新版ISO 10128標(biāo)準(zhǔn)中 Optimal色彩優(yōu)化校準(zhǔn)方法探析

本文全方位介紹了 Optimal 色彩優(yōu)化校準(zhǔn)方法，闡述了其技術(shù)來源、應(yīng)用原理，并討論了其校準(zhǔn)的樣本、過程、示例、場景，通過與 G7、Device-Link、TVI 等常用校準(zhǔn)方法的對比，分析了其優(yōu)勢所在，以期Optimal 在目前應(yīng)用的客觀局限下，突出重圍，發(fā)揮所長，在未來得到更好的應(yīng)用發(fā)展。

色彩校準(zhǔn)的發(fā)展歷程及現(xiàn)狀

隨著膠印的過程控制標(biāo)準(zhǔn)ISO 12647-2:2004的發(fā)布和普及，明確定義了ABCDEF6條網(wǎng)點(diǎn)擴(kuò)大目標(biāo)曲線（2013版本演變?yōu)?條），成為了膠印乃至其他印刷方式遵從的客觀標(biāo)準(zhǔn)，德國Fogra推出的銅版紙色彩規(guī)范數(shù)據(jù)集Fogra39/Fogra51也成為了大多數(shù)印刷企業(yè)的銅版紙平張膠印的黃金標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)ISO標(biāo)準(zhǔn)定義，通過6條網(wǎng)點(diǎn)擴(kuò)大標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)致不同印刷條件下對CMYK單獨(dú)進(jìn)行曲線調(diào)整，勢必會(huì)造成不同的色彩效果，比如銅版紙與膠版紙的色彩不同，調(diào)頻網(wǎng)與調(diào)幅網(wǎng)的色彩不同，并且灰平衡也很難控制，但消費(fèi)者和印刷買家卻不希望看到這樣的結(jié)果，大家想要的是一致的色彩。

于是2006年，起源于美國的G7校準(zhǔn)方法被開發(fā)出來，并得到了大范圍的應(yīng)用。G7是通過調(diào)整三色疊印的灰色階調(diào)和單黑階調(diào)分別來控制色彩，因此其校準(zhǔn)結(jié)果有著與人眼視覺適應(yīng)性匹配的灰平衡表現(xiàn)。并且定義了相對統(tǒng)一的NPDC階調(diào)曲線，可以實(shí)現(xiàn)不同印刷條件的高光和中間調(diào)一致的層次，從而在曲線校準(zhǔn)領(lǐng)域，取得了更加一致的共享視覺外觀。

但曲線校準(zhǔn)始終都是隔靴搔癢，我們的目標(biāo)是校準(zhǔn)色彩，無論TVI還是G7，通過曲線調(diào)整實(shí)現(xiàn)了印刷過程中重要參數(shù)的校準(zhǔn)，間接地控制印刷的顏色。雖然實(shí)踐證明在多數(shù)情況下是有效的，但面對一些極端條件，比如高光和暗調(diào)區(qū)域，也會(huì)顯得差強(qiáng)人意，總會(huì)遭遇紙張的色彩和油墨疊印帶來的挑戰(zhàn)。

CMYK-CMYK的轉(zhuǎn)換算法，即從CMYK到CMYK，一般是指兩臺(tái)設(shè)備如打樣機(jī)與印刷機(jī)的色彩交換，可以擺脫單通道曲線調(diào)整的限制，通過Device-link profile（由源色空間直接轉(zhuǎn)換到目標(biāo)色空間的一種轉(zhuǎn)換用特性文件）或類似的色彩對應(yīng)表，直接實(shí)現(xiàn)從目標(biāo)印刷條件到源印刷標(biāo)準(zhǔn)的色彩校準(zhǔn)，是真正意義上的校準(zhǔn)色彩。直接對比兩種色域并進(jìn)行優(yōu)化，往往可以取得更為優(yōu)秀的色彩校準(zhǔn)結(jié)果。

