1.2 彩色图像的合成

1.2.1 色彩复制

通常情况下，色彩复制是将场景或对象进行转换以尽可能忠实地呈现原稿，这个过程是通过信息链的传递来完成的。并且在多数情况下，感光材料（溴化银或透明/正片）通常被用做中间载体。感光材料在整个复制过程中（如图像处理），网屏处理、材料、传递特性和其他参数也起着重要的作用。

对于忠实复制的一种简洁性的描述为产生相同的光谱，虽然这在实际中无法实现。忠实复制能够在所有光照条件下使得复制品的效果与原稿相同，并且在制作合适的样张时，该要求显得尤为重要。

与忠实复制相对照，在对报纸和杂志进行编辑时，通常要求原稿的复制图像要具有吸引力。因此此时就可用“感染力”或“主观优化”这些术语来表达其效果。

多数情况下，图片机构所提供的透明片的色域比印刷时所需要用到的色域要大很多，因此在将图像信息转换到印刷时，就需要采取折中的方法，如图1-5所示。

在主观优化或忠实复制中必须确保说明书和广告中所展示的公司产品与制造商的色彩要求一致。为了遵循共同的指导方案，视觉匹配的方法就是附加专业色谱样本的色样。例如，某公司的专用色彩不能满意地从三原色中混合出来，那么就需要增加一个单独的色彩（也称专色）以达到所需要的结果。通常，在图像信息数据的分色中不考虑专色，而且专色只用于产生单独的色版。

在忠实复制的条件下，很大程度上可采用自动的方式；而在主观优化的条件下，由于图像处理的自动分析和优化法的发展只有几年时间，还不能取代手动处理，所以即使是训练有素的图像处理专家也不可避免地需要进行手动调节。

决定色彩复制质量的其他主要因素有油墨、承印物、印刷工艺、印刷条件、原稿特性等。在这些因素当中，油墨和承印物的色彩特性对复制色域起着最主要的影响。其他影响色彩复制质量的因素，如加网技术，也起着重要的作用。例如在传统调幅加网中，加网线数、加网角度及网点大小都将影响印刷品的质量。

若要复制一个物体，那么在整个复制过程中，曝光时物体的照明、可能存在的反射、对比度以及光源的色温都将对结果产生影响；而在这个过程中，感光材料仅作为中间信息的载体。

影响色彩复制质量的主要因素是实际的色彩被分解或分色的过程。需要强调的是多色印刷主要是三色复制的过程（即所有色彩都由三原色混合而成），尽管在实际生产中加入了第四个颜色“黑色”，但是色彩信息由三原色组成的这一基本事实并未改变。因此为获得忠实复制的印刷品，则在分色中完成分色作用的滤色片必须与油墨相适应，若该适应性不好就需要进行色彩转换。

1.2.2 分色

在彩色图像的合成中，分色是以减色混合为基础的。在多色印刷中，在某种程度上网点是相互独立的，但也有可能会重叠；并且减色法混合（单色网点的叠印）和加色法混合（观察者观察到的半色调网点的单色的综合效果）都有可能发生在印张上。

在具有感应磷图层的彩色显示屏中，直接相邻的光栅点创建了一个类似的加色法混合效果（而在印刷中，被照射的半色调网点/彩色区域，反射其光线到达人眼，在人眼中形成相应的色刺激）。

在印刷过程中施加到承印物上的油墨层必须是透明的，即按减色法混合的物理原理才会有效（类似滤色片）。在完全叠印的大面积色彩中，会产生特有的减色法混合。该情况下，若只有减色法混合，那么所得混合色的亮度会随着墨层厚度的增大而减小。

在多色印刷的加网过程中，网屏结构和色彩套印的调整不可避免地会产生一个不同于加色法和减色法的复杂组合，这就需要对油墨的光谱特性提出特定的要求，即无论承印材料上网点是相邻的（加色法）还是叠加的（减色法），观察者所感受到的色彩是相同的。而要达到这一要求则需要理想的原色具有矩形的光谱分布，并且这些不连续的值必须在0和1之间，且间断点不能超过两个。另一个因素是，必须将这些不连续点与三原色光谱分布相适应，而且要选择出这些间断点使得生成的实地颜色的色彩范围尽可能大。经测试表明，第一个理想间断点在489～495nm，第二个在574～575nm，相应的光谱分布如图1-6所示。

通过理想色彩能够很容易地计算出色彩复制。若把品红色、青色和黄色作为油墨，则通过减色法可以由三原色混合产生红色、绿色和蓝紫色。如果把三原色的位置以及第一次减色混合的颜色位置加入u′v′坐标平面中，可以发现原色恰好位于混合色的连线上，如图1-7所示，图中E点（中性色）由原色和相对的混合色连接得到。将三原色以相同的比例混合可以得到理想的中性灰，而色域则由u′v′坐标平面中三角形的位置和大小来确定。该图是用u′v′系统的投影来替代 x, y系统的投影，它与图1-5是等效的。

