Область техники

Изобретение относится к способам цифровой обработки цветных изображений для цветоделения и изготовления цветоделительных печатных форм и может быть использовано для печатания на бумаге оттисков цветных цифровых изображений способами полиграфической печати четырьмя и больше печатными красками. Изобретение может также быть использовано для формирования каналов данных цветоделительных изображений оригинала для цифровой печати четырьмя и больше красками и печати на цветных принтерах.

Предшествующий уровень техники

В технологических процессах цветоделения изображения на цветные и черную краски является наиболее сложным и ответственным этапом допечатной подготовки форм, при котором необходимо максимально учитывать реальные цветовые характеристики красок и технологические условия процесса печати и обеспечивать высокое качество цветовоспроизведения на оттиске изображение издательского оригинала.

Известны способы полиграфического и других способов печати изображения на бумаге, которые построены на классическом принципе синтеза цветов изображения тремя цветными - голубой (С), пурпурной (М), желтой (Y) и четвертой черной (К) красками. Этот базовый принцип остается неизменным уже на протяжении нескольких веков. Использование дополнительной черной краски является обязательным в силу того, что в процессе печати тремя С, М, Y цветными красками достичь высокого качества цветовоспроизведения на оттиске практически невозможно. На практике установлено, что за счет печати черной краской можно исправить на картинке оттиска некоторые недостатки реальных цветных красок. Однако для 4-х красочного печати СМУК до сих пор нерешена проблема цветоделения изображения. Все без исключения современные технологии цветоделения изображения оригинала используют так называемые стандартные профили CMYK, построенные на основе табличных значений цветов, как правило цветовых координат цвета (L ^* ,a*,b*) , которые синтезируют на отпечатке различными количествами печатных красок.

В описании к патенту [1 ] описана система цветной печати, известная в практике как система PANTONE Hexachrome ^I из шести красок - желтая (Y), оранжевая (О), пурпурная (М), голубая (С), зеленая (G) и черная (К). Такая система красок позволяет расширить цветовой охват по сравнению с классической системой красок CMYK и, соответственно, повысить качество цветовоспроизведения оригинала на оттиске.

В описании к патенту [2] описана компьютеризированная система цветоделения цифрового изображения для печатания шестью цветными красками - голубой (С), пурпурной (М), желтой (Y), красной (R'), зеленой (G ¹ ) и синей (Β'). Она построена на основе использования стандартных ICC профилей преобразования цветовых данных RGB оригинала в базу данных CMYK. Формирование данных каналов дополнительных красок R', G', В' осуществляют путем объединения данных двух каналов основных красок С, М, Y и части данных черной краски. В результате в процессе печати черную (К) краску удаляют полностью и заменяют дополнительные краски R', G', В '. В описании к патенту [3] описан способ цветоделения изображения на семь печатных красок, среди которых шесть цветных красок, а именно желтая (Y), оранжевая (О), пурпурная (М), фиолетовая (V), голубая (С), зеленая (G) и дополнительная черная (К). Суть способа цветоделения заключается в том, что каждый цвет изображения печатают четырьмя красками. Хроматическую компоненту выбранного цвета печатают двумя соседними цветными красками, которые выбирают из хроматического ряда шести цветных печатных красок. Соответственно, ахроматическую компоненту цвета печатают белой краской, что эквивалентно незапечатанной площади белой бумаги, и черной краской, которую определяют разницей белого цвета и максимальным значением одного из трех базовых цветов R, G, В.

Недостатком этих способов является то, что печатание четырех красок необходимо осуществлять в один слой, чтобы не перекрывать краски, а это достичь в печатном процессе практически невозможно. Более того, автотипным процесс синтеза цветов на бумаге двумя цветными красками, одна из которых соответствует аддитивным цветам RGB, а вторая - субтрактивным цветам CMY, при наличии третьей черной краски гораздо сложнее, которого нельзя объяснить на основе аддитивной модели RGB.

Автотипный принцип синтеза изображения на отпечатке цветными красками описывают автотипным уравнениями, которое впервые в 1935 г. предложил Н. Д. Нюберг (Нюберг Н.Д. Метод расчета цветоделения в автотипной трехцветке. Труды НИИ ОГИЗ. М .: 1935.- вып. II .-С. 173- 183) и позже в 1937 г. Г. Нейгебауэр (Neugebauer H.E.J. Die theoretischen Grundlagen des Mehrfarbendrucks. Zeitschrift fur wissenschaftliche Photographie, Photophysik und Photochemie.- 1937 - Vol. 36, p. 36-73). Аналитические решения автотипных уравнений Нюберга-Нейгебауэра до сих пор не получены, поэтому для прикладных задач цветоделения используют профили CMYK, построенные исключительно на табличных данных.

Известен способ [4] изготовления печатного оттиска при использовании больше четырех красок, среди которых имеются четыре основных краски - голубая (С), пурпурная (М), желтая (Y) и черная (К) и три дополнительные краски - красная (R), зеленая (G) и синяя (В). Суть способа заключается в том, что для построения профилей в виде многомерных таблиц соответствия цветов на отпечатке в зависимости от различных комбинаций семи печатных красок все краски разделяют на четыре группы красок - CMYK, MRYK, CGYK и СВМК, каждая из которых содержит три цветные краски и четвертую черную (К) краску. При построении профилей четырех групп красок - CMYK, RMYK, CGYK и СМВК получают объединенный профиль, содержащий 4x 1 б ⁴ = 4x65536 = 262 144 табличных значений цветов всех комбинаций из четырех печатных красок.

Этот способ разделения изображения на цветные и черную краски заключается в том, что каждую точку (пиксель) цифрового цветного изображения на бумаге печатают только четырьмя печатными красками - тремя цветными и черной (К), причем необходимую комбинацию печатных красок рассчитывают из профилей только одной группы красок - CMYK, MRYK, CGYK, или СВМК. Разделение всех цветов оригинала достигают на основе использования следующих методов: метода GCR (Gray Component Replacement), при котором осуществляют замену нейтрально-серой компоненты первичных красок - голубой (С), пурпурной (М) и желтой (Y) на эквивалентную величину черной (К) краски; метода CCR (Color Component Replacement), при котором осуществляют замену цветной компоненты двух первичных красок на эквивалентную величину одной дополнительной печатной краски - красной (R), зеленой (G) и синей (В).

