（制浆造纸工程专业论文）基于织物印刷特点的色彩模型研究.pdf

摘要 摘要 印花( 织物印刷) 和传统纸张印刷同为图文复制的方法，但由于承印物以及着色物 的不同，使得其在生产工艺上有很大的不同。传统印刷行业普遍采用四色印刷，即使用 黄、品、青、黑四种油墨颜色的组合记录彩色图像信息。而传统印花行业大多采用专色 染料印制图案。本文采用涂料专色印花工艺，涂料异于染料在于不与织物纤维发生化学 反应，类似于水性油墨，因此可进行叠印，可减少套色数并通过使用专色扩大色域，针 对织物涂料印花的特点对其色彩模型进行研究，该色彩模型包括分色模型和呈色预测模 型。分色模型基于色彩量化理论，采用四面体插值方法，获得完成原稿再现的各种专色 油墨的使用量，同时分析织物结构的影响。在色彩预测上，模型建立于经典聂格博尔方 程，同时将织物结构视为纹理图案，考虑织物纹理对最终色彩的影响试图修正织物的最 终呈色预测。最后以实验验证呈色模型的准确度。 关键词：织物印刷，涂料印花，色彩模型，聂格博尔模型，织物表面结构，织物纹理 a b s 自陋c t a b s t r a c t a l t h o u g ht e x t i l ep r i n t i n ga i l d t 1 a d i t i o n a lp a p e rp r i n t i n ga l i eb o t hw a y so fp a t t e m r i 印l i c a t i o n ，t h e i rp r o d u c t i o np r o c e s s e sa i ev e r yd i a j b r e n td u et od i 丘b r e n tp r i n t i n gs u b s t r a t ea n d c o l o r i n gm a t 舐a l s p a p e rp r i n t i n gi n d u s t 叫a l w a y sl l s 懿4 c o l o rp r i n tm e m o d ；p a t t e n lc o l o r i n f 0 珊a t i o ni sr e ：p e a t e db ycmy ki n kc o l o r s c o m b i n a t i o n a tt h es 锄et i m et e x t i l ep r i n t i n g i n d u s t 巧u s 嚣s p o tc o l o rd y et 0r 印r o d u c eo r i 百n a l i m a g cf i l e i i lt l l i sa r t i c l e ，w e 鸺ep i g m e n t 两n t i n gp r 0 c e s s p i g m e n ti sd i 侬鹏n tt od y e ，t h e r ei sn 0c h e m i c a lr e a c t i o nb e t w e e np i g m e n t 锄dt e x t i l e 胁既i na 1 1 0 t h e rw a y w ec a nu s ei t 嬲w a t e rb 嬲e di n kw h i c hi sw i d e l yu s e di n p a p e rp r i n t i n g s ow ec a no v e 印r i n tw h e nw eu s ep i 舯e 1 1 tp r i n t i n gp r o c e s s t l l a ti st os a y ，w e c 锄r c d u c et h es i n g l ec o l o r 皿n t i n gt i m 伪锄dc n l 鹕em e p r i n t i n gc o l o rg 锄u t a c c o r d i l l gt 0 f e a t l l r eo fp i g m e n tp r i n t i n g ，w es t l l d yt h ep r i n t i n gc 0 1 0 rm o d e l t h i sc 0 l o rm o d e lc o n s i s t so f c o l o rs 印a r a t i o na n dp r i n t e dc o l o rp r e d i c t i o n c o l o rs 印删i o nm o d e li sb 嬲e do nc o l o r q u 锄t i z a t i o nt h e o 吼w e 瑚et e 缸曲e d r a ll i n e a ri n t 唧o l a t i o nm e t h o dt 0 叫c u l a t e 锄。