點矩陣全像片與噴墨印刷整合之色域表現研究
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(2) 中文摘要. 點矩陣全像片之影像在不同的角度觀察，可以看到不同的光影變化效果，還 能增加產品的防偽功能。為了在證實點矩陣全像結合噴墨印刷科技的確可以增加 產品的視覺效果，本研究結合噴墨印刷與點矩陣全像片的動態效果，並且找出點 矩陣全像片結合噴墨印刷所能表現的顏色色域。實驗方式以噴墨印刷標準色塊與 點矩陣全像片色塊模擬全像片與噴墨印刷色域的範圍，在色彩空間(CIE-xy)中比 較其差異。實驗結果發現結合兩者的優點確實可以增強印刷品的視覺效果及擴張 色域表現，並且找出點矩陣全像與印刷整合的對位不準解決方法，可以利用直線 偵測的技術配合良好的打光角度，檢測整合時對位不準的情況。本研究也實作出 台灣代表性建築的煙火表現，以全像術呈現煙火綻放與建築物的變圖光影變化， 實現複雜影像中點矩陣全像與噴墨印刷的整合效果。. 關鍵字 ：點矩陣全像、印刷科技、色域表現. i.
(3) Abstract. Dot matrix hologram can display different images at varied viewing angles and it possesses wider color gamut than printed image. In order to demonstrate animation effect in printed image, the integration of hologram and printed image is carried out. We use standard color chart by inject print and holographic color chart to simulate their color gamut, and compare both of them in CIE-xy color space to characterize their performance. The experimental results can verify that our method can display attractive visual effect. To illustrate the result from this research, an animated firework around a renowned building is designed to display dynamic effect from this complex printed image.. Keywords： Dot matrix hologram, printing technology, color gamut. ii.
(4) 目錄. 中文摘要.........................................................................................................................i Abstract ..........................................................................................................................ii 目錄.............................................................................................................................. iii 圖目錄............................................................................................................................v 表目錄..........................................................................................................................vii 第一章 緒論..................................................................................................................1 第一節 研究背景與動機......................................................................................1 第二節 研究目的..................................................................................................3 第三節 研究問題..................................................................................................3 第四節 名詞解釋..................................................................................................3 第二章 文獻探討..........................................................................................................5 第一節 全像術的發展與原理..............................................................................5 第二節 點矩陣全像技術......................................................................................8 第三節 色域演算基本原理................................................................................13 第四節 色域的組成與相關研究........................................................................16 第五節 色差計算方式........................................................................................19 第六節 全像與印刷相關研究............................................................................21 第七節 全像術與印刷整合原理........................................................................22 第三章 研究方法........................................................................................................24 第一節 研究流程................................................................................................24 第二節 研究設備與工具....................................................................................25 第三節 色塊的拍攝與校正................................................................................26 第四節 煙火動畫與印刷底紋的設計................................................................33 iii.
(5) 第五節 直線對位偵測........................................................................................35 第六節 小結........................................................................................................38 第四章 實驗結果與討論............................................................................................39 第一節 點矩陣全像與噴墨印刷色域................................................................39 第二節 點矩陣全像與噴墨印刷整合與色域比較............................................47 第三節 煙火動畫的模擬效果............................................................................52 第四節 小結........................................................................................................54 第五章 結論與建議....................................................................................................55 第一節 研究結論................................................................................................55 第二節 研究建議................................................................................................56 參考文獻......................................................................................................................58. iv.
(6) 圖目錄. 圖1-1、2007國際全像圖製造商聯會全像技術大獎冠軍 ......................................2 圖2-1、穿透式全像片紀錄示意圖 ..........................................................................6 圖2-2、以參考光重建示意圖(虛像) .......................................................................7 圖2-3、以物體光的共軛光重建示意圖(實像)........................................................7 圖2-4、點矩陣全像成像示意圖 ..............................................................................9 圖2-5、全像片光柵結構入射光繞射示意圖 ........................................................10 圖2-6、光柵點構造示意圖 ....................................................................................10 圖2-7、光學顯微鏡下拍攝點矩陣全像光阻片的光柵點 ....................................11 圖2-8、灰階與光柵角度示意圖 ............................................................................12 圖2-9、(a)為原始影像，(b)計算後繪製的色域表現 ...........................................18 圖2-10、不同內插法計算出來的色域範圍 ..........................................................19 圖2-11、工業上的立體印刷技術 ..........................................................................22 圖3-1、實驗流程圖 ................................................................................................24 圖3-2、Jeti 1201物體反射率測量儀(非接觸式) ...................................................25 圖3-3、Jeti 4001物體反射率測量儀(接觸式) .......................................................25 圖3-4、色彩導表ColorCheckerSG.........................................................................26 圖3-5、印刷色域繪製流程圖 ................................................................................27 圖3-6 鹵素燈光下拍攝的灰卡 ..............................................................................28 圖3-7、(a)計算鹵素光下的色塊顏色 (b)鹵素光下拍攝的ColorChecker...........29 圖3-8、鹵素燈光下色彩導表Digital ColorCheckerSG.........................................31 圖3-9、全像片色塊灰階圖(華錦光電科技提供) .................................................32 圖3-10、全像片色塊彩圖(華錦光電科技提供) ...................................................32 圖3-11、全像煙火灰階圖(a)與彩圖 (b)設計 .......................................................33 v.
(7) 圖3-12、點矩陣全像片拼貼建築物效果 ..............................................................34 圖3-13、台灣代表性建築煙火設計 ......................................................................34 圖3-14、不同打光角度觀察到的點矩陣全像影像 ..............................................35 圖3-15、霍式轉換示意圖 (a)為影像空間，(b)為參數空間 ...............................36 圖3-16、(a)鹵素光下拍攝設的點矩陣全像片(b)將全像片做邊緣偵測結果 .....37 圖3-17、(a)霍式轉換，紅色圈圈為最有可能是直線位置(b)以計算出來的斜 率和截距做直線安裝(c)繪出全像片邊界上的直線(d)圖c直線的交點 位置..............................................................................................................38 圖4-1、ColorChecker色塊位置..............................................................................39 圖4-2、(a)為相機拍攝到的影像 (b)為經由係數矩陣轉換後的顏色 .................43 圖4-3、Jeti 4001測量噴墨印刷ColorCheckerSG ..................................................44 圖4-4、以Jeti 4001測量到的ColorCheckerSG值轉換成RGB呈現......................45 圖4-5、ColorCheckerSG色域空間.........................................................................46 圖4-6、點矩陣全像與噴墨印刷的色域比較 ........................................................47 圖4-7、噴墨印刷與點矩陣全像疊合 ....................................................................48 圖4-8、全像片與印刷整合(黑色線條)與噴墨印刷色域範圍(灰色線條)...........51 於Lab空間中的色域比較 ...............................................................................51 圖4-9、全像片與印刷整合(黑色線條)與噴墨印刷色域範圍(灰色線條)...........51 於xy空間中的色域比較..................................................................................51 圖4-10、煙火效果預覽圖 ......................................................................................53 圖4-11、煙火動態效果圖 ......................................................................................54. vi.
(8) 表目錄. 表4-1、ColorChecker色彩校正結果......................................................................40 表4-2、Jeti 4001測量ColorCheckerSG結果 ..........................................................44 表4-3、ColorCheckerSG噴墨印刷後與電子檔的色差.........................................45 表4-4、點矩陣全像片不同顏色對應的波長與光柵寬度 ....................................48 表4-5、點矩陣全像結合噴墨印刷的物體反射率 ................................................49 表4-6、點矩陣全像與印刷整合色域比較 ............................................................52. vii.
(9) 第一章 緒論. 第一節 研究背景與動機 近年來資訊與數位科技蓬勃的發展，人們每天都會接觸到不同的訊息，其 中最容易傳達訊息的方式就是圖像與文字，利用不同的媒體可以表達設計者想傳 達給閱聽人的訊息，由於科技與知識的進步，使許多數位內容與影像顯示科技結 合的產業一日千里，例如：顯示器、高解析度的掃瞄器、印表機、影印機等等。 雖然影像顯示的技術提升，卻使非法的複製變的非常容易，故需要一種能傳遞影 像，而且能夠保護原著作人的權益的影像顯示方式，所以影像防偽的科技成為影 像傳播中非常重要的研究方向。. 另以印刷科技為例，所應用的防偽技術有很多，例如微小字、光學變色油墨、 UV 印刷、凹版印刷、浮水印等等，世界各國的有價證卷與證照都有應用的範例， 這些印刷方式所用的防偽機制中，最熱門的莫過於全像科技，因為人們交易時觀 察鈔卷的時間並不長，全像片的光影表現可以讓人第一眼就辨認出真偽，而且全 像片不容易複製，所以只要印刷品加上全像的技術就可以迅速以人眼判別有價證 券的真偽，目前已經有許多國家的護照與駕照也有全像技術應用的例子。. 全像術的技術已經越來越受到重視，如台灣新版的千元鈔票與銀行的信用卡 上都加上了全像術的防偽技術，因為其光影變化非常醒目，故國際刑警組織也建 議各國使用 OVD(Optical Variable Device)以防止偽造，近年，許多國家鈔卷改版 後都加入了全像片作為防偽功能。全像可以在不同角度呈現不同的色彩變化，所 以很多印刷業者與包裝業者也會在印刷品上加上全像科技來增加產品的吸引力。. 1.