Этот способ разделения изображения на три цветные и черную краски осуществляют следующим образом.

Базовой выбирают группу основных красок - голубую (С), пурпурную (М), желтую (Y) и черную (К), которые используют в традиционной 4-х красочной печати CMYK. Для группы основных красок CMYK устанавливают предельные значения величины хроматичности Сг _х и Сг ₂ . Для печатания цветов оригинала, которые характеризуются величиной хроматичности С г < для обеспечения оптимальных технологических условий печати цветов оригинала, близких к области нейтрально серых цветов, используют метод GCR с постоянным коэффициентом частичной замены нейтрально-серой компоненты основных цветных CMY красок на черную К краску, который составляет порядка 60%. Для цветов оригинала, которые характеризуются величиной хроматичности О, < 0 < 0 ₂ , при использовании метода GCR увеличивают пропорционально величине Сг долю замены нейтрально-серой компоненты к полной 100% замене нейтрально-серой компоненты основных цветных CMY красок на черную К краску. Для печатания насыщенных цветов оригинала, которые характеризуются величиной хроматичности Сг > Сг ₂ , изымают одну из основных красок С, М или Y и цветоделение осуществляют на основе профилей групп четырех красок MRYK, CGYK, или СВМК.

Недостаток этого способа заключается в том, что его реализуют на классическом принципе 4-х красочного печати CMYK независимо от количества выбранных дополнительных групп красок. Задача определения необходимой комбинации трех цветных и черной красок для синтеза на бумаге заданного цвета F является многозначительным. В связи с этим метод построения профиля групп красок на основе базы табличных данных с 65536 узловых точек экспериментально определенных цветов, которые синтезируют различными комбинациями трех цветных и черной красок, является недостаточно точным и малоэффективным.

Во-первых, табличный метод построения профиля CMYK предусматривает использование большого количества узловых точек экспериментальных цветов, среди которых значительная часть являются избыточными данными, в силу того, что задача цветоделения изображения многозначна. На практике используют значительно меньшее количество узловых точек цветов. Во-вторых, для использования метода GCR с частичной заменой нейтрально-серой компоненты трех цветных CMY красок на черную (К) краску в профиле CMYK необходимо максимально учитывать не только баланс "чистых" цветных CMY красок, для которых условие баланса на практике не выполняется, а больше всего учитывать особую роль черной краски в процессе замены различных количеств нейтрально-серой компоненты цветных CMY красок.

Второй недостаток заключается в том, что способ построения профилей 7-ми красочной печати базируются на основе табличных данных пробных отпечатков, напечатанных четырьмя специальными красками CMYK с расширенной областью цветового охвата, что в процессе цветоделения изображения не позволяет учитывать технологические условия многокрасочной печати и однозначно установить необходимое количество четырех печатных красок.

Эти недостатки решаются в способе разделения цветов цифрового изображения на две цветные и черную краски для цветной печати четырьмя и больше красками, описанном ранее в патенте [5] и международной заявке [6], который является прототипом изобретения. Этот способ цветоделения изображения оригинала базируется на новом принципе синтеза на печатном оттиске произвольных цветов оригинала лишь двумя цветными и черной красками независимо от числа цветных красок, которые используют в процессе цветной печати. Теоретически доказано и экспериментально подтверждено, что для каждого пикселя цветного изображения оригинала, существуют точные решения уравнений автотипного синтеза изображения на печатном оттиске, которые устанавливают необходимое минимальное количество двух цветных и черной красок для цветной печати.

Суть этого способа разделения цветов цифрового изображения на цветные и черную краски для печатания четырьмя и больше красками заключается в том, что цветовые координаты цифрового изображения преобразуют в оппонентное цветовое пространство оттиска, который обозначаем пространством ICaS, и в котором все цвета оригинала характеризуются ахроматической координатой I _F и двумя хроматическими координатами (C _F ,S _F ) , и в котором определены цветовые координаты (l _n ,C _n ,S _n ) базовых векторов всех цветных красок и цветовые координаты {l _nm , _nm ,S _nm ) базовых векторов парного наложения двух соседних п- ой и m-ой цветных красок. На хроматической CaS-диаграмме цветовых характеристик N цветных печатных красок все цвета изображения оригинала разделяют на N секторов, соответствующих попарному наложению двух соседних п- ой и m-ой цветных красок, каждую группу цветов изображения оригинала разделяют на две цветные краски, которые на хроматической CaS- диаграмме соответствуют выбранному сектору цветов парного наложения этих красок и третьей черной (К) краской и формируют для всех цветов изображения оригинала N каналов цветоделительных изображений для цветных красок и единственный общий канал разделенного изображения для черной краски. В результате каждый пиксель цифрового изображения оригинала в оппонентном цветовом пространстве оттиска разделяют только на три краски - две соседние цветные краски, которые на хроматической CaS-диаграмме определяют хроматическими координатами (C _F , S _F ) цвета оригинала и формируют в процессе печати цветовые характеристики изображения на оттиске при минимальном количестве цветных и третьей черной (К) красок, которые определяются ахроматической координатой I _F цвета оригинала и ахроматическими координатами цветов красок и формируют ахроматическую ось объемного цветового тела изображения на оттиске.

Однако в этом способе все цвета изображения оригинала обязательно должны входить в область цветового охвата печатных красок, которые используются для цветной печати. Если в изображении оригинала есть группы цветов, которые выходят за пределы области цветового охвата красок этот способ не дает возможности охватить их. В этом случае необходимо выполнять дополнительную предварительную операцию цветовой коррекции изображения оригинала, что требует затрат времени и специального программного обеспечения.

Раскрытие изобретения

В основу изобретения поставлена задача, обеспечить возможность охвата всех групп цветов, которые входят в пределы цветового охвата печатных красок оригинала, при произвольном количестве цветных и черной красок и при минимальном количестве табличных данных цветов красок на пробном отпечатке, путем использования аналитического метода синтеза цветного изображения на печатном оттиске.

