浅析色域可视化技术研究现状

李志金

随着计算机科学技术及色彩相关领域的不断发展，不同印刷媒介之间的保真色彩再现成为印刷行业的一直在努力解决的一个难题。色域可视化技术成为在印刷行业发展过程中的一个重要科研领域，随着数字图形学以及图像处理技术的不断发展，色域可视化技术也日趋成熟与多样化。

色域

现实情境中，物体的颜色是由于物体产生的光刺激对人的视觉神经进行刺激产生的综合感觉，但是在实际应用中却要有一个固定的标准和度量来对颜色进行描述和复制。为了解决这个问题，国际照明委员会（CIE）定义了色域这个概念来对物体的颜色集合进行描述，依照CIE的定义，色域（Color Gamut）指的是在某一个颜色空间中（如CIELab等）使用一个闭合的实体来代表在某个特定的观察条件下，某一个复制媒介（或者色彩空间）能够表达的颜色的集合。依照对象的不同，可以将色域分为图像色域、设备色域以及色彩空间色域这3个类型。该定义强调了在特定的观察条件下，例如特定的照明条件等，所以色域不是一个一成不变的属性，而是随着观察条件的变化而变化。

色域可视化

在实现色彩复制的过程中要想实现完全的色彩再现需要源色域和目标色域完全匹配，但是在实际的情境中，由于成像机理、元件器材、色域空间等问题，目标色域和源色域往往差距很大。不同色域之间的转换为了保证彩色信息尽可能精准地再现，需要在色域空间中进行映射，称之为色域映射。然而要相对色域进行映射又需要对色域进行精确的描述。色域边界描述方法有多种最常用的有凸壳算法、分区最大化算法以及基于纽介堡方程与KubelkaMunk方程等的特征化模型。

为了实现不同色域在复制过程中的比对与匹配，达到真正的“所见即所得”的颜色复制与再现的目标，需要一种更直观的方式来对色域进行展示，可视化技术（Visualization Technology）在颜色复制方面的应用应运而生。

色域可视化技术是利用计算机呈像与图像处理技术对各种色域、色域映射关系与映射过程进行直观的图形图像化展示，并进一步对其处理和交互的技术。它包含了图像处理、计算机图形学、计算机视觉以及计算机辅助设计等多个领域，是现阶段印刷发展必不可少的色域观测、匹配与交互的载体。

可视化发展现状

由于三刺激值法中的颜色可以由3个值表示，所以色域可以由3D颜色空间中的对象表示。因此，色域的2D可视化必须通过3D场景的2D渲染或者通过简单地例如仅显示某些横截面来简化问题。

设备色域可视化的传统方式是在2D xy色度图中绘制其轮廓。后来衍生出了包括将在绘制CIELab中L*和C_ab^*的色域边界作为给定的h_ab的值，或将色域实体的投影到不同的主平面上，例如CIELab中的（a*，b*）。Herzog将C_ ab^*作为L*的函数，以恒定色调以及图像的直方图（圆圈）一起绘制，从而表明超色域的颜色。其他还有包括绘制hab，L*以及C_ab^*的色域体积，或者灰度中显示C_ab^*作为hab和L*的函数。

早在1935年，MacAdam通过使用轮廓线引入了xyY色度图的第三维。类似的技术也在以后出现过，MacAdam还呈现了在xyY色彩空间中限定光源C下一个覆盖所有可获得的颜色的表面的立体照片。1988年，Stone等将理想化设备色域的正交视图呈现为“真实”彩色固体。随着计算能力的增加，以色彩固体，线框轮廓或两者的组合表示的色域的准实际透视效果变得很普遍。特别吸引人的是使用部分透明的固体。当可视化的色域是从离散的测量颜色中知道或者是一个图像色域时，它也可以被视为点云。另一种有启发性的技术是将色域描绘为由“真实”彩色平面组成的叶结构，例如，恒定的色调或恒定的亮度，在这种平面中的色域边界的线也最近用于可视化。一个稍微不同的方法是直接在圆柱坐标中工作，并将色度作为亮度和色调的函数，结合C_ ab^*（L^*，h_ab）绘制成表面。

可以通过在相同的坐标系中将色域表示为不同类型（实体、线框等）的对象，或者通过从设备色域之间的差异生成实体来直接地比较不同的色域。当仅显示部分色域时，这些差异可以变得更加清晰，无论是固体还是作为颜色编码的点云。与颜色相关的其他数量也可以从可视化获得。与色域映射算法相关联的位移向量可以显示为箭头或线段，与测量不确定度相关联的误差作为球体，以及用于不同大小的球体的图像的颜色直方图。

現阶段，国内外已经存在了许多色彩可视化商业软件和程序，可以实现图像文件，以及设备色彩特性化文件（ICC Color Profile，ICC）的读取与显示，例如美国Chromix公司的商业化软件Color Think Pro，使用界面如图5。

还有美国ImatestLLC公司的商业化软件Gamutvision，见图6。

以及挪威国家颜色实验室的ICC3D，值得一提的是ICC3D能够实现部分的交互功能，这些都对颜色复制中的可视化技术进行了非常有益的探索，但真正的交互技术仍是一个难题。

相对而言，国内对于可视化技术在颜色复制中的研究深度还尚有欠缺。在可搜集到的文献范围内，胡太银、马鲜艳、息丽丽、王义峰、刘瑞华对色域边界描述及可视化技术进行了探讨，但在整体系统的建立与完善，三维交互技术的设定与实现上在系统性和创新性及应用性方面也显得不足，还没有出现一个完整的可视化工具。 （基金项目： 制浆造纸工程国家重点实验室）endprint