目前，數(shù)碼打樣或數(shù)字印刷上多采用的就是Device-Link這樣的校準(zhǔn)方法，排除油墨和材料本身帶來的色域大小的限制，在穩(wěn)定的印刷條件下，平均色差基本可以實(shí)現(xiàn)?E00＜1，也是最為精確的色彩校準(zhǔn)方法。但在傳統(tǒng)膠印印刷領(lǐng)域，受限于技術(shù)實(shí)現(xiàn)工具及過程控制因素的復(fù)雜性，Device-Link的應(yīng)用相對要少得多，大家普遍還是青睞更為簡單直接的曲線校準(zhǔn)方法。

仿佛沒有一種完美的方法，可同時(shí)兼顧校準(zhǔn)結(jié)果精確和操作過程簡單。但事在人為，ISO/TS 10128修訂版2023版的發(fā)布，取代了原來的2009版，提供了一種新的校準(zhǔn)思路，通過直接對比實(shí)際顏色和目標(biāo)色彩，進(jìn)行曲線循環(huán)計(jì)算校準(zhǔn)，即顏色優(yōu)化校準(zhǔn)（Colour Optimised Correction），也叫Optimal最優(yōu)校準(zhǔn)方法。這種方式能夠達(dá)到非常精確的匹配結(jié)果，但有意思的是，最終給出的是一種相對簡單的結(jié)果，即補(bǔ)償曲線，ISO稱其為顏色優(yōu)化校準(zhǔn)曲線組。

Optimal 色彩優(yōu)化校準(zhǔn)方法

1.Optimal校準(zhǔn)方法的來源雖然2023年11月ISO/TS 10128才接納和發(fā)布了Optimal校準(zhǔn)方法，但這種方法早在2009年就已經(jīng)被威廉（William B. Birkett）和查爾斯（Charles Spontelli）開發(fā)出來了，威廉和查爾斯分屬幽靈公司（Doppelganger）和鮑林格林州立大學(xué)。

值得一提的是，威廉和查爾斯這兩位專家并非籍籍無名，他們也是ISO 20654中間SCTV專色校準(zhǔn)方法的開發(fā)者，由此衍生的CTV校準(zhǔn)也被并入到新版ISO 10128中作為TVI的一個(gè)分支。他們從2009年開始就進(jìn)行了大量的校準(zhǔn)實(shí)踐并取得了巨大的成功，并在2018年的《TAGA Proceedings》雜志上進(jìn)行了公開發(fā)表，他們稱這種校準(zhǔn)方法為Optimal色彩優(yōu)化校準(zhǔn)方法，于2023年被納入到ISO 10128標(biāo)準(zhǔn)中，作為第4種色彩校準(zhǔn)方法。

有 關(guān) O p t i m a l 校 準(zhǔn) 方 法 的 論 述 ， 在 I S O 1028:2023標(biāo)準(zhǔn)白皮書上只作了簡單的描述，人們并不能清楚地了解其校準(zhǔn)原理和步驟，必須查閱2018 TAGA Proceedings（www.taga.org）文獻(xiàn)才能得到詳細(xì)的論述。

2.Optimal校準(zhǔn)方法的建模公式

ISO 12647定義的TVI曲線和G7定義的NPDC曲線都是完美的曲線，非常平滑，并且分別都有相應(yīng)的多項(xiàng)式函數(shù)來準(zhǔn)確地描述這些曲線。此外，G7定義的灰平衡曲線是線性的，而實(shí)踐證明，這在實(shí)際印刷條件下是不太可能達(dá)到的，實(shí)際的印刷數(shù)據(jù)總會(huì)有些波動(dòng)，曲線只能是接近平滑。

相似的，Optimal色彩優(yōu)化校準(zhǔn)方法同樣也運(yùn)用了多項(xiàng)式來建模，但選擇的是伯恩斯坦（bernstein）多項(xiàng)式。對于平版膠印來說，一般選擇的是3階到6階函數(shù)，就可以取得較好的結(jié)果。階數(shù)也叫度數(shù)，階數(shù)越多，曲線越精細(xì)，校準(zhǔn)結(jié)果越精確，但曲線的平滑度會(huì)降低。

