噴墨打印機(jī)如何再現(xiàn)色彩

2019-10-28 19:05:32

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供稿：網(wǎng)友

彩色噴墨打印機(jī)的作用是將計算機(jī)產(chǎn)生的彩色圖像或來自掃描儀的彩色圖像高質(zhì)量地打印出來…… 從計算機(jī)到紙面
彩色噴墨打印機(jī)的作用是將計算機(jī)產(chǎn)生的彩色圖像或來自掃描儀的彩色圖像高質(zhì)量地打印出來。在計算機(jī)里，圖像上每一個點的色彩都需要用一個24位的RGB(紅/綠/藍(lán))信息存儲起來，其中8位表示紅色，8位表示綠色，8位表示藍(lán)色。屏幕上的RGB顏色并不能直接打印出來，這是因為發(fā)光設(shè)備(例如計算機(jī)顯示器)是通過一個使用紅、綠、藍(lán)三原色的加色過程產(chǎn)生色彩的，而色彩顯示過程則是把各種波長的色彩以不同的比例迭加起來，進(jìn)而產(chǎn)生各種不同的顏色，例如，沒有光就產(chǎn)生黑屏，所有波長迭加在一起就產(chǎn)生白色。與此相反，反射設(shè)備(例如一張紙)通過減色過程產(chǎn)生色彩，一張沒有打印過的紙反射了所有波長組成的光，從而呈現(xiàn)出白色，彩色打印過程使用了青色/品紅/黃色模式(CMY)，吸收波長產(chǎn)生不同的色彩。青色墨水吸收紅色波長，使打印出來的圖像呈藍(lán)綠色;類似地，品紅墨水吸收綠色波長，使打印出來的圖像呈藍(lán)紅色。
計算機(jī)用RGB模式顯示的頁面必須用CMY模式打印，這就需要把色彩從RGB模式轉(zhuǎn)換到CMY模式。此外，噴墨打印機(jī)上的每一個噴嘴都是二進(jìn)位的，這也就是說，它只能夠被打開或關(guān)閉。所以，除了從RGB模式到CMY模式的圖像轉(zhuǎn)換以外，圖像信息還必須進(jìn)一步轉(zhuǎn)換成送到打印頭的一系列開/關(guān)命令，其中包括青色開/關(guān)命令、品紅色開/關(guān)命令和黃色開/關(guān)命令。對于雙噴墨頭(一個黑色打印墨盒一個彩色打印墨盒)的打印機(jī)(例如LexmarkZ31)來說，還必須把一系列的黑色開/關(guān)的命令傳送給打印機(jī)。當(dāng)在CMY模式中增加了黑色時，這種模式就叫做CMYK模式，其中"K"就是指黑色。
軟件驅(qū)動程序通過"色彩轉(zhuǎn)換"和"半色調(diào)轉(zhuǎn)換"兩個步驟把計算機(jī)圖象從24位RGB表示轉(zhuǎn)換成單色和彩色打印頭所使用的4位CMYK命令。
色彩轉(zhuǎn)換過程
把RGB表示轉(zhuǎn)換成CMY表示的第一個過程是一個簡單的、逐像素的表格查對過程，這個過程控制著色彩的表現(xiàn)，它指定了每一種顏色平面打印所需墨水的相對數(shù)量。然而，產(chǎn)生轉(zhuǎn)換查對表并不是一個簡單的一對一映射過程，還需要大量的主觀判斷。例如，理論上一份青色加上一份品紅就應(yīng)該產(chǎn)生藍(lán)色，但事實并非如此，人們甚至往往不能得到RGB和CMY表示的精確顏色匹配。色彩轉(zhuǎn)換中的另一個重要問題是僅使用三種CMY顏色產(chǎn)生黑色，從理論上講，混合青色、品紅和黃色應(yīng)該能夠得到純凈的黑色，這被稱作"加工黑色"。

半色調(diào)過程
色彩轉(zhuǎn)換過程
確定了需要打印的點數(shù)，半色調(diào)過程確定了在紙張的什么位置打印。下面，讓我們現(xiàn)在來看看半色調(diào)過程，打印機(jī)通過這一過程，僅使用三種顏色的墨水就在紙張上產(chǎn)生了數(shù)百萬種顏色。
傳統(tǒng)的單色半色調(diào)
單色二進(jìn)位打印機(jī)(例如單色噴墨打印機(jī)或激光打印機(jī))的點只能是開或關(guān)兩種狀態(tài)，不能打印一個點的一部分，或降低點的強(qiáng)度。在紙上的每一個點的位置(像素)，要么打印點，要么"無點"。對于純黑色的文本打印來說，這就足夠了。但是要打印有不同深淺的黑白圖像時，軟件驅(qū)動程序必須使用一種叫做半色調(diào)的技術(shù)。這種技術(shù)與印照片所用的技術(shù)是相同，印出來的圖像雖然是一些深淺不同的黑點，但它們能夠按照人的視覺能力，自動地用這些點構(gòu)成具有整體感、層次感的現(xiàn)實圖像。
為了打印半色調(diào)，軟件驅(qū)動程序需要把頁分割成單元。一個像素就是一個點位置，一個單元就是一個矩形的像素矩陣。在一個單元中打印黑色時，該單元中所有的點位置都以黑色打印。要打印一個白色空間時，所有點位置都不打印。打印不同深淺顏色時，該單元中只有一些點位置被打印。顏色越淺，單元中被打印的點數(shù)就越少。例如，25%的灰度時，單元中只有四分之一的點被打印成黑色，而50%的灰度時，將有一半的點被打印成黑色。然后在紙上平鋪這些單元，這就能夠產(chǎn)生所要的圖像，單元中像素的數(shù)量決定了在這個單元中能夠打印的灰度級別的多少。一個4*4的單元可以有16 1級灰度，8*8的矩陣可以有64 1級不同的灰度。
正如單色半色調(diào)能夠僅用黑色墨水再現(xiàn)具有幾種不同深淺的圖象一樣，彩色半色調(diào)能夠僅用三種顏色的墨水再現(xiàn)豐富的色彩。彩色半色調(diào)與單色半色調(diào)類似，但彩色半色調(diào)不是用單一黑點模式創(chuàng)建的，而是用三個不同的層或顏色平面創(chuàng)建的：一個是青色點平面，一個是品紅點平面，一個是黃色點平面。把這三種平面放在紙上，外加上黑色，就可以再現(xiàn)幾乎無限的色彩。彩色半色調(diào)與彩色膠印所使用的色彩分離過程有些類似。