吼to f e a c hs p o tc 0 l o ri n l ( a tm em e 锄w r h i l e ，t e x t i l es u r f a c es 讯l c 加r e si n n u e n c ei s 锄a l y z e d c o l o r p r e d i c t i o ni sb a s e do ng e n 刊i z e dn c u g e b a u e rm o d e l b yr e g a r d i n gt e x t i l es u r f a c es t n l c t u r e 嬲t e x t u r ep a t t e m ，w et ut om o d i 黟t h ep n n t e dc o l o rp r e d i c t i o nm o d e lb yc o n s i d e r i n gt h e i n f l u e n c eo ft e x t i l et e x t u r e a tl a s t ，w ed e s i g n e dae x p e r i m e n tt 0v a l i d a t et h ec o r r e c t n e s so f t h i sc o l o rp r e m c t i o nm o d e l - k e y w o r d s ：1 e x t i l ep r i n t i n g ，p i 舯e n tp n t i n g ，c o l o rm o d e l ，n e u g e b a u e rm o d e l ，t e x t i l e s u r f a c es t m c t l j f e ，1 b x t i l et e x t u r e i l 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是苯人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人为获得江南 大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料与我一同工作的同志 对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 签名： 皋数 日 期：趁翌星：墨：擎一 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规定： 江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文， 并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定 签 名舞熟 导师签名：乏堂立：翌 日 期： 三! 望：三： z 第。章绪论 第一章绪论 1 1 研究的背景、目的及意义 通过型版、花筒或筛网等印版或其他方式，如喷墨，热转移等方式把色浆转印到纺 织物上，形成各色式样的花纹图案，人们称它为印花，但就其实质来讲，印花技术完全 是印刷技术在印染行业的具体应用，所以称它为织物印刷也是可以的。 与此同时，印花的颜色形成同传统彩色印刷相比显得非常不同。彩色印刷是通过黄、 洋红、青三个基本色合成出原稿上五彩缤纷的色彩；通过黑表现颜色的明暗。而传统印 花的色浆大多是专色专用，原稿上设计的花样用几种颜色，就用几种色浆，分几次印花。 以传统印花为例，一幅花样少则要配制二三种色浆，多则七八种甚至更多。j f 由于如此， 花色的套数不可能无限增加，以完满表达色相，参照传统印刷原理，国内外已经提出四 色印花的概念，但由于染料色谱，织物印刷适性，色彩模型等方面的限制，一直未能应 用。因此，综合考虑各种因素建立基于织物印刷特点的色彩模型，对于织物印刷，印花 的技术改良有现实的指导意义。【心】 1 2 目前研究现状 由于目前印花色浆大多为染料，作为印制承载物的织物，在印刷区域完成一种色浆 印制后，该区域对色浆即染料的吸附程度已饱和，不能进行其他颜色的印制，因此工艺 上要求不能叠印，其色彩模型要求为每个网点选择一种合适的色浆，同时颜色种类要尽 可能少，从而无法完成高质量连续调的要求，因此在印花过程中色彩较单一，并采用传 统手工方式如云纹来表达深浅层次过渡自然的花纹，因此目前印花的色彩模型的研究， 主要是根据图像颜色信息，在给定的一个专色油墨( 染料) ，通过选择最佳颜色及其数 目来对图像进行颜色模型构造。 另一种研究途径为分析织物表面物理状态，织物印刷异于传统印刷就在于，织物的 表面纹理结构非常复杂，织物纤维的反射率比较特殊，从而增加了印刷后纹理的孔隙与 结点的反差，同时由于织物表面的粗糙度，造成印花网点在织物表面不完整或丢失，通 过考虑织物对网点的重新分配作用，调整色彩预测模型，但该途径主要考虑的前提是织 物印刷是染料色浆进行，并且研究目的是为了为丝网印花确定丝网的加网线数 3 】，或者 为了对织物种类进行归类【4 】，暂没有用于呈色研究。 同时自彩色印刷技术产生以来，先后产生大量色彩模型来预测颜色输出，以科学的解 释呈色过程，如n e u g e b a u e r 方程，m u r r a y d a v i e s 模型，y u l en i e l s e n 模型，c l a p p e r l l e 模型，b e e rb o u g u e r 法则，k u b e l k am u n k f 5 - 8 】理论，通过不同角度对呈色进行分析。但大 多数模型描述纸张、油墨与空气之间的关系，将其应用大织物材料承印物上的研究不太 多。 