圖1 伯恩斯坦多項(xiàng)式函數(shù)

例如，參數(shù)為[0,0.5,0.2,1.5]的伯恩斯坦多項(xiàng)式函數(shù)為其伯恩斯坦函數(shù)如圖1所示，伯恩斯坦多項(xiàng)式曲線如圖2所示。

圖2 伯恩斯坦多項(xiàng)式曲線

對于固定的測量色彩數(shù)據(jù)集，也可以獲得其對應(yīng)的CMYK曲線，但不同于TVI曲線和NPDC曲線，都沒有明確的意義。TVI曲線中數(shù)字表示網(wǎng)點(diǎn)，NPDC中數(shù)字表示密度，但該函數(shù)獲得的曲線，筆者認(rèn)為并沒有對應(yīng)的實(shí)際意義，既不能代表密度，也不能代表網(wǎng)點(diǎn)，只是一組純數(shù)學(xué)函數(shù)。

3.Optimal校準(zhǔn)方法的原理

整個(gè)色彩校準(zhǔn)的過程就是確認(rèn)多項(xiàng)式函數(shù)的過程，如上文所舉例的參數(shù)為[0,0.5,0.2,1.5]的伯恩斯坦多項(xiàng)式，目的當(dāng)然是最大程度地減小印刷數(shù)據(jù)集和目標(biāo)數(shù)據(jù)集之間的色差，最后的結(jié)果是創(chuàng)建出一組Optimal校正曲線。具體的優(yōu)化過程比較難理解，對于大多數(shù)應(yīng)用該校準(zhǔn)技術(shù)的人來說，并不需要理解和學(xué)習(xí)背后的優(yōu)化技術(shù)，這是軟件設(shè)計(jì)人員需要研究的問題。

我們的目標(biāo)曲線是非線性的，因此一般會(huì)采用“非線性最小二乘法”來解決這個(gè)問題，采用的優(yōu)化方法是高斯牛頓法，即矩陣數(shù)學(xué)描述的方法。首先在線性曲線基礎(chǔ)上正常出第一版，然后測量色表得到Lab值，然后與指定的色彩目標(biāo)特性文件Lab之間的色差聯(lián)系起來，一旦計(jì)算得出矩陣，曲線的參數(shù)就可以通過求解正態(tài)方程來確定，反復(fù)運(yùn)算該過程，就可以使得兩者之間的色差最小化。一般來說，通過5次迭代循環(huán)計(jì)算，就可以完成優(yōu)化過程，這一過程看似復(fù)雜，但通過軟件運(yùn)算，大約一兩秒鐘就完成了。實(shí)際應(yīng)用中，還會(huì)考慮到某些加權(quán)參數(shù)，以此來應(yīng)對不同印刷方式的特點(diǎn)。

4.Optimal校準(zhǔn)方法的樣本

任何校準(zhǔn)技術(shù)都需要考慮校準(zhǔn)樣本（即圖表）的選擇，比如TVI校準(zhǔn)法的樣本是CMYK的0～100的單通道階調(diào)，G7 Grayscale的樣本是P2P色表中CMY疊印的灰色階調(diào)和單黑K色階調(diào)，G7 ColorSpace的樣本則是TC1617整個(gè)色表，PressSIGN（印刷質(zhì)量評分軟件）打分的樣本一般是色帶所包含的幾個(gè)色塊，而Optimal

的樣本是由用戶所決定的，而且推薦選擇實(shí)際印刷樣張用到的一些色彩色塊。當(dāng)然，支持Optimal校準(zhǔn)方法的PressCal軟件也推薦了自己的樣本，即PressCalPTS色表（如圖3所示）。

