色彩管理在紙張數(shù)碼打樣中的應(yīng)用研究

王 輝，宋亞麗，劉 樂，高玉杰，曹江濤，劉娜娜

(1.天津科技大學(xué)造紙學(xué)院，天津 300457；2.青島運(yùn)城制版有限公司，青島 266100)

近年來，隨著圖像信息技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字印刷技術(shù)也日趨完善.數(shù)碼打樣在實際印刷生產(chǎn)過程中的應(yīng)用也越來越廣泛，已經(jīng)成為印刷過程中不可或缺的重要部分，打樣質(zhì)量的好壞直接決定客戶能否在最終稿件上簽字.數(shù)碼打樣不同于傳統(tǒng)打樣，是指采用數(shù)碼打樣輸出設(shè)備和數(shù)碼打樣控制軟件組成的數(shù)字化成像系統(tǒng)，利用同一數(shù)字頁面完成圖文數(shù)據(jù)計算、色彩空間的轉(zhuǎn)換和匹配、控制數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)交換功能，實現(xiàn)圖文信息色彩再現(xiàn)與印刷生產(chǎn)質(zhì)量的控制.數(shù)碼打樣消除了傳統(tǒng)打樣的諸多技術(shù)瓶頸，滿足印刷生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效的發(fā)展要求[1-2].同時，色彩管理技術(shù)的發(fā)展使得人們對數(shù)碼打樣質(zhì)量的認(rèn)識上升了一個新的高度；通過色彩管理可以展現(xiàn)圖文信息的真實色彩效果，實現(xiàn)最大程度的仿真色彩再現(xiàn)，即“所見即所得”.要實現(xiàn)ICC(顏色特性文件)色彩管理技術(shù)必須通過3 C 控制要素來完成，3 C 控制要素為設(shè)備校準(zhǔn)(calibration)、特征描述(characterization)及顏色轉(zhuǎn)換(conversion).其中顏色轉(zhuǎn)換是色彩管理數(shù)碼打樣中最重要的組成部分，是影響數(shù)碼打樣準(zhǔn)確性的關(guān)鍵因素，決定了印品的復(fù)制精度以及最終顏色再現(xiàn)的質(zhì)量[3-4].

目前市面上的色彩管理軟件較多，其打樣性能各有優(yōu)劣，不同軟件應(yīng)用的對比研究較少，沒有明確的數(shù)據(jù)對比.本文基于GMG、CGS 色彩管理軟件對數(shù)碼打樣質(zhì)量的影響情況進(jìn)行研究，對打樣紙張未經(jīng)過色彩管理和分別經(jīng)過GMG 和CGS 色彩管理軟件處理后的效果進(jìn)行分析比較，通過分光光度計掃描ECI2002 色表，利用ProfileMaker 軟件生成ICC 特性文件，分析觀察各自生成的ICC 特性文件的色域大小，通過色差、階調(diào)再現(xiàn)、印刷相對反差值、網(wǎng)點擴(kuò)大值這幾個印刷參數(shù)對打樣質(zhì)量進(jìn)行表征，最終得出未經(jīng)過色彩管理和經(jīng)過色彩管理對數(shù)碼打樣質(zhì)量的影響.本研究結(jié)合青島運(yùn)城制版有限公司實際打樣過程，對實際印刷打樣具有一定的指導(dǎo)意義，同時為比較不同色彩管理軟件性能的差異提供參考依據(jù).

1 材料與方法

1.1 實驗材料

ESPON Sure Color P7080 型大幅面噴墨打印機(jī)、ESPON Ultra chrome HDX 型油墨，日本愛普生公司；Eye-one io 型分光光度計、X-rite eXact 型分光密度計，美國愛色麗公司；愛普生數(shù)碼打樣專用紙(定量190.90 g/m2，白度98.76%，L＝94.41，a＝-0.76，b＝-3.05，75°光澤度57.43%)，北京華利志誠科技有限公司；色彩管理軟件GMG Color Proof 5，德國GMG公司；色彩管理軟件ORIS Color Tuner//Web 3.1，德國 CGS 公司；特性文件生成軟件 ProfileMaker Pro5.0，美國格林達(dá)麥克貝斯公司；圖文處理軟件Photoshop CC2018、Illustrator CC2018，美國Adobe公司.