1 3 论文思路及结构 本文根据织物自身特点，以及目前织物印刷( 印花) 专色模型，结合传统彩色印刷 的色彩模型，建立符合织物材料特点的分色模型，并以经典聂格博尔模型对织物最终印 刷呈色进行模拟。具体分以下几个方面： 江南人学硕十学位论文 ( 1 ) 织物印刷方式众多，本研究化繁为简，将主要针对干法印花，即涂料印花，其 印花色浆为传统彩色印刷中所指的水性油墨，具有较高的透明度，可以通过叠印的方式 以最优化表达色相。同时干法印花所用水性油墨( 涂料色浆) 对纤维亲和力低，可避免 产，七因印刷区域对色料吸附程度饱和而无法进行其他颜色油墨覆盖的问题。这样通过应 用经典色彩模型以预测颜色输出，以传统彩色印刷模式描述织物印刷。 ( 2 ) 分析印花行业广泛采用的专色色彩模型，以及传统彩色印刷的四色色彩模型， 比较其特点，通过选择最佳颜色及其数目的方法对原稿图像进行色彩模型的初步构造。 具体方法思路为，采用色彩量化的方法，将原图像中的颜色归纳到少数几种颜色，并使 得量化色与输入色彩误差最小。 ( 3 ) 分析织物表面物理状态，如织物表面结构，织物表面比表面积。通过研究表面 物理状态对印刷呈色的影响，以进一步构造色彩模型。 具体方法思路为模拟或提取织物表面图案，提取其明度，色相，饱和度，再提取初 步色彩模型所预测的明度，色相，饱和度，通过前者的数值对后者进行调整，再与最终 呈色进行比较以得到织物表面物理状态对最终呈色的影响，以进一步完善色彩模型。 根据这个思路，本论文的具体分为五个部分，第一部分介绍印花的特点，特别分析 干法印花，即涂料印花的特点。第二部分通过色彩量化理论构建有限数目色彩的分色模 型。第三部分通过分析织物表面物理状态对最终呈色的影响，修正色彩模型。第四部分 通过修正经典彩色色彩模型预测织物呈色情况。第五部分实验。 2 第二章钐 物印刷( 印花) 与涂料印花特点分析 第二章织物印刷( 印花) 与涂料印花特点分析 2 1 印花概论 如果说凡在物体上着有痕迹，而该痕迹( 经多次复制) 能对光的照射发生反射或吸 收作用，透过眼球，使人的视觉神经辨识出该痕迹之形状与色调，谓之印刷。那么通过 型板或其他方式在织物材料上形成事先预设好的花纹图样，并使之能够大规模可重复实 现，便称之为印花。正因为如此无论印刷还是印花，在英文同为p r i n t i n g 。于此同时印 刷与印花又有着明显的不同，印刷在传统上是在平滑表面结构的纸上，作为表现文字和 图像的技术发展起来的，织物印花是在表面粗糙且有空隙的织物上，作为表现图像的技 术发展起来的。具体说来，两者的主要区别是在色泽深度和图像清晰度上。 织物印花有几种方法，按有无型板及型板类型可分以下几类，首先目前应用最为广 泛的筛网印花和滚筒印花；从印刷技术角度来看，滚筒印花应用的凹版印刷原理，图案 通过雕刻铜滚筒( 或辊筒) 印在织物上。铜滚筒上可以雕刻出紧密排列的十分精致的细纹， 花筒雕刻应与图案设计者的设计图稿完全一致，每一种花色各自需要一只雕刻滚筒。滚 筒印花是使用最少的大批量印花生产方法，产量每年持续下降。如果生产每一种花样的 批量不是非常大，这种方法就不经济。在大多数情况下，滚筒制备和设备调整的成本高， 耗时长，使得使用这种方法印花不太经济。 而筛网印花则为丝网印刷方式的具体应用，这表现为印花筛网的准备，印花筛网由 紧绷在木制或金属框架上的具有细网眼的尼龙、聚酯纤维或金属丝织物制成。筛网织物 上要涂上一层不透明的无孔薄膜。有花纹处，要除去不透明薄膜，留下有细网眼的网版， 这一区域就是将要印制图案的部位。大部分商业筛网织物先被涂上一层光敏性薄膜，然 后再通过感光法除去花纹部位的薄膜而显现图案。在要印花的织物上放置筛网进行印 花。把印花色浆放人印花框内，通过刮刀迫使其从筛网的网眼处透过。印花图案中的每 一种颜色独自需要一只筛网，目的是分别印制不同的颜色。实现筛网印花有三种方法， 每种方法应用原理基本相同。第一种是手工筛网印花，在1 9 2 0 年代十分普遍，至今仍 被广泛应用。直到1 9 5 0 年代中期，现代技术赋予这种工艺自动化手段之前，手工筛网 印花一直是惟一的筛网印花方法。第二种方法叫做自动筛网印花( 也称为平网印花和自 动平网印花) 。在1 9 6 0 年代中期，有了进一步的发展，筛网形状从手工及自动的平网转 向圆网形状发展。第三种方法叫做圆形筛网印花或圆网印花，是目前应用最广泛的筛网 印花方法。 以上为目前两种应用最为广泛的织物印刷方法，除此之外还有热转移印花和喷射印 花。以及其他在纺织品生产上很少使用的印花方法有：木模板印花、蜡染印花、纱线扎 染印花和防染印花。应用热转移技术进行织物印花时，先用含有分散类染料和印刷油墨 在纸上印制图案，再将织物承印物经过热转移印花机，使转印纸和承印物未印花面对面 贴在一起，在大约2 1 0 ( 4 0 0 t ) 的条件下通过机器，在这样的高温下，转印纸上的色料 升华并转移到织物上，完成印花过程，不需要进一步处理。而数字式无网喷射印花是把 色料小液滴喷射并停留在织物的精确位置上，用来喷射色料的喷嘴和图案形成可以通过 计算机控制，以精确的在织物承印材料上重现复杂的原稿图样。 