Поставленная задача достигается тем, что в способе разделения цветов цифрового изображения на две цветные и черную краски для печатания четырьмя и больше красками, который заключается в том, что цветовые координаты цифрового изображения преобразуют в оппонентное цветовое пространство оттиска ICaS, в котором все цвета оригинала характеризуются ахроматической координатой \ _F и двумя хроматическими координатами (C _F ,S _F ) на пробном оттиске цветовых координат (L ^* ,a ^* ,b ^* ) полей 2N контрольных шкал цветных красок, их попарного наложения и отдельно контрольной шкалы черной краски, на основе измерения определяют заданные цветовые координаты (I _n , C _n ,S _n ) базовых векторов всех цветных красок и цветовые координаты hm ^nm ^nm ) базовых векторов парного наложения двух соседних /7-ой и m-ой цветных красок, а также числовые значения коэффициентов нелинейности у _с , у _м , γ _γ цветных красок, выбирают их среднее значение обобщенным параметром нелинейного преобразования цветовых координат цветов оригинала в оппонентное цветовое пространство оттиска и рассчитывают числовые значения координат базовых векторов всех цветных красок и их попарного наложения, далее на хроматической CaS-диаграмме цветовых характеристик Ν цветных печатных красок все цвета изображения оригинала разделяют на N секторов, соответствующих попарному наложению двух соседних «-ой и т-ой цветных красок и осуществляют цветоделение каждого пикселя изображения на две цветные и черную краски на основе использования значений цветовых координат (l _n , C _n ,S _n ) цветов печатных красок И цветовых координат ( _nm , _nm ,S _nm ) цветов парного наложения двух соседних цветных красок таким образом, что если цвет F пикселя цифрового изображения на CaS-диаграмме находится в секторе цветов, который ограничен слева цветовым тоном Н _п я-ой краски nf справа цветовым тоном Н _т m-ой соседней краски, то этот цвет воспроизводят и-ой и /«-ой красками, а необходимое количество σ _η и а _т двух цветных и σ _κ третьей черной (К) красок для воспроизведения на бумаге выбранного цвета F пикселя цифрового изображения осуществляют методом аналитического решении системы уравнений автотипного синтеза:

А (1 - ^σ JO - ^σ ,« ) + ^Α η ^σ η - °т ) + ^А т°т 0 - ^σ п ) + пР _п < _т = ⁰ ] во (1 - ^σ „ )(1 - σ„ ) + ^в т°п (1 - σ„) + В _т а _т (1 - σ _η ) + Β _ηιη σ _η σ _ιη = 0 в которой постоянные коэ ициенты

задают значениями определителей матриц 2x2, составленных из координат цветового пространства ICaS, где первый столбец задают координатами цвета F (индекс F), второй столбец задают координатами 4-х базовых векторов, в частности бумаги (индекс W), двух цветных красок (индексы п и т) и их взаимного наложения (индекс nrri), а необходимое количество σ _κ третьей черной (К) краски для воспроизведения выбранного цвета F _/CaS рассчитывают по величине ахроматической координаты I _F цвета оригинала на основе формулы:

в которой учитывают величину ахроматической составляющей цвета F, и которую образуют двумя соседними цветными красками,

I? = ^l w (1 - σ _η )(1 - σ„ ) + 1 _η σ _η (l - σ _η ) + Ι _η σ _η (\ - σ _η ) + Ι _ηιη σ _η σ _ι 171 ' в результате выполнения цветоделения всех цветов изображения оригинала формируют N каналов цветоделенных изображений для цветных красок и единственный общий канал разделенного изображения для черной краски, при этом каждый пиксель цифрового изображения оригинала в оппонентном цветовом пространстве оттиска разделяют только на три краски - две соседние цветные краски, которые на хроматической CaS-диаграмме определяются хроматическими координатами (C _F ,S _F ) цвета оригинала, а в процессе печати формируют цветовые характеристики изображения на оттиске при минимальном количестве цветных и третьей черной (К) красок, которая определяется ахроматической координатой l _F цвета оригинала и формирует ахроматическую ось объемного цветового тела изображения на оттиске, при традиционной 4-х красочном печати CMYK, в процессе цветоделения изображения на две цветные и черную (К) краски, все цвета F оригинала разделяют на три группы в соответствии с их расположением по секторам цветов парного наложения двух цветных красок С + М, M + Y H Y + C соответственно, в первом секторе, который ограничен линиями базовых векторов голубой (С) и пурпурной (М) красок отбирают все цвета, которые образуют область синего цвета изображения оригинала, эту область цветов колориметрически точно воспроизводят на отпечатке тремя - голубой (С), пурпурной (М) и черной (К) красками, во втором секторе, который ограничен линиями базовых векторов пурпурной (М) и желтой (Y) красок, аналогично отбирают все цвета, которые образуют область красного цвета изображения оригинала, эту область цветов колориметрически точно воспроизводят на отпечатке тремя - пурпурной (М), желтой (Y) и черной (К) красками, а в третьем секторе, который ограничен линиями базовых векторов желтой (Y) и голубой (С) красок, отбирают все цвета, образующие область зеленого цвета изображения оригинала, эту область цветов колориметрически точно воспроизводят на отпечатке тремя - желтой (Y), голубой (С) и черной ( К) красками,

согласно изобретению, для обеспечения возможности охвата всех групп цветов, которые входят в пределы цветового охвата печатных красок оригинала трех основных цветных - желтой (Y), пурпурной (М) и голубой (С) красок, дополнительно перед процессом цветоделения цифровое изображение преобразуют в координаты (l _F , C _F ,S _F ) оппонентного цветового пространства оттиска в виде разложения по базовым векторам ¥ _w бумаги, F цветных красок и векторам ¥ _пт , F _m/ их взаимных наложении на отпечатке

^F = 0 - ^σ _* ){ - ^σ α ) - σ _Μ )(1 - σ _γ )F„ + σ ₍ .σ _Μ σ _γ ¥ ₍ . _ΜΥ

+<*с 0 - ^σ Μ ) - σ _κ )F _f; + (1 - σ ₍ )σ _Μ (l - σ _γ )¥ _м + (l - σ _Γ )(l - σ _Μ > +σ ₍ .σ _Μ (1 - σ _γ ) ¥ _ίΉ + σ ₍ σ _γ (1 - σ _Μ )F ₍ ., + σ _Μ σ _γ (1 - σ ₍ . )¥ _ΜΥ } согласно изобретению для процесса цветоделения все цвета F изображения оригинала синтезируют аналитическим методом на основе числовых значений координат трех векторов F красок и векторов F _ш , F _nm/ их взаимных наложений.