圖3 PressCalPTS色表

需要提醒的是，樣本的選擇與校準(zhǔn)結(jié)果和其評價(jià)方法有著直接的因果關(guān)系。比如目標(biāo)是做PSO認(rèn)證，那就應(yīng)該選擇CMYK單通道階調(diào)作為樣本；如果是做G7認(rèn)證，就應(yīng)該選擇CMY三色灰和K色階調(diào)來作樣本；如果是數(shù)碼打樣校準(zhǔn)，就應(yīng)該選擇ECI 2002或IT8.7-4/5色表來作為樣本。

5.Optimal校準(zhǔn)方法的過程

目前筆者所知的支持Optimal校準(zhǔn)方法的工具只有官網(wǎng)推薦的PressCal軟件，且該軟件僅有Mac OS版本。而它也不是我們常見的用戶窗口界面軟件，有點(diǎn)類似代碼版本的Curve，而且是利用Perl腳本語言寫成的，需要輸入命令行，輸入特定的參數(shù)或快捷鍵來完成運(yùn)算過程。

整個(gè)校準(zhǔn)過程一般分為以下4個(gè)步驟：

1）定義目標(biāo)ICC配置文件：采用profiler_path命令，軟件已內(nèi)置了常見的ICC配置文件，用戶也可以添加本地ICC到相關(guān)路徑，或直接選擇自己的ICC文件路徑。

2）選擇測量數(shù)據(jù)：采用press_path命令，支持mxf或txt格式，將文件拖到軟件界面的對應(yīng)命令行，也可以自動(dòng)識別路徑。

3）選擇校準(zhǔn)的樣本和方法：采用select命令，需要查閱軟件使用手冊才能明白樣本的選擇該如何輸入，比如all代表所有色塊；g7代表G7定義的CMY疊印的灰色；k代表G7的黑色階調(diào)；nosub為no substrate縮寫，代表不包括紙白色塊等。

4）生成曲線：曲線格式命令為output，支持的格式非常豐富，包括text、CGATS格式，Device-link，Photoshop曲線，Prinergy等，運(yùn)行命令則是快捷鍵command＋R。

6.Optimal校準(zhǔn)方法的應(yīng)用場景PressCal軟件的功能類似于Curve4/Curve+，只是界面看起來會(huì)更加類似程序員版本或是原始開發(fā)版本。然而支持的校準(zhǔn)方法更多，應(yīng)用場景更廣，不但支持Optimal方法，還支持TVI、SCTV（CTV）、G7等方法，并且還可以自定義目標(biāo)，可以直接選用當(dāng)前的測試色表來進(jìn)行數(shù)據(jù)優(yōu)化，這是Curve4軟件所不具備的。筆者認(rèn)為，這才是Optimal真正可以發(fā)揮其優(yōu)勢的地方。

不便的是，PressCal軟件是腳本語言編寫，對很多新手不友好，需要查閱英文版本的使用手冊，了解相關(guān)命令，如樣本的選擇、曲線格式的輸出等，才能很好地應(yīng)用，并且只有Mac OS版本，不利于軟件和方法的推廣和普及。

該軟件也有類似于Curve4的VPR功能（一種虛擬印刷功能），但遺憾的是輸出結(jié)果是保持Lab不變而只修改CMYK數(shù)值，雖然可用于制作ICC色彩配置文件，卻不能使用Curve4或PressSIGN等軟件來直接評估其VPR模擬后的數(shù)據(jù)，這給數(shù)據(jù)評估帶來了些許麻煩，期待后續(xù)的版本能完善這一功能。

Optimal 校準(zhǔn)方法與其他方法的對比

1.與G7校準(zhǔn)方法對比

理論上看，Optimal的校準(zhǔn)結(jié)果會(huì)優(yōu)于TVI和G7，但受限于其仍是曲線校準(zhǔn)方法，結(jié)果并不會(huì)比Device-Link更好，屬于比上不足、比下有余的一種方式。