江南人学硕十学位论文 而按照印花色浆分类，可分为以下几种：酸性染料印花，多适用于蛋白质纤维与尼 龙纤维及真丝等：阳离子染料印花，适用于腈纶、涤纶、锦纶与纤维素及蛋白质纤维； 直接染料印花，适合于纤维素纤维织品，水洗牢度比较差，耐光牢度不一；分散染料印 花，适合于粘胶、腈纶、锦纶、涤纶等；偶氮染料印花，适合于纤维素织品，色泽鲜艳； 活性染料印花，大多用于纤维素纤维织品，较少用于蛋白质；硫化染料印花，适合于纤 维素纤维织品，色泽灰暗，主要有藏青、黑色和棕色，长期存放织物会破坏纤维；还原 染料印花，适合纤维素纤维织品，耐光、水洗牢度很好，并且耐氯漂和其它氧化漂白； 涂料印花，适合于所有纤维，通过树脂机械的附着纤维，深色织物会变硬，但套色很准 确，大部分耐光牢度好，水洗牢度良好，尤其是中、浅色。p j 由此可见，按照色浆的种类，印花可大致分为染料印花与涂料印花。染料溶于水， 并以水为介质，而与纤维发生特有的化学反应，被纤维吸附固着于纤维上，从而完成染 料印花。而用无机或有机颜料制成的涂料色浆，对织物进行印刷的方法称为涂料印花， 与染料印花最为不同的是，颜料是不溶于水的细小固体，它本身对纤维无亲和力，依赖 粘合剂将颜料颗粒附和固着于织物上。从传统印刷角度来看，涂料色浆类似于水性油墨， 可避免产生因印刷区域对色料吸附程度饱和而无法进行其他颜色油墨覆盖的问题。这样 通过应用经典色彩模型以预测颜色输出，以传统彩色印刷模式描述织物印刷。接下来详 细介绍涂料印花的特点。 2 2 涂料印花及其特点 用无机和有机颜料制成着色剂，配以高分子粘合剂、乳化糊制成涂料印花色浆，对 织物材料进行印制图案的方法称为涂料印花法。这种印花方法与经典印花方法有着本质 的区别，其区别的本质就在于着色剂的不同，涂料印花法所用着色剂的主要成分是颜料， 颜料是不溶于水的细小固体，它本身对织物纤维无亲和力，主要依赖高分子粘合剂将颜 料小颗粒依附和固着于织物上，在织物纤维表面形成薄膜，着色形成图案；而染料，溶 于水，并以水为介质，能与纤维发生特有的化学反应，从而被纤维吸附在织物上。 涂料印花是一种既古老又年轻的织物材料印刷方法，早在3 0 0 0 多年前，古人就用 天然矿物质颜料，如赭石、群青、朱砂、铬黄的粉末混入天然高分子粘合剂，如动物或 植物胶、动物或植物蛋白质、干性油等，来制备涂料印花浆，进行织物印花。我国马王 堆西汉古墓中出土的多套色的“敷彩锦袍 即是有力的佐证。 涂料印花法直到第二次世界大战之前在纺织品印花中仍然是微不足道的方法，直到 1 9 5 1 年德国b a v e r 公司的a c r 锄i nf 型涂料印花色浆问世以后，涂料印花随着粘合剂和 印花助剂的发展，其优点越来越突出，当今已成为织物印花的重要方法。 涂料印花的主要特点有【1 2 - 1 3 】： 由于颜料颗粒对任何纤维都没有亲和力，不发生不上色的问题，对各种纤维不存在 选择性，故适用于各种纤维，包括难以染色的丙纶纤维，特别适合混纺和交织纺织品织 物的印花。 颜料色浆可任意相混或叠色，同时配色方便，不会因颜色相混而发生化学反应，从 而容易控制颜色。 4 第二章织物印刷( 印花) 与涂料印花特点分析 印花色谱齐全，印制轮廓清晰。 工艺简单，如果采用全涂料印花，只需要干燥和固着处理，可省去染料印花所必须 的水洗、皂洗工序，因此涂料印花设备简单，劳动生产率高，可节约用水，降低成本， 且可减少污水排放。 于此同时由于织物本身的独特性质，使得织物材料印刷过程与纸张等其它常用承印 物有非常大的不同。 本文的思路是通过传统印刷的思路考虑织物印花的色彩模型，而传统印刷所使用的 着色剂即油墨，同样是使用颜料作为色料，且传统印刷的承印物为纸张，纸张纤维与油 墨之间同样只存在物理机械反应，通过在纸张纤维表面形成薄膜，着色形成图案。由此 选择涂料印花方式作为研究织物印刷色彩模型的切入点。 2 3 织物分类及其特点 ( 1 ) 按不同的加工方法分类【1 4 】 机织物：由相互垂直排列即横向和纵向两系统的纱线，在织机上根据一定的规律交 织而成的织物。有牛仔布、织锦缎、板司呢、麻纱等。 针织物：由纱线编织成圈而形成的织物，分为纬编和经编。纬编针织物是将纬线由 纬向入针织机的工作针上，使纱线有顺序地弯曲成圈，并相互穿套而成。经编针织物是 采用一组或几组平行排列的纱线，于经向入针织机的所有工作针上，同时进行成圈而成。 非织造布：将松散的纤维经粘合或缝合而成。目前主要采用粘合和穿刺两种方法。 ( 2 ) 按构成织物的纱线原料分类 纯纺织物：构成织物的原料都采用同一种纤维，有棉织物、毛织物、丝织物、涤纶 织物等。 混纺织物：构成织物的原料采用两种或两种以上不同种类的纤维，经混纺而成纱线 所制成，有涤、涤腈、涤棉等混纺织物。 混并织物：构成织物的原料采用由两种纤维的单纱，经并合而成股线所制成，有低 弹涤纶长丝和中长混并，也有涤纶短纤和低弹涤纶长丝混并而成股线等。 交织织物：构成织物的两个方向系统的原料分别采用不同纤维纱线，有蚕丝人造丝 交织的古香缎，尼龙和人造棉交织的尼富纺等。 ( 3 ) 新颖织物分类 粘合布：由两块互相背靠背的布料经粘合而成。粘合的布料有机织物、针织物、非 织造布、乙烯基塑料膜等，还可将它们进行不同的组合。 植绒加工布：在布料上布满短而密的纤维绒毛，具有丝绒风格，可作衣料和装饰料。 泡沫塑料层压织物：是将泡沫塑料粘附在作底布的机织物或针织物上，大多用作防 寒衣料。 