1.2 實驗方法

1.2.1 實驗印刷測試版的設(shè)計

印刷最主要的任務(wù)是色彩再現(xiàn)及還原，因此測試版的設(shè)計應(yīng)當(dāng)包括最好的網(wǎng)點形狀、實地密度、網(wǎng)點擴(kuò)大、油墨疊印率、灰平衡表現(xiàn)、套印精度等關(guān)鍵評價要素[5].本實驗使用的測試版如圖1 所示.用印前圖文處理軟件Photoshop、Illustrator 對測試版進(jìn)行設(shè)計及排版，其中放置了ECI2002R 圖表，用來生成ICC 特性文件，還放置了能夠反映膚色以及帶有極高光或暗調(diào)細(xì)微層次、中性色調(diào)、記憶色、高光和暗調(diào)漸變等的色調(diào)圖像，此外還有各級階調(diào)梯尺，C、M、Y、K 四色實地色塊，印刷測控條等，以便監(jiān)控印刷狀態(tài)，獲取相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)，對打樣質(zhì)量進(jìn)行評價.

圖1 數(shù)碼打樣測試版Fig.1 Test plate of digital proofing

1.2.2 數(shù)碼打樣流程及參數(shù)設(shè)置

在進(jìn)行數(shù)碼打樣之前必須確保打印設(shè)備保持良好的運(yùn)行狀態(tài).數(shù)碼打樣流程如圖2 所示.

打印參數(shù)設(shè)置：分辨率為720 dpi×1 440 dpi；打印方向為雙向.

測量條件：D50 光源、2°視場、M0 濾鏡模式.

1.3 數(shù)碼打樣質(zhì)量的評價

本實驗對數(shù)碼打樣輸出的測試版進(jìn)行測試，通過色域和色差參數(shù)比較出未經(jīng)過色彩管理和經(jīng)過GMG、CGS 色彩管理軟件校正后的色彩表現(xiàn)能力；分別測量數(shù)碼打樣紙未經(jīng)過色彩管理和經(jīng)過GMG、CGS 色彩管理軟件校正后的C、M、Y、K 四色階調(diào)密度，通過階調(diào)再現(xiàn)、印刷相對反差、網(wǎng)點擴(kuò)大對打樣質(zhì)量進(jìn)行客觀評價.

測試版的色域和色差按照ISO 12647—7：2013國際數(shù)碼打樣參考標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測定；印刷相對反差和網(wǎng)點擴(kuò)大按照ISO 12647—2：2013 國際膠印參考標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測定.

2 結(jié)果與討論

2.1 色域比較

色域是評價色彩再現(xiàn)能力的重要參數(shù)，是打印機(jī)、油墨、打印介質(zhì)和實現(xiàn)數(shù)字圖文轉(zhuǎn)化為打印機(jī)可識別的語言的特殊連接，色域越大，色彩再現(xiàn)能力越強(qiáng)[6].實驗通過分光光度計分別對打印機(jī)輸出的未經(jīng)過色彩管理和經(jīng)過GMG、CGS 色彩管理的ECI2002色表進(jìn)行掃描，利用ProfileMaker 軟件生成ICC 特性文件，色域值比較見表1，色域范圍比較如圖3 所示.從表1 可知：未經(jīng)過色彩管理的數(shù)碼打樣紙色域容量值明顯小于經(jīng)過GMG 和CGS 色彩管理軟件的色域容量值，而CGS 軟件所表現(xiàn)的色域容量值比GMG 軟件要稍大.

表1 不同色域容量比較Tab.1 Comparison of different gamut volume

圖3 不同色域范圍比較Fig.3 Comparison of different gamut scope

從圖3 兩種不同的視覺模式圖中可以很直觀地發(fā)現(xiàn)：未經(jīng)過色彩管理的數(shù)碼打樣紙的色彩再現(xiàn)范圍最小，色彩再現(xiàn)能力較差；經(jīng)過色彩管理之后，數(shù)碼打樣紙的色域明顯擴(kuò)大，CGS 相較于GMG 軟件色域要稍大，在品紅-黃范圍內(nèi)色彩再現(xiàn)能力更為出眾.

2.2 色差比較

色差是評價打印樣張與標(biāo)準(zhǔn)樣張差別的重要指標(biāo)，ISO 12647—7 數(shù)碼打樣參考標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：數(shù)字樣與模擬印刷條件的顏色相比，C、M、Y、K 基礎(chǔ)色與其對應(yīng)的目標(biāo)色之間色差(ΔE)不得大于5.表2 為色差程度的鑒定標(biāo)準(zhǔn).實驗對測試版進(jìn)行輸出打樣，用分光光度計對打樣文件中放置的ISO 12647—7 數(shù)碼標(biāo)準(zhǔn)打樣測控條進(jìn)行掃描，得出C、M、Y、K 四色在0～100%范圍內(nèi)的色差，色差比較如圖4 所示.

