新版ISO 10128標準中 Optimal色彩優化校準方法探析

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

色彩校準的發展歷程及現狀

隨著膠印的過程控制標準ISO 12647-2:2004的發布和普及，明確定義了ABCDEF6條網點擴大目標曲線（2013版本演變為5條），成為了膠印乃至其他印刷方式遵從的客觀標準，德國Fogra推出的銅版紙色彩規范數據集Fogra39/Fogra51也成為了大多數印刷企業的銅版紙平張膠印的黃金標準。

根據ISO標準定義，通過6條網點擴大標準導致不同印刷條件下對CMYK單獨進行曲線調整，勢必會造成不同的色彩效果，比如銅版紙與膠版紙的色彩不同，調頻網與調幅網的色彩不同，并且灰平衡也很難控制，但消費者和印刷買家卻不希望看到這樣的結果，大家想要的是一致的色彩。

于是2006年，起源于美國的G7校準方法被開發出來，并得到了大范圍的應用。G7是通過調整三色疊印的灰色階調和單黑階調分別來控制色彩，因此其校準結果有著與人眼視覺適應性匹配的灰平衡表現。并且定義了相對統一的NPDC階調曲線，可以實現不同印刷條件的高光和中間調一致的層次，從而在曲線校準領域，取得了更加一致的共享視覺外觀。

但曲線校準始終都是隔靴搔癢，我們的目標是校準色彩，無論TVI還是G7，通過曲線調整實現了印刷過程中重要參數的校準，間接地控制印刷的顏色。雖然實踐證明在多數情況下是有效的，但面對一些極端條件，比如高光和暗調區域，也會顯得差強人意，總會遭遇紙張的色彩和油墨疊印帶來的挑戰。

CMYK-CMYK的轉換算法，即從CMYK到CMYK，一般是指兩臺設備如打樣機與印刷機的色彩交換，可以擺脫單通道曲線調整的限制，通過Device-link profile（由源色空間直接轉換到目標色空間的一種轉換用特性文件）或類似的色彩對應表，直接實現從目標印刷條件到源印刷標準的色彩校準，是真正意義上的校準色彩。直接對比兩種色域并進行優化，往往可以取得更為優秀的色彩校準結果。

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

仿佛沒有一種完美的方法，可同時兼顧校準結果精確和操作過程簡單。但事在人為，ISO/TS 10128修訂版2023版的發布，取代了原來的2009版，提供了一種新的校準思路，通過直接對比實際顏色和目標色彩，進行曲線循環計算校準，即顏色優化校準（Colour Optimised Correction），也叫Optimal最優校準方法。這種方式能夠達到非常精確的匹配結果，但有意思的是，最終給出的是一種相對簡單的結果，即補償曲線，ISO稱其為顏色優化校準曲線組。

Optimal 色彩優化校準方法

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

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專色校準方法的開發者，由此衍生的CTV校準也被并入到新版ISO 10128中作為TVI的一個分支。他們從2009年開始就進行了大量的校準實踐并取得了巨大的成功，并在2018年的《TAGA Proceedings》雜志上進行了公開發表，他們稱這種校準方法為Optimal色彩優化校準方法，于2023年被納入到ISO 10128標準中，作為第4種色彩校準方法。

有 關 O p t i m a l 校 準 方 法 的 論 述 ， 在 I S O 1028:2023標準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原理和步驟，必須查閱2018 TAGA Proceedings（www.taga.org）文獻才能得到詳細的論述。

2.Optimal校準方法的建模公式

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，并且分別都有相應的多項式函數來準確地描述這些曲線。此外，G7定義的灰平衡曲線是線性的，而實踐證明，這在實際印刷條件下是不太可能達到的，實際的印刷數據總會有些波動，曲線只能是接近平滑。

相似的，Optimal色彩優化校準方法同樣也運用了多項式來建模，但選擇的是伯恩斯坦（bernstein）多項式。對于平版膠印來說，一般選擇的是3階到6階函數，就可以取得較好的結果。階數也叫度數，階數越多，曲線越精細，校準結果越精確，但曲線的平滑度會降低。

圖1 伯恩斯坦多項式函數

例如，參數為[0,0.5,0.2,1.5]的伯恩斯坦多項式函數為其伯恩斯坦函數如圖1所示，伯恩斯坦多項式曲線如圖2所示。

圖2 伯恩斯坦多項式曲線

對于固定的測量色彩數據集，也可以獲得其對應的CMYK曲線，但不同于TVI曲線和NPDC曲線，都沒有明確的意義。TVI曲線中數字表示網點，NPDC中數字表示密度，但該函數獲得的曲線，筆者認為并沒有對應的實際意義，既不能代表密度，也不能代表網點，只是一組純數學函數。

3.Optimal校準方法的原理

整個色彩校準的過程就是確認多項式函數的過程，如上文所舉例的參數為[0,0.5,0.2,1.5]的伯恩斯坦多項式，目的當然是最大程度地減小印刷數據集和目標數據集之間的色差，最后的結果是創建出一組Optimal校正曲線。具體的優化過程比較難理解，對于大多數應用該校準技術的人來說，并不需要理解和學習背后的優化技術，這是軟件設計人員需要研究的問題。