涂层织物：在机织物或针织物的底布上涂以聚氯乙烯( p v c ) 、氯丁橡胶等而成，具 有优越的防水功能。 2 4 纸张印刷与织物印刷的不同 ( 1 ) 织物材料表面经纬线遍布并非常明显，其特性由纺织技术和纤维特性决定。织 江南人学硕十学何论文 物纤维特性之一就是分布不均匀，因此吸收油墨量也不平均。这样油墨的沉积不像在纸 张上均匀的分布在表面。 ( 2 ) 某些织物材料结构松散，某些细密。由于经纬线的存在，织物表面比纸张表现的 更加粗糙。同时特定情况下织物纤维的反射率比较特殊，从而增加了印刷后纹理的孔隙 与结点的反差。特别对于一些细薄的织物材料，一定的透射率可以改变印刷呈色。( 在 某些情况下这是一种理想效果) ( 3 ) 在通常情况下，织物材料印刷面积比较大，其刚性较纸张表现的非常不稳定， 从而导致油墨的网点覆盖率难于控制。 ( 4 ) 相比纸张印刷，织物印刷中上色顺序明显影响呈色。为最大程度符合原稿，可 以变化印刷顺序以获得理想的色彩组合。 2 5 小结 作为图文转移的另一种表现形式，织物印刷或者称印花与传统印刷，特别是在纸 张上的印刷有很大的不同，同时印花根据其颜色载体，色浆的不同，可分为染料印花和 涂料印花，其最主要的不同点在于涂料印花法所用着色剂的主要成分是颜料，颜料是不 溶于水的细小固体，它本身对织物纤维无亲和力，主要依赖高分子粘合剂将颜料小颗粒 依附和固着于织物上，在织物纤维表面形成薄膜，着色形成图案。正因为如此，我们可 以采用传统经典纸张印刷的视角对织物印刷的呈色进行分析。 6 第二章基丁色彩域化理论的织物印刷模艰 第三章基于色彩量化理论的织物印刷分色模型 3 1 色彩呈现原理 在讨论印刷分色模型之前，我们先要了解色彩呈现原理。色彩呈现原理色彩呈现 原理是色度学里最基本的理论，该理论解释了为什么油墨在人眼中呈现各种颜色，以及 不同颜色油墨混合后变色的原因，即印花图案中色彩呈现的机理。红( r ) 、绿( g ) 、蓝( b ) 作为色光三原色，是混合产生其他色光的基本成份，将三原色以各种不同的比例相混合， 可以得到各种颜色色光。从理论上讲，三原色相混可以得到自然中大部分的色彩等量的 红光、绿光、蓝光相混产生白光，记为w = r + g + b 如果红、绿、蓝三种色光非等量， 比如红光少就出现带深绿色的光，如果绿光减少，就会出现象胭脂一样的红色。此外， 将三原色中任意两个色光相加就可以分别得出青( c ) 、品红( m ) 、黄) 。混合两种或三种 原色光得到的混合色光，其亮度均高于原有色光的亮度：而且，混合的成份越增加，混合 色亮度就越高。混合后色光的亮度可以认为是各原色光相加的总和。我们称这种“在视 网膜的同一部位，同时入射两种以上的色光刺激，感觉出另一种颜色现象”为加色混合 法。印刷中将不同颜色的油墨按一定比例可以得到新的混合色。如将黄色与青色的油墨 混合，就能产生绿色。这是根据物体选择性吸收原理，青色油墨从照射光的白光中吸收 红光，而反射蓝光和绿光，黄色油墨再吸收了蓝光，最后只剩下白光中的绿光从混合的 油墨中反射出来，因此，我们看到的就是绿色。这种用油墨混合成色的方法称为减色混 合。经减色混合后得出的颜色比原来的亮度是降低的，因为混合后反射光是各不同色彩 的颜料分别吸收白光中相应色光所剩余的部分色光，很明显这种剩余反射光的能量，要 比入射光小多了，因此混合后颜色的反射率也是较低的。减色法三原色是黄( 、品红 ( m ) 、青( c ) ，它们是加色法红( r ) 、绿( g ) 、蓝( b ) 三原色的补色。如果将黄( 、品红( m ) 、 青( c ) 作适当比例的混合，就可以分别得到红( r ) 、绿( g ) 、蓝( b ) 及其各种不同的颜色， 如果将减法三原色同时混合就变成黑色( b k ) “减色混合过程”仅仅是指物体对照射光 的光谱能量作选择性吸收这样一个纯粹的物理过程。这一过程人眼通常是观察不到的， 它与人眼的视觉无关，进入人眼的永远是红、绿、蓝( r 、g 、b ) 三原色的加色法混合。 通过色彩呈现原理，进一步了解到单色油墨和混色油墨色彩在光学上形成的机理，即减 色法的相加混色作用，为以后进行定量分析、建立数学模型作好理论基础。【l 孓1 6 j 3 2 传统印刷四色分色模型 c m y k 四色模型是一种减色模型，色彩来源于青、洋红、黄3 种基色，这3 种基色从 照射纸上的白光中吸收一些颜色，从而改变光波产生颜色，即从白光中减去一些颜色而产 生颜色，故称为减色模型。它主要适用于印刷油墨和调色剂等实体物质产生颜色的场合， 如彩色印刷领域。模型中，彩色图像的每个像素值用青、洋红、黄、和黑油墨的百分比来 度量颜色，浅颜色像素的油墨百分比较低，深颜色像素油墨的百分比较高，没有油墨的情况 为白色。 在c m y k 颜色模式中，理论上，白纸会1 0 0 反射入射光，把c m y 3 种1 0 0 颜色混合 则会吸收所有的光，产生黑色。在实际印刷中，纸总是吸收一些光，青、洋红、黄3 原色油 7 江南人学硕十学位论文 墨难免有些杂质，因而1 0 0 的3 原色组合形成的黑色往往呈现混浊的灰色，黑度不够，为 了弥补这一缺陷，印刷中加入了黑色颜料，即k 色，称此为c m y k 模型。