經(jīng)過我們的實(shí)際測試，也驗(yàn)證了這一結(jié)論，但不同于官方宣傳的是，Optimal校準(zhǔn)結(jié)果與G7差異并不大。由圖4可知，經(jīng)過Optimal校正后，顏色誤差比G7還要小。畢竟P2P25/51圖表的設(shè)計(jì)非常科學(xué)，采集了實(shí)際的灰平衡印刷數(shù)據(jù)，基于實(shí)際數(shù)據(jù)的校準(zhǔn)，總不會(huì)比理論的數(shù)學(xué)優(yōu)化方法差。

我們采用Optimal校準(zhǔn)方法，對膠印的實(shí)際印刷數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線校準(zhǔn)和VPR模擬，也可以通過G7認(rèn)證，原因是我們采用了基于G7技術(shù)的GRACoL的ICC作為目標(biāo)，因此這倒也并不奇怪。但驗(yàn)證了Optimal方法是實(shí)際可行的，因此才被ISO 10128標(biāo)準(zhǔn)所接納。Optimal與G7校準(zhǔn)的結(jié)果對比（膠版紙）如表1所示。

如果采用Fogra的ICC作為標(biāo)準(zhǔn)，其結(jié)果也大致符合PSO認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)然，PressCal軟件可以直接選擇ISO的TVI曲線作為校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)。至于對G7和TVI的支持及校準(zhǔn)結(jié)果的對比，則是PressCal軟件和其計(jì)算方法評估的范疇了，不是本文所介紹的Optimal的重點(diǎn)所在。

2.與其他常用校準(zhǔn)方法對比

Optimal優(yōu)化方法是一種不錯(cuò)的方法，獲得了ISO委員會(huì)的認(rèn)可，其校準(zhǔn)原理類似于Device-link，都是以獲得最小色差作為目標(biāo)，不同的是采用Device-Link的四維循環(huán)運(yùn)算，輸出結(jié)果卻依然是傳統(tǒng)曲線。以4條曲線能近似獲得循環(huán)計(jì)算迭代優(yōu)化的結(jié)果，因此可以說，Optimal是一種介于曲線調(diào)整和Device-link之間的方法。ISO 10128不同校準(zhǔn)方法的對比如表2所示。

Optimal應(yīng)用的靈活性很高，可以基于任何樣本、任何目標(biāo)來進(jìn)行色彩校準(zhǔn)，而不必局限于CMYK的階調(diào)或P2P的色表格式，也不必局限于類似Fogra或GRACoL等國際標(biāo)準(zhǔn)的ICC目標(biāo)文件，這才是Optimal的最大優(yōu)勢。

結(jié)語

就色彩校準(zhǔn)方法的應(yīng)用前景來說，TVI方法則最簡單易用，并且有Fogra組織的不斷開發(fā)和全力支持；G7方法有Idealliance（國際數(shù)字企業(yè)聯(lián)盟）的大力推廣并升級創(chuàng)新到G7+，也有眾多國際知名品牌買家的站隊(duì)背書，長盛不衰；Device-Link則在數(shù)字印刷領(lǐng)域已經(jīng)普遍占據(jù)一席之地，很多軟件開發(fā)商也推出了成熟的色彩系統(tǒng)產(chǎn)品；而對于剛剛納入新版ISO 10128的Optimal校準(zhǔn)方法，目前支持Optimal的工具只有PressCal這一腳本語言的開源軟件，其對于科研和技術(shù)開發(fā)人員來說是有益的，但對于印刷業(yè)的多數(shù)實(shí)操人員來說并不友好。

由于目前尚沒有明確的機(jī)構(gòu)和廠商來做對標(biāo)推廣，雖然Optimal技術(shù)本身有自己的優(yōu)勢，但實(shí)際應(yīng)用則只能依靠行業(yè)技術(shù)人員的主觀選擇，希望未來有機(jī)構(gòu)能夠慧眼識珠，將其發(fā)揚(yáng)光大，并盡快找到其對應(yīng)的應(yīng)用領(lǐng)域。