彩色噴墨打印機輸出控制的應用研究

李曉春 朱明

隨著數字噴墨打印技術的快速發展，當前彩色噴墨打印設備無論在打印質量還是在色彩再現能力上均有了很大提高。例如，許多噴墨打印設備為了提高顏色復制的保真度，除采用常規的青（C）、 品（M）、黃（Y）、黑（K）四基色通道外，還增加了額外的基色油墨如橙（O）綠（G）組合或R（紅）G（綠）B（藍）組合；為了豐富打印階調層次，許多打印機還在基色通道的基礎上增加相應的淺色通道，如增加淺青（Lc）、淺品（Lm）、淺黑（Lk）等淺色通道。在使用彩色噴墨打印機輸出時，打印驅動程序是輸出前的最后一道顏色控制手段，因此研究和掌握打印驅動程序中各項設置對打印效果的影響是十分必要的。本文以 EPSON Stylus r270 6通道青（C）、品（M）、黃（Y）、黑（K）、淺青（Lc）、淺品（Lm）彩色噴墨打印機為案例，評價分析了打印驅動程序中不同質量選項和打印介質對實際打印質量的影響，還測試分析了不同質量選項，打印介質以及不同色彩輸出模式所能再現的色域范圍。

不同質量選項對打印質量和再現色域的影響

大多數噴墨打印機在驅動程序中都提供多種打印質量選項以供用戶選擇，打印機工作在不同的質量選項下，其打印質量和打印速度都是不同的。EPSON Stylus Photo r270彩色噴墨打印機共有5個打印質量選項，依次為“經濟”“文本”“文本和圖像”“照片”和“優質照片”，其打印質量依次提高，打印速度依次降低。另外，不同打印介質類型與當前所選的打印質量選項也存在一定的對應關系。假如在打印介質類型中選擇“愛普生高質量光澤紙”，那么此時的5個質量選項將被劃分3個檔次。點擊打印驅動對話框的“高級”按鈕，在圖1所示的“高級設置”左側的列表框中，可以看到只有3個質量等級。其中，“經濟”選項為第三檔，而“文本”“文本和圖像”和“照片”則對應為第二檔“照片”，而“優質照片”選項則對應為第一檔“照片RPM”。

1.不同質量選項下圖像打印質量的檢測

①測試圖像：首先選取5幅測試圖像，如圖2所示。前3幅為景物圖像，其中“測試圖像-1”和“測試圖像-2”以中間調為主，“測試圖像-3”以暗調為主，這3幅圖像都是通過SONY ɑ6000微型單反相機拍攝真實場景獲得，色調豐富，顏色飽和度和分辨率較高。后兩幅測試圖像選自GATF Digital Test Form 4.1印刷圖像質量控制標準，其中測試圖像-4涉及不同民族的人物膚色，而測試圖像-5屬于標準亮調圖像。由于實驗所用的EPSON Stylus Photo r270打印機屬于RGB模式彩色打印機，因此所選輸入圖像的顏色模式為RGB模式。

②打印控制參數：本文使用PhotoShop CS4軟件打印測試圖像，在PhotoShop“打印”對話框的色彩管理設置組中，在“顏色處理”列表框中選擇“打印機管理顏色”選項，如圖3所示。這樣在打印時將使用打印驅動程序中的控制參數。

在打印機驅動程序中定義6種打印控制條件，分別對應3檔不同的質量選項（即“經濟”“照片”和“照片RPM”），且每檔質量選項分別勾選和不勾選“圖像增強技術”單選框（在設置圖像增強時僅勾選“相機校準”單選框，而不勾選“平滑肌膚”單選框）。圖像增強功能可通過勾選驅動程序“高級設置”中的“圖像增強技術”單選框來設置，如圖4。此設置最適合于打印由數字相機拍攝的圖像，它通過自動調整原始圖像的對比度，飽和度和亮度使圖像邊緣更清晰，色彩更逼真。“介質類型”選擇“愛普生高質量亞光紙”，而實際打印介質則使用“EPSON高級亞光照片紙（255g/m2 ）”。

