張寧寧

（沈陽(yáng)理工大學(xué)，沈陽(yáng) 110000）

0 引言

目前數(shù)字圖案印刷以其高效性、個(gè)性化、低成本等優(yōu)勢(shì)得到廣泛的應(yīng)用[1,2]。當(dāng)前數(shù)字圖案因數(shù)可視化植物拓染技術(shù)容易出現(xiàn)顏色比對(duì)誤差，圖像失真等情況。針對(duì)這些問(wèn)題，目前能夠通過(guò)對(duì)數(shù)字圖案印刷進(jìn)行顏色可視化處理，完善圖像色彩匹配與拓染圖像再現(xiàn)[3,4]。

由于我國(guó)目前正處于社會(huì)轉(zhuǎn)型期，在環(huán)保綠色發(fā)展的浪潮下，許多商家抓住植物拓染的特色商機(jī)，使得植物拓染技術(shù)得到重視與發(fā)展。而植物拓染技術(shù)對(duì)設(shè)備的功能要求水平較高。針對(duì)上述問(wèn)題，本文對(duì)數(shù)字圖案印刷的可視化植物拓染技術(shù)進(jìn)行了研究，通過(guò)利用數(shù)字圖案印刷的可視化技術(shù)，對(duì)植物拓染進(jìn)行較為精細(xì)的色彩提取與圖案印刷，能夠比較高效的實(shí)現(xiàn)植物色彩拓染的數(shù)字圖案印刷操作，實(shí)現(xiàn)更好的拓染效果。

1 數(shù)字圖案印刷色彩特征提取

進(jìn)行色彩拓染與圖案印刷首先要對(duì)目標(biāo)圖案進(jìn)行顏色提取與色彩匹配。對(duì)彩色圖像進(jìn)行色彩獲取時(shí)，不只需要對(duì)色彩、色域進(jìn)行匹配，還要建立對(duì)應(yīng)的色域映射關(guān)系，需要提取素材圖像的關(guān)鍵色彩及其特征。因此選用數(shù)字圖案印刷技術(shù)，利用計(jì)算機(jī)印刷系統(tǒng)和數(shù)字印刷設(shè)備，能夠更加智能化、個(gè)性化地進(jìn)行植物顏色提取和色彩拓染工作[5]。數(shù)字圖案印刷的色彩特征提取主要過(guò)程要以下幾個(gè)步驟：

觀察圖1可知，提取過(guò)程共有以下幾個(gè)步驟：

圖1 數(shù)字圖案印刷色彩特征提取

1）首先掃描獲取圖像像素和色彩顏色、對(duì)比度、色散等數(shù)據(jù)信息。

2）分析圖案色彩，從而實(shí)現(xiàn)分類(lèi)，并根據(jù)像素等其他指標(biāo)進(jìn)行具體歸類(lèi)。

3）將圖像數(shù)據(jù)信息導(dǎo)入處理程序，識(shí)別確定對(duì)應(yīng)圖像的突出部分，標(biāo)記作為圖像特征點(diǎn)，對(duì)特征點(diǎn)進(jìn)行線(xiàn)性相關(guān)分析，獲取關(guān)于整個(gè)圖像的顏色分布特征關(guān)系[6]。

根據(jù)以上的操作步驟能夠獲得關(guān)于目標(biāo)圖像的的顏色特征以及像素分辨率等相關(guān)信息，結(jié)合線(xiàn)性相關(guān)矩陣分析，建立對(duì)應(yīng)的圖像映射三維坐標(biāo)空間。所有顏色根據(jù)數(shù)據(jù)信息在坐標(biāo)空間中進(jìn)行標(biāo)點(diǎn)分布，形成與目標(biāo)圖像色彩匹配的圖像色域映射分布[7,8]。建立的三維坐標(biāo)空間得到的可視化結(jié)果如圖2所示。