Преимуществом предлагаемого способа цветоделения является реализация эффективного метода расширения цветового охвата основных триадных красок CMYK за счет использования дополнительных красок - оранжевой (О), зеленой (G) и синей (В).

Такой способ цветоделения позволяет повысить быстродействие процесса цветоделения за счет использования минимальной базы данных цветовых характеристик печатных красок, улучшить качество цветовоспроизведения на оттиске благодаря возможности печати каждой точки изображения оригинала лишь тремя красками, обеспечить экономию материальных ресурсов и, главное, значительную экономию цветных красок.

Использование также в предложенном способе аналитического метода синтеза цветного изображения на печатном оттиске позволяет охватить все группы цветов изображения оригинала, которые выходят за пределы области цветового охвата красок.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показана схема линейного преобразования координат цвета от цветового пространства RGB до оппонентного цветового пространства ICaS и CaS- диаграммы цветов; на фиг. 2 - схема нелинейного преобразования координат цвета от цветового пространства оригинала до цветового пространства оттиска; фиг. 3 иллюстрирует предельные случаи применения метода GCR; на фиг. 4 представлена CaS-диаграмма печатных красок CMYK по данным Fogra 39; на фиг. 5 - алгоритм разделения изображения на две цветные и черную (К) краски при 4-х красочной печати CMYK; на фиг. 6 - CaS-диаграмма цветов системы печатных красок PANTONE Hexachrome; на фиг. 7 - блок-схема разделения изображения на две цветные и черную (К) краски для общего случая 7-ми красочной печати; на фиг. 8 - примеры разделения тестового изображения на две цветные краски С+М, M+Y, Y+C (8а) и черную (К) краску (8Ь) при 4-х красочном печати CMYK; на фиг. 9 - результаты сравнительного анализа использования цветных и черной краски при традиционном и предлагаемом способе цветоделения тестового изображения на фиг. 8.

В предлагаемом способе заложен принцип воспроизведения на бумаге произвольного цвета F изображения оригинала, входящего в область цветового охвата печатных цветных красок двумя цветными и черной красками. Выбор этого принципа позволяет по-новому решить главную задачу цветоделения - однозначно определить необходимое минимальное количество красок для воспроизведения произвольного цвета F. Решение этой задачи достигают следующим образом.

Цифровое изображение оригинала содержит всю необходимую цветовую информацию: в заданном цветовом пространстве RGB, в котором осуществляют цветоделение оригинала, каждый пиксель характеризуется числовыми значениями цветовых координат R, G, В. Эти координаты однозначно связаны с Международной системой цвета CIE Lab. Для характеристики цветов изображения оригинала в процессе разделения на две цветные и черную краски осуществляют переход к оппонентному цветовому пространству оттиска на основе использования нового цветового пространства, мы назвали его ICaS. Как показано на фиг. 1 , переход от цветового пространства RGB 1 до цветового пространства ICaS 3 осуществляют в результате линейного преобразования 2 цветовых координат изображения оригинала, которое описывают линейным матричным уравнением вида 1 1 1 R

1

Cr 1 cas(2;r / 3) cas(4 r / 3) G (1)

1 cas(4^ / 3) cas(2 r / 3) В где матрицей перехода является ортогональная, нормированная и симметричная матрица Хартли 3x3, элементы которой определяют функции cas( ) = COS(JC) + sin( ) (преобразование Хартли описанное в книге - Брейсуэлл Р. Преобразование Хартли. - М .: Мир, 1990. - 175 с). Прямое преобразование (1 ) цветовых данных и соответствующее ему обратное преобразование описывают той же матрицей Хартли.

Принципиальное преимущество использования цветового пространства ICaS в том, что для характеристики и количественной оценки цветов оригинала используют три новые координаты: ахроматическая координата I _F и две хроматические координаты C _F и

S _F . Ахроматическая координата I _F однозначно и полностью характеризует нейтрально-серый цвет изображения оригинала. Для произвольно выбранного цвета F ₍ -(R,-, G _/ ,Z? _/ ) хроматические координаты (C _F , S _F ) на плоскости 4, которую будем называть хроматической CaS- диаграммой цветов, однозначно и полностью описывают его цветовые характеристики: хроматичность цветовой

1/2

тон . (Hue) #,- = 0,-, cos6>. = _г / (с + ^ ² )

Известные на сегодня разные цветовые пространства - HSI, YUV, YIQ, YCrCb, YES, Kodak Photo YCC и др., путем линейных преобразований сводят к канонической форме цветового пространства ICaS. Таким образом, простая и наглядная форма представления цветов на хроматической CaS-диаграмме позволяет существенно упростить условия количественного анализа цветов цифрового изображения, что имеет важное значение для цифровой обработки цветных издательских оригиналов на стадии цветоделения.

В цветовом пространстве ICaS ахроматическая координата / произвольного цвета F _/Co5 цифрового изображения отвечает на печатном оттиске черной (К) краске. Таким образом, независимо от количества N цветных печатных красок, в цветовом пространстве ICaS достигают полного разделения черной (К) краски от остальных N цветных красок.

Возможность полного выделения черной краски среди остальных N цветных красок дает основания рассматривать ее в процессе цветоделения как главный фактор формирования ахроматической компоненты всех цветов цифрового изображения. В традиционных способах цветоделения, наоборот, черную краску рассматривают как дополнительный фактор, который позволяет только расширить диапазон ахроматических цветов изображения и частично компенсировать серую компоненту трех основных цветных красок CMY.