③測試圖片打印：分別使用上述6種打印控制條件打印測試圖像，每幅測試圖像需打印6幅圖片作為一個測試組，一共可以得到5組打印測試圖片，每幅圖片對應一種打印控制條件。采用基于心理物理學實驗的配對比較法評價每組圖片的打印質量，將每組打印圖片兩兩配對并放置于暗室中的標準燈箱中（光源設置為D50），選擇15名觀察者（5名圖像相關專業人員，10名非專業人員）參加評價實驗。對每個測試組中的6幅打印圖片進行兩兩配對（6幅圖片共配對15對，需進行15次比較），每次比較后從兩幅圖片中選取打印質量較好的一幅（依據圖片清晰度、飽和度、階調范圍及總體色貌等），最后根據比較結果，對每組中的6幅圖片進行排序。

④打印質量評價：完成所有測試組的評價后，基于配對比較實驗的結果，計算每種打印控制條件下的圖像質量平均Z分數，及使用瑟斯頓配對判定定律制作的95%置信區間的等距量表，如圖5所示。從圖中可以看出：“照片RPM”選項的圖像質量Z分數比“照片”選項略高，而“經濟”選項的Z分數則明顯低于前兩者。通過觀察打印圖片可以發現，“照片RPM”選項的打印速度最慢，但顏色飽和度和對比度確實好于“照片”選項，而使用“經濟”選項打印出的圖片中存在明顯的打印條紋，且顏色飽和度和圖像清晰度也不高，打印質量較為粗糙。這主要是因為在“經濟”選項下，打印頭在打印區域上方掃描一次，紙張按照打印頭覆蓋高度前進，以達到較高的打印速度。打印機在這種模式下工作時，通過不打印每個記錄點的方式減少墨水用量。但打印區域不能為記錄點全部覆蓋，從而造成實地填充顏色缺乏飽和度。而“照片”和“照片RPM”則屬于較高打印質量的模式，打印機在該模式下對給定打印區域進行了更多次數的掃描，墨水有更長的時間為承印介質吸收，該模式下的打印速度最慢但打印質量最高。另外，無論選擇哪種質量選項，勾選和不勾選“圖像增強技術”所獲得的打印質量相似，打印圖像外貌并無太大分別。

為測試圖像增強設置中“平滑肌膚”選項的功能，在選定“照片”質量選項的前提下，分別選擇“有圖像增強”“有圖像增強（相機校準）”“有圖像增強（平滑肌膚）”3個選項對“測試圖像-4（人物膚色）”進行打印，并同樣采用上述方法對打印質量進行評價。根據評價結果所計算的圖像質量Z分數如圖6所示：“圖像增強（相機校準）”條件下的打印質量最差，而“圖像增強（平滑肌膚）”條件下的打印質量最高。仔細觀察實際打印效果會發現，如果選擇了“圖像增強（相機校準）”而不選“平滑肌膚”選項，那么在臉部皮膚部位就會出現明顯的“斑塊”，這應該是圖像增強產生的效果，十分影響美觀，如圖6所示，若勾選“平滑肌膚”選項，則該部位的打印質量會明顯改善。

2.不同質量選項下打印色域的檢測

上節測試并驗證了不同質量選項的圖像打印質量，本節則從顏色再現的角度來研究和測試不同質量選項所產生的打印色域大小。色域檢測的第一步就是制作測試色靶。

①測試色靶制作：正如之前所述，由于EPSON Stylus Photo r270打印機可以直接接收RGB模式圖像，打印時由打印驅動程序負責將圖像從RGB顏色空間轉換為輸出圖像顏色所需的色料量控制值。因此在檢測打印機色域時，可以環繞RGB顏色空間的邊界制作測試色靶，分別在RGB顏色立方體的6個面（即“黑藍綠青”“黃綠青白”“紅黃白品”“黑藍品紅”“黑紅綠黃”和“白青品藍”）內設計色域邊界采樣點，這樣既能確保所有采樣點都位于打印色域邊界，又可以排除掉色域內部無意義的采樣點，從而減輕測量工作量。例如，在RGB色立體的“黑藍綠青”平面內設計采樣點時，固定R通道值為0，G和B通道的采樣點取為（0、10、30、50、75、105、135、160、190、225、255），此時該平面內的采樣點總數為11×11，即122個。按照這種方式，依次在RGB色立體的每個平面內設計采樣色標，并保存為RGB模式的色標圖像，共可得到6幅色標圖像，如圖7所示。