圖2 三維坐標(biāo)空間

根據(jù)圖2的三維坐標(biāo)空間，將色彩匹配信息導(dǎo)入到連接數(shù)字圖案印刷打印機(jī)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)圖像處理程序?qū)ι蔬M(jìn)行分析選取，識(shí)別系統(tǒng)已存在的色彩，對(duì)于系統(tǒng)自身不具備的色彩進(jìn)行調(diào)制，最終形成與提取到的色彩數(shù)據(jù)集相一致的顏色資源，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部構(gòu)建圖像色域分布坐標(biāo)圖。然后根據(jù)三維空間圖像色彩映射情況，對(duì)圖像顏色分布及特征點(diǎn)進(jìn)行像素灰度掃描分析，提取出圖像中各關(guān)鍵特征點(diǎn)的灰度數(shù)值，記錄并保存相關(guān)數(shù)據(jù)，便于之后的圖案印刷與顏色拓染過(guò)程操作的準(zhǔn)確性控制[9,10]。

2 數(shù)字圖案印刷可視化植物拓染技術(shù)

2.1 數(shù)字印刷色彩空間映射

根據(jù)圖像所在特征提取過(guò)程采集到的色彩相關(guān)數(shù)據(jù)信息，以及構(gòu)建的三維空間色域映射模型，可以進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)函數(shù)轉(zhuǎn)換，并依據(jù)檢測(cè)的顏色灰度數(shù)值分布情況，對(duì)顏色分布與空間映射進(jìn)行圖像預(yù)處理，以便系統(tǒng)顏色提取與印刷操作中的顏色素材形成對(duì)應(yīng)的色彩映射[11,12]。

進(jìn)行圖像顏色空間映射，首先設(shè)定所有顏色對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)集為H（A，B，C），其中A，B表示顏色對(duì)應(yīng)的空間坐標(biāo)，C表示的是進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算的顏色數(shù)值，以顏色的坐標(biāo)點(diǎn)為中心，進(jìn)行圖像比例調(diào)整和空間映射，能夠得到以下運(yùn)算結(jié)果：

式(1)中，η表示顏色坐標(biāo)設(shè)定的值域范圍，根據(jù)該公式能夠得到顏色相關(guān)數(shù)據(jù)集中的相關(guān)關(guān)系，然后對(duì)其進(jìn)行灰度處理，將檢測(cè)所得的灰度數(shù)值進(jìn)行相關(guān)函數(shù)轉(zhuǎn)換，得到數(shù)字圖像顏色與空間圖像顏色的映射關(guān)系，假設(shè)空間映射顏色參數(shù)為S，那么能夠得到以下公式：

圖3 灰度值與顏色空間的映射關(guān)系

觀察圖3可知，這一過(guò)程主要根據(jù)灰度函數(shù)數(shù)值構(gòu)建對(duì)應(yīng)的空間顏色映射函數(shù)，利用數(shù)字運(yùn)算完成相關(guān)圖像的色彩預(yù)處理[13]。

2.2 植物拓染技術(shù)可視化

植物拓染技術(shù)主要通過(guò)提取天然植物色素對(duì)紡織品等進(jìn)行染色，因此對(duì)植物色素的提取和紋理保留的要求較高，并且受環(huán)境等客觀因素影響，因此對(duì)植物拓染技術(shù)進(jìn)行可視化操作，在植物色素提取與染色圖案構(gòu)造等方面難度較高，要求比較嚴(yán)格。

首先根據(jù)圖案印刷的目標(biāo)圖像采集與植物色彩提取處理與映射結(jié)果，將圖像顏色與灰度數(shù)值進(jìn)行運(yùn)算，造成對(duì)應(yīng)的圖像顏色聚類(lèi)轉(zhuǎn)換，增強(qiáng)圖像色彩可視化的視覺(jué)效果[14,15]。為了達(dá)到可視化目標(biāo)，根據(jù)顏色聚類(lèi)編碼規(guī)則及顏色聚類(lèi)參數(shù)，對(duì)數(shù)字圖像顏色進(jìn)行聚類(lèi)處理，保證圖像數(shù)據(jù)映射在對(duì)應(yīng)的空間區(qū)域內(nèi)，全部映射完畢后才能繼續(xù)進(jìn)行可視化處理?；叶戎岛蜕实挠成潢P(guān)系如圖4所示。

