數字圖案印刷可視化植物拓染技術

張寧寧

（沈陽理工大學，沈陽 110000）

0 引言

目前數字圖案印刷以其高效性、個性化、低成本等優勢得到廣泛的應用[1,2]。當前數字圖案因數可視化植物拓染技術容易出現顏色比對誤差，圖像失真等情況。針對這些問題，目前能夠通過對數字圖案印刷進行顏色可視化處理，完善圖像色彩匹配與拓染圖像再現[3,4]。

由于我國目前正處于社會轉型期，在環保綠色發展的浪潮下，許多商家抓住植物拓染的特色商機，使得植物拓染技術得到重視與發展。而植物拓染技術對設備的功能要求水平較高。針對上述問題，本文對數字圖案印刷的可視化植物拓染技術進行了研究，通過利用數字圖案印刷的可視化技術，對植物拓染進行較為精細的色彩提取與圖案印刷，能夠比較高效的實現植物色彩拓染的數字圖案印刷操作，實現更好的拓染效果。

1 數字圖案印刷色彩特征提取

進行色彩拓染與圖案印刷首先要對目標圖案進行顏色提取與色彩匹配。對彩色圖像進行色彩獲取時，不只需要對色彩、色域進行匹配，還要建立對應的色域映射關系，需要提取素材圖像的關鍵色彩及其特征。因此選用數字圖案印刷技術，利用計算機印刷系統和數字印刷設備，能夠更加智能化、個性化地進行植物顏色提取和色彩拓染工作[5]。數字圖案印刷的色彩特征提取主要過程要以下幾個步驟：

觀察圖1可知，提取過程共有以下幾個步驟：

圖1 數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、對比度、色散等數據信息。

2）分析圖案色彩，從而實現分類，并根據像素等其他指標進行具體歸類。

3）將圖像數據信息導入處理程序，識別確定對應圖像的突出部分，標記作為圖像特征點，對特征點進行線性相關分析，獲取關于整個圖像的顏色分布特征關系[6]。

根據以上的操作步驟能夠獲得關于目標圖像的的顏色特征以及像素分辨率等相關信息，結合線性相關矩陣分析，建立對應的圖像映射三維坐標空間。所有顏色根據數據信息在坐標空間中進行標點分布，形成與目標圖像色彩匹配的圖像色域映射分布[7,8]。建立的三維坐標空間得到的可視化結果如圖2所示。

圖2 三維坐標空間

根據圖2的三維坐標空間，將色彩匹配信息導入到連接數字圖案印刷打印機的計算機系統中，計算機系統圖像處理程序對色彩進行分析選取，識別系統已存在的色彩，對于系統自身不具備的色彩進行調制，最終形成與提取到的色彩數據集相一致的顏色資源，在計算機系統內部構建圖像色域分布坐標圖。然后根據三維空間圖像色彩映射情況，對圖像顏色分布及特征點進行像素灰度掃描分析，提取出圖像中各關鍵特征點的灰度數值，記錄并保存相關數據，便于之后的圖案印刷與顏色拓染過程操作的準確性控制[9,10]。

2 數字圖案印刷可視化植物拓染技術

2.1 數字印刷色彩空間映射

根據圖像所在特征提取過程采集到的色彩相關數據信息，以及構建的三維空間色域映射模型，可以進行圖像數據函數轉換，并依據檢測的顏色灰度數值分布情況，對顏色分布與空間映射進行圖像預處理，以便系統顏色提取與印刷操作中的顏色素材形成對應的色彩映射[11,12]。

進行圖像顏色空間映射，首先設定所有顏色對應的數據集為H（A，B，C），其中A，B表示顏色對應的空間坐標，C表示的是進行數據運算的顏色數值，以顏色的坐標點為中心，進行圖像比例調整和空間映射，能夠得到以下運算結果：

式(1)中，η表示顏色坐標設定的值域范圍，根據該公式能夠得到顏色相關數據集中的相關關系，然后對其進行灰度處理，將檢測所得的灰度數值進行相關函數轉換，得到數字圖像顏色與空間圖像顏色的映射關系，假設空間映射顏色參數為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系

觀察圖3可知，這一過程主要根據灰度函數數值構建對應的空間顏色映射函數，利用數字運算完成相關圖像的色彩預處理[13]。

2.2 植物拓染技術可視化

植物拓染技術主要通過提取天然植物色素對紡織品等進行染色，因此對植物色素的提取和紋理保留的要求較高，并且受環境等客觀因素影響，因此對植物拓染技術進行可視化操作，在植物色素提取與染色圖案構造等方面難度較高，要求比較嚴格。

首先根據圖案印刷的目標圖像采集與植物色彩提取處理與映射結果，將圖像顏色與灰度數值進行運算，造成對應的圖像顏色聚類轉換，增強圖像色彩可視化的視覺效果[14,15]。為了達到可視化目標，根據顏色聚類編碼規則及顏色聚類參數，對數字圖像顏色進行聚類處理，保證圖像數據映射在對應的空間區域內，全部映射完畢后才能繼續進行可視化處理。灰度值和色彩的映射關系如圖4所示。