于此同时，尽管通 过c m y k 我们可以印制出比较丰富的颜色，但与人眼所能识别的颜色范围以及显示器 的显示范围相比，仍然非常有限，特别是高饱和度的颜色，如橙、紫等，无法获得四色 印刷获得理想效果，人们试图引入其他颜色油墨以扩展印制颜色域，如p a n t o n 的六色印 制系统，b o l l 的七色印制系统等，但随着油墨数目的增加，提高了印制彩色图像的能力， 印刷工艺的性能表征与校准等工作也非常复杂，所以目前传统印刷依然以c m y k 四色 模型为主。 四色分色处理过程大致分以下两种方法：一是利用l c c 提出的颜色转换原理，通过 i c cp r o f i l e 将原稿颜色值转换为印刷分色颜色值( 网点面积率) ，它实际上是运用了查 表插值法。二是通过测量c m y k 四色及其所叠印得到的r g b 间色的三刺激值，用聂格 博尔( n e u g e b a u e r ) 方程计算得到印刷分色颜色值( 网点面积率) 【1 7 1 引。 3 3 传统织物印刷专色分色模型 如上所述，传统纸张印刷行业普遍采用油墨叠印的方式进行印制，例如四色印刷采用 青、品红、黄、黑4 种油墨集合，但是在织物行业中，作为承印物的织物材料，存在一些 对染料色浆有吸附饱和的现象，某些织物材料在完成一种色浆印制之后，由于印制区域对 色浆的吸附程度已饱和，因而不能继续进行其他颜色油墨的印制。针对这类承载物，工艺 上要求不可叠印，必须对印制图像进行不同于叠印工艺的图像分色，也就是应在采用较少 种类油墨的前提下，为图像每个像素选择一种合适的油墨，用以记录和表达图像信息 【1 9 。2 0 】。由于要求油墨种类尽可能少，且不能叠印，因此传统织物印花特别是染料湿法印花， 采取专色分色模型，以牺牲原有图案的某些色调，使印制图案呈现原有图案的连续层次。 而建立织物印刷专色分色模型，分以下几个步骤： 3 3 1 确定分色数与专色选定 确定分色数可以分为两种：主观指定和客观条件选定两种。当印刷图像色彩集中， 色块分明时采用主观指定，这种情况较为特殊且应用范围不大。而对于大多数色彩丰富， 颜色过渡细腻的图像，则采用客观条件选定的方法。确定分色数的原则是用尽可能相近 的颜色去替代一种颜色，最终将原稿中的所有颜色变换为若干种颜色之间的加权，并使 得变换后的图像具有最小的色差，以最为简单的递归方法为例： 选取当前原稿中许多种颜色中色差最小的两种，而要选取色差即要选取颜色空间， 为简化这一过程，我们假定存在口向，c 砂色彩空问，仁，c ，圳，向玉c 2 j 剀分别代表两种颜 色m ，尬分别代表权值 = ( 以l 木m + 以2 木m 2 ) ( m l + m 2 ) = ( c l 木m l + 乞木m 2 ) ( m l + m 2 ) ，、 磊= ( 匾木m + 畋木m 2 ) ( m l + m 2 ) 、 。 m 、= m 、+ m ， 则向d ，锄列代表合成后颜色，由于合成后的颜色介于原来两种颜色之间，相对于用 第二章基丁色彩域化理论的织物印刷模删 一种颜色完全替代另一种颜色失真要小。这样两种颜色就归并成一种颜色。接下来不断 进行操作，直到剩余颜色中任意两种颜色的最小色差大于最大允许色差，此时结束专色 选择，此时的颜色数为专色分色数。 3 3 2 分色处理过程 当专色按要求被选定之后，就进行分色处理，其处理过程为将原稿中某种颜色的点 全部置换成选定专色中与之色差最小的一个，或置换成专色元素的加权。 专色分色处理的方法非常多，可分为两类即无抖动和抖动两种方法，使用无抖动 分色处理，原稿某种颜色的点全部转换为专色集合中与之色差最小的颜色，这样能保留 原稿的主要特征，但会丢失某些色彩丰富、颜色过渡细腻的原稿的细节。 另一类为有抖动的分色处理方法1 2 ，在无抖动的分色处理中，点的颜色经过分色处 理之后，往往和原来的不一样，存在着分色处理带来的色差，如果能够对色差进行补偿， 则能够显著的改善分色质量，抖动算法的原理是将某点的色差分散到周围的点上，使得 这个局部周围点总的看来，与原稿相当接近。使用最为通用的抖动方法，以下面的为示： x 53 24 5 4 2 232 在这个模式中，所有的数字加起来为3 2 。假定已知某点与处理后的色差为x ，那么 5 3 2 木x 将加到其右边的点上，以此类推3 3 2 串x 将加到与其相隔的右边点上，以此类推， 将色差分散到其周围选定位置的1 0 个点后，将重复这个过程处理原稿的下一个点。通 过将色差分散给更多的点，得到的分色处理效果将会有很大的改观。 至此，一个最为简单的专色分色过程就完成了，这个例子非常简单，举它的例子仅 仅为了阐述分色的基本过程。 3 4 传统四色分色与专色分色比较 从色彩的视觉效果来说，专色印刷的优点在于专色油墨是用y 、m 、c 原色墨，按 色料减色法混合原理调配出来的，其颜色明度较低，饱和度较高。墨色均匀的实地块通 常采用专色印刷，并适当地加大墨量，当版面墨层厚度较大时，墨层厚度的改变对色彩 变化的灵敏度会降低，所以容易得到墨色均匀厚实的印刷效果。而四色印刷得到的是网 点的加色法和减色法吸收混合的综合效果，色块明度较高，饱和度较低。采用四色印刷 工艺套印出的色块，由于组成该色块的各种颜色大都由一定比例的网点组成，印刷网点 时墨层厚度受到严格控制，容易因墨层厚度的改变及印刷工艺条件的变化引起色强度和 网点扩大程度的变化，从而导致颜色的改变。