse metamerismo e sua correspondência de cores só pode ser mantida sob certas condições. Para este fim, mais e mais pessoas estão se concentrando em técnicas de reprodução de cores multi-espectrais que permitem a reprodução de cores incondicional. Embora a tecnologia ainda esteja engatinhando, as vantagens da reprodução precisa de cores a tornarão um tema quente no futuro e estabelecerão uma base sólida para a realização da impressão de alta fidelidade.