圖4 灰度值和色彩的映射關系

利用圖4對圖像顏色進行基本的色彩映射，將所有顏色按照紅黃綠三原色進行初步映射，并按照三原色的相應關系（比如顏色相似度大小）；或者按照顏色相關數值（比如顏色深淺度大小），進行具體的顏色等級劃分。根據顏色分類排序情況以及聚類參數對應的灰度數值，進行顏色聚類處理。并且對于不同色域的顏色數值變化，需要進行平滑的顏色過渡處理，顏色聚類參數也相應的進行漸變數值設定。

依據顏色可視化算法對目標圖像顏色的聚類數據進行可視化運算，運算公式如下：

上述公式中，Z表示顏色聚類數據的可視化數值，FG表示顏色特征點G的對應三維空間坐標的聚類數值。根據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果。至此，得到了關于目標圖像的基本顏色可視化處理結果，然后需要對圖像進行具體的邊界處理、色彩搭配、分辨率調整等方面的細節化內容可視化處理。處理圖像如圖5所示。

觀察圖5可知，對于需要進行的具體的細節內容可視化處理，根據灰度數值圖像和相關矩陣分析，以相關顏色參數范圍為參考，對圖像色域邊界進行檢測提取。然后將邊界色彩和分辨率數據導入數字圖像，與顏色映射分布結果進行匹配，使色域邊界與區域顏色完整的匹配融合在一起。印刷材料在植物內部分布情況如圖6所示。

圖5 分辨率可視化處理

根據圖6可知，還要對色域可視化結果進行檢測。根據數字圖案印刷相關參數的設定范圍對色域極值進行設定，然后對顏色映射結果進行數值檢測，超出色域極值的顏色數值需進行相關參數調整，降低其超出色域數據范圍的參數數值，使數字圖像能夠與印刷設備的色彩資源相匹配。色彩資源匹配過程如圖7所示。

圖6 印刷材料分布情況

觀察圖7可知，除了進行色彩資源匹配外，還要根據植物拓染的相關材料和設備進行數字印刷效果模擬，并在數字印刷設備的承受范圍內，對植物拓染進行顏色優化與色域調整，進一步完善數字圖像印刷和可視化工作的操作效果，使數字圖案印刷色彩效果能夠與植物提取顏色相一致。在數字印刷設備的能力范圍內，對植物色彩提取到顏色進行顏色優化與色域調整，進一步完善數字圖像印刷可視化的操作效果。

圖7 色彩資源匹配過程

3 實驗研究

為了檢測本文研究的數字圖案印刷的可視化植物拓染技術的有效性，設計對比實驗。

本文選用的印刷機共有兩個，分別是液體油墨成像數字印刷機和墨粉成像數字印刷機，選用的實驗參數如表1所示。

表1 實驗參數

根據上述參數，進行對比實驗，分別選取本文技術與傳統的數字分析技術的可視化植物拓染技術和圖案印刷的可視化植物拓染技術，選取兩張不同顏色的測試樣本，分別測量拓染時間，并比較測量色差。拓染時間如表2所示。

表2 拓染時間實驗結果

根據表2可知，本文研究的技術在不同的數字印刷機內部拓染的時間都相對較短，本文的技術最短僅需16s就可以完成拓染，而傳統的數字分析技術的可視化植物拓染技術最短需要45s，圖案印刷的可視化植物拓染技術最短需要38s，在處理顏色漸變方面能力極弱。

油墨成像數字印刷機得到的圖像色差如圖8所示。

圖8 油墨成像數字印刷機得到的圖像色差

根據圖8可知，本文提出的數字圖案印刷的可視化植物拓染色差要小于傳統技術。

根據圖8可知，本文提出的方法在走紙方向，色差的最大數值為2.0，拓染過程的最大相對頻率為100%，拓染過程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，差的最大數值為2.5，拓染過程的最大相對頻率為100%，拓染過程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。

數字分析技術的可視化植物拓染技術在走紙方向，色差的最大數值為2.0，拓染過程的最大相對頻率為100%，拓染過程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，差的最大數值為2.5，拓染過程的最大相對頻率為100%，拓染過程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在走紙方向，色差的最大數值為2.0，拓染過程的最大相對頻率為100%，拓染過程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，差的最大數值為2.5，拓染過程的最大相對頻率為80%，拓染過程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 結語

本文在對色彩特征研究的基礎上，對數字圖案印刷的可視化植物拓染技術進行了研究。通過提取印刷圖像的關鍵顏色特征點，對顏色進行灰度函數與線性相關矩陣運算分析，得到關于圖像顏色的色域分布關系；然后通過構建空間坐標模型對圖像色彩進行映射，得到空間映射的顏色色域可視化結果。需要對圖像的色域邊界等細節部分進行提取，細化顏色映射可視化圖像，并對色域相關參數數值進行檢驗，消除調整超色域的圖像部分，優化整體可視化圖像效果，進而能夠得到植物拓染的精細的、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，有利于數字印刷的植物拓染技術相關領域的發展。