表2 色差程度的鑒定標(biāo)準(zhǔn)Tab.2 Identification standards of color difference degree

圖4 不同顏色色差比較Fig.4 Color difference comparison of different colors

由圖4 可知：未經(jīng)過色彩管理的C、M、Y、K 四色整體色差較大，最大色差超過5，不滿足打樣色差標(biāo)準(zhǔn).在相同情況下，經(jīng)過色彩管理之后的打印樣張比未經(jīng)過色彩管理的打印樣張色差顯著減小，與原稿的一致性較高，最大色差基本都在5 以下，符合打樣色差標(biāo)準(zhǔn).這是因為GMG 和CGS 色彩管理軟件帶有的色彩轉(zhuǎn)換引擎和多次色彩循環(huán)校正系統(tǒng)對打印樣張與原稿之間的色差進(jìn)行優(yōu)化，使得數(shù)碼打樣色彩表現(xiàn)效果與源文件較為一致.

對GMG 和CGS 色彩管理而言：在青色色差比較中，經(jīng)過GMG 和CGS 色彩管理的打印樣張在網(wǎng)點面積率 10%～80%范圍內(nèi)幾乎沒有差別，在80%～100%范圍內(nèi)CGS 樣張的色差小于GMG 樣張；在品色色差比較中，經(jīng)過GMG 和CGS 色彩管理的打印樣張在網(wǎng)點面積率50%～100%范圍內(nèi)差別較小，在 10%～50%范圍內(nèi) CGS 樣張的色差小于GMG 樣張；在黃色色差比較中，經(jīng)過GMG 和CGS色彩管理的打印樣張在網(wǎng)點面積率10%～80%范圍內(nèi)差別較小，在80%～100%范圍內(nèi)CGS 樣張的色差小于GMG 樣張；在黑色色差比較中，經(jīng)過GMG 和CGS 色彩管理的打印樣張在網(wǎng)點面積率10%～80%范圍內(nèi)CGS 樣張的色差小于GMG 樣張，在80%～100%范圍內(nèi)CGS 樣張的色差大于GMG 樣張.

總體來看，經(jīng)過GMG 和CGS 色彩管理之后色差降低都較為明顯，而且都能達(dá)到理想的打樣效果.GMG 軟件的校正循環(huán)需要5 次以上才能滿足色差需求，步驟繁瑣，耗費(fèi)時間較多；而CGS 軟件的校正循環(huán)一般需要3 次就能達(dá)到要求，相對快捷準(zhǔn)確，因此CGS 色彩管理在處理色差性能方面更為優(yōu)秀.

2.3 紙張數(shù)碼打樣的質(zhì)量評價

2.3.1 印刷階調(diào)再現(xiàn)

階調(diào)再現(xiàn)能夠準(zhǔn)確地反映打印樣張與原稿之間深淺明暗層次的變化，是衡量印刷質(zhì)量好壞的重要標(biāo)準(zhǔn)之一.樣張的顏色層次越接近原稿的層次，樣張與原稿的顏色匹配程度越高[8].實驗用分光密度計對測試版中的C、M、Y、K 四色階調(diào)梯尺的密度進(jìn)行測量，未經(jīng)過色彩管理和經(jīng)過GMG、CGS 色彩管理的C、M、Y、K 四色階調(diào)再現(xiàn)性的比較如圖5 所示.

由圖5(a)可知：未經(jīng)過色彩管理樣張和經(jīng)過色彩管理樣張的青色階調(diào)在網(wǎng)點面積率0～50%范圍內(nèi)較為一致，說明在此范圍內(nèi)不經(jīng)過色彩管理也能實現(xiàn)階調(diào)再現(xiàn)的準(zhǔn)確性；在50%～100%范圍內(nèi)未經(jīng)過色彩管理的青色階調(diào)有明顯的拐點，曲線不平滑，階調(diào)層次性差，而經(jīng)過色彩管理之后能夠很好修正階調(diào)曲線，平滑曲線，實現(xiàn)較好的層次性.GMG 色彩管理和CGS 色彩管理在整個青色階調(diào)范圍內(nèi)幾乎一致，說明這兩款軟件能夠較好地控制青色油墨輸出，保證青色階調(diào)再現(xiàn)的準(zhǔn)確性.

