傅師偉

(華僑大學(xué) 機電及自動化學(xué)院, 福建 廈門 361021)

基于中國書畫特征顏色的專用色標(biāo)設(shè)計與制作

傅師偉

(華僑大學(xué) 機電及自動化學(xué)院, 福建 廈門 361021)

為提高中國書畫作品的數(shù)字化采集精度,對中國書畫創(chuàng)作的各種主要原材料(包括顏料、印泥和宣紙等)進行實樣采集和顏色測量,建立中國書畫特征顏色數(shù)據(jù)集,并據(jù)此設(shè)計與制作中國書畫專用色標(biāo)。實驗結(jié)果表明,專用色標(biāo)可用于掃描儀的色度特征化、創(chuàng)建掃描儀的ICC顏色描述文件,對中國書畫原材料顏色樣品的數(shù)字化采集精度優(yōu)于IT8.7/2標(biāo)準(zhǔn)色標(biāo)。

中國書畫； 專用色標(biāo)； IT8.7/2標(biāo)準(zhǔn)色標(biāo)； 色度特征化； 數(shù)字化采集

近年來,隨著色彩管理和數(shù)字圖像軟硬件技術(shù)的發(fā)展,國內(nèi)部分高校和藝術(shù)文化公司開始探索中國書畫作品的數(shù)字化高仿真復(fù)制[1-2],書畫作品的數(shù)字化采集是實現(xiàn)復(fù)制的關(guān)鍵。目前,用于掃描儀色度特征化的ICC標(biāo)準(zhǔn)色標(biāo)為IT8.7/2(反射原稿),其應(yīng)用對象僅局限在一般彩色照片和印刷品的復(fù)制,對中國書畫作品類原稿,急需采集其特征顏色,有針對性地建立中國書畫作品的特征色標(biāo)以提高其數(shù)字化采集過程中顏色空間的轉(zhuǎn)換精度[3]。

本文通過對中國書畫創(chuàng)作的各種主要原材料(包括顏料、印泥和宣紙等)的實樣采集和顏色測量,建立“中國書畫特征顏色數(shù)據(jù)集”,并據(jù)此設(shè)計與制作掃描儀專用色標(biāo),應(yīng)用于中國書畫作品的數(shù)字化采集。

1 中國書畫作品數(shù)字化采集原理

1.1 中國書畫作品數(shù)字化采集方法

根據(jù)中國書畫作品的規(guī)格尺寸和裱褙類型,可采用大幅面彩色掃描儀或高精度數(shù)碼相機(數(shù)碼后背)作為其數(shù)字化采集的輸入設(shè)備,對書畫作品進行掃描或拍攝,獲取書畫原稿的彩色數(shù)字圖像文件。由于掃描儀和數(shù)碼相機采用的是RGB顏色空間,所采集的RGB顏色數(shù)據(jù)是與設(shè)備相關(guān)的,即不能真實記錄原稿的顏色,因此必須對掃描儀或數(shù)碼相機進行色度特征化,把所采集的RGB顏色數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為與設(shè)備無關(guān)的CIELab或CIEXYZ標(biāo)準(zhǔn)顏色空間數(shù)據(jù),以真實的記錄原稿的顏色[4]。

1.2 輸入設(shè)備的色度特征化

將設(shè)備相關(guān)的RGB顏色數(shù)據(jù)與設(shè)備無關(guān)的CIELab標(biāo)準(zhǔn)顏色空間數(shù)據(jù)對應(yīng)關(guān)系的建立稱為設(shè)備的色度特征化,色度特征化的各種方法已見多篇報道[5-6],輸入設(shè)備的色度特征化原理如圖1所示,首先,選擇一種標(biāo)準(zhǔn)色標(biāo),其色塊的顏色分布應(yīng)能代表彩色圖像的色彩范圍；然后通過輸入設(shè)備獲取標(biāo)準(zhǔn)色標(biāo)的彩色數(shù)字圖像信號,得到每個色塊的輸入設(shè)備記錄值RGB；再用分光光度儀對色標(biāo)中各色塊進行測量,可獲得色標(biāo)每個色塊對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)色度值CIELab；最后,采用多項式回歸、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、查找表和插值等數(shù)學(xué)方法,建立RGB與CIELab的轉(zhuǎn)換模型。