在这个理想的色彩转换中，将RGB数据和CMY数据进行转换就变成了一个很微小的操作。第一代PostScript页面描述语言的色彩转换程序就是根据这个简单的色彩光谱分布模型选择的：

C=1.0-R；

M=1.0-G；

Y=1.0-B。

在实际的印刷中，印刷油墨并不完全接近于理想色彩。图1-8给出了多色印刷中油墨的典型光谱分布，它同时也说明了与“理想色彩”的间断点。从图中可以得出，实际的三原色并没有反射或吸收光谱的理想成分，并且还产生了大量不需要的负效应光谱，这就导致了无法获得印刷理论中可实现的色域。

此外，在印刷色彩区域内，加色法混合产生的效果与减色法并没有产生相同的色彩，这就使得在加网过程中导致了图像合成上的偏差。这也就造成了相同比例的三原色无法生成中性灰，并且RGB值也不能仅通过“转换”来变成CMY值的事实。

而在实际生产中，将不同比例的三原色混合能够生成一个中性灰（如胶印中获得一个深灰的分色版/胶片值为青70%，品红60%，黄60%；浅灰为青24%，品红18%，黄18%）。这些数据考虑了实际印刷中三原色的色彩特性，并作为一种确定灰平衡过程的有效控制工具。然而它不能直接转换为其他色彩标准和印刷方式，但对于理想油墨是可行的。

概括可得，在印刷中理想三原色混合的需求如下：

（1）三原色的光谱反射系数或吸收特性应与理想原色尽可能地接近；

（2）三原色位置的选择应尽可能产生大的色域；

（3）在印刷中，相同比例的三原色通过加色法或减色法混合，应该产生一个尽可能中性的灰色调（在理想的承印材料上）。

在色彩环或色彩空间中，一阶混合色（二次色）应尽可能地位于两个原色的中间位置。

1.2.3 复制工艺

与选择理想的基色和分色滤色片相似，在色彩复制过程中，制版过程和材料的相互协调也是十分重要的。通过拍照将一个真实的场景转换为一个印刷品，这其中包含了一个多级信息的传递链。这个链的接口和参数通常由操作者有目的地干预。

在实际生产中，若一些图像变化/复制是静态的，那就需要这个链条中的其他可操作链环来适应这个静态特性。因此，例如前面所指出只有某些真实的颜料可用于印刷，但它们的光谱特性与最佳的原色是不同的。所以在制作分色胶片时，在假定理想的色彩方案下，分色滤色片就必须以“错误补偿”的方法来适应这些特性。

调整阶调或反差曲线可以适配复制技术中的有关技术环节，并且该技术已经在实践中证明了其价值。而在实际中，用户对模拟信息传递链的精细协调几乎没有其他选择。因此，CMYK的分色数据使用极其广泛。

尽管从信息论的观点来看，RGB或CIE LAB色彩系统中的图像数据的处理具有许多好处，但是经验丰富的专家最终还是选择印刷基色用于处理数据，这是因为可以在最终色调上进行干预调整。另一方面，在没有实际色彩管理的系统中，调节RGB的色调不可能对CMYK色彩系统产生特定的影响。

现在的复制技术得出了基色的色调足以代表一个图像复制系统的复制曲线的投影这一假设。但这种假设是不正确的，至少在许多输出系统中是不成立的（例如，胶版印刷和其他传统的印刷技术）。实际中，混合颜色的色调并不与原色成比例变化。

为了更好地理解这个问题，就需要借助视觉等距的色度参考系统（如CIE LAB）。要做到这一点，就需要一个色度计和Lab坐标系中7个坐标点在 a*b*上的投影平面，来确定三原色和青色、品红色、黄色、红色、绿色和蓝色的实地面积以及印刷纸张空白处的色彩位置。若确定了6个单色色调的实际Lab坐标，那么就能够产生起始于白点（纸张的颜色），终止于实地面积的6条曲线。从图1-9可以得出，三原色和二次色的色调呈非线性变化。

假设在CIE LAB图表中，色度的投影在视觉上是等距的，那么就可以得出这样一个结论，即原色的色调不足以代表满足复制要求的特性曲线。这种特性在许多输出系统中是相当典型的，因此基于色调变化的图像调节是不可靠的。由于缺乏其他合适的方法，所以该技术在模拟复制技术中还是十分必要的，但几乎不用于数字处理。而实践证实了，专业人员在色调上的有意干预措施更多的是依靠直觉，很少依据数字。

通过色调曲线来协调处理模拟和数字中的子模块也被称为特性曲线的传递。它可由密度计或类似密度计的设备来控制（如图像处理软件），但只能在下列条件下成立：

（1）在子模块中使用相同的色彩模式（如CMYK）；

（2）三原色的色彩位置相同；

（3）子模块具有相同的复制特性曲线。

只有当上述需求都满足时，设备才能通过色调曲线/特性曲线来适配，而在其他情况下就需要运用更加复杂的色彩空间转换了，这种情况下就需要色度计来确定色彩空间转换的参数了。