Для определения значений базовых векторов печатных красок печатают пробные оттиски контрольных 2N + 1 шкал. На пробных

# *

оттисках измеряют цветовые координаты (L ,а ,Ь ) каждого поля контрольных шкал. На основе этих данных рассчитывают цветовые координаты (R _n ,G _n , B _n ) печатных красок в рабочем цветовом пространстве RGB, в котором выполняют цифровую обработку изображения оригинала. Полученные цветовые координаты используют для определения коэффициентов нелинейности печатных красок.

На основе полученных значений коэффициентов нелинейности каждой цветной краски: / _с - голубой краски, γ _Μ - пурпурной краски и ΥΥ - желтой краски определяют среднее значение коэффициента нелинейности у _с = (у _с + γ _Μ + γ _Υ ) 13 , которое характеризует технологические условия печати всеми печатными красками. В таблице 1 приведены числовые значения коэффициентов нелинейности цветных красок стандартизированных профилей ICC, которые соответствуют технологическим условиям офсетной печати.

Таблица 1.

Как видно из приведенных данных, коэффициент нелинейности зависит от типа бумаги. Для мелованной бумаги (тип 1 и 2) величина коэффициента УСМУ меньшая, чем для рулонной бумаги (тип 3). Величина коэффициента / _СМУ также зависит от линиатуры растра, способа растрирования (АМ-растрирования, или FM-растрирования), типа печатной формы (негативная или позитивная), печатной машины и прочее. Чем меньше значение коэффициента УСМУ , тем лучшими будут технологические условия печати цветного изображения. Таким образом, величину коэффициента У МУ выбирают в качестве обобщенного параметра, который характеризует качественные показатели цветовоспроизведения изображения реальных условий печати.

Для учета технологических условий печати в процессе разделения цифрового изображения на две цветные и черную (К) краски осуществляют переход от цветового пространства оригинала 5 до цветового пространства печатного оттиска 7, схема которого представлена на фиг. 2. Изображения цифрового оригинала всегда связано с использования конкретного цветового пространства RGB, который характеризуется заданной величиной коэффициента нелинейности Y _RGB - Для большинства цветовых пространств RGB величина Y _RGB = 2, 2 . Тогда, нелинейное преобразование 6 цветовых координат R,G, B каждого пикселя цифрового оригинала на фиг.З описывают степенной функцией с показателем степени у _] = у ' _RGB I y _CMY · В результате получают новые цветовые координаты {R ,G ,B ) цифрового изображения в цветовом пространстве RGB оттиска, который характеризует печатный процесс синтеза цветов печатными красками.

В результате статистической обработки результатов измерения на пробных оттисках 140 полей контрольных шкал получают в цветовом пространстве отпечатка R G B _X - координаты базовых векторов всех печатных красок CMYK и R G, В _] -координаты базовых векторов наложения двух соседних цветных красок С+М, M+Y и Y+C соответственно. Для полученных числовых значений /?, ,5, -координат базовых векторов на основе формулы (1 ) рассчитывают соответствующие им ICS -координаты базовых векторов печатных красок. Таким образом осуществляют переход согласно схеме на фиг.1 к оппонентному цветовому пространству оттиска, в котором определены базовые вектора всех цветных красок.

На начальном этапе процесса цветоделения цифровое изображение оригинала преобразуют в координаты (l _F ,C _F ,S _F ) оппонентногго цветового пространства оттиска в виде разложения ^F = 0 - ^σ к ) {0 - <r _c X ¹ - ^σ Μ ) - ^σ ν ) + σ ₍ .σ _Μ σ _γ ¥ _(:ΜΥ

(2)

^ по базовым векторам бумаги, F цветных красок и векторах F _m , F _nm/ nx взаимных наложений на отпечатке. В таком виде используют аналитический метод синтеза изображения оригинала на оттиске для традиционных способов цветной печати тремя цветными красками, при которой все цвета Fi/^C^S ) будут входить в область цветового охвата

10

цветных красок.

Для примера, на фиг. 3 показан случай воспроизведения цвета F, который в цветовом пространстве ICaS имеет цветовые координаты: I _F = 0,5885 ; C _F =-0,2841 ; S _F = -0,0702. На основе числового решения

^ автотипных уравнений Нюберг-Нейгебауэра этот цвет на бумаге воспроизводятся тремя цветными красками: σ _Γ = 91% ; σ _Μ = 43% ; σ _γ = \ 3% . Учитывая минимальную величину желтой краски, использование метода GCR позволяет часть нейтрально-серой компоненты триадных красок CMY заменить на черную (К) краску. В 20 зависимости от процентной доли замены этой части (Фактор GCR) на основе уравнения (2) получают целый ряд различных комбинаций красок: а _с - кривая 8, σ _Μ - кривая 9, σ _γ - кривая 10, σ _κ - кривая 1 1 , синтезирующие один тот же цвет F. Это дает основание утверждать, что выбранный цвет F оригинала воспроизводится колориметрически точно 25 различными комбинациями красок CMYK.

Единственный путь к упрощению задачи цветоделения изображения это полная замена одной желтой (Y) краски на черную (К) краску (фиг. 3 справа). Правильность такого пути подтверждается тем, что при использовании метода GCR четко видно общую тенденцию: увеличение процента замены нейтрально-серой компоненты триадных красок CMY на черную (К) краску, уменьшение величины суммарной площади наложения (ТАС - Total Area Coverage) всех печатных красок на оттиске. В предельном случае полной замены желтой (Y) краски на черную (К) краску используют простую 3-х красочную модель синтеза цвета на отпечатке и, более того, достигают колориметрически точное воспроизведение на бумаге цвета F минимальным количеством двух цветных и третьей черной краски: а _с = 85% ; σ _Μ = 28% ; σ _κ = 20% . По сравнению с цветными красками CMY получают уменьшение суммарной площади наложения ТАС трех красок СМК на 14%. Важно отметить, что теоретически предельное значение ТАС = 300% характеризует лишь одну точку максимально черного цвета.