(10) 而香港在 2007 年為了紀念移交中國十週年，推出了一套紀念郵票名為“幻彩 詠香江”(如圖 1-1 所示)，在郵票中設計出煙火炸開時流動的感覺於印刷品之上， 並結合 1997 與 2007 作出變圖的效果，象徵香港回歸十週年的紀念，此郵票之設 計並獲得 2007 年全像技術大獎“推廣及展示”組冠軍。本研究預期利用點矩陣全 像的變圖效果，在印刷品上模擬出台灣著名建築煙火放射時的動態感，以全像術 與印刷整合方式，可以在一般的視角看到印刷的圖案，當觀察者再不同角度觀察 時，還可以看到具有不同色彩的煙火變換全像，增加視覺的美感與防偽的特性， 成為具有台灣意像的全像藝術設計作品，並提供國內印刷產業的創新產品思維。. 圖 1-1 2007 國際全像圖製造商聯會全像技術大獎冠軍 -香港特別行政區成立十周年郵票動態效果. 2.
(11) 第二節 研究目的 為了瞭解點矩陣全像與噴墨印刷整合之後是否可以帶給人們新的視覺體 驗，本研究主要目標是找出噴墨印刷與點矩陣全像兩者之間的色彩表現，藉由數 位檔的不同設計方式，使得印刷品也能達到有光影變換的效果。 基於上述的原因，提出三點的研究目的： 1. 設計噴墨印刷與點矩陣全像片的基本色塊，找出點矩陣全像片能表現而噴墨 印刷品無法表現之區域。 2. 針對印刷品結合點矩陣全像片不同角度產生的顏色做探討，探討點矩陣全像 片、噴墨印刷與兩者結合後之色域範圍。 3. 找出點矩陣全像產品與噴墨印刷整合時因為加工所造成的偏移距離。. 希望未來能設計出兼具美觀、防偽功能與代表台灣意像的全像影像與印刷圖 像整合方式，藉由此設計理念可以帶給傳統印刷界具有故事與內容的創意加值應 用。. 第三節 研究問題 基於以上的研究目的本研究提出以下三點問題 1. 如何設計具有點矩陣全像與噴墨印刷整合的產品? 2. 點矩陣全像與噴墨印刷整合後與色域之間的對應關係? 3. 點矩陣全像與噴墨印刷之整合應用的對位問題如何偵測?. 第四節 名詞解釋 1.點矩陣全像(dot matrix hologram) 點矩陣全像片是利用光柵點間距、光柵點大小與光柵角度所形成的全像影 像，經由電鑄母版後形成的印版(鎳版)，經滾壓裁切後之金屬薄膜，可用來製造 3.
(12) 多角度的光影變換效果的雷射防偽標誌。. 2.印刷科技(printing technology) 可分為平板、凹版、凸板、網板與數位印刷，傳統的平板印刷方式是利用 CMYK 四色油墨經過不同的過網處理技術將半色調網點構成彩色的影像，不同 的印刷技術可以呈現不同的印刷效果，而紙張也是影響印刷品質的重要關鍵。. 3.色域表現(color gamut) 不同的顯示設備可以呈現的色彩範圍不同，而在色彩空間中繪製出顯示設備 所能呈現的最大色彩範圍，則稱為該顯示裝置的色域表現範圍。. 4.
(13) 第二章 文獻探討. 第一節 全像術的發展與原理 全像術(Holography)的起源是從 1948 年英國的一位科學家 Dennis Gabor 所 提出的波前重建術(wave front reconstruction ) 而開始的[1]，是一種運用光波記錄 物光相位（Phase）與振幅（Amplitude）的方法，全像術是一項攝取一物體三度 空間影像的新技術，它不僅利用了自物體直接產生的光（如同一般的照像機）， 同時也在底片上記錄下另一組光波的相位與振福，這另一組光波常被稱為參考光 束（Reference beam） 。兩種光束互相干涉，於是在底片上產生了干涉圖樣，當把 一束雷射光照在干涉底片上時會因相位差而產生許多黑白小點，原物的三度空間 影像便產生了，這底片就好像是一扇窗子，而物像就如同我們從窗內看窗外的景 像一般，具有遠近立體的感覺；因為不用透鏡，所以也不會受到攝影的焦距限制 [2]。Dennis Gabor 有三篇重要的論文，是描述他立體照像術的構想的，分別刊於 1948 年五月的自然雜誌（Nature）；1949 年及 1951 年六月的 Proceedings of the Royal Society，Dennis Gabor 他也因為全像術的發明獲得了 1971 年諾貝爾的物理 獎。因為全像術需要同調性一致的光源以產生最好的效果，所以在 1960 年雷射 被發明後，全像術的理論與實務才開始有了迅速的發展。. Denisyuk 在 1962 年提出將物光與參考光分別從感光材料上，不同方向入射 的架構[3]，利用此架構所拍攝之全像片，稱為反射式全像片。因為其利用感光 材料折射率的改變來記錄干涉的資訊，對於重建光波長及入射角度都有較高的選 擇性，因此可利用白光來重建全像影像，也使得整個全像的發展漸趨完整。. 全像的基本原理是將物體光與參考光，藉由光的干涉(interference)特性將振 幅及相位資訊以感光性材料記錄下來，而改變參考光的位置又可區分為穿透式全 5.
(14) 像片(transmission hologram)和反射式全像片(reflection hologram)兩類，圖 2-1 為 穿透式全像片全像紀錄的示意圖[4]，雷射光射出後，先經分光鏡分為物光及參 考光兩束光。物體光經反射鏡及透鏡後，照射在物體上，在反射至感光材料。參 考光則經反射鏡後，化為平行光束，透過光學偏振器以適當角度照射在感光材料 上。物光與參考光在感光材料上產生干涉，記錄下物體的全部光學資料。然後以 原參考光重建後，便可以顯示出原物在不同角度可以觀察到的立體影像，重建影 像為本來物體光的共軛光(與物體光在同一軸線但方向相反)會在原處匯聚成實 像(如圖 2-3 所示)；由於觀察者是在形成實像的後方來觀察，所看到的像為虛像 (pseudoscopic image)(如圖 2-2 所示)，其遠近感與物體相反的顛倒影像。. 圖 2-1 穿透式全像片紀錄示意圖[4]. 6.
(15) 圖 2-2 以參考光重建示意圖(虛像)[5]. 圖 2-3 以物體光的共軛光重建示意圖(實像)[5] 7.
(16) 後來隨著全像科技蓬勃發展，大致可分為同軸全像術（In-line Holography）、反 射式全像術（Volume-Reflection holography） 、離軸全像術（Off-axis holography）、 彩虹全像術（Rainbow holography）和壓印式全像片（Hologram embossing）[6]， 其中壓印式全像片為現今數位點矩陣全像片製作的方式。現今全像術應用的範圍 除了影藏影像資訊、大容量資訊儲存、圖像防偽等領域外，許多國外的藝術家也 將全像的立體表現運用在生活週遭的產品中，也就是在 2D 平面上表現 3D 的立 體效果。. 第二節 點矩陣全像技術 點矩陣全像的發明始於1980年期間，由Frank S. Davis所提出，全像片影像的 產生是透過許多具有光柵的小點顯影於底片或光阻上。點矩陣全像機是利用二個 雷射光干涉所紀錄產生的小點，稱「光柵點」，透過改變相交雷射光的角度和方 位可以改變干涉圖形顏色與干涉光發出方向，也就是說每個點實際上由不同間距 及方向的干涉條紋所組成[7]，其與光柵透鏡的原理類似，在單一光源及特定的 觀察角度下，利用干涉條紋的不同角度及間距將單色光繞射至不同方向，而形成 彩虹般的光影效果，其成像方式如圖2-4所示。. 8.
(17) 圖 2-4 點矩陣全像成像示意圖 圖2-5為全像片光柵結構上光源實際繞射的情形和偏折角度α，可由入射光的 波長和光柵的間距作計算，如公式(2-1)[8]。在應用上是透過點的大小、形狀與 角度的改變來應用於防偽科技上。點矩陣全像具有可有像控制色彩的能力，也就 是對於每一光柵像素的間距可有效控制，設計出在特定角度看到固定顏色的影 像。. 9.