②測試色靶打印：測試色靶的打印設置和所用介質與上節類似，分別使用“經濟”“照片”和“照片RPM”3種質量選項打印上步制作的6幅色域邊界采樣圖像。打印時不使用圖像增強功能（即不勾選“圖像增強技術”單選框）。

③色域邊界描述：使用XRite公司的分光光度計“i1 pro”配合“Measure Tool”軟件作為測色工具，測量各質量選項所對應的打印色標的CIELab色度值（測量條件為2°視場和D50光源）。測量得到的各質量選項的打印色標色度值用于描述該打印質量選項所對應的色域范圍（色域邊界描述算法：“SMGBD” ，分區數量為10，色域繪制軟件：“ICC 3D”）。為方便不同色域的比較，圖8從CIELab顏色空間的3個視角分別顯示了各質量選項所能再現的色域范圍。經過仔細比較可以發現：不同質量選項所能再現的色域范圍大體相似，但在綠色區域，高質量選項“照片RPM”模式所能再現的色域范圍要明顯大于低質量選項的“經濟”模式。使用高質量選項可以打印出亮度和飽和度更高的綠色，而這些顏色在低質量選項下是很難再現。這也是使用高質量選項打印“草地”和“樹木”等以綠色調為主的圖像時（如測試圖像-2）能夠輸出很高的顏色飽和度的原因。

不同打印介質對打印質量和再現色域的影響

為檢測不同類型打印介質對實際打印質量和再現色域的影響，本文選擇了目前使用廣泛的兩種彩色噴墨打印介質“EPSON光澤照片紙（定量為200g/m2）”和非EPSON品牌的普通光澤照片紙（定量為230g/m2），針對圖像的打印質量和再現色域兩方面性能，對其進行了測試和對比。

1.不同打印介質對圖像打印質量的影響

分別使用上述兩種打印介質對5幅測試圖像進行打印，每幅圖像分別使用“照片RPM”和“照片”兩檔選項進行打印，所有圖片在打印時均不勾選打印驅動程序中的“圖像增強技術”單選框，“介質類型”列表框設置為“愛普生高質量光澤紙”。因此，對應每幅測試圖像共得到4幅打印圖片作為一個測試組，分別命名為“照片RPM_EPSON介質”“照片_EPSON介質”“照片_普通”和“照片RPM_普通”。與上述實驗類似，在本節中，同樣使用配對比較實驗來評價所有測試組中圖片的打印質量，計算得到的圖像質量Z分數如圖9所示。從圖中的Z分數分布狀況可以看出，在相同質量選項的前提下，EPSON光澤照片紙所獲得的打印質量要明顯好于普通光澤照片紙，尤其是在圖像飽和度和細節層次方面。這也說明了使用EPSON打印機配合EPSON專用介質才能獲得更好的打印質量。