Процесс цветоделения цифрового изображения осуществляют следующим образом. Весь диапазон нейтрально-серого цвета изображения печатают исключительно черной краской. Для воспроизведения на бумаге всех цветов цифрового изображения, входящих в область цветового охвата Ν цветных печатных красок, кроме черной краски достаточно двух соседних цветных красок. Таким образом, в процессе цветоделения каждый пиксель цифрового изображения разделяют только на три краски - черную (К) краску, которая формирует ахроматическую (вертикальную) ось объемного цветового тела изображения, и двух соседних цветных красок, с помощью которых на хроматической CaS-диаграмме формируют цветовые характеристики изображения.

Определение необходимого количества двух цветных красок для воспроизведения на бумаге выбранного цвета F пикселя цифрового изображения осуществляют аналитическим методом.

Выбор цветных красок осуществляют следующим образом.

Если цвет ¥ _ICaS пикселя цифрового изображения на хроматической

CaS-диаграмме находит в секторе цветов, который ограничен слева цветовым тоном Н _п и-ой краски и справа цветовым тоном Н _т т-ой

соседней краски, то этот цвет однозначно воспроизводят л-ой и т- ой красками. Необходимые количества σ _η и а _т красок находят из системы двух квадратных автотипных уравнений:

А 0 - ^σ - °т ) + ^Α η ^σ η 0 - ^σ « ) + 4Л (1 - σ„) + Α _ηηι σ„σ„ = 0 βο ( ¹ - ^σ _« )( ¹ - ^σ _«ί ) + ^ ^σ _Λ ( ¹ - ^σ _/« ) + ⁵ Λ (ΐ - σ„) + ^σ _Λ = 0

(3)

В этой системе авнений постоянные коэффициенты

задают значениями определителей матриц 2x2, составленных из координат оппонирующего цветового пространства ICaS: первый столбец задают координатами цвета F _/CaS оригинала (индекс F), а второй столбец задают координатами 4-х базовых векторов: бумаги (индекс W), двух соседних цветных красок (индексы п и т) и их взаимного наложения (индекс пт).

Полученное действительное решение σ _η и а _т системы уравнений (3) позволяет определить величину ахроматической составляющей цвета F, которую формируют две соседние цветные краски,

I _F ²⁾ = I _w (\ - a _n )(\ - a _m ) + I _n a _n (\ - a _m ) + I _m a _m (ΐ - σ _η ) + I _nm a _n a _m (4) Тогда необходимое количество σ _κ третьей черной (К) краски для воспроизведения выбранного цвета F _iCaS рассчитывают по величине ахроматической координаты I _F цвета оригинала на основе формулы:

Преимущество аналитического метода в том, что для решения задачи цветоделения изображения используют минимальное количество базовых векторов цветных красок: для 3-х красок - 6 базовых векторов, для для 4-х красок - 8 базовых векторов; для 5-х красок - 10 базовых векторов и т.д. Таким образом, для решения задачи цветоделения изображения на N цветных и черную (К) печатных красок достаточно данных 2N + 1 базовых векторов.

Принцип разделения изображения на две цветные и черную (К) краски является наиболее оптимальным путем решения проблемы цветоделения. Во-первых, такая постановка задачи цветоделения имеет единственное решение, позволяющее эффективно использовать числовые методы определения необходимого количества трех красок. В случае использования традиционного принципа разделения изображения на три цветные и черную (К) краски решения задачи цветоделения существенно усложняется. Система автотипных уравнений (3) переходит в систему кубических уравнений, имеющих много решений. Поэтому числовые методы определения необходимого количества 4-х красок становятся малоэффективными. С этим связана необходимость использования большого количества табличных значений эталонных цветов на пробных оттисках, которые синтезируют различными комбинациями 4-х печатных красок. Во-вторых, принцип разделения изображения на две цветные и черную (К) краски обеспечивает использование минимального количества красок, необходимого для печатания каждого пикселя изображения. При этом достигаются оптимальные технологические условия Ν-красочного печати при значительной экономии использования цветных печатных красок.

На фиг. 4 представлена CaS-диаграмма печатных красок CMYK для офсетной печати на мелованной бумаге типа 1 и 2 по данным FOGRA 39. В таблице 2 приводятся числовые значения базовых векторов печатных красок в оппонентном цветовом пространстве ICaS

Таблица 2.

Способ разделения цифрового изображения на две цветные и черную краски в оппонентном цветовом пространстве оттиска осуществляют следующим образом. Путем сканирования цифрового изображения оригинала и пересчета его цветовых координат в оппонентном цветовом пространстве оттиска все цвета оригинала, входящие в цветовой охват печатных красок, на хроматической CaS-диаграмме разделяют на три сектора. В первом секторе 12, ограниченном линиями базовых векторов голубой (С) и пурпурной (М) красок, отбирают все цвета, образующие область синего цвета изображения оригинала. Эта область цветов колориметрически точно воспроизводится на отпечатке тремя - голубой (С), пурпурной (М) и черной (К) красками. Аналогично, во втором секторе 13, который ограничен линиями базовых векторов пурпурной (М) и желтой (Y) красок, будут отобраны все цвета, образующие область красного цвета изображения оригинала. Эта область цветов колориметрически точно воспроизводится на отпечатке тремя - пурпурной (М), желтой (Y) и черной (К) красками. Наконец, в третьем секторе 14, ограниченном линиями базовых векторов желтой (Y) и голубой (С) красок, будут отобраны все цвета, образующие область зеленого цвета изображения оригинала. Эта область цветов колориметрически точно воспроизводится на отпечатке тремя - желтой (Y), голубой (С) и черной (К) красками.

Способ разделения изображения на две цветные и черную (К) краски при традиционной 4-х красочном печати CMYK описывают алгоритмом, изображенным на фиг. 5. В блок 15 вводят числовые значения базовых векторов печатных красок - С, М, Y, К и парных наложений цветных красок - С+М, M+Y, Y+C. Блоком 16 обозначено формирование цикла считывания цветовых координат (R,G,B) каждого пикселя цифрового оригинала. В блоке 17 в соответствии с фиг. 5, осуществляют переход от цветового пространства оригинала к оппонентному цветовому пространству оттиска.