(18) 圖 2-5 全像片光柵結構入射光繞射示意圖. d * sin(α) = n * λ,. (2-1). （d：光柵間距 α：偏折角度 n：整數 λ：入射光的波長）. 點矩陣全像片的設計主要是藉由控制光柵間距(grating pitch)、光柵角度 (grating angle) 及光柵點尺寸(spot size)來完成全像片的製作，光柵點的結構簡圖 如圖2-6所示。. 圖 2-6 光柵點構造示意圖 10.
(19) 其主要的功能分別為：. 1. 光柵間距(grating pitch)：不同的光柵間距可以使相同條件入射的混色光，將其 各單色光成分繞射至不同方向，用以控制色彩的變化（圖2-7(a)）。. 2. 光柵角度(grating orientations)：不同的光柵角度可以使相同方向的入射光繞射 至不同的方向，用以控制全像片觀看的角度（圖2-7(b)）。. 3. 光柵點尺寸(spot size)：為實際輸出的解析度，且能使光柵點繞射出不同的亮 度（圖2-7(c)）。. 圖 2-7 光學顯微鏡下拍攝點矩陣全像光阻片的光柵點. 目前點矩陣全像片在製作的過程中主要由兩個檔案所組成，一個檔案是用來 控制全像片色彩表現的索引色(indexed color)圖檔，目前在顏色的使用上是將彩 色圖案純色化為紅(red)、綠(green)、藍(blue)、青(cyan)、洋紅(magenta)、黃 (yellow)、黑(black)七種顏色組成一張影像，其中黑色代表不顯示顏色，若是影 11.
(20) 像索引檔中含有白色則無法確定打出來的顏色，因為機器會打出隨機的顏色，所 以白色不列入顏色設計的範圍。另外一個檔案是可用來控制全像片觀察角度的灰 階(grayscale)圖檔，而在灰階檔案的設定上使用 0~255 之間，相當於人眼-90~90 度，如圖 2-8 所示，以灰階值 255(白色)為例，代入轉換公式 2-2，計算出的光柵 角度為 90 度；灰階值設定的越大就表示實際輸出的全像片觀看的角度也就跟著 越大。. 光柵角度=(灰階值/255)*180-90. (單位：度). 圖 2-8 灰階與光柵角度示意圖. 12. (2-2).
(21) 第三節 色域演算基本原理 輸出裝置所能表現的色彩範圍則稱為其色域，不同的顯示裝置會有不同的 色域體系，如螢幕的色域範圍為 RGB 色域，而印表機的色域範圍為 CMYK 色域， 且在國際照明委員會(CIE)的標準色彩空間中，螢幕的色域範圍大於印刷品所能 表現的色域。表現色域範圍最佳的方式就是在 CIE 標準色度空間中找出顯示裝 置能表現最廣的色彩範圍，如 CIE-Lab、CIE-xy、CIE-Luv 等。. 當物體為反射物體(可見光無法穿透物體)時，物體色的色刺激 φ (λ ) 可以寫成. φ (λ ) = R(λ ) • P(λ ) ;當物體為透射物體時，則可寫成 φ (λ ) = T (λ ) • P(λ ) [9]。其中 P(λ ) 代表照射光的頻譜分布， R(λ ) 為反射物體的頻譜反射率; T (λ ) 為透射物體 的頻譜穿透率。例如，反射物體的三刺激值 X、Y、Z 可以表示如公式(2-3)：. X = k ∫ R ( λ ) • P ( λ ) • x ( λ ) dλ vis. Y = k ∫ R ( λ ) • P ( λ ) • y ( λ ) dλ. (2-3). vis. Z = k ∫ R (λ ) • P(λ ) • z (λ )dλ vis. 這裡，常數 k 為. k=. 100. ∫ P(λ ) • y(λ )dλ. vis. 常數 k 是當 Y 在完全擴散反射面( R(λ ) =1)時，為了要使 Y=100 所選定的常 數。. 13.
(22) 這樣求得的三刺激值 XYZ，如考慮其向量的組成，再幾何學上的表示需要使用 三次元空間，我們把這種空間稱為色彩空間(color space)。但是三次元色彩空間 的表示有不便之處，因此，根據以下公式求出 XYZ 色彩空間中的單位平面. X+Y+Z=1 和色相量(X,Y,Z)的交點(x, y)以此種方式表示在二次元的平面上。. X X +Y + Z Y y= X +Y + Z. x=. (2-4). 利用此方程式所決定的(x, y)稱色度座標(chromaticity coordinates)，在平面上表示 的色度座標圖稱為色度圖(chromaticity diagram). 利用量測出的光譜值，並計算. x,y 座標就可以找出設備的色彩表現範圍。. 均等色彩空間在實用上也非常重要，到目前為止已經有許多方式提出。CIE 提出以下方式的 Lab 色彩空間。. ⎛Y L = 116 f ⎜⎜ ⎝ Yn. ⎞ ⎟⎟ ⎠. 1. 3. − 16. 1 1 ⎧ ⎛ ⎛ Y ⎞ 3 ⎫⎪ X ⎞ 3 ⎪ ⎟⎟ − f ⎜⎜ ⎟⎟ ⎬ a = 500⎨ f ⎜⎜ X n ⎝ ⎠ ⎝ Yn ⎠ ⎪⎭ ⎪⎩ 1 ⎧ ⎛ ⎞ 13 ⎛ Z ⎞ 3 ⎫⎪ ⎪ Y b = 200⎨ f ⎜⎜ ⎟⎟ − f ⎜⎜ ⎟⎟ ⎬ ⎝ Z n ⎠ ⎪⎭ ⎪⎩ ⎝ Yn ⎠. (2-5). 這裡 X、Y、Z 是完全反射面的三刺激值，以 Y 的最高值為 100 正規化，L 表示明度，a、b 分別表示紅-綠、黃-藍不同的彩度組合值。. 14.
(23) 對於 CIE Lab 色彩空間中可是用來計算的 X、Y、Z 值範圍是有限制的，但是 還是有些存在較暗的顏色無法被計算出來，因此必須在對這些顏色做公式上的修 正，修正函數就是公式 2-5 中的 f 函數。 ⎛ X 例如以 f ⎜⎜ ⎝ Xn. ⎞ ⎟⎟ 來說，表示成 2-6 的方程式 ⎠. ⎛ X f ⎜⎜ ⎝ Xn ⎛ X f ⎜⎜ ⎝ Xn. ⎛Y ⎞ 同理，函數 f ⎜⎜ ⎟⎟ 、 ⎝ Yn ⎠. ⎞ ⎛ X ⎟⎟ = ⎜⎜ ⎠ ⎝ Xn. 1. ⎞ 3 X ⎟⎟ , > 0.008856 ⎠ Xn. ⎞ ⎛ X ⎟⎟ = 7.787⎜⎜ ⎠ ⎝ Xn. ⎞ 16 X ⎟⎟ + ≤ 0.008856 , ⎠ 116 X n. (2-6). ⎛Z ⎞ f ⎜⎜ ⎟⎟ 也可以求得 ⎝ Zn ⎠. 而 L 值則表示為. ⎧ ⎛Y L = 116⎨7.787⎜⎜ ⎝ Yn ⎩. ⎞ 116 ⎫ Y ⎟⎟ + ⎬ − 16 = 903.3( ) Yn ⎠ 16 ⎭. (2-7). Microsoft 與 Hewlett-Packard 公司所制定的的 W3 色彩轉換標準[10]，則可以 將正規化的 sRGB 值(0~1 之間)在標準光源下轉換成 XYZ，所以我們將可以把擷 取的影像轉換到 XYZ 空間中再以 Lab 均等色彩空間來呈現色域空間(如公式. 2-8)。. ⎡ X ⎤ ⎡0.4124 0.3576 0.1805⎤ ⎡ RsRGB ⎤ ⎢ Y ⎥ = ⎢0.2126 0.7152 0.0722⎥ ⎢G ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ sRGB ⎥ ⎢⎣ Z ⎥⎦ ⎢⎣0.0193 0.1192 0.9505⎥⎦ ⎢⎣ BsRGB ⎥⎦. 15. (2-8).