而且组成该色块的任何一种颜色的改变都 会导致该色块的颜色变化，致使出现墨色不匀的机会将成倍增加，易出现色偏。若采用 四色印刷浅色色块，由于油墨对承印物的覆盖率低，墨色平淡缺乏厚实的感觉。另外， 专色印刷色相稳定，印品干净平服。采用通常的四色印刷只能再现出一个较为有限的色 域空间，而专色印刷可以再现出更广的色域空问，从而可以再现出更理想的、更接近自 然的印刷效果。专色印刷可以忠实地还原图像，提高复制颜色的鲜艳和印刷质量。 如上述我们所提到的织物印刷的特点，传统专色印刷或印花，不同于四色印刷，使 9 江南人学硕十学位论文 用时通常不会以两个专色的叠印生成问色。这样使得，使用多少种专色就只能得到多少 种色彩，例如要求印制图案丰富，色彩丰富的网目阶调花样时，传统专色印花受印版数 目的限制，不可能印制具有成千上力种套色的图案。而使用四色技术虽可以解决制版问 题但由于织物与纸品的质地不同，加之使用染料作为着色剂，存在印制区域对染料色 浆的吸附程度已饱和，因而不能继续进行其他颜色染料的印制，无法实现四色印刷工艺。 正因为如此，传统纸张印刷采用四色，辅以专色印刷：而传统织物染料印花，则采 用专色分色实现印制。 3 5 色彩量化理论 从上述两种得到广泛应用的分色方法，即四色分色和专色分色，我们可以看到，无 论是传统纸张彩色印刷还是织物材料印花，其分色的主要过程只有两个：代表色的选择， 如何用代表色取代其他所有颜色。而颜色量化就是将一幅原本具有丰富或者说许多颜色 的彩色图像，使用具有较少数目的颜色集来表示，并且需要尽量保持原来图像的逼真显 示效果的一个过程。我们可以这样理解，分色模型是颜色量化理论在不同色彩复制领域 的具体应用。 色彩量化瞄2 3 】是数字图像处理的基本技术之一，它的任务是：( 1 ) 从原稿中色彩斑斓 的色彩中，根据图像处理的偏重需要选择最优的k 神颜色，作为原色组合，或称之为 基色组合；( 2 ) 结合人眼的视觉特性，使得根据这种原色组合所得到的重建图像尽可能真 实地贴近原稿，并且获得最佳视觉效果。色彩量化的过程分为两步：( 1 ) 选择合适的原色 组合；( 2 ) 用原色组合中的颜色代替相同未知的原来颜色，得以实现色彩复制。 作为数字图像处理的基本理论，常用的色彩量化方法有：统一量化法、频度序列法、 中位切割法、八叉树法和聚类法【2 4 之6 】。 ( 1 ) 统一量化法是直接对色彩空间进行划分，挑选一组红、蓝、绿颜色分量分布均 匀的色彩表为原色组合，然后将各点按照颜色最相近的原则，用原色组合中的颜色代替。 最简单的表示方法是：首先分离r g b 空间，使之在每一维上分成相等的片，用每个原 色色彩层的相交体，产生多种基本原色的代表色，这样可选出一组用途广泛的颜色。例 如在k 为2 5 6 的情况下，考虑到人眼对不同颜色的敏感度，将颜色空间中的红色和绿 色分量各分3 个位面，蓝色分量分2 个位面，这样红色8 种、绿色8 种、蓝色4 种，可 组合得到8 8 4 _ - 2 5 6 种色彩。采用这种统一量化方法，一幅图像选择颜色值时，是 通过舍入某些成分而得到近似表示。这种方法使用颜色固定的原色组合，而不是根据图 像内容选择原色组合，所以要求原色组合中的有限色彩与要显示图像的色彩无关。但由 于一幅真实的图片并不是包含均匀分布的所有色彩，这样，统一量化尽管方法简单、速 度快，但实际图像中微妙变化的层次感不能描述。 ( 2 ) 频度序列法是以图像色彩直方图为基础。首先选择图像中使用频率最高的k 种 色彩作为原色组合，然后再把其余颜色按最小距离准则映射到原色组合中。该方法的特 点是根据不同的图像选择不同的原色组合，因此重建图像显示效果有较大改善。但该方 法时空开销大，且常会出现一幅图像某些色彩由于出现频率小而被丢失的现象，使图像 显示失真，效果不够理想，例如一幅图像是绿色草原中的一朵小红花，那么红色可能会 l o 第二章基r 色彩域化理论的织物印刷模型 由于像素点太少而被丢弃，导致小红花的红色着色不j 下确。 ( 3 ) 中位切割法简称中分法。该方法试图选择一个色彩均衡的集合来表示图像。其 基本思想是：把色彩空| 日j 正方体分成k 个包含相等数量像素的长方体，选择每个长方体 的中心作为原色组合。具体做法是：每次将长方体外围不包含像素的无用部分切除，并 沿其最长边做中位切割，即在此边上所有值的有序表里取中值做切割，使原来一个长方 体变成两个包含等量像素的小长方体。如此重复进行，直到色彩空间被分成k 个包含大 致相同像素的长方体为止。每个长方体的中心就是一个原色组合颜色。在立方体的点密 集区域，将有更多的长方体，从而相应的有更多的原色组合颜色处于其中；而点稀少的 地方，原色组合颜色也稀少。没有哪种颜色会被忽略，但出现更频繁的颜色将得到优先 处理。这种算法考虑到具体图像的色彩分布。所得到的图像的层次感较丰富，但局部细 节却较模糊，效果仍不够理想。 ( 4 ) 八叉树量化方法顺序读入图像文件中的像素，并以先被读入的前k 种不同色彩 作为初值一旦不同颜色的数量超过k 时，将出现频率最小的颜色同相近的颜色归并， 以保证色彩数目不超过k 。但这种方法仍会出现某些色彩由于出现频率小而被丢失的现 象，使图像细节显示失真。 ( 5 ) 聚类方法是先选择若干个样本，然后按准则函数逐步聚合，类别由多到少，直 到合适的分类为止。