圖4 灰度值和色彩的映射關(guān)系

利用圖4對(duì)圖像顏色進(jìn)行基本的色彩映射，將所有顏色按照紅黃綠三原色進(jìn)行初步映射，并按照三原色的相應(yīng)關(guān)系（比如顏色相似度大小）；或者按照顏色相關(guān)數(shù)值（比如顏色深淺度大?。M(jìn)行具體的顏色等級(jí)劃分。根據(jù)顏色分類(lèi)排序情況以及聚類(lèi)參數(shù)對(duì)應(yīng)的灰度數(shù)值，進(jìn)行顏色聚類(lèi)處理。并且對(duì)于不同色域的顏色數(shù)值變化，需要進(jìn)行平滑的顏色過(guò)渡處理，顏色聚類(lèi)參數(shù)也相應(yīng)的進(jìn)行漸變數(shù)值設(shè)定。

依據(jù)顏色可視化算法對(duì)目標(biāo)圖像顏色的聚類(lèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化運(yùn)算，運(yùn)算公式如下：

上述公式中，Z表示顏色聚類(lèi)數(shù)據(jù)的可視化數(shù)值，F(xiàn)G表示顏色特征點(diǎn)G的對(duì)應(yīng)三維空間坐標(biāo)的聚類(lèi)數(shù)值。根據(jù)此公式能夠得到該圖像顏色空間映射的顏色可視化分布結(jié)果。至此，得到了關(guān)于目標(biāo)圖像的基本顏色可視化處理結(jié)果，然后需要對(duì)圖像進(jìn)行具體的邊界處理、色彩搭配、分辨率調(diào)整等方面的細(xì)節(jié)化內(nèi)容可視化處理。處理圖像如圖5所示。

觀察圖5可知，對(duì)于需要進(jìn)行的具體的細(xì)節(jié)內(nèi)容可視化處理，根據(jù)灰度數(shù)值圖像和相關(guān)矩陣分析，以相關(guān)顏色參數(shù)范圍為參考，對(duì)圖像色域邊界進(jìn)行檢測(cè)提取。然后將邊界色彩和分辨率數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)字圖像，與顏色映射分布結(jié)果進(jìn)行匹配，使色域邊界與區(qū)域顏色完整的匹配融合在一起。印刷材料在植物內(nèi)部分布情況如圖6所示。

圖5 分辨率可視化處理

根據(jù)圖6可知，還要對(duì)色域可視化結(jié)果進(jìn)行檢測(cè)。根據(jù)數(shù)字圖案印刷相關(guān)參數(shù)的設(shè)定范圍對(duì)色域極值進(jìn)行設(shè)定，然后對(duì)顏色映射結(jié)果進(jìn)行數(shù)值檢測(cè)，超出色域極值的顏色數(shù)值需進(jìn)行相關(guān)參數(shù)調(diào)整，降低其超出色域數(shù)據(jù)范圍的參數(shù)數(shù)值，使數(shù)字圖像能夠與印刷設(shè)備的色彩資源相匹配。色彩資源匹配過(guò)程如圖7所示。

圖6 印刷材料分布情況

觀察圖7可知，除了進(jìn)行色彩資源匹配外，還要根據(jù)植物拓染的相關(guān)材料和設(shè)備進(jìn)行數(shù)字印刷效果模擬，并在數(shù)字印刷設(shè)備的承受范圍內(nèi)，對(duì)植物拓染進(jìn)行顏色優(yōu)化與色域調(diào)整，進(jìn)一步完善數(shù)字圖像印刷和可視化工作的操作效果，使數(shù)字圖案印刷色彩效果能夠與植物提取顏色相一致。在數(shù)字印刷設(shè)備的能力范圍內(nèi)，對(duì)植物色彩提取到顏色進(jìn)行顏色優(yōu)化與色域調(diào)整，進(jìn)一步完善數(shù)字圖像印刷可視化的操作效果。

圖7 色彩資源匹配過(guò)程

3 實(shí)驗(yàn)研究

為了檢測(cè)本文研究的數(shù)字圖案印刷的可視化植物拓染技術(shù)的有效性，設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