(24) 如果 RsRGB 、 G sRGB 、 BsRGB ≤ 0.03928. RsRGB = RsRGB ÷ 12.92 GsRGB = GsRGB ÷ 12.92 BsRGB = BsRGB ÷ 12.92. 當 RsRGB 、 G sRGB 、 BsRGB > 0.03928. R sRGB = [( R sRGB + 0.055) ÷ 1.055]. 2.4. G sRGB = [(G sRGB + 0.055) ÷ 1.055]. 2.4. (2-9). B sRGB = [( B sRGB + 0.055) ÷ 1.055]. 2.4. M. Stokes 等人提出此色彩空間[10]的目的是為作業系統、驅動程式與網際網 路中的色彩處理，提供ㄧ個簡單、強健的色彩定義，讓使用者可以在最少的系統 成本下，完成精確的色彩轉換，sRGB 色彩空間可以適用的範圍包括陰極射線管、 掃描機、數位相機、數位印刷等等的系統，透過此色彩空間公式就可以與人眼相 依的色彩空間(CIE-XYZ)做連結，所以當計算出複雜影像中的 XYZ 值之後，我 們可以進ㄧ步利用下ㄧ節色域組成的觀念來繪製影像中不同色空間的位置代表 的顏色。. 第四節 色域的組成與相關研究 根據 Morovic and Luo 所定義的一些色域組成要素主要為[11]：. (1) 色彩複製的媒介：不同的媒材會提供不同的色彩資訊，例如液晶螢幕、數位 相機或掃描器產生的影像色域將會不同，而印表機在紙張上所表現的色域將 會受到紙張的材質而影響。. (2) 影像色域：在不同色彩複製媒體，不同的觀測環境下會產生不同的色域體積。. (3) 色彩色域邊界：色域的邊界的平面取決於能表現最多色彩的區域，並且以方 16.
(25) 程式逼近來描述色域範圍。. (4) 影像色域的顏色：根據複製媒體的原始影像來找出影像的顏色，有時可能會 作色域對應的處理。. (5) 色彩複製的目的：可以找出兩種不同媒材的色域空間，做跨媒體的複製，並 且在當中找出兩者的色彩表現差異。而其中最重要的是複製的正確性與讓人 能一眼看出不同複製過程的影像差異。. (6) 合理的產生色域內容：最佳的色域表現是表現出複製品能產生的顏色，但是 要先確定原始影像是否經過人工的影像調整，如對比、銳利化等等。. 計 算 出 色 域 邊 界 (gamut boundary descriptor) 的 處 理 大 多 數 是 利 用. Kubelka-Munk equation[12]，如公式 2-9： K/S=(1-R2)/2R. (2-9). K 是吸收率，S 是散射的程度，而 R 是樣本的反射率，K/S 比值越高色彩表現 越豐富。也有學者利用 Neugebauer[13]方程式計算色域，Neugebauer 方程式是運 用青色(c1)、洋紅色(c2)、黃色(c3)的網點面積與其交互關係(a1~a123)重新計算三 刺激值，以 X 為例，如公式 2-10：. X(c1,c2,c3)=awXw+a1X1+ a2X2+ a3X3+ a12X12+ a13X13+ a23X23+ a123X123 (2-10) 這些方程式可以表現出影像的特性，接著就是要找出邊界的交點(line gamut. boundary)，Morvic and Luo [14]描述了計算色域邊界的演算方式，並且以球面的 方式表現不同色相的位置。. 在 2002 年，日本千葉大學 Kotera and Saito 提出了一個簡潔的方法來顯示影 像的色域[15]。I-DGM(Image-to-device Gamut Mapping Algorithm)是一個描述印刷 17.
(26) 品色域的理想方式，但是色域的型態應該要以更簡單的方式來表現，此研究以一 個二維的矩陣來簡化色域，以奇異矩陣分解的方式簡化色域的呈現，其描述的方 式如圖 2-9 所示。. (a). (b). 圖 2-9 (a)為原始影像，(b)計算後繪製的色域表現. 2006 年 Pantone 的色彩工程師 Zhao[16]，則是整理出不同的顏色組成與不 同演算方式產生的色域空間不同點，因為市面上有很多的印刷機使用的顏色都不 ㄧ樣，印墨的組合甚至高達 12 種之多，所以針對多色墨的印刷機色域範圍的演 算，他提出由維度來判斷印刷色域的演算法，隨著墨色的增加，內插的演算色域 構成的範圍越廣，並且利用 pantone 公司的印刷色票進行實驗，證實其可行性(如 圖 2-10)。. 18.
(27) 圖 2-10 不同內插法計算出來的色域範圍. 第五節 色差計算方式 CIE2000 色差公式是根據 CIE94 色差公式，再導入最新實驗數據所提出的色 差公式，CIE2000 較 CIE94 複雜的多，但是卻更為精確，在兩組 L1a1b1、L2a2b2 之間計算色差公式如(2-12) [17]：. ΔE 2000. 2. ' ⎞ ⎛⎜ ΔC ⎟⎟ + ⎠ ⎜⎝ k C S C. ⎛ ΔL' = ⎜⎜ ⎝ kL SL. 2. ⎞ ⎛ ΔH ' ⎟ +⎜ ⎟ ⎜ kH SH ⎠ ⎝. 其中. L' = ( L1 + L2 ) / 2 2. C1 = a1 + b1 2. 2. C 2 = a 2 + b2. 2. C = (C1 + C 2 ) / 2 ⎡ G = 0.5 * ⎢1 − ⎢ ⎣. ⎛ C7 ⎜ ⎜ C 7 + 25 7 ⎝. ⎞⎤ ⎟⎥ ⎟⎥ ⎠⎦. 19. ⎞ ⎛ ΔC ' ⎟ + RT ⎜ ⎟ ⎜ kC SC ⎠ ⎝. ⎞⎛ ΔH ' ⎟⎜ ⎟⎜ k H S H ⎠⎝. ⎞ ⎟ ⎟ ⎠. (2-12).
(28) a1 ' = (1 + G )a1 ' a 2 ' = (1 + G )a 2 ' '. '. C1 = a1 + b1 '. 2. '. C 2 = a 2 + b2. 2. '. C = (C1' + C 2' ) / 2 ⎧ −1 ⎛ b1 ' ⎞ ' −1 ⎪tan ⎜⎜ ⎟⎟, tan (b1 / a1 ) ≥ 0 ⎝ a1 ' ⎠ ⎪ h'1 = ⎨ ⎪tan −1 ⎛⎜ b1 ' ⎞⎟ + 360, tan −1 (b / a ' ) < 0 1 1 ⎜ a '⎟ ⎪ ⎝ 1 ⎠ ⎩ ⎧ −1 ⎛ b2 ' ⎞ ⎟⎟, tan −1 (b2 / a 2 ' ) ≥ 0 ⎪tan ⎜⎜ ⎝ a2 ' ⎠ ⎪ h' 2 = ⎨ ⎪tan −1 ⎛⎜ b2 ' ⎞⎟ + 360, tan −1 (b / a ' ) < 0 2 2 ⎜ a '⎟ ⎪ ⎝ 2 ⎠ ⎩ ⎧ h1 ' + h2 ' + 360 o / 2, h1 ' − h2 ' > 180 o ' ⎪ H =⎨ ' ' ' ' o ⎪⎩ h1 + h2 / 2, h1 − h2 ≤ 180. ( (. ). ). ΔL' = L2 − L1 '. ΔC ' = C2 − C1' '. ΔH ' = 2 C1'C2 sin(Δh' / 2) SL = 1 +. 0.15( L' − 50) 2. (. ). 20 + L' − 50. 2. SC = 1 + 0.045C ' S H = 1 + 0.045C ' T '. '. '. T = 1 − 0.17 cos(H − 30) + 0.24(2H ) + 0.32(3H + 6°) '. − 0.20 cos(4H / 63°). KL、KC 、KH 預設值 = 1，也可以依據不同的測量物體而改變，如文字、 背景圖像或是針對不同材質，以不同的明度、彩度與色相來調整大小。. 20.
(29) 第六節 全像與印刷相關研究 全像影像用於印刷可以增加其防偽的功能與外觀的美感，並且應用於日常生 活中的商品中，為了瞭解全像與印刷整合的表現，有許多國內外的學者提出各種 不同的實驗與色彩檢測方式。. 在 2001 年， Anderson 就探討了全像的安全性，並提出全像的防偽功能的 確可以有效的防止有心的偽造者偽造全像的印刷品[18]，可以防止目前的彩色複 印機與掃描器的影像複製，並且比較出傳統的防偽功能(如凹版印刷、網版印刷、 與浮水印印刷)與全像防偽功能的不同點。. 蔡秉諭在 2007 年提出利用積分球討論全像與色彩的原理，並且找出一種制 式化的品質檢測方式[19]。主要是用在電鍍後的聚氯乙烯 (PVC)材料應用不同加 工方式後，由色彩的 Lab 值差異，找出影響全像色彩的主要因素為何。. 同年，陳詩涵以色彩學原理模擬點矩陣全像片的色彩顯示，以及製作具有動 畫效果的彩色全像片[7]，在二維的平面上顯示動畫，從色彩學的原理做預覽模 擬，除了可以了解點矩陣全像片的色彩變化之外，也幫助設計者能更了解成品會 呈現的顏色，並且結合半色調網點的資訊加密技術，達到全像與網點加密多重防 偽的功能。. G. Zhou 和 F. S. Chau 也在 2007 年與美國物理學的組織發表了應用在工業的 3D 全像印刷[20]，利用遮罩將全像影像印刷在平板印刷製品上，並且做 3D 的立 體模擬。遮罩的主要目的是將入射的雷射光束形成四道散射光產生一個 3D 立體 的干涉影像，而光阻片則直接接觸遮罩後方紀錄立體影像，做出比以往更經濟的 成像效果(如圖 2-11 所示)。. 21.