圖1 建立輸入設(shè)備色度特征化模型

在進行書畫作品的數(shù)字化采集時,輸入設(shè)備的色度特征化可通過MonacoPROFILE、ProfileMaker等軟件和分光光度計來實現(xiàn),其結(jié)果用ICC設(shè)備描述文件(ICC Profile)表示[7]。對支持ICC色彩管理技術(shù)的第3方圖像處理軟件如Photoshop等,只要在打開的圖像文件中指定或置入獲取該圖像文件的輸入設(shè)備的ICC Profile文件，即可將輸入設(shè)備記錄的任一RGB值轉(zhuǎn)換為CIELab色度值,最終實現(xiàn)對書畫原稿的高仿真數(shù)字圖像采集。

1.3 ICC標(biāo)準(zhǔn)色標(biāo)簡介

用于輸入設(shè)備色度特征化的標(biāo)準(zhǔn)色標(biāo)由兩個部分組成,一是硬拷貝的物理原稿,包含有多個顏色樣品的色塊；二是記錄標(biāo)準(zhǔn)色標(biāo)硬拷貝物理原稿中各色塊顏色測量值的電子文件,稱為色標(biāo)描述文件(target description file,TDF)。常用的ICC輸入設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)色標(biāo)有IT8.7/ 2(反射稿)、Digital Color Checker SG和ColorChecker等,其中IT8.7/ 2(反射稿)主要用于掃描儀的色度特征化,Digital Color Checker SG和ColorChecker則可用于數(shù)碼相機的色度特征化[7]。

IT8.7/2標(biāo)準(zhǔn)色標(biāo)按照ISO12641標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計,有柯達(dá)、富士、愛克發(fā)等不同版本。本文以柯達(dá)Q60版的IT8.7/2為例,介紹其基本組成。具體色塊排列如圖2所示,四周為明度值為50的中灰色,內(nèi)部共分為4個部分[8-9]:

(1) 色空間采樣區(qū)。由A1到L12共12行12列的12×12色塊組成,在CIE LCH顏色空間中按等間距均勻取12個色相角,每行色塊對應(yīng)一個色相角度,同時,每行有3個亮度變化,每個亮度變化中有4個飽和度的變化,這些色塊基本均勻分布在整個色彩空間區(qū)域中。

(2) 基本色梯度尺。由A13到L19共12行7列的12×7色塊組成,分別代表青、品、黃、灰、紅、綠和藍(lán)7種顏色的亮度變化。

(3) 中性色梯尺。色標(biāo)最下面的一行是按照明度變化的24級中性灰度梯尺,第1級明度值為90,后面按明度差值4等間距排列,彩度值均為零。

(4) 可選區(qū)域。由A20到L22共12行3列的12×3色塊組成,用于不同的制造商根據(jù)自己的需要安排的色彩測試區(qū)。

IT8.7/2標(biāo)準(zhǔn)色標(biāo)對顏色樣品的選擇方案主要考慮的是其色樣在標(biāo)準(zhǔn)顏色空間的分布均勻性,而且,其硬拷貝物理色卡采用的是高光澤相紙制備,呈色色料只含青、品紅和黃3種染料,所以,IT8.7/2標(biāo)準(zhǔn)色標(biāo)對中國書畫作品類原稿的采集復(fù)制并非最優(yōu)選擇。有針對性地設(shè)計、制作出用于中國書畫作品的專用色標(biāo)可提高其數(shù)字化采集過程中顏色空間的轉(zhuǎn)換精度。