聚类法有k 均值算法、i s o d a t 算法、f o r g y 算法以及颜色选择 的l b g 算法等。上述的聚类方法均为迭代算法，处理较费时，而且量化结果受初始聚 类中心的影响。另外，聚类方法一般以距离最小为聚合准则，相近的色彩会被合并，图 像的色彩层次感会被丢掉。 3 6 织物印刷色彩模型构造 在这里我们采用的织物印刷具体方式为涂料印花，其区别于传统染料湿法印花的特 点可见本文的第二章。 这里我们采用的颜色载体为“涂料”，即水性油墨，其着色表现为颜料颗粒而非染 料颗粒。由于颜料颗粒对任何纤维都没有亲和力，不发生不上色的问题，对各种纤维不 存在选择性，故适用于各种纤维，同时颜料色浆之间可以任意相混或叠色，同时配色方 便，不会因颜色相混而发生化学反应，从而容易控制颜色。 由于机织物的表面结构相对简单，便于我们进行分析，同时水性油墨对纤维没有选 择性。故我们选择的印刷载体为理想机织物。 另外通过上文，我们了解到传统印刷行业普遍采用四色印刷，使用黄、品、青、黑 四种颜色的组合记录彩色图像信息。油墨混合服从减色法混合显色定律，即每种油墨吸 收白光中的一部分色光而反射其他色光，在这里我们称原色组合为黄品青黑这四色，利 用半色调技术我们可得到丰富的颜色。 而传统印花行业采用专色染料印制图案，可以印制出鲜明的图案花样，但层次感很 差，印制有连续色调高质量云纹是迫切需要解决的问题。 在这里，我们首先解决了传统织物印刷用染料无法叠印的问题，使用涂料印花，这 样我们虽然使用专色印花，但仍然采用四色分色方法中的叠色，这样不仅实现了印花少 江南人学硕十学位论文 套色的经济性，同时拓展了印花的色彩表现，而这也是本文所体现的创新点。 本文所研究的织物印刷色彩模型包括以下内容： ( 1 ) 油墨组合的选择，即原色组合的选择 ( 2 ) 分色 ( 3 ) 最终呈色模拟 本章将展开其中的第一和第二项内容，而最终呈色模拟将在第五章详细叙述。 3 6 1 原色组合 使用色彩组合重现原稿源于色彩量化理论。色彩量化的方法很多，如本文上节所述。 理论上，当色彩种类先验选定时，色彩量化理论可以得到重现图像所需要的各种颜 色。尽管对于织物材料，由于上文所述的特殊性不能得到理想油墨组合，但色彩组合理 论提供了一个讨论印刷后色域的思路。 找出织物承印物印刷图像所需油墨组合非常复杂。用色彩量化理论可以得到定义色 域的最大区域，区域的顶点数理论上可以认为是油墨种类数，当通常顶点个数远远大子 印刷理论的强制约束，所以顶点个数需要截去。这样可以选择限定色域范围的色彩平面 进行研究，本文对此不做讨论。 在某些情况下，油墨被强制确定。例如用织物材料表现传统绘画作品时，油墨被强 制确定，仅仅是印刷次序和油墨量可以改变。 织物本色通常被选择为印刷过程中的色彩之一，有以下原因： ( 1 ) 若印刷原稿中对应于织物材料本色的部分不印刷，则大大的节省了油墨的使用 量。 ( 2 ) 相比织物材料被油墨覆盖的部分，未印部分有特殊的透射率。完全印刷的织物 材料通常没有透射性质，这样其色彩完全由油墨色彩决定。若未印织物材料的透射率在 特定值时，在迎着不同背景色时会呈现不同色彩。 用某种彩色油墨组合进行印刷后所得到的色域，既可在r g b 色彩空间也可在 c i e l a b 色彩空间中表现。但所得到的色域又有一些特殊性：色值中的较亮点并不一定 与织物材料上某种染料的缺失对应，特别是当织物未印部分的亮度不及油墨亮度时，色 彩中亮度最大值取决于油墨。同时织物结构，材料性质，染料化学性质都会影响最终印 刷呈色。 3 6 2 原色油墨组合的分色方法 彩色油墨组合形成了原色组合，用翰，q g ) 表示，其中n 指用于织物印刷的油 墨种类( 等同于油墨层数目) 。而这些油墨层的叠印所形成的色彩组合，称为二次色组 合，用泐，c 幻c 6 ) 表示，同时每种原色组合元素都属于二次色组合，二次色组合 数n ，由油墨在织物材料上的混合确定。假定印刷顺序不显著影响织物材料上的呈色， 那么呈色仅由每种油墨的使用量，即油墨的网点覆盖率决定。同时在不考虑印刷顺序的 影响，或预定印刷顺序是固定的且不作为印刷过程中的参数时，色彩组合数肛矿。我 们可以假设，如果充分考虑印刷顺序对最终印刷呈色的影响，那么组合数的估计将变的 非常困难，并难于应用，例如由l ，2 ，3 顺序印刷的组合并不适用于2 ，l ，3 顺序印刷 1 2 第二章基丁色彩带化理论的织物印刷模型 ( 在这晕我们假设每种油墨在印刷过程中仅使用一次) 。因此为解决这一问题，我们将 印刷顺序固定，这样得到上文所述的色彩组合数n = 2 n ，分色过程及色彩模拟以此固定 顺序为基础进行。若色彩模型对织物印色的模拟不符合实际，我们将选择另一种印刷顺 序并重新进行分色和色彩模拟。在极端情况下，若所有印刷顺序都失败，原色组合的正 确性将受到质疑，我们将重新选择油墨组合。 普适分色过程需要将输入色彩c i 转化为集合向，口2 口行j ，口j 指原色组合中每个元 素的油墨量，或者从另一个角度看为各种原色油墨的网点覆盖率。通过叠印向，幻锄夕 量的汜，o g ) 油墨能使得织物印刷效果与原稿一致。 本文中，分色过程将在c i e l a b 色彩空间中描述。因为从r g b ，c m y k 或其它色 彩空间到c i e l a b 色彩空问的转化都是可行的。 分色过程包括两个主要步