(30) 圖 2-11 工業上的立體印刷技術[17]. 第七節 全像術與印刷整合原理 本節將介紹香港郵票(如圖 1-1)全像影像與印刷圖像整合的原理，以及加工 製造的方式[21]。. 紙張上的全像影像的成像原理與其它傳統的基材（塑料薄膜、鍍鋁膜）相似， 為透過照相得到全像照片，再將全像照片翻製成全像金屬版，然後通過熱模壓的 方式將全像影像複製到紙張或印刷品上。. 但印刷品的表面性質與塑膠薄膜或鍍鋁膜有明顯的差別。可用於製作全像產 品的薄膜本身具有熱塑變形性質，且表面平整能直接進行全像影像的壓印，特別 是經過鍍鋁的金屬層加工之後的反射效應，讓全像影像與紙張的辨別度大幅提 升。而紙張印刷品則不能直接對油墨進行全像影像進行壓印，也無法對印刷品進 行鍍鋁處理。. 因此，要在紙張的印刷品印製全像影像的效果，需要借助一種特殊的被印材. 22.
(31) 質。這種材質應具有優良的熱變形性能，且變形後能得到穩定的精細全像光柵紋 路，同時這種材質必須具有足夠的透明度，以保留原來印刷圖像的可見度，這種 特殊的全像影像印刷材質叫做全像塗層。. 為了在全像塗層上獲得良好的全像圖視覺效果，光潔平整的塗層表面質量是 關鍵因素，全像塗料必須要光澤度高、平整性佳。此外，塗料的其它物理性能， 如耐折性、耐磨性、後加工適性等也是十分重要的。. 從光學原理來看，記錄在全像塗層上的全像影像是利用光的繞射效應以平行 光來再現全像效果，而原有油墨印刷圖像是利用光的反射效應來表現印刷效果， 由於對光的利用方式不同，全像影像並不干擾原有油墨印刷的效果，相反的，透 明的全像塗層使兩種印刷效果同時呈現達到一種特殊的裝飾藝術效果。. 根據紙張全像圖像成像原理，在紙張基材上「印刷」全像圖像的基本原理是： 在已有印刷油墨的紙或紙板上，塗布一層熱塑性的全像塗料，經乾燥、壓光處理 後得到一層光亮平整的塗層，以此作為全像影像的記憶層，再在特製的全像紙張 模壓機上進行全像模壓，最後在印刷品表面形成透明繞射的全像影像。. 23.
(32) 第三章 研究方法. 第一節 研究流程 本研究的研究方法為實驗法，以點矩陣全像片和印刷品的色域範圍做比對， 先利用基礎的色彩組成色塊描述印刷與點矩陣全像能表現的顏色，經過色域的計 算與實驗後證實點矩陣全像是否能加強印刷品的色域，增加人眼視覺效果。. colorchecker 、RGBCMY 色塊. 測量 RGBCMY 點矩陣全像片的 色塊. 計算色域. 計算色域. 測量喷墨印刷. 比較印刷品與點矩 陣全像色域的大小. 判斷兩者整合後的 色域改變. 設計點矩陣全像與 印刷整合煙火影像 圖 3-1 實驗流程圖. 24.
(33) 第二節 研究設備與工具 研究設備. 1.. 實驗影像：點矩陣全像片於 30 度角所拍攝的顏色、Hp deskjet670i 噴墨印表 機 ColorChecker、ColorCheckerSG 色塊。. 2. 實驗硬體： Jeti 1201 物體反射率測量儀(非接觸式)、Jeti 4001 物體反射率測 量儀(接觸式) 、色溫計、Nikon 單眼數位相機、長鏡頭。. 3. 實驗軟體： Matlab 7.3、profile maker 5、excel 2003。. 圖 3-2 Jeti 1201 物體反射率測量儀(非接觸式). 圖 3-3 Jeti 4001 物體反射率測量儀(接觸式) 25.
(34) 第三節 色塊的拍攝與校正 在拍攝點矩陣全像片與印刷品之前，要先確保數位相機的顏色的準確性，因 為每一台數位相機都有各自的測光以及顏色的校正系統，利用灰卡測光可以找出 適合此相機的進光量，而 ColorChecker(如圖 3-7(b))則可以利用已知的數據資料 來找出各種不同色溫下正確的顏色表現。. ColorCheckerSG 為色彩較鮮艷的顏色，如圖 3-4 所示，而在 CIE-Lab 色度 空間中，彩度越高的顏色會在色域體積的最外側，所以可以將此 140 個色塊模擬 印刷品能呈現的色彩範圍，本實驗先在鎢絲燈光源 ( 色溫為 2920K) 下拍攝. ColorCheckerSG 反射率，並計算出色塊的 L、a、b 值描繪於 CIE 色彩空間中， 作為印刷品的色域空間。 本研究的相機色彩校正與色域繪製的流程如圖 3-5 所示。. 圖 3-4 色彩導表 ColorCheckerSG. 26.
(35) 圖 3-5 印刷色域繪製流程圖. 27.
(36) 灰卡為自然界影像中所代表的 18%的灰度值(如圖 3-6)，在數位的影像中 18% 的灰換算成灰階值為 0.18 * 255 ≒ 46，為了找出相機的正確光圈與快門值，本實 驗利用光圈先決的方式，找出在鹵素燈(鎢絲燈)光下光圈 5.6 下對應的快門值 1/6 秒，拍攝出來的灰卡灰階值為 46，所以測光的結果本實驗的數位相機需在快門. 0.1667 秒拍攝。. 圖 3-6 鹵素燈光下拍攝的灰卡. 數位相機的色彩校正方面，本研究以 ColorCheckerSG 做為印刷品的色域， 色彩的標準是測量 ColorChecker24 色物體反射率計算 (如圖 3-7(a))的正確顏色來 校正數位相機的色彩，並測量拍攝光源(鎢絲燈)的光源能量分布，找出在鹵素光 下正確的色彩顏色。在拍攝方面是於鹵素燈光下以 5.6 光圈與 1/6 的快門，拍攝. ColorChecker24 色 塊 ( 如 圖 3-7(b)) 做 為 數 位 相 機 未 校 正 前 的 顏 色 ， 再 以 profilemaker 擷取拍攝影像的 RGB 值，利用計算出來的正確顏色 Rr、Gr、Br，與 拍攝到的 Ro、Go、Bo，做二次迴歸計算，找出兩者之間的轉換關係式。. 28.
(37) (a). (b). 圖 3-7 (a)計算鹵素光下的色塊顏色 (b)鹵素光下拍攝的 ColorChecker 利用圖 3-7(a)、3-7(b)中色塊的 RGB 數值，可以整理如表 3-1，色塊位置的 對應圖如圖 4-1 所示。 表 3-1 ColorChecker 的 RGB 數值 計算的 24 色顏色. 拍攝的 24 色顏色. R. G. B. R. G. B. R*R. G*G B*B R*G. G*B. R*B. A1. 147. 71. 22. 88.93 26.11 3.68 7909 681.7 13.54 2322 96.08 327.3. B1. 250. 136. 61. 175.9 73.63 28.19 30941 5421 794.7 12952 2076 4959. C1. 134. 115. 89. 77.23 59.92 46.71 5964 3590 2182 4628 2799 3607. D1. 122. 96. 19. 63.73 44.58 2.74 4062 1987 7.508 2841 122.1 174.6. E1. 178. 122. 101 114.3 64.53 58.9 13067 4164 3469 7376 3801 6733. F1. 171. 173. 92. 98.34 113.9 67.43 9671 12978 4547 11203 7682 6631. ‧ ‧. ‧ ‧. ‧ ‧ ‧. ‧ ‧ ‧. A4. 255. 222. 131. 202 152.7 94.58 40804 23317 8945 30845 14442 19105. B4. 255. 185. 108 170.3 121.3 69.5 28999 14723 4830 20663 8433 11835. C4. 212. 148. 86. 133.4 88.07 44.68 17785 7756 1996 11745 3935 5959. D4. 164. 114. 65. 90.32 54.09 19.55 8158 2926 382.2 4885 1057 1766. E4. 114. 78. 43. 46.53 26.83 12.32 2165 719.8 151.8 1248 330.5 573.2. F4. 69. 46. 24. 20.13 12.63 7.7. 29. 405.2 159.5 59.29 254.2 97.25. 155.