圖2 IT8.7/2標(biāo)準(zhǔn)色標(biāo)

2 中國書畫特征顏色的收集與測量

由于形成中國書畫作品的特征顏色的主要原材料是國畫顏料、印泥和宣紙(絹)等,所以本文所建立的“中國書畫特征顏色數(shù)據(jù)集”包括“國畫顏料特征顏色樣品數(shù)據(jù)集”、“宣紙(絹)和印泥的特征顏色樣品集”2個部分。

2.1 國畫顏料特征顏色樣品數(shù)據(jù)集

中國書畫的顏料大體可分為礦物質(zhì)顏料、植物質(zhì)顏料、化工顏料等。本文選擇目前被書畫家廣泛采用的“馬利牌24色中國畫顏料”作為中國畫顏料顏色樣品的主要研究對象,分別按24種專色及48種常用的混合色進行分類調(diào)色[10],共獲得72種顏料顏色樣品,然后用X-RITE SP64分光光度計進行色度測量,得出各種顏料專色和混合色的CIELab值,將所測得的所有顏色數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)匯總,建立“國畫顏料特征顏色樣品數(shù)據(jù)集”。

2.2 印泥和宣紙(絹)特征顏色樣品數(shù)據(jù)集

宣紙(絹)是中國傳統(tǒng)的古典書畫作品的主要載體,從中國書畫的創(chuàng)作特點可知,書畫作品中常出現(xiàn)留白,所以在書畫作品的高仿真復(fù)制中,宣紙(絹)顏色的準(zhǔn)確再現(xiàn)是非常重要的。鈐印是中國書畫創(chuàng)作必不可少的一部分,印泥顏色的準(zhǔn)確再現(xiàn)對書畫作品的高仿真復(fù)制同樣是至關(guān)重要的。

按紙面洇墨程度宣紙可分為生宣、半熟宣、熟宣,按原料分類可分為棉料、凈皮、特凈3大類,其顏色一般為白色偏黃或淺灰色,也有一些仿古色宣紙,顏色較深。

印泥的品種很多,主要有朱砂印泥,其色深紫紅,它是用漂制朱砂時沉淀在乳缽最下層的一種朱砂制成的印泥,鮮紅帶紫,厚重沉著。其次是朱鏢印泥，它是由漂制時較上層的朱砂細(xì)末與艾絲、油等調(diào)制而成,略現(xiàn)紅黃色,比較清雅。朱砂或朱鏢中加入不同的原料,其名稱也各不相同,有八寶、魁紅、鏡面、美麗等。此外,還有仿古印泥和黑色、藍(lán)色、綠色等印泥。

本文分別收集不同品牌、不同產(chǎn)地的常用宣紙(絹)共36種樣品,印泥共45種樣品,分別用X-RITE SP64分光光度計進行測量,獲得各種宣紙和印泥的顏色特征及其CIELab值,并將所測得的顏色CIELab數(shù)據(jù)進行分類匯總,建立中國書畫用“宣紙(絹)和印泥特征顏色樣品集”。

3 專用色標(biāo)的設(shè)計與制作

3.1 專用色標(biāo)設(shè)計

由于目前的色彩管理軟件都認(rèn)可IT8.7/2標(biāo)準(zhǔn)色標(biāo)的色塊布局與數(shù)據(jù)格式,所以設(shè)計思路及色塊的分布形式參考了柯達(dá)Q60版的IT8.7/2標(biāo)準(zhǔn)色標(biāo),即在柯達(dá)Q60版IT8.7/2標(biāo)準(zhǔn)色標(biāo)的基礎(chǔ)上,根據(jù)中國書畫的特征顏色對色塊進行調(diào)整和改進。這樣可以減少進一步做軟件開發(fā)的工作量,便于專用色標(biāo)的推廣和使用,也可以將標(biāo)準(zhǔn)色標(biāo)作為參照對專用色標(biāo)的性能做比較測試。設(shè)計結(jié)果如圖3所示,四周為明度值為60的中灰色,內(nèi)部共分為以下4個部分:

(1) 中國書畫特征顏色區(qū)。該部分共7列,由第1—7列的12×7色塊組成,全部色塊均選自“國畫顏料特征顏色樣品數(shù)據(jù)集”和“宣紙(絹)和印泥特征顏色樣品集”。其中第1—2列為馬利牌中國畫顏料的24個專色顏色樣品,第3—6列為馬利牌中國畫顏料的48個混合色顏色樣品,第7列為宣紙(絹)和印泥顏色的12個顏色樣品。

(2) 色空間采樣區(qū)。該部分共9列,由第8—16列共12×9色塊組成,顏色樣品均選自IT8.7/2標(biāo)準(zhǔn)色標(biāo)。根據(jù)筆者對幾種不同版本的IT8.7/2標(biāo)準(zhǔn)色標(biāo)的實際測量分析,在IT8.7/2標(biāo)準(zhǔn)色標(biāo)的色空間采樣區(qū)中,同一色調(diào)的3種不同明度中第3和第4種飽和度的顏色樣品的顏色外貌差別不大,因此,取消了原IT8.7/2標(biāo)準(zhǔn)色標(biāo)的第3列、第7列(A7—L7)與第11列(A11—L11)的色塊,而保留了其余的9列顏色樣品。

(3) 基本色度梯尺。該部分共6列,由第17—22列的12×6色塊組成,顏色樣品均選自IT8.7/2標(biāo)準(zhǔn)色標(biāo)。因為原IT8.7/2標(biāo)準(zhǔn)色標(biāo)中第16列即代表灰系列顏色亮度變化的顏色樣品與色標(biāo)最下面一行的24個中性色梯尺有重復(fù)之嫌,因此取消了該列顏色樣品,而保留了分別代表青、品、黃、紅、綠和藍(lán)六種顏色亮度變化的6列顏色樣品。

(4) 中性色梯度尺。色標(biāo)最下面的一行是按照明度變化的24級中性灰度梯尺,第1級明度值為90,后面按明度差值4等間距排列,彩度值均為零。

圖3 中國書畫專用色標(biāo)

3.2 專用色標(biāo)制作

3.2.1 專用色標(biāo)數(shù)字圖像文件的制作

通過ColorLab 2.8.13軟件[11],以柯達(dá)Q60版的IT8.7/2標(biāo)準(zhǔn)色標(biāo)描述文件為范本,根據(jù)專用色標(biāo)的設(shè)計,在相應(yīng)位置設(shè)置色樣的CIELab數(shù)據(jù),并保存為TIF格式的數(shù)字圖像文件。

3.2.2 專用色標(biāo)硬拷貝物理原稿的制作

在Photoshop軟件中打開專用色標(biāo)的數(shù)字圖像文件,通過已進行設(shè)備色度特征化校正的EPSON 7910高精度打印機用特制宣紙打印輸出,獲得專用色標(biāo)的硬拷貝物理原稿。

3.2.3 專用色標(biāo)描述文件(TDF)的制作

通過ProfileMaker軟件[11],用X-RITE SP64分光光度計對專用色標(biāo)硬拷貝物理原稿的各個色樣進行測量，并按ICC標(biāo)準(zhǔn)儲存為TXT格式,獲得專用色標(biāo)描述文件(TDF)。

4 專用色標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)色標(biāo)的比較測試

測試色樣采用“馬利牌24色中國畫顏料”專色顏料按不同比例隨機混合調(diào)色獲得的180個顏色樣品 (其中2色混合調(diào)色120種,3色混合調(diào)色60種)，以及選擇除了用于制作專業(yè)色靶以外的6種宣紙和6種印泥的顏色樣品,共192個測試色樣。測試用的掃描儀為Microtek Phantom 9900XL A3彩色平臺掃描儀。