首先，只有采用相同的色彩模式，色调曲线才能用于过程控制。由于在复制过程之前已经产生了4个相关分色通道和印刷系统的CMYK色彩空间转换，所以只要协调胶片到印版，或印版到印刷品的工艺就能够轻松地达到这些要求。这种情况下，原色的色彩位置并没有发生改变。在数字印刷系统的控制中，常常会出现许多不同的情况，如PostScript数据文件。如果利用RGB数据来控制打印机，那么该输出就不能只通过色调曲线来变成打印机的CMYK数据，因此就不能满足特性曲线传输的第一个要求。

即使信息传递链的两个子模块的色彩模式相同，特性曲线的传输也不可能实现。事实上，有两种基于CMYK的印刷系统可用于适应彩色复印机到胶版印刷的复制，但通常三原色的颜色位置有很大的差异，因此不能满足第二个条件。

近来，基于NIP技术的数字打样系统不再通过选择特别合适的着色剂来调节适合印刷复制过程的色度特性。在此就用到了借助于色彩管理系统和色度测量技术的多维色彩转换调节设备。

1.2.4 黑色

从根本上说，多色印刷中所采用的黑色是用黑色油墨直接生成的，它用来减少以三原色生成黑色或灰色的技术花费，并用来降低高质量彩色油墨的使用，同时还能够稳定印刷过程，使单独颜色的变化在整个印刷中不敏感。

控制黑色分色版有多种方式，可使用青、品红、黄色和黑色来完善彩色结构：

（1）由底色去除（UCR）组成的彩色结构；

（2）非彩色结构（或GCR：灰成分替代）；

（3）由底色增益（UCA）组成的非彩色结构。

这些过程会由以下的例子来结束说明，图1-10只是给出了一个例子，并没有精确的度量和全面的理解。

1.彩色结构

在彩色结构中，所有的色相（色调）都是由三原色——青（C）、品红（M）、黄（Y）组成的。黑色（K）也可能被用于强调图像的暗调，改善图像的轮廓，暗色调是通过将三原色以适当的比例混合而来的。

例如，若要印刷较深的青色，则根据所需要的黑度值，将品红和黄色等量地加入青色，但所加的品红和黄色的量都要小于青色。这部分品红和黄色与等量的青色混合成为黑色，这混合而成的黑色就使得剩余的青色颜色加深。该情况可以通过一个例子来清楚地表达。图1-10（a）中的棕色由70%青、80%品红和90%黄色组成，因此总覆盖面积为240%，在这当中没有使用黑色，但由于三个色彩的比例都很高，因此就不能容易地保持色彩平衡。

图1-10（a）中棕色的彩色结构包含一个彩色部分和非彩色部分。其中非彩色部分由70%青、70%品红和70%黄色组成，它们在叠印后产生了一个很接近灰色的颜色，而剩下的10%品红和20%黄色就形成了彩色部分。

2.底色去除

底色去除是彩色结构的一种变形，其中一部分非彩色部分由黑色来替代。假设在图1-10（b）中的棕色采用30%的UCR，因此由青、品红、黄色组成的非彩色部分就从70%减少到40%，减少的部分就由黑色来替代。因此覆盖面积就不再是240%，而是以180%的覆盖面积来表现相同的色调外观。由于其大大降低了油墨沾污的危害（收纸时已印刷的图像转移到上一张纸的背面），且更容易把握色彩平衡 ，因此它大大简化了印刷机的任务。

3.非彩色结构

与彩色结构不同，在非彩色结构原理中，所有非彩色成分都由黑色来替代（GCR：灰成分替代）。因此颜色的加深不再通过增加彩色的方法来实现，仅仅使用黑色来完成。图1-10（c）中的棕色只由品红、黄、黑组成，且覆盖面积仅为100%。因此在全图和全色调中，青、品红、黄的比例大大降低，印刷过程更加稳定，油墨的吸附程度也显著地提高了。

4.底色增益

底色增益（UCA）是非彩色结构的一种变形。如果中性黑的油墨不充足，那么为了强调中性灰图像的暗调，则在非彩色部分增加青、品红和黄的比例并降低黑色的成分[图1-10（d）中使用了25%的比例]。在图像构成中，该方法被广泛地使用并在实践中证明了其价值。通过这种方法，图像质量和印刷品质量能够很好地保持一致。

1.2.5 高保真彩色印刷

为了在多色印刷中获得更大的色彩范围，就需要：

（1）尽可能与人眼视觉敏感性所反映的色彩空间相一致；

（2）获得高级显示器或照片的色域。

而且对于特殊的印刷行业甚至可以利用超过4色的颜色来完成（例如在CMYK色彩系统中添加补色系统中的R、G、B）。

例如，可以采用7个印刷机组的单张纸胶印机来完成，这也称高保真彩色印刷。在图1-11中就描绘了该方法在CIE标准色彩空间中的色域与传统多色印刷的比较。

使用6色印刷的方式，即除了C、M、Y、K之外再加上两种颜色，也能扩大色彩范围。因此在高保真彩色印刷中，也存在“高保真六色系统”，例如用橙色和绿色这样的专色来进行印刷。