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彩色图象信息处理的基本算法

众所周知彩色图象不论采用何种方式，概括地讲都具有色彩、层次及清晰度三大要素。彩色图象信息处理实际上是对此三个要素综合进行的某些变换，作为彩色图象复制关键设备的电子分色机采用的是计算机图象处理的方法对彩色图象根据复制工艺要求进行的一系列变换。这些变换在技术上可采用二种类型的方式来实现，第一是模拟处理方式，它采用计算机控制的摸拟处理器或不用计算机的模拟数字电路来完成对图象的处理，但应注意这种模拟处理方式不同于传统的光学处理、摄影处理和视频信号处理等模拟方式。其区别在于传统模拟处理方式是对连续量进行的，而电子分色机中的模拟处理方式是时离散量进行。第二是数字处理方式，它采用计算机对其存贮器中将图象离散量化后的数字编码进行各种变换，而且这些变换是由编制的程序和软件来完成的。

一、彩色图象的模拟处理方式

1、模拟处理的基本原理

彩色复制是以原稿为基础，复制出大批量印刷品为目的，由制版和印刷两部分构成。电子分色机则是利用现代技术对传统工艺的模拟和改造。其原理和方法源于照相制版工艺，是用电子方法对照相制版工艺过程的模拟。

照相制版是应用光学和化学原理，利用制版照相机来制作印刷版的工艺。照相制版法能应用于各种类型的印刷，在此仅以平印为例，剖析其工艺流程。

纵览照相制版工艺从原稿到四色印刷的"一条龙"工序可知，照相制版是以照相技术为主要手段。通过分色、加来基本再现原稿色调和针织机层次，进而辅之以手工修正使其完善。照相制版工艺技术的复杂性在于其工序多，且由于各工序设备，原材料的不标准，而产生复制的非线性传递，使人们难于准确把握其变化规律，并准确地予以修正，而且局部修正需由人工逐点、逐面地改变图象点或面的密度值来满足后工序的要求，从而要求修正人员具备高超的技艺。

从上述照相制版工艺及有关理论可知，照相制版是采用照相方法进行图象颜色、层次及清晰度校正的技术，其基本思想是通过原稿及其分色片来制作各种类型的蒙片（如校色蒙片，虚光蒙片目前等）使需校正区域的密度D′=D0＋Dm（D0指原稿密度，Dm蒙版密度，D′校正后分色片密度），即将二者蒙合选加，通过照相拷贝来获取满足要求的密度D′，由此来完成正确的彩色图象复制。而采用模拟处理方式的电子分色机就是用电子方法对照相制版过程模拟，即将图象信息转换为模拟电信号V0，并由V0及复制工艺条件与要求产生校正信号△V，然后V0与△V以某种形式相迭加，就能实现对原稿图象的修正，获得高品质的图象再现，不难看出此方法中，校正信号是关键，它必须同时满足彩色复制理论、复制工艺和人们艺术期望等特殊要求。

2、模拟处理方式的数理基础

现代科学技术的进步无不归功于数学科学的发展。当一门学科由定性描述转变为定量描述时，必产生一个质的飞跃，进入一个新的阶段。长期以来印刷行业根据自身发展的需要提出了"数据化，规范化，标准化"的目标，其目的就是通过印刷过程的解析及数据积累，采用适宜的数学方法，寻找出其本质住和规律性，建立相应的数学模式来指导生产实践。所以对电子分色机图象模拟处理方式数学模式的解析，可以推动电子分色制版技术的深入发展。

（1）模拟处理方式的数理模型

从前述可知电子分色机是利用现代电子技术对传统照相制版工艺的模拟，而模拟一个工艺，则必须详尽解析照相制版工艺的关键和实质，建立最初的物理型和数学模式，即：

传统照相制版工艺

模拟传统照相制版工艺的物理模型

在所建立的物理模型的基础上，经过进一步的研究和抽象，进而可建立其相应的数学模式，亦就能够利用现有各种先进的电子技术和计算机技术来完成模型中的各种任务，即完成对图象信息的各种处理，获取满足社会需要且合乎印刷条件的分色片。