測試方法：首先,用X-RITE SP64分光光度計對測試色樣進行色度測量,獲得各個色樣的CIELab顏色值,再用Microtek Phantom 9900XL A3彩色平臺掃描儀分別掃描柯達(dá)Q60版的IT8.7/2標(biāo)準(zhǔn)色標(biāo)和自制的中國書畫專用色標(biāo), 并應(yīng)用各自的色標(biāo)描述文件(TDF)在ProfileMaker軟件中分別生成2個相應(yīng)的掃描儀ICC Profile文件；然后,再掃描測試色樣,在Photoshop軟件中打開測試色樣的掃描圖像，并分別置入上述2個掃描儀的ICC Profile文件,獲得兩組掃描儀預(yù)測的測試色樣的CIELab顏色值；最后,對兩組掃描儀預(yù)測的測試色樣CIELab值與測試色樣實際測量的CIELab值用式(1)分別進行色差評價。

(1)

式中,ΔE為掃描儀預(yù)測的CIELab值與實際測量的CIELab值的色差,ΔL、Δa和Δb分別為同一色樣兩組CIELab值對應(yīng)分量的差值。

色差統(tǒng)計對比數(shù)據(jù)見表1。表1中,A、B兩組數(shù)據(jù)分別為采用本文設(shè)計制作的專用色標(biāo)和采用IT8.7/2標(biāo)準(zhǔn)色標(biāo)所得的預(yù)測值在對應(yīng)色差范圍內(nèi)的色差分布(色塊個數(shù))。其中,A組色塊的平均色差值為2.68,最大色差值為6.3；B組色塊的平均色差值為3.53,最大色差值為7.91。

表1 色差分布統(tǒng)計數(shù)據(jù)

5 結(jié)論

實驗結(jié)果表明,本文基于中國書畫的特征顏色所設(shè)計與制作的中國書畫特征顏色專用色標(biāo),可用于掃描儀的色度特征化、建立掃描儀的ICC Profile文件,對中國書畫原材料顏色樣品的數(shù)字化采集轉(zhuǎn)換精度優(yōu)于IT8.7/2標(biāo)準(zhǔn)色標(biāo),且符合ISO 12647-7數(shù)字打樣參考標(biāo)準(zhǔn)(即所有色塊的平均色差ΔE≤4；95%色塊最大色差ΔE≤6)[12]。鑒于本文所選取的書畫原材料的局限性和實驗條件的限制,專用色標(biāo)對不同類型書畫作品的適應(yīng)性還有待今后實際應(yīng)用的檢驗。

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Design and production of appropriate target based on proprietary color of Chinese painting and calligraphy

Fu Shiwei

(College of Mechanical Engineering and Automation, Huaqiao University, Xiamen 361021, China)

To improve the digital acquisition accuracy of Chinese painting and calligraphy, the sample collection and color measurement were done on main raw materials of Chinese painting and calligraphy (including pigment, inkpad, rice paper, etc. ), the proprietary color data set of Chinese painting and calligraphy was built, and the appropriative target was designed and produced based on above conclusion. Experimental results show that the appropriative target could be used on colorimetric characterization of scanners, creating the ICC color description files by using scanners, and the digital acquisition accuracy of main raw materials if Chinese painting and calligraphy obtained by the appropriative target is higher than that obtained by the IT8.7/2 calibration target.

Chinese painting and calligraphy; appropriative target; IT8.7/2 calibration target; colorimetric characterization; digital acquisition

2015- 08- 19

福建省泉州市科技計劃重點項目(2013Z14)

傅師偉(1962—) 男，福建泉州，本科，副教授，主要研究方向為顏色科學(xué)與成像技術(shù)、光學(xué)精密測量.

E-mail：fushiwei@sina.com

TP751.1

B

1002-4956(2015)12- 0053- 04