我們的目標曲線是非線性的，因此一般會采用“非線性最小二乘法”來解決這個問題，采用的優化方法是高斯牛頓法，即矩陣數學描述的方法。首先在線性曲線基礎上正常出第一版，然后測量色表得到Lab值，然后與指定的色彩目標特性文件Lab之間的色差聯系起來，一旦計算得出矩陣，曲線的參數就可以通過求解正態方程來確定，反復運算該過程，就可以使得兩者之間的色差最小化。一般來說，通過5次迭代循環計算，就可以完成優化過程，這一過程看似復雜，但通過軟件運算，大約一兩秒鐘就完成了。實際應用中，還會考慮到某些加權參數，以此來應對不同印刷方式的特點。

4.Optimal校準方法的樣本

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

的樣本是由用戶所決定的，而且推薦選擇實際印刷樣張用到的一些色彩色塊。當然，支持Optimal校準方法的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，樣本的選擇與校準結果和其評價方法有著直接的因果關系。比如目標是做PSO認證，那就應該選擇CMYK單通道階調作為樣本；如果是做G7認證，就應該選擇CMY三色灰和K色階調來作樣本；如果是數碼打樣校準，就應該選擇ECI 2002或IT8.7-4/5色表來作為樣本。

5.Optimal校準方法的過程

目前筆者所知的支持Optimal校準方法的工具只有官網推薦的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，輸入特定的參數或快捷鍵來完成運算過程。

整個校準過程一般分為以下4個步驟：

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

2）選擇測量數據：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命令行，也可以自動識別路徑。

3）選擇校準的樣本和方法：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；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，運行命令則是快捷鍵command＋R。

6.Optimal校準方法的應用場景PressCal軟件的功能類似于Curve4/Curve+，只是界面看起來會更加類似程序員版本或是原始開發版本。然而支持的校準方法更多，應用場景更廣，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，可以直接選用當前的測試色表來進行數據優化，這是Curve4軟件所不具備的。筆者認為，這才是Optimal真正可以發揮其優勢的地方。

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，了解相關命令，如樣本的選擇、曲線格式的輸出等，才能很好地應用，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），但遺憾的是輸出結果是保持Lab不變而只修改CMYK數值，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模擬后的數據，這給數據評估帶來了些許麻煩，期待后續的版本能完善這一功能。

Optimal 校準方法與其他方法的對比

1.與G7校準方法對比

理論上看，Optimal的校準結果會優于TVI和G7，但受限于其仍是曲線校準方法，結果并不會比Device-Link更好，屬于比上不足、比下有余的一種方式。

經過我們的實際測試，也驗證了這一結論，但不同于官方宣傳的是，Optimal校準結果與G7差異并不大。由圖4可知，經過Optimal校正后，顏色誤差比G7還要小。畢竟P2P25/51圖表的設計非常科學，采集了實際的灰平衡印刷數據，基于實際數據的校準，總不會比理論的數學優化方法差。

我們采用Optimal校準方法，對膠印的實際印刷數據進行曲線校準和VPR模擬，也可以通過G7認證，原因是我們采用了基于G7技術的GRACoL的ICC作為目標，因此這倒也并不奇怪。但驗證了Optimal方法是實際可行的，因此才被ISO 10128標準所接納。Optimal與G7校準的結果對比（膠版紙）如表1所示。

如果采用Fogra的ICC作為標準，其結果也大致符合PSO認證的標準，當然，PressCal軟件可以直接選擇ISO的TVI曲線作為校準的標準。至于對G7和TVI的支持及校準結果的對比，則是PressCal軟件和其計算方法評估的范疇了，不是本文所介紹的Optimal的重點所在。

2.與其他常用校準方法對比

Optimal優化方法是一種不錯的方法，獲得了ISO委員會的認可，其校準原理類似于Device-link，都是以獲得最小色差作為目標，不同的是采用Device-Link的四維循環運算，輸出結果卻依然是傳統曲線。以4條曲線能近似獲得循環計算迭代優化的結果，因此可以說，Optimal是一種介于曲線調整和Device-link之間的方法。ISO 10128不同校準方法的對比如表2所示。

Optimal應用的靈活性很高，可以基于任何樣本、任何目標來進行色彩校準，而不必局限于CMYK的階調或P2P的色表格式，也不必局限于類似Fogra或GRACoL等國際標準的ICC目標文件，這才是Optimal的最大優勢。

結語

就色彩校準方法的應用前景來說，TVI方法則最簡單易用，并且有Fogra組織的不斷開發和全力支持；G7方法有Idealliance（國際數字企業聯盟）的大力推廣并升級創新到G7+，也有眾多國際知名品牌買家的站隊背書，長盛不衰；Device-Link則在數字印刷領域已經普遍占據一席之地，很多軟件開發商也推出了成熟的色彩系統產品；而對于剛剛納入新版ISO 10128的Optimal校準方法，目前支持Optimal的工具只有PressCal這一腳本語言的開源軟件，其對于科研和技術開發人員來說是有益的，但對于印刷業的多數實操人員來說并不友好。

由于目前尚沒有明確的機構和廠商來做對標推廣，雖然Optimal技術本身有自己的優勢，但實際應用則只能依靠行業技術人員的主觀選擇，希望未來有機構能夠慧眼識珠，將其發揚光大，并盡快找到其對應的應用領域。