噴墨打印機如何再現色彩

2019-10-28 19:05:32

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彩色噴墨打印機的作用是將計算機產生的彩色圖像或來自掃描儀的彩色圖像高質量地打印出來…… 從計算機到紙面
彩色噴墨打印機的作用是將計算機產生的彩色圖像或來自掃描儀的彩色圖像高質量地打印出來。在計算機里，圖像上每一個點的色彩都需要用一個24位的RGB(紅/綠/藍)信息存儲起來，其中8位表示紅色，8位表示綠色，8位表示藍色。屏幕上的RGB顏色并不能直接打印出來，這是因為發光設備(例如計算機顯示器)是通過一個使用紅、綠、藍三原色的加色過程產生色彩的，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，進而產生各種不同的顏色，例如，沒有光就產生黑屏，所有波長迭加在一起就產生白色。與此相反，反射設備(例如一張紙)通過減色過程產生色彩，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紅色。
計算機用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模式轉換到CMY模式。此外，噴墨打印機上的每一個噴嘴都是二進位的，這也就是說，它只能夠被打開或關閉。所以，除了從RGB模式到CMY模式的圖像轉換以外，圖像信息還必須進一步轉換成送到打印頭的一系列開/關命令，其中包括青色開/關命令、品紅色開/關命令和黃色開/關命令。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(例如LexmarkZ31)來說，還必須把一系列的黑色開/關的命令傳送給打印機。當在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。
軟件驅動程序通過"色彩轉換"和"半色調轉換"兩個步驟把計算機圖象從24位RGB表示轉換成單色和彩色打印頭所使用的4位CMYK命令。
色彩轉換過程
把RGB表示轉換成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，它指定了每一種顏色平面打印所需墨水的相對數量。然而，產生轉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該產生藍色，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。色彩轉換中的另一個重要問題是僅使用三種CMY顏色產生黑色，從理論上講，混合青色、品紅和黃色應該能夠得到純凈的黑色，這被稱作"加工黑色"。

半色調過程
色彩轉換過程
確定了需要打印的點數，半色調過程確定了在紙張的什么位置打印。下面，讓我們現在來看看半色調過程，打印機通過這一過程，僅使用三種顏色的墨水就在紙張上產生了數百萬種顏色。
傳統的單色半色調
單色二進位打印機(例如單色噴墨打印機或激光打印機)的點只能是開或關兩種狀態，不能打印一個點的一部分，或降低點的強度。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，軟件驅動程序必須使用一種叫做半色調的技術。這種技術與印照片所用的技術是相同，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，自動地用這些點構成具有整體感、層次感的現實圖像。
為了打印半色調，軟件驅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，這就能夠產生所要的圖像，單元中像素的數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。
正如單色半色調能夠僅用黑色墨水再現具有幾種不同深淺的圖象一樣，彩色半色調能夠僅用三種顏色的墨水再現豐富的色彩。彩色半色調與單色半色調類似，但彩色半色調不是用單一黑點模式創建的，而是用三個不同的層或顏色平面創建的：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，就可以再現幾乎無限的色彩。彩色半色調與彩色膠印所使用的色彩分離過程有些類似。

彩色半色調需要很復雜的軟件算法，對圖形質量影響極大，因此，不同品牌的彩色噴墨打印機打印質量有很大差別。
半色調技術
半色調把頁面分成了四個彩色平面，接下來的問題是，如果在處理半色調過程中不仔細的話，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，軟件驅動程序必須盡可能地"隨機化"各顏色平面中的點的模式?，F在有兩種半色調處理技術：規則抖動和圖像擴散。大多數彩色噴墨打印機制造廠商選擇圖像擴散技術作為首選半色調方法，因為這種技術能夠產生更均一的模式。為了幫助您更好地理解圖像擴散技術，下面，我們先討論規則抖動技術，為方便理解起見，讓我們考察一下單色打印機的規則抖動，同樣的原理也適合于彩色打印機的四個彩色平面。
噴墨打印機中的規則抖動技術
在規則抖動技術中，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生圖像。一個單元中的像素數(點)決定了單色打印機所能再現的灰度級數。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"相應單元位置的值進行比較：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，相應的單元位置就要打印。在彩色打印機中，規則抖動過程被分別應用于每一個顏色平面，一個單元中的像素數決定了能夠打印的深淺顏色數量。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。
用圖像擴散技術提高打印效果
規則抖動容易產生有結構的單元模式，人眼能夠辨識出來，這就是為什么大多數彩色噴墨打印機制造廠商使用圖象擴散方法的原因。圖像擴散技術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"擴散"到鄰近像素(這個過程在驅動器屏幕上稱作"AirBrush"過程)。如果誤差是負的(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，彩色噴墨打印機成功的再現了接近于無限的絢麗圖案。

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