圖5 不同顏色階調(diào)再現(xiàn)的比較Fig.5 Comparison of tone reproduction of different colors

由圖5(b)可知：未經(jīng)過色彩管理的樣張在整個品紅色階調(diào)曲線上有較多拐點，明暗過渡較差，經(jīng)過色彩管理之后階調(diào)再現(xiàn)曲線較為平滑，層次還原性較好；經(jīng)過CGS 色彩管理的樣張的品紅色階調(diào)再現(xiàn)曲線在網(wǎng)點面積率0～70%范圍內(nèi)要高于GMG 色彩管理樣張的階調(diào)曲線，而在70%～100%范圍內(nèi)低于GMG 色彩管理樣張的階調(diào)曲線.說明CGS 色彩管理輸出的樣張在淺、中色階調(diào)再現(xiàn)優(yōu)于GMG 色彩管理，在深色調(diào)范圍內(nèi)稍遜于GMG 色彩管理軟件輸出的樣張.

由圖5(c)可知：未經(jīng)過色彩管理樣張的黃色階調(diào)曲線在網(wǎng)點面積率40%～70%范圍內(nèi)有明顯拐點，階調(diào)還原性較差，其余范圍內(nèi)的階調(diào)再現(xiàn)稍微好一些，說明黃色油墨本身的階調(diào)還原效果比C、M、K三色要好.經(jīng)過色彩管理修正之后其層次再現(xiàn)更加突出，而且GMG 色彩管理和CGS 色彩管理樣張的階調(diào)曲線重合，說明在黃色階調(diào)再現(xiàn)上兩款軟件表現(xiàn)一致，都能很好地確保黃色油墨階調(diào)再現(xiàn)的一致性.

由圖5(d)可知：未經(jīng)過色彩管理打印樣張的黑色階調(diào)再現(xiàn)曲線不夠平滑，特別是在網(wǎng)點面積率70%～100%范圍內(nèi)跨度較大，導(dǎo)致樣張暗調(diào)區(qū)域過渡較差，經(jīng)過色彩管理之后可以很好地修正此范圍內(nèi)的層次過渡問題，使黑色階調(diào)還原更為準(zhǔn)確；經(jīng)過GMG 色彩管理的樣張在80%～100%范圍內(nèi)的密度大于CGS 色彩管理的樣張，但GMG 色彩管理的樣張在此范圍內(nèi)出現(xiàn)拐點，說明在此范圍內(nèi)的階調(diào)再現(xiàn)性比CGS 色彩管理表現(xiàn)差一些.

綜上所述，經(jīng)過色彩管理之后能夠確保各色油墨的階調(diào)再現(xiàn)的一致性，使紙張在數(shù)碼打樣過程中輸出與原稿較為一致的明暗深淺層次.對兩款色彩管理軟件輸出的樣張而言，兩款軟件的輸出樣張整體階調(diào)還原性都滿足打樣需求，處理C、M、Y 三色油墨階調(diào)再現(xiàn)的能力差別不大；但CGS 軟件在處理黑色油墨的階調(diào)再現(xiàn)性上比GMG 軟件表現(xiàn)更為突出，階調(diào)還原性程度更高.

2.3.2 印刷相對反差

印刷相對反差(簡稱K 值)是衡量最佳墨量、控制實地密度和網(wǎng)點擴(kuò)大的重要參數(shù)[9].未經(jīng)過色彩管理和經(jīng)過GMG、CGS 色彩管理C、M、Y、K 四色樣張的相對反差值見表3.由表3 可知：未經(jīng)過色彩管理的C、M、Y、K 四色K 值都小于經(jīng)過色彩管理的K值，其階調(diào)再現(xiàn)性差，網(wǎng)點擴(kuò)大嚴(yán)重，經(jīng)過色彩管理校正以后，C、M、Y、K 四色油墨的80%網(wǎng)點密度與實地密度差別較大，網(wǎng)點擴(kuò)大減小，層次清晰，顏色明暗過渡拉得開，階調(diào)再現(xiàn)性較好；就經(jīng)過兩款色彩管理軟件樣張的比較而言，K 值差別不大，說明GMG 和CGS 色彩管理軟件在處理K 值方面性能一致，無明顯優(yōu)劣，都能夠很好地控制打樣的最佳密度，增大印刷相對反差，減小網(wǎng)點擴(kuò)大，更好地對色彩進(jìn)行還原.

表3 印刷相對反差值的比較Tab.3 Comparison of printing relative contrast value

2.3.3 網(wǎng)點擴(kuò)大

數(shù)碼打樣是直接印刷方式，其網(wǎng)點擴(kuò)大是與數(shù)字原稿中的網(wǎng)點相比較的，在數(shù)碼打樣紙上印刷出來后，網(wǎng)點在尺寸方面的增加[10].未經(jīng)過色彩管理樣張和經(jīng)過GMG、CGS 色彩管理樣張的C、M、Y、K 四色網(wǎng)點擴(kuò)大的比較如圖6 所示.