(38) 相機的色彩校正矩陣如公式(3-1)，其中 R0、G0、B0 為拍攝得到的 RGB 值，. Rr、Gr、Br 為轉換後的正確顏色，帶入係數後就可以得到轉換矩陣。. ⎡ Ro ⎤ ⎢ G ⎥ ⎢ o ⎥ ⎢ Bo ⎥ ⎢ 2 ⎥ ⎡ Rr ⎤ ⎢ Ro ⎥ ⎢G ⎥ = [係數矩陣]∗ ⎢ G 2 ⎥ o ⎢ r⎥ ⎢ 2 ⎥ ⎢⎣ Br ⎥⎦ ⎢ Bo ⎥ ⎢R G ⎥ ⎢ o o⎥ ⎢Go Bo ⎥ ⎢R B ⎥ ⎣ o o⎦. (3-1). 利用 Microsoft excel 資料分析中的迴歸工具箱，以表 3-1 的數值作迴歸分 析，示意圖如公式 3-1，可以求得 3*9 的係數矩陣如表 3-2：. 表 3-2 迴歸係數矩陣. 1.9565. 0.4905. 0.5013. 0.1928. 1.6610. -0.5762. 0.4009. 0.0080. 2.4478. -0.0038. -0.0019. -0.0022. -0.0018. -0.0048. 0.0001. -0.0118. 0.0027. -0.0118. 0.0010. 0.0011. 0.0021. 0.0057. -0.0006. 0.0001. -0.0013. 0.0000. 0.0000. 由此係數矩陣我們可以將拍攝而得到的一組 R、G、B 數據轉換出在該拍攝 環境色溫下正確的數值，以校正 ColorCheckerSG 的顏色達到校正數位相機色彩 的目的，確保相機拍攝出的顏色與物體實際的顏色色差在人眼可接受的範圍之 30.
(39) 內。. 利用 ColorChecker 24 色計算出的係數矩陣校正 ColorCheckerSG 後，以 Hp. deskjet670i 噴墨列印，並以 Jeti 4001 反射譜量測儀測量每個色塊的 XYZ 值，藉 此找出噴墨印刷的色域。圖 3-8 為在鹵素燈光下拍攝的 ColorCheckerSG。. 圖 3-8 鹵素燈光下色彩導表 Digital ColorCheckerSG. 點矩陣全像的色域測量部分則是以紅色、黃色、綠色、青色、藍色、洋紅色 六個不同顏色色塊模擬點矩陣全像色域，全像片設計方式是以灰階和彩圖檔的設 計來製作點距陣全像片，灰階圖檔的部份則皆為 128 的灰階值(如圖 3-9)，換算 成觀測角度(128/255)*180-90 = 0 度角，所以測量時 Jeti 1201 擺放的位置要與點 矩陣全像片垂直。彩圖的部份紅色的 RGB 值為(255,0,0) 、黃色的 RGB 值為. (255,255,0)、綠色的 RGB 值為(0,255,0)、青色的 RGB 值為(0,255,255) (如圖 3-10)、 藍色的 RGB 值為(0,0,255)、洋紅色為(255,0,255) ，測量後可在色域圖中找出六 個點，代表點矩陣全像所能表現的顏色範圍外圍的角點。 31.
(40) 圖 3-9 全像片色塊灰階圖(華錦光電科技提供). 圖 3-10 全像片色塊彩圖(華錦光電科技提供). 32.
(41) 第四節 煙火動畫與印刷底紋的設計 點矩陣全像可以表現動態的流動效果，本研究以簡化的煙火構造 ( 如圖. 3-11)，灰階圖檔的灰階值以同心圓漸層，煙火中心的點灰階值為 84，由內而外 遞增，最外圍的灰階值則設為 144，利用灰階值的變化，可以使點矩陣全像片產 生由內而外顏色變化的動態效果。. (a). (b). 圖 3-11 全像煙火灰階圖(a)與彩圖(b)設計. 印刷的底紋則是以台北的夜景為背景，以剪影的方式來表示前景的建築物. 101 大樓，設計人為台灣師範大學圖文傳播研究所次媒體實驗室的陳怡蕙。以馬 賽克拼貼的方式，將前景的 101 大樓與周邊的建築物以「師大大師」為主題的全 像片拼貼而成(如圖 3-12)，因為 ntnu 遠觀有一層一層的效果，就如同建築物上的 樓層景觀，煙火的部份則是拼貼由內而外漸層的點矩陣全像片，於噴墨印刷的下 方，在不同的角度觀看煙火會有綻放的視覺效果，圖 3-13 為印刷部份設計圖。. 33.
(42) 圖 3-12 點矩陣全像片拼貼建築物效果. 圖 3-13 台灣代表性建築煙火設計. 34.
(43) 第五節 直線對位偵測 在影像處理領域中，影像的輪廓是非常實用的資訊，用影像處理來判斷影像 內容的大小和形狀，特別是用在圖形識別領域，利用影像特徵找出物體的外型位 置後再做影像處理，應用在印刷加工時，可以判斷兩種加工型態位置是否ㄧ致， 在本研究中是用來判斷點矩陣全像與噴墨印刷整合時，點矩陣全像的影像是否和 印刷的圖文位置對位準確，達到大量製作時產品即時偵測的品質管制功能[22]。. 打光是點矩陣全像片偵測重要的關鍵[23]，全像片會因為打光角度而顯示不 同顏色，而一般印刷品則不會，所以點矩陣全像影像偵測時要特別注意打光的角 度，拍攝時要調整好正確的打光角度，才能夠正確的顯示全像片的顏色，並且找 出因為加工作造成的對位不準的問題。 圖 3-14 是點矩陣全像與於郵票的印紋整合的人物動態效果(設計人：師大圖 傳系系友陳詩涵)，由不同角度觀察可以發現全像片會呈現不同的顏色，所以要 有好的打光角度才能做到正確的電腦視覺檢測。. 圖 3-14 不同打光角度觀察到的點矩陣全像影像. 影像中的直線與圓形是判斷物體的重要特徵，Hough提出可用於辨識影像中 特定圖形的一種方法[24]，可以特定之數學函式表現出來的圖形。其原理為利用 對影像作某種形式的座標轉換(公式3-2)，由影像空間(影像的原始像素資訊)轉換 至參數空間(數學轉換後的焦點資訊)，在參數空間中由群集偵測(Cluster detection) 35.
(44) 的方式找出特徵的參數值，再反推回影像空間，則可得到此特徵在影像空間的位 置。示意圖如圖3-15。. (a). (b) 圖 3-15 霍式轉換示意圖 (a)為影像空間，(b)為參數空間 圖3-15 中，(a)為影像空間6點，該影像中具有4 點已知點在同一直線上及未 36.
(45) 在直線上之2 點，而直線方程式為. r = x * cosθ + y* sinθ. (3-2). 其中r及θ 如圖3-15(a) 所示，r是直線到原點的距離，θ是r線段與水平線夾角， 圖3-15(b)為參數空間利用此6 點之座標(x,y)作為參數，而利用( r ,θ )繪圖，則可得 到圖3-15 (b)的結果，4 條曲線交於一點，則表示該4 點落於同一直線(在同一斜率 上的點最多)。在經過此處理過程後，可得到每條直線所屬的邊緣資訊，再分別對 每條直線的所屬邊緣作直線安裝(line fitting)的處理，則可得到直線特徵的直線方 程式或是直線特徵的兩端點座標。. 圖3-16(a)是將點矩陣全像片貼在塑膠片上，利用此圖說明不同印刷方式整合 時偏移的計算方式，首先找出原始影像的邊緣資訊圖3-16(b) ，經過霍式轉換(圖. 3-17(a))可以找出影像邊緣特徵中最有可能的直線位置，以公式(3-2)找出不同角度 累積最多的邊緣像素點(如圖3-17(a))，在經過利用直線的方程式做直線安裝後(如 圖3-17(b))，就可以將直線標示出來，找出8條最有可能的直線(如圖3-17(c))偵測結 果計算交點位置(如圖3-17(d))，就可以找到全像片與塑膠片的偏移角度與距離。. (b). (a) 圖 3-16 (a)鹵素光下拍攝設的點矩陣全像片(b)將全像片做邊緣偵測結果. 37.