Для цветового пространства оттиска строят CaS-диаграмму печатных красок. Тогда цветовые координаты / ^' -го исследуемого цвета F _j , которые считываются с каждого пикселя изображения оригинала, соответствуют новым координатам (I _F ,C _F , S _F )Toro же цвета в оппонентном цветовом пространстве оттиска.

Для i-ro цвета F, определяют величину цветового тона Н ₍ . В блоках (18) - (20) осуществляют проверку величины цветового тона H _t условиям соответствия /-го цвета F ₍ к одной из трех областей цветового тона на CaS-диаграмме, которые показаны на фиг. 5 под номерами 12, 13 и 14 соответственно. Таким образом, в цветовом пространстве ICaS по критерию величины цветового тона ₍ осуществляют разделение всех цветов F цифрового изображения оригинала на три сектора, которые соответствуют попарному наложению печатных красок С+М, M+Y и C+Y соответственно.

Для определения аналитическим методом необходимого количества двух цветных красок используют единую систему двух квадратных автотипных уравнений (2) с различными постоянными коэффициентами (2а) - (2Ь).

Для группы цветов первого сектора 12 в блоке 21 выбирают координаты базовых векторов голубой (С), пурпурной (М) и их взаимного наложения; для второго сектора 13 в блоке 22 - координаты базовых векторов пурпурной (М), желтой (Y) красок и их взаимного наложения; для третьего сектора 14 в блоке 23 - координаты базовых векторов желтой (Y), голубой (С) красок и их взаимного наложения.

После получения решений трех систем автотипных уравнений для всех цветов цифрового оригинала формируют три канала цветоделительных изображений: канал 24 голубой (С) краски; канал 25 пурпурной (М) краски; канал 26 желтой (Y) краски. Для каждой пары цветных красок на основе формул (4) и (2) формируют общий канал 27 черной краски.

Описанный метод построения CaS-диаграммы цветов изображения позволяет решить проблему разделения изображения на две цветные и черную краски в результате расширения области цветового охвата печатных красок за счет использования дополнительных цветных красок. Если в секторе п- и т-к основных цветных печатных красок, характеризующихся цветовым тоном Н _п и Н _т соответственно, то наличие третьей у ^' -й дополнительной цветной краски с цветовым тоном , который на хроматической CaS - диаграмме цветов занимает положение между соседними и-ой и m-ой основными красками, этот сектор разделяют на два новых сектора - сектор п-й основной и у ^' -й дополнительной цветных красок и сектор у ^' -й дополнительной и га-й основной цветных красок. Таким образом, каждая новая дополнительная краска будет образовывать новый дополнительный сектор.

В общем случае цветоделения цифрового изображения на N цветных печатных красок получают N секторов соседних цветных красок, независимо от того, какие краски считать основными, а какие дополнительными.

Вариант осуществления изобретения

Опишем более подробно способ разделения цифрового изображения на две цветные и черную краски для общего случая расширения цветового охвата основных триадных красок CMYK за счет использования дополнительных красок - оранжевой (О), зеленой (G) и синей (В).

Для примера на фиг. 6 приведена CaS-диаграмма цветов системы печатных красок PANTONE Hexachrome в оппонентном цветовом пространстве оттиска. В секторе 28 находят все цвета F цифрового изображения, которые разделяют на голубую (С) и пурпурную (М) краски. В этом случае имеем аналогию с сектором 12 системы триадных красок CMYK с той лишь разницей, что базовые векторы голубой (С) и пурпурной (М) красок системы PANTONE HEXACHROME разные. Однако, второй сектор 13 (фиг. 4) на CaS - диаграмме (фиг. 6) разделяют на два новых сектора. В секторе 29 соседними является пурпурная (М) и оранжевая (О) цветные краски, а в следующем секторе 30 соседними является уже следующая пара - оранжевая (О) и желтая (Y) цветные краски. Таким образом, цвета цифрового изображения из сектора 29 колориметрически точно воспроизводятся на оттиске пурпурной (М) и оранжевой (О) красками, а из сектора 30 - оранжевой (О) и желтой (Y) красками. Аналогичным образом, третий сектор 14 (фиг. 4) на CaS - диаграмме (фиг. 6) тоже разделяют на два новых сектора. В секторе 31 соседними являются желтая (Y) и зеленая (G) цветные краски, а в следующем секторе 32 соседней является уже следующая пара - зеленая (G) и голубая (С) цветные краски. Соответственно, цвета цифрового изображения из сектора 31 колориметрически точно воспроизводятся на оттиске желтой (Y) и зеленой (G) красками, а из сектора 32 - зеленой (G) и голубой (С) красками. В результате завершают последовательность соседних цветных красок системы PANTONE Hexachrome, которая в CaS - диаграмме цветов характеризуется большим цветовым охватом, чем система красок CMYK.

Для практической реализации заявленного способа цветоделения цифрового изображения создана специальная компьютерная программа. Входными данными работы программы являются: число N+K, где N - количество цветных красок; числовые значения 2N базовых векторов цветных красок, взаимного наложения соседних цветных красок и числовые значения базовых векторов черной (К) краски и бумаги (W) числовое значение Yc ₀ ior-inks - _> характеризующее технологические условия будущего печати цветного изображения на бумаге. Подробно опишем способ компьютерного цветоделения изображения для наиболее распространенного практического случая 7-ми красочного цветной печати (6 цветных красок и черная (К) краска), блок-схема которого показана на фиг. 7.

Цифровое цветное изображение оригинала, подлежащего цветоделению, вводят в компьютерную программу и отражают на экране монитора. В блоке 33 осуществляют сканирование изображения оригинала. Полученные числовые значения цветовых координат R, G, В каждого пикселя изображения оригинала перечисляют с учетом величины коэффициента нелинейности y _C oior~/nks ^{в новые} цветовые координаты R , G B^ цифрового изображения в цветовом пространстве оттиска. В блоке 34 осуществляют расчет цветовых координат I _F ,C _F ,S _F изображения оригинала в цветовом пространстве ICaS оттиска.