2.不同打印介質下打印色域的檢測

可使用2.2節的方法檢測上述兩種打印介質及EPSON高級亞光照片紙所能再現的色域范圍，3種打印介質的色域對比如圖10所示。在打印檢測色標時，“質量”選項設置為“照片”模式，其他打印參數為默認。且當使用“EPSON光澤照片紙（200g/m2）”和普通光澤照片紙（230g/m2）時，“介質類型”列表框設置為“愛普生高質量光澤紙”，當使用“EPSON高級亞光照片紙（255g/m2）”時，“介質類型”列表框設置為“愛普生高質量亞光紙”。從圖10可以看出，無論從哪個視角觀察，EPSON光澤照片紙和普通光澤照片紙所能再現的色域范圍都十分相似。雖然前者在打印質量上明顯優于后者，但兩者在色域再現方面卻相差不大。這也說明在相同打印參數設置的情況下，不同打印介質對實際打印質量的影響和對打印色域的影響是無關的。另外，EPSON高級亞光照片紙的色域再現能力要明顯強于前兩種介質，尤其在高亮度的黃綠色區域，如圖10。總體而言，只有Epson打印設備配合 Epson專用介質所才能獲得最佳的打印質量和再現色域。

不同色彩輸出模式的色域檢測

在打印驅動程序的“色彩管理”設置組中，除了使用圖像增強技術進行打印外，還可以控制打印圖像的顏色輸出效果。在圖1所示的驅動程序高級設置中，如果勾選“色彩控制”單選框，就可以對打印顏色進行設置。其中，“Gamma”值列表框用于控制打印圖像的對比度，默認值是“1.8”。幾乎所有型號的EPSON噴墨打印機都提供有3種不同的色彩輸出模式，分別是“愛普生鮮明”“愛普生標準”和“Adobe RGB”，這3個選項都位于打印驅動程序的“色彩模式”列表框中。當設定質量選項為“照片”時，使用這3種色彩輸出模式打印色標圖像，按照之前的方法即可檢測出不同色彩模式所能再現的打印色域范圍（打印介質的設置和實際使用的介質都與之前相同），如圖11所示。從整體上看，在特定打印質量的條件下使用同一打印介質，這3種色彩模式所能再現色域范圍大體相似，但在不同的顏色區域也存在一些差別。可以看出，在綠色區域，“Adobe RGB”模式所能再現的色域范圍大于“愛普生標準”和“愛普生鮮明”，相比后兩者，“Adobe RGB”能夠打印出更多的高飽和度綠色，這與Adobe RGB色彩空間標準的色域特點相對應。而在紅藍色區域，“Adobe RGB”則不如“愛普生標準”和“愛普生鮮明”兩種模式。從“測試圖像-2”的打印結果中也可以明顯發現，使用“Adobe RGB”模式可以打印出飽和度更高的“綠色草地”。因此，在今后應用中可以根據打印圖像的實際色調特點選擇合適的色彩輸出模式，這樣才能獲得期望的打印效果。

結論

本文以EPSON Stylus r270噴墨打印機為例，研究分析了其打印驅動程序中各項參數設置的功能和應用。評價分析了打印驅動程序中不同質量選項，圖像增強設置及不同打印介質對實際打印質量的影響。通過一系列色域檢測實驗發現：高質量選項所能再現的打印色域范圍在綠色區域明顯大于低質量選項，高質量選項能夠打印出亮度和飽和度更高的綠色，而這些顏色在低質量選項條件下是很難再現的。通過實驗還發現了：在打印參數相同的情況下，不同打印介質所能獲得的打印質量和色域都是不同的，且不同打印介質對實際打印質量的影響和對再現色域的影響是無關的。總體而言，只有Epson打印設備配合Epson專用介質才能獲得最佳的打印質量和再現色域。另外，不同色彩輸出模式所能再現的色域范圍也是不同的，“Adobe RGB”模式在綠色區域的顏色再現能力要強于“愛普生標準”和“愛普生鮮明”模式，而后兩種模式在紅藍區域的再現效果更好。因此，在今后應用中可以根據打印圖像的色調特征合理選擇色彩模式，以求獲得期望的打印效果。

噴墨打印設備的驅動程序一般由設備廠商提供，設備打印功能越復雜，其驅動程序中的參數設置就越多。對于當前大多數噴墨打印設備來說，無論其驅動程序復雜與否，其打印功能和參數設置都大體類似。因此，在針對特定需求的打印應用時，可以通過本文的實驗方法來確定目標應用的最佳打印參數設置，以期更好地滿足各類打印需求和應用。

作者單位：河南工程學院