數(shù)碼打樣的網(wǎng)點擴(kuò)大主要是由于油墨在紙張上出現(xiàn)鋪展和滲透導(dǎo)致的，這種現(xiàn)象不可避免，在打樣過程中應(yīng)盡量減少這種現(xiàn)象出現(xiàn).本研究中的網(wǎng)點擴(kuò)大的大小主要是由紙張和油墨自身的性質(zhì)決定的，從圖6 可以看出，未經(jīng)過色彩管理和經(jīng)過色彩管理的網(wǎng)點擴(kuò)大曲線趨勢是一致的，其網(wǎng)點擴(kuò)大主要出現(xiàn)在理論網(wǎng)點面積率20%～80%范圍內(nèi)，其中40%～80%范圍內(nèi)最為嚴(yán)重，四色油墨的網(wǎng)點擴(kuò)大排序為：黑＞青＞黃＞品紅.

未經(jīng)過色彩管理樣張的四色油墨網(wǎng)點擴(kuò)大值較大，其中青色網(wǎng)點擴(kuò)大最大值在20%左右，品紅色網(wǎng)點擴(kuò)大最大值在11%左右，黃色網(wǎng)點擴(kuò)大最大值在16%左右，黑色網(wǎng)點擴(kuò)大最大值在27.5%左右；樣張的整體層次丟失，色彩偏差在同等網(wǎng)點面積率下較大，經(jīng)過色彩管理之后網(wǎng)點擴(kuò)大值明顯減少，樣張的整體階調(diào)和層次較為分明，色彩還原性較好.

圖6 不同顏色的網(wǎng)點擴(kuò)大比較Fig.6 Comparison of dot gain of different colors

對GMG 和CGS 色彩管理軟件處理的樣張的比較而言：青色網(wǎng)點擴(kuò)大中CGS 樣張在理論網(wǎng)點面積率0～70%范圍內(nèi)的網(wǎng)點擴(kuò)大值比GMG 樣張??；品紅色網(wǎng)點擴(kuò)大中CGS 樣張在理論網(wǎng)點面積率0～80%范圍內(nèi)的網(wǎng)點擴(kuò)大值比GMG 樣張大；黃色網(wǎng)點擴(kuò)大中CGS 樣張和GMG 樣張網(wǎng)點擴(kuò)大值幾乎一致，差別不明顯；黑色網(wǎng)點擴(kuò)大中CGS 樣張在理論網(wǎng)點面積率10%～80%范圍內(nèi)的網(wǎng)點擴(kuò)大值比GMG樣張小.從總體上說，兩款軟件都能較好地處理打印樣張的網(wǎng)點擴(kuò)大現(xiàn)象，保證樣張色彩的一致性.CGS軟件在處理青色和黑色網(wǎng)點擴(kuò)大效果好，GMG 在處理品紅色網(wǎng)點擴(kuò)大效果好，但從樣張的整體質(zhì)量來看，CGS 軟件的還原效果更準(zhǔn)確，而且整個校正過程比GMG 更簡單.這是因為CGS 色彩引擎采用開放的線性化模式，針對單通道、雙通道、三通道以及總墨量進(jìn)行準(zhǔn)確控制，確保樣張色彩匹配與還原更加精確，從而使得不同階調(diào)范圍內(nèi)的網(wǎng)點擴(kuò)大減小；同時可以節(jié)省墨量，減少打樣成本.雖然GMG 色彩管理采用4D 色彩轉(zhuǎn)換引擎，色彩還原性也較高，但其墨量限制及線性化采用封閉模式，對不同種類油墨采用內(nèi)部制作的文件，使得其精準(zhǔn)性受到一定的限制，因此經(jīng)過CGS 色彩管理的樣張能夠更好地控制網(wǎng)點擴(kuò)大，保證色彩匹配的一致性.

3 結(jié) 論

(1)經(jīng)過GMG 和CGS 色彩管理之后，數(shù)碼打樣紙的色域擴(kuò)大，色彩再現(xiàn)和階調(diào)復(fù)制能力顯著提高，印刷相對反差值增大，網(wǎng)點擴(kuò)大減小，整體打樣質(zhì)量較好.

(2)對兩款軟件的比較而言，CGS 比GMG 色彩校正過程更簡捷和準(zhǔn)確，在色彩再現(xiàn)、階調(diào)復(fù)制、減少網(wǎng)點擴(kuò)大方面表現(xiàn)更突出，打樣質(zhì)量更高.因此在數(shù)碼打樣過程中推薦使用CGS 色彩管理軟件.