彩色半色調(diào)需要很復(fù)雜的軟件算法，對圖形質(zhì)量影響極大，因此，不同品牌的彩色噴墨打印機(jī)打印質(zhì)量有很大差別。
半色調(diào)技術(shù)
半色調(diào)把頁面分成了四個彩色平面，接下來的問題是，如果在處理半色調(diào)過程中不仔細(xì)的話，人眼睛就能夠看出圖像中點的模式，而不是一個平滑、真實的圖像。為了避免這種情況，軟件驅(qū)動程序必須盡可能地"隨機(jī)化"各顏色平面中的點的模式。現(xiàn)在有兩種半色調(diào)處理技術(shù)：規(guī)則抖動和圖像擴(kuò)散。大多數(shù)彩色噴墨打印機(jī)制造廠商選擇圖像擴(kuò)散技術(shù)作為首選半色調(diào)方法，因為這種技術(shù)能夠產(chǎn)生更均一的模式。為了幫助您更好地理解圖像擴(kuò)散技術(shù)，下面，我們先討論規(guī)則抖動技術(shù)，為方便理解起見，讓我們考察一下單色打印機(jī)的規(guī)則抖動，同樣的原理也適合于彩色打印機(jī)的四個彩色平面。
噴墨打印機(jī)中的規(guī)則抖動技術(shù)
在規(guī)則抖動技術(shù)中，每一個平面都被分割成單元，每一單元有不同的點模式，然后在紙上平鋪這些單元產(chǎn)生圖像。一個單元中的像素數(shù)(點)決定了單色打印機(jī)所能再現(xiàn)的灰度級數(shù)。例如，在一個4*4的黑白單元中，我們希望用灰度值64來打印(黑=255;白=0。)我們將用一個閾"篩"來確定哪一個像素打印,閾"篩"與在織物上印圖案所用的絲綢篩很像。它在某些位置允許打印，在某些位置禁止打印。閾"篩"的每一個單元位置都有一個值，其最大允許值為255。為了確定一個具體像素位置是否要打印，我們把要打印的灰度值(在這個例子中灰度值為64)與閾"篩"相應(yīng)單元位置的值進(jìn)行比較：如果一個閾"篩"位置的這個值大于或等于要打印的灰度值，相應(yīng)的單元位置就不打印;如果這個值小于要打印的灰度值，相應(yīng)的單元位置就要打印。在彩色打印機(jī)中，規(guī)則抖動過程被分別應(yīng)用于每一個顏色平面，一個單元中的像素數(shù)決定了能夠打印的深淺顏色數(shù)量。一種顏色的點模式單元中的點越多，這種顏色的深淺層次就越多。
用圖像擴(kuò)散技術(shù)提高打印效果
規(guī)則抖動容易產(chǎn)生有結(jié)構(gòu)的單元模式，人眼能夠辨識出來，這就是為什么大多數(shù)彩色噴墨打印機(jī)制造廠商使用圖象擴(kuò)散方法的原因。圖像擴(kuò)散技術(shù)用于查對每一個點的灰度，就好像它能夠用不同灰度打印一樣，--當(dāng)然，實際上這是不可能的，我們實際只能夠打印黑色(255)或白色(0)。
在上面的黑白單元例子中，要打印的灰度為64。如果在特定像素位置上不打印點，則實際灰度值就是0，或白色，盡管我們希望得到64的灰度值。因此在這個位置上的誤差就是64-0，或64。如果有一個點打印在這里，則實際灰度為255，或黑色，雖然我們希望這個位置的灰度為64。在這個位置上的誤差因此是64-255，或-199。然后我們把這個計算出來的誤差"擴(kuò)散"到鄰近像素(這個過程在驅(qū)動器屏幕上稱作"AirBrush"過程)。如果誤差是負(fù)的(即打印了黑點)，就減少鄰近像素打印黑點的幾率;如果誤差是正的(即沒有打印點)，就提高鄰近像素打印黑點的幾率。因此圖像擴(kuò)散也稱作鄰近過程。
這樣，通過幾種有限的色彩，彩色噴墨打印機(jī)成功的再現(xiàn)了接近于無限的絢麗圖案。

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