数学模式：

从上式的数学模式可知，任何印刷复制的图象总是由其平面位置和相应密度信息构成的象素组成，对其实施的各种处理就是对其平面位置和密度信息的变换。

（2）模拟处理方式图象处理的数学描述

电子分色机图象信息的各种模拟处理是按照图上3.1所示的信号流程进行的。从其流程可知，从图象输入系统传送给图象处理系统的Y、M、C主信号同原稿密度成线性关系，是原槁密度的模拟电压信号。这个模拟电压信号通过各种校正电路产生的校正信号对原稿彩色密度的模拟电压进行一系列线性和非线性变换，最终输出图象模拟电压信号同各种校正信号相迭加后的图象信号。即完成了对图象信息的彩色校正、层次校正、黑版计算、底色去除和细微层次强调，由于尺寸变换由专用单元完成因此根据公式（）则可推导并归纳出各个模拟处理过程的数学方程。

其中：K--比例系数。

图象输入系统输出的主信号

在供应商实品展台前黑版信号

彩色校正后的主信号

层次校正后的主信号

图象处理系统输出主信号

上式中各函数项的含义（以Y版为例）是：

第一项：由图象输入系统输出的主信号。

第二项：Y版各种彩色校正信号的代数和，它们是以为自变量的函数

第三项：Y版的底色去除信号，它是以为自变量的函数。

第四项：版层次校正信号，由极高光、高光、中间调和暗调校正四部分组成。它是以为自变量的函数。

第五项：电学方法的细微层次强调，它是以增量和时间增量为自变量的函数。

第六项：光学方法的细微层次强调，又称虚蒙校正信号，它是以之差值为自变量的函数。

综上所述，模拟方式图象处理系统的主要作用是完成各种图象修正功能。由于它采用模拟方法来处理图象信息，因而其关键是各种校正信号发生器的准确性、有效性及可调性。

为了能从本质上解地漏析图象信息处理中备种校正函数的处理方法及意义，在此先阐述各自的内在含义。

彩色校正函数，它完成对图象颜色的校正，分为基本校正（基本色校正和相反色校工）和选择性校正两类。校正信号由三通道主信号产生，其实质是一个颜色的校正需要由Y、M、C三个颜色信号按一定规律组合来实现，即采用模拟照相蒙版的电蒙版法。彩色校正仅限于原稿彩色区域，对中性灰无保温管作用，即

例如在Dc-300型电子分色机中，其彩色校正方程为：

基本色校正信号：

相反色校正信号：

其中：N[ ]为括号中负值取，正值舍。

P[ ]为括号中正值取，负值舍。

底色去除函数，底色去除信号是中最大值与最小值的函数，可表示为其中L（）指括号中取最大值，S（）指括号中取最小位。由此可知，底色去除只作用于原稿底色即暗调所含的中性灰成分。

层次校正函数。如图3.2所示，是对原稿密度范围内的模拟电压信号分段进行非线性变换，并在该范围内产生最大校正信号，且保持其端点值为雾，简言之，层次校正的实质是把原稿整个层次分段进行非线性变换。

电子细微目前层次强调，其含义是该信号仅限于动态扫描过程，即原稿密度发生变化时，其值不为零，若处于静止或原椅密度无变化时，其值为零，它是电子分色机动态逐点扫描图象所特有的功能。

虚光蒙版强调函数，如图3.3所示，其取决于虚光通道信号产生，当，若，则即该校正信号产主于密度阶跃处，与扫描过程无关。

（3）图象处理系统输入图象信息的解析

从前放大镜述可知，电子分色机对原稿信息的处理是分别对所分解的每一个象素的图象信息的处理来实现，即串行处理方式。因此对原稿的解析可归结于每一个象素的解析，而在图象信息处理系统中每一个象素的信息由其对应的模拟电压的信号来表示。并由此构成电子分色机图象信息处理的基础。因而正确解析这些图象信息的数据特点及内在含义，就能够准确地实现对原稿信息的再现，这就象物理学中将一个物体的解析变换为一个质点的解析一样。

当从印刷技术专业角度解析一个彩色图象时，常常会引用诸多术语，如色彩饱和、层次丰富、清晰度高……；但对这些术语进行深入的解析和研究，就能找出本质性的能代表这些术语共同内涵的并可以定量描述的名词--密度。

从彩色复制理论可知，人们的眼睛时颜色的识别是依据三色和四色基制的混合实现的。而其基础就是密度