Блок 35 содержит базу данных CaS - диаграммы печатных цветных красок, предварительно сформированных на основе числовых значений 2Ν базовых векторов цветных красок и взаимного наложения соседних цветных красок. На основе полученных значений хроматических координат (C _F ,S _F ) каждого пикселя в блоке 35 осуществляют по критерию величины цветового тона Я, разделение изображения оригинала на соответствующие сектора двух соседних цветных красок. Таким образом, в автоматическом режиме достигают разделение всех цветов изображения оригинала на N секторов двух соседних цветных красок. Для группы цветов изображения оригинала в каждом секторе на основе формул (За) - (ЗЬ) аналитическим методом рассчитывают необходимое σ _η и а _т количество и цветных красок, которыми будут печатать на бумаге. Таким образом, на основе результатов расчета в каждом секторе необходимое количество двух соседних цветных красок в блоке 36 будут сформированы отдельные цветоподелённые изображения для всех 6-ти цветных красок.

В описанном способе компьютерного цветоделения цифрового изображения более сложным алгоритмом реализуют процесс формирования отдельного разделенного изображения черной (К) краски, поскольку эта краска необходима для всех без исключения цветов изображения оригинала и соответственно присутствует во всех 6-ти секторах цветов двух соседних цветных красок как обязательная третья краска. Этот процесс в блоке 37 осуществляют в два этапа. Сначала на основе установленных количеств σ _η и а _т двух соседних цветных красок, принимающих участие в воспроизведении на бумаге каждого отдельно взятого пикселя изображения оригинала, и значений ахроматических координат этих красок и их взаимного наложения на основе формулы (4) рассчитывают величину ахроматической составляющей цвета i-того пикселя, которая будет сформирована двумя цветными красками. С другой стороны, за счет третьей черной (К) краски необходимо достичь величину ахроматической координаты I _F цвета /-ого пикселя оригинала.

Отсюда на основе формулы (4) определяют необходимое количество σ _κ третьей черной краски, которая балансирует ахроматическую составляющую /^ ²⁾ 2-х красочного цветного изображения до уровня величины ахроматической координаты l _F цвета оригинала и в результате в блоке 38 формируют изображение черной краски, общее для всех 6-ти цветоподеленных изображения цветных красок.

На фиг. 8 приведен результат реализации способа компьютерного цветоделения модельного цифрового изображения для 4-х красочного печати CMYK. Цифровое изображение оригинала, которое показано на фиг. 8а, разделенное с помощью компьютерной программы и каждый пиксель изображения оригинала напечатан только 2-мя соседними цветными красками - С+М, M+Y, Y+C. Более впечатляющая особенность цветного изображения CMY в том, что на печатном оттиске формируются яркие и максимально насыщенные цвета изображения оригинала, которые включают широкий спектр цветовых оттенков, которых можно достичь на бумаге за счет различных количеств парного наложения двух соседних цветных красок. По критерию яркостей и насыщенности цветов заявленный способ цветоделения не имеет аналога с традиционным способом 3-х красочного печати CMY, или другими известными системами красок, в которых реализуют различные варианты 3-х красочной печати. Одновременно, в сравнении с изображением оригинала цветное изображение CMY существенно отличающееся тем, что его визуально воспринимают как "плоское" и нереальное изображения. Это объясняют тем, что на цветном изображении в процессе цветоделения отобраны только цвета, которые находятся исключительно на поверхности трехмерного цветового тела изображения оригинала и характеризует его цветовые характеристики. в процессе печати на цветном изображении CMY изображение черной (К) краски (фиг. 8Ь) обнаружен уникальный эффект черной краски при наличии цветных, то есть за счет одной черной краски, выполняющей лишь функцию перераспределения по ахроматической компоненте цветов цветных красок в соответствии с ахроматическими координатами цветов оригинала, достигается невероятный результат, когда на печатном оттиске будто "оживают" все цвета изображения оригинала.

На фиг. 9 представлены результаты сравнительного анализа использования цветных и черной краски при традиционном и новом способах цветоделения тестового изображения на фиг. 8. Как видно, использование нового принципа цветоделения изображения на две цветные и черную краски для всех печатных красок достигается значительная экономия цветных красок, которая по сравнению с традиционным способом цветной печати, который соответствует европейскому стандарту, дает экономию цветных красок 63%. Несмотря на то, что в новом способе используется большее количество черной краски, общая экономия всех красок составляет 40%.

Важно отметить, что для стандартного ICC-профиля максимальное значение ТАС наложения всех красок в темных участках изображения на отпечатке соответствует 322%. Новый ICaS-метод цветоделения позволяет существенно уменьшить предельно допустимое значение ТАС до предела 223%, что характеризует «идеальные» условия цветной печати, превышающих требования стандартов печати.

Источники информации:

1. Patent US N° 5734800. Six-color process system // Herbert R., Dibernardo А. Кл.: H04N 1/54. Публ. 31.03.1998 г.

2. Патент US Ν° 80641 12. Color separation and reproduction method to control a printing process // Bernasconi M.J. Кл.: H04N 1/04. Публ. 22.1 1.201 1 г. Patent US Ns 4812899. Printing process where each incremental area is divided into a chromatic area and an achromatic area and wherein the achromatic areas are printed in black and white and the chromatic areas are printed in color sub-sections // Kueppers H. Кл.: H04N 1/54. Публ. 14.03.1989 г.

Patent DE JVQ 102004003300. Verfahren zur Herstellung eines Priifdrucks fur einen Druckprozess mit mehr als vier Druckfarben // Bestmann G. Кл.: H04N 1/60. Публ. 25.08.2005 г.

Патент Украины N° 105961 . Способ разделения цветов цифрового изображения на две цветные и черную краски для печатания четырьма и больше красками // Шовгенюк МБ. Кл.: B41J 2/21 ; H04N 1/50. Публ. 10.07.2014 г.

Заявка N° WO2014088525. Способ разделения цветов цифрового изображения на две цветные и черную краски для печатания четырьма и больше красками // Шовгенюк М . Кл.: H04N 1/60; H04N 9/75; G06K 15/00. Публ. 12.06 2014 г.