(46) (a). (b). (c). (d). 旋轉角度 = 1.0863度. 圖 3-17 (a)霍式轉換，紅色圈圈為最有可能是直線位置(b)以計算出來的斜率和截 距做直線安裝(c)繪出全像片邊界上的直線(d)圖 c 直線的交點位置. 第六節. 小結. 研究結果顯示，利用全像片的參數控制，讓點矩陣全像片在不同角度下可以 看到煙火的動態顯示影像，表示點矩陣全像與噴墨印刷整合的確可以增強視覺的 效果，而兩者整合後色域表現也較為廣闊，就可以讓整合後印刷品有更廣的顏色 呈現影像資訊，搭配光柵角度（grating orientation）與印刷原稿的設計，就可以 做出想要的影像動態變化效果。點矩陣全像與印刷整合的對位問題，可以利用直 線偵測的技術配合良好的打光角度，可檢測整合時對位不準的情況。. 38.
(47) 第四章 實驗結果與討論. 第一節 點矩陣全像與噴墨印刷色域 利用 ColorChecker24 色(如圖 4-1)所得到的係數矩陣，可以將數位相機的顏 色做色彩校正，實驗結果發現轉換後的顏色色差較小，原本最大色差約為 24， 校正後結果都在 8 以下，表示顏色有較符合拍攝環境(2920K)色溫下的顏色。利 用此色彩校正矩陣來校正拍攝到的 ColorCheckerSG ，並印刷出校正的後的. ColorCheckerSG(如圖 4-2)就可以找出噴墨印刷的色域範圍，於 Lab 的色域空間 中，找出和點矩陣全像片色域的差異。表 4-1 為本研究經由迴歸演算校正相機顏 色的結果。. 圖 4-1 ColorChecker 色塊位置. 39.
(48) 表 4-1 ColorChecker 色彩校正結果. ColorChecker 在鹵素燈光下的顏色 編號. 計算值. 拍攝值. 校正後. 色差(EΔ2000) 校正前. 校正後. A1. 16.1094. 1.5945. A2. 19.7435. 0.9324. A3. 14.2698. 4.2771. A4. 19.449. 2.3029. B1. 22.6131. 0.7781. B2. 16.4523. 2.5054. B3. 20.9604. 1.7650. 40.
(49) B4. 20.6404. 5.0063. C1. 20.0169. 2.9423. C2. 17.7794. 3.6014. C3. 12.5637. 1.5838. C4. 24.1069. 3.2655. D1. 18.5217. 1.8333. D2. 13.4419. 3.8309. D3. 18.7718. 0.5471. 41.
(50) D4. 22.5056. 3.5452. E1. 22.2079. 4.3041. E2. 22.6266. 3.3759. E3. 18.3031. 1.1118. E4. 18.6945. 6.2658. F1. 22.775. 1.6475. F2. 20.8152. 1.2888. F3. 19.6209. 1.9359. 42.
(51) F4. 14.8909. 8.7572. (a). (b) 圖 4-2(a)為相機拍攝到的影像 (b)為經由係數矩陣轉換後的顏色. 43.
(52) 量測列印的 ColorCheckerSG 前要先校正 Jeti 4001 的顏色，圖 4-3 為測量的 程式畫面，利用機器上的參考白做校正的動作，而 Reference 則是以數張噴墨印 表機疊合的白紙測量，才不會因為紙張的厚度太薄而影響測量到的顏色，取樣的 光波長區段是設定在可見光 380-780nm 之間，測量 ColorCheckerSG 色塊 XYZ 與 Lab 值。. 圖 4-3 Jeti 4001 測量噴墨印刷 ColorCheckerSG. 表 4-2 Jeti 4001 測量 ColorCheckerSG 結果 色塊數 X. Y. Z. L. a. b. reference. 1. 96.86. 101.23. 121.76. 100.47. 1.54. -7.77. sample. 2. 71.39. 75.15. 42.51. 89.46. 0.31. 34.96. sample. 3. 3.76. 3.85. 4.11. 23.18. 1.6. 0.15. sample. 4. 28.98. 26.18. 11.19. 58.21. 16.95. 33.81. ‧ ‧ ‧. sample. 138. 67.95. 71.92. 41.2. 87.93. -0.51. 33.84. sample. 139. 27.54. 24.77. 12.17. 56.85. 17.09. 28.81. sample. 140. 4.56. 4.53. 5.71. 25.37. 3.53. -3.9. sample. 141. 68.37. 71.89. 43.08. 87.92. 0.45. 31.65. 44.
(53) 在測量的過程中，顏色也有可能發生變化，本研究以 matlab 程式重新計算 出色塊測量到的 XYZ 值與其所對應的 RGB 值，確定量測到的數據顏色是與列 印時的顏色相符，圖 4-4 為重新計算出來的 ColorCheckerSG 的色塊顏色，證實 測量到的顏色是與印刷時的顏色相符的，色差最大值為 12.7 最小值為 1.84(如表. 4-3)，表 4-3 色差值排列的位置表示該位置的色塊色差。. 圖 4-4 以 Jeti 4001 測量到的 ColorCheckerSG 值轉換成 RGB 呈現. 表 4-3 ColorCheckerSG 噴墨印刷後與電子檔的色差. 3.5. 8.4. 3.7. 3.8. 9.2. 3.8. 3.8. 8.8. 3.7. 3.9. 3.7. 2.6. 5.9. 1.8. 2.8. 2.2. 7.0. 2.6. 9.2. 4.1. 9.1. 4.1. 4.6. 4.6. 4.2. 4.3. 4.9. 2.8. 4.8. 9.6. 3.5. 3.8. 3.1. 4.0. 3.2. 3.3. 5.4. 3.5. 3.6. 3.9. 4.2. 8.2. 7.3. 5.7. 3.6. 9.9. 3.6. 3.3 12.7 4.2 10.4 3.1. 4.4. 5.2. 3.6. 7.9. 2.6. 2.8. 3.8 10.4 3.8. 3.9. 6.9. 6.4. 3.5. 7.9. 8.4. 3.3. 9.8. 3.9. 4.5. 9.3. 3.6. 3.5. 4.7. 4.1. 3.5. 3.3. 6.9. 4.8 10.7 4.2. 9.0. 2.2. 8.4. 4.3. 8.4. 9.0. 6.5 11.1 3.6. 3.7. 5.0. 4.1 11.5 3.4. 3.5. 3.9. 6.7. 4.0. 4.5. 3.2. 3.3. 3.7. 6.5 11.2 9.3. 9.1. 4.4. 5.6 10.2 7.5. 3.3. 8.1 11.3 5.1. 3.4. 4.0. 4.2. 8.2 11.9 11.4 4.6 4.1 11.5 3.9 45. 7.1. 5.0 11.2 7.5. 6.6. 8.1 11.2 4.3. 4.5 11.4 3.4. 4.9 11.5 4.0.
(54) 重新測得噴墨校正後每個 ColorCheckerSG 色塊的顏色後，因為這些色塊是 彩度較高的顏色，本研究將其 Lab 值繪置於 Lab 色度空間，代表噴墨印表機能 呈現的色域範圍，如圖 4-5 所示。. 100. 80. L. 60. 40. 20. 0 -100 0 100. 100. 0. 50. -50. -100. a*. b*. 圖 4-5 ColorCheckerSG 色域空間. 點矩陣全像片的色域空間是利用華錦光電所提供的六色色塊(如圖 3-10)，經 由 Jeti 1201 拍攝後，利用其物體反射率計算出各色塊的 XYZ 值，在推導出相對 應的 Lab 值，並同時繪至於印刷色域空間中，實驗結果顯示點矩陣全像片的色域 空間，的確比噴墨印刷的色域空間來的大，表示點矩陣全像能呈現的顏色範圍與 帶給觀測者的視覺感受較噴墨印刷品佳。. 46.
(55) 100. 80 R. Y. L. 60. G 40 M 20 C B 0 -100 0 100. 0. 50. 100. -50. -100. a*. b*. 圖 4-6 點矩陣全像與噴墨印刷的色域比較. 第二節 點矩陣全像與噴墨印刷整合與色域比較 本研究利用透明的噴墨專用投影片，列印華錦光電的全像片彩圖檔，與實體 的點矩陣全像片疊合(如圖 4-7)，在鹵素光源下找出每一個色塊的顏色表現，利 用 Jeti 1201 測量出物體反射率後，經由公式計算出每一個色塊的 XYZ 值與 LAB 值，並且標注對應的顏色於 LAB 色彩空間中。如圖 4-8 所示。. 47.