本文選用的印刷機(jī)共有兩個(gè)，分別是液體油墨成像數(shù)字印刷機(jī)和墨粉成像數(shù)字印刷機(jī)，選用的實(shí)驗(yàn)參數(shù)如表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)參數(shù)

根據(jù)上述參數(shù)，進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，分別選取本文技術(shù)與傳統(tǒng)的數(shù)字分析技術(shù)的可視化植物拓染技術(shù)和圖案印刷的可視化植物拓染技術(shù)，選取兩張不同顏色的測(cè)試樣本，分別測(cè)量拓染時(shí)間，并比較測(cè)量色差。拓染時(shí)間如表2所示。

表2 拓染時(shí)間實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)表2可知，本文研究的技術(shù)在不同的數(shù)字印刷機(jī)內(nèi)部拓染的時(shí)間都相對(duì)較短，本文的技術(shù)最短僅需16s就可以完成拓染，而傳統(tǒng)的數(shù)字分析技術(shù)的可視化植物拓染技術(shù)最短需要45s，圖案印刷的可視化植物拓染技術(shù)最短需要38s，在處理顏色漸變方面能力極弱。

油墨成像數(shù)字印刷機(jī)得到的圖像色差如圖8所示。

圖8 油墨成像數(shù)字印刷機(jī)得到的圖像色差

根據(jù)圖8可知，本文提出的數(shù)字圖案印刷的可視化植物拓染色差要小于傳統(tǒng)技術(shù)。

根據(jù)圖8可知，本文提出的方法在走紙方向，色差的最大數(shù)值為2.0，拓染過(guò)程的最大相對(duì)頻率為100%，拓染過(guò)程50%的植物色塊色差都小于1，80%的植物色塊色差都小于1.5；在激光掃描方向，差的最大數(shù)值為2.5，拓染過(guò)程的最大相對(duì)頻率為100%，拓染過(guò)程60%的植物色塊色差都小于1，70%的植物色塊色差都小于1.5。

數(shù)字分析技術(shù)的可視化植物拓染技術(shù)在走紙方向，色差的最大數(shù)值為2.0，拓染過(guò)程的最大相對(duì)頻率為100%，拓染過(guò)程30%的植物色塊色差都小于1，50%的植物色塊色差都小于1.5；在激光掃描方向，差的最大數(shù)值為2.5，拓染過(guò)程的最大相對(duì)頻率為100%，拓染過(guò)程40%的植物色塊色差都小于1，60%的植物色塊色差都小于1.5。

圖案印刷的可視化植物拓染技術(shù)在走紙方向，色差的最大數(shù)值為2.0，拓染過(guò)程的最大相對(duì)頻率為100%，拓染過(guò)程20%的植物色塊色差都小于1，60%的植物色塊色差都小于1.5；在激光掃描方向，差的最大數(shù)值為2.5，拓染過(guò)程的最大相對(duì)頻率為80%，拓染過(guò)程40%的植物色塊色差都小于1，40%的植物色塊色差都小于1.5。

4 結(jié)語(yǔ)

本文在對(duì)色彩特征研究的基礎(chǔ)上，對(duì)數(shù)字圖案印刷的可視化植物拓染技術(shù)進(jìn)行了研究。通過(guò)提取印刷圖像的關(guān)鍵顏色特征點(diǎn)，對(duì)顏色進(jìn)行灰度函數(shù)與線(xiàn)性相關(guān)矩陣運(yùn)算分析，得到關(guān)于圖像顏色的色域分布關(guān)系；然后通過(guò)構(gòu)建空間坐標(biāo)模型對(duì)圖像色彩進(jìn)行映射，得到空間映射的顏色色域可視化結(jié)果。需要對(duì)圖像的色域邊界等細(xì)節(jié)部分進(jìn)行提取，細(xì)化顏色映射可視化圖像，并對(duì)色域相關(guān)參數(shù)數(shù)值進(jìn)行檢驗(yàn)，消除調(diào)整超色域的圖像部分，優(yōu)化整體可視化圖像效果，進(jìn)而能夠得到植物拓染的精細(xì)的、顏色適配的可視化拓染效果圖像。本文的研究有較好的圖像可視化操作效果，有利于數(shù)字印刷的植物拓染技術(shù)相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展。