(56) 圖 4-7 噴墨印刷與點矩陣全像疊合. 在全像片的色彩表現上，因為不同的觀測方向會產生不同的繞射光的顏色， 而且常會受到光柵本身的結構與光源的影響，所以拍攝時限定在 30 度角來觀測 全像片色彩的情形，透過物理光學與色彩學的原理透過 d*sin θ = n* λ 可以計算 出不同顏色對應的光波長與光柵寬度，如表 4-4，透過不同光波長也可以確定拍 攝到的顏色是否正確[20]。. 表 4-4 點矩陣全像片不同顏色對應的波長與光柵寬度. Color. λ (nm). Grating pitch (μm). 紅(R). 660. 1.32. 黃(Y). 580. 1.15. 綠(G). 510. 1.01. 青(C). 490. 0.98. 藍(B). 480. 0.95. 洋紅(M). 630. 1.26. 48.
(57) 表 4-5 點矩陣全像結合噴墨印刷的物體反射率 點矩陣全像與噴墨 物體反射率. CIExy 值. 印刷整合色塊. x = 0.6047 紅色. y =0.3598. x = 0.3726 綠色. y = 0.5982. x = 0.1509 藍色. y = 0.1632. x =0.1190 青色. y = 0.3512. 49.
(58) x = 0.5408 洋紅色. y = 0.3357. x = 0.4977 黃色. y = 0.4903. 表 4-5 為點矩陣全像與印刷的透明片疊合後的物體反射率，將之乘上鎢絲燈 的光源能量分布與 10 度角的人眼配色函數，就可以求出每個整合的色塊 XYZ 值，利用 XYZ 在找出 xy 與 Lab 相對應位置就可以繪製其色域圖。. 圖 4-8 為點矩陣全像與噴墨印刷整合後的色域(黑色線條)與噴墨印刷的色域. (灰色線條)測量的色塊，點矩陣全像片與噴墨印刷整合的色塊是以噴墨專用透明 塑膠片噴墨列印全像的色塊疊合在相同印紋的全像片色塊上拍攝(如圖 4-7)，將 整合後的色域與印刷品來做比較，可以看出點矩陣全像片與噴墨印刷整合後的色 域比噴墨印刷品色塊所構成的區域還大，所以對人眼來說整合後有更好的視覺效 果，圖 4-9 是在二維的空間觀測兩者所構成的面積差異。. 50.
(59) 圖 4-8 全像片與印刷整合(黑色線條)與噴墨印刷色域範圍(灰色線條) 於 Lab 空間中的色域比較. 圖 4-9 全像片與印刷整合(黑色線條)與噴墨印刷色域範圍(灰色線條) 於 xy 空間中的色域比較 51.
(60) 1 1 Δ面積 = X 1 2 Y1. 1. 1. X2 Y2. X3 Y3. (4-1). 為了計算出兩者面積差異，本研究以三角型面積的計算公式可以再六角形中 任選一點，與邊上六點連線形成六個三角形，計算六個小三角形後的面積後加總 即可算出六角形總面積，本實驗所選定的點為 X = 0.4，Y = 0.3，(X1,Y1)、(X2 ,Y2)、. (X3 ,Y3)為色域圖中相鄰三點的座標。計算結果如表 4-6 所示，可以看出整合後 的面積比噴墨印刷大 20%的面積。. 表 4-6 點矩陣全像與印刷整合色域比較. 第三節. 點矩陣全像與噴墨印刷 整合色域面積. 噴墨印刷色域面積. 0.1062. 0.0824. 煙火動畫的模擬效果. 煙火的灰階設計是由內而外做漸層，顏色會由內向外擴張，達到綻放的動態 感，彩圖的部份是以青色為煙火前景，經過純色化程式處理後，確保整張影像只 含有青色(R=0,G=255,B=255)與背景的黑色(R=0,G=0,B=0)，控制在垂直觀測方向 的顏色為青色。灰階圖檔的部份則是以 108~147 由內而外遞增，讓全像片有從內 部向外流動的效果。. 52.
(61) 圖 4-10 煙火效果預覽圖. 瞭解點矩陣全像能使觀察者有更好的視覺感受之後，利用馬賽克拼貼的方式 將現有的全像片實做，拼貼出煙火的效果，藉由不同的打光角度，可以看出煙火 的放射效果，背景的部份是噴墨印刷的台北夜景，前景的建築物也是以拼貼的方 式，拼貼出建築物的剪影，建築物剪影上的全像片有一列一列的 NTNUGAC 字 樣，由遠方觀察就如同一層層玻璃的感覺，此設計發想於台灣知名建築物台北. 101 的煙火，利用點矩陣式全像片的特性，在印刷品上呈現出煙火的動態感，並 且提高印刷品的防偽效果，如圖 4-11 所示。. 53.
(62) 圖 4-11 煙火動態效果圖. 第四節 小結 校正後的數位相機色彩可以發現影像的顏色更準確，透過面積的計算公式證 實了點矩陣全像的色彩表現範圍的確高於噴墨印刷的色彩範圍，而實作部份也驗 證了煙火灰階值設定與煙火變化的對應關係，透過拼貼的方式我們可以在不同的 角度看到點矩陣全像的煙火由內而外綻放的動態效果，賦予一般噴墨印刷品更多 的變化性與吸引力，同時提高人眼的視覺感受。 54.
(63) 第五章 結論與建議. 本研究以噴墨印刷和點矩陣式全像片所能呈現的色域範圍做比較，提出點矩 陣全像片與噴墨印刷作整合，的確可以增進人眼的視覺感受及擴大色域範圍，文 中探討噴墨印刷與點距陣式全像片的基礎色塊的色域表現，並觀察兩者整合後色 域表現的結果。藉由點距陣全像的特性，設計煙火由內而外綻放的表現，實作出 在印刷品上呈現動態的感覺，呈現全像科技與印刷品設計的整合與展現。. 第一節 研究結論 本研究測試的色塊有噴墨印刷的 ColorCheckerSG 色塊與點矩陣式全像紅、 綠、藍、青、洋紅、黃色色塊，發現點矩陣全像與印刷全像片與印刷整合後，有 以下三點的特徵：. 1.. 增加噴墨印刷品的色域 因為全像片能表現的色域較廣泛，兩者整合後的色域會介於兩者之間，所以 點矩陣全像結合印刷品後，可以展現出以往印刷品無法表現的顏色，使印刷 品的視覺效果向上提升。. 2.. 使得印刷品的防偽功能更強 藉由灰階圖檔的設計可以使觀測者在不同角度，看到點矩陣全像片的變圖效 果，因為傳統的印刷品在不同角度觀察的角度不會改變原始的圖案，所以結 合點矩陣全像後，使得一般民眾無法輕易的複製印刷品上動態的視覺效果。. 3.. 提供包裝業者更多的設計方式 目前全像片大多用與包裝產品或是識別證的防偽標籤，如果將全像片與印刷 的底紋做整合，就可以增加印刷圖形的設計變化，如動態的流動、景深的變 化、文字的變圖效果、立體影像顯示等效果，也可以讓包裝產品成為一個高 保值性的收藏品。 55.
(64) 4.. 找出印刷品與全像片偏移的距離 利用直線偵測的方式可以找出全像片與印刷品整合時會遇到的對位問題，還 可以結合網路攝影機(webcam)做即時偵測，立即找出印刷品與點矩陣全像整 合時偏移的距離，提高產品的良率。. 第二節 研究建議 本研究後續的實驗可以依照下列幾個方面去進行：. 1.. 改變測量的環境光源 點矩陣全像表面的繞射效應在鹵素光源下的效果較佳，本實驗是固定在. 2920K的色溫下拍攝，未來可以嘗試在6500K色溫與5000K色溫下拍攝印刷 與全像整合的效果，探討不同光源下印刷與全像片整合的色域表現差異。. 2.. 以實際設計的全像片與印刷整合 本研究是以馬賽克拼貼的方式將煙火的效果手工拼貼出來，如果實際大量製 作全像片，煙火的動態表現理論上會更連續，還可以搭配全像片的設計做出 煙火以外的動態效果與顏色變化。. 3.. 找出複雜影像中印刷品和全像片與印刷整合的色域差異 實驗中是以華錦全像的色塊作測量，未來若增加可測試的全像片色塊或是複 雜影像，因為取像的數量變多，可以呈現更完整的點矩陣全像片色域， 並且將全像片與印刷的色域做更完整的比較。. 4.. 在印刷品電子檔中加密增強印刷品防偽效果 近年來盜版的產品日益猖獗，為了增強產品的安全性，都會利用多重加密來 保護安全性的文件，將印刷品的網點以不同的過網型態加密，就能使印刷和 全像片整合後有多一層的保障。. 5.. 色域繪製方式的改善 可以用網點面積的計算方式，以濃度計來測量色塊，找出點矩陣全像與噴墨. 56.
(65) 印刷的色域，並且可以用Neugebauer方程式來計算色域的邊界，可以更貼近 實際色域範圍的大小。. 57.
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