神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)配色系統(tǒng)

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)配色系統(tǒng)

　　導(dǎo)語(yǔ)：在印刷中取數(shù)據(jù)時(shí)一般是每隔10nm就取一個(gè)反射率值，也就是光譜反射曲線值作為顏色的輸入值，因此基于光譜顏色空間的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型有31個(gè)輸入值.在該配色模型中采用青、品、黃、黑4色油墨的網(wǎng)點(diǎn)百分比為輸出節(jié)點(diǎn).

　　通過(guò)儀器S-Rite　600測(cè)量某個(gè)色塊的Lab值或光譜反射曲線值，把測(cè)量值輸入訓(xùn)練好的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)配色系統(tǒng)，由該系統(tǒng)運(yùn)算給出指導(dǎo)性的配方.對(duì)于本系統(tǒng)來(lái)說(shuō)油墨色塊的顏色測(cè)量值是輸入值，相應(yīng)各種油墨所占的油墨配比是輸出值.無(wú)論是色彩值的變化還是顏料百分比的變化都是連續(xù)的.選用的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型可滿足連續(xù)輸入、連續(xù)輸出及有監(jiān)督訓(xùn)練這3個(gè)條件，非常適合解決非線性問(wèn)題.

　　BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的參數(shù)確定

　　文中研究的配色系統(tǒng)是以測(cè)量色塊的顏色值的不同進(jìn)行分類，大體上有以下兩種.

　　(1)基于Lab顏色空間的模型從理論上講一個(gè)三層的BP網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)任意精度的對(duì)應(yīng).本系統(tǒng)采用的就是單隱層的三層BP網(wǎng)絡(luò).由于任何油墨的色彩都可以通過(guò)L、a、b值表示，所以系統(tǒng)采用的BP網(wǎng)絡(luò)有3個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)，分別輸入印品色彩的L、a、b值.在印刷過(guò)程中一般采用黃、品、青、黑4色油墨，可以采用調(diào)配某色油墨所需要的這4色油墨的百分比為輸出節(jié)點(diǎn)，本系統(tǒng)的BP網(wǎng)絡(luò)輸出層結(jié)點(diǎn)數(shù)定為4個(gè).

　　如果隱層單元數(shù)太少或太多都是不利的，因此隱層神經(jīng)元數(shù)的選取是BP網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵.對(duì)于隱含單元數(shù)h有以下經(jīng)驗(yàn)公式[8]：h= 槡n +m+a(1)其中：n為輸入單元數(shù);m為輸出單元數(shù);a為0～10之間的常數(shù).根據(jù)公式(1)，可得到本系統(tǒng)隱層單元數(shù)的范圍為2～12.(2)基于光譜顏色空間的模型光譜反射曲線是指色塊在不同波長(zhǎng)的光照下(通常是400～700nm)的反射率，被稱為顏色的指紋，用該參數(shù)來(lái)表示顏色是最精準(zhǔn)的.

　　在印刷中取數(shù)據(jù)時(shí)一般是每隔10nm就取一個(gè)反射率值，也就是光譜反射曲線值作為顏色的輸入值，因此基于光譜顏色空間的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型有31個(gè)輸入值.在該配色模型中采用青、品、黃、黑4色油墨的網(wǎng)點(diǎn)百分比為輸出節(jié)點(diǎn).根據(jù)公式1的原則，隱層單元數(shù)可為6～16.BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)含有31個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)，數(shù)據(jù)量太多，增加了模型的復(fù)雜程度.如何減少輸入光譜數(shù)據(jù)，成了一個(gè)難題.下面我們觀察不同的青、品紅、黃、黑網(wǎng)點(diǎn)百分比時(shí)光譜反射曲線的特征.從圖2～5可以看出：對(duì)于青、品、黃、黑的單色油墨，網(wǎng)點(diǎn)百分比越高，光譜反射率越大.

　　青油墨反射率高的波長(zhǎng)區(qū)間為430～530nm，品紅油墨反射率高的波長(zhǎng)區(qū)間為400～480nm和580～700nm，黃油墨反射率高的波長(zhǎng)區(qū)間為500～700nm，黑油墨在整個(gè)波長(zhǎng)區(qū)間反射率變化不大.青油墨反射率隨網(wǎng)點(diǎn)變化較大的波長(zhǎng)區(qū)間為430～530nm和580～700nm，品紅油墨反射率隨網(wǎng)點(diǎn)變化較大的波長(zhǎng)區(qū)間為430～580nm，黃油墨反射率隨網(wǎng)點(diǎn)變化較大的波長(zhǎng)區(qū)間為430～530nm，黑油墨反射率在整個(gè)波長(zhǎng)區(qū)間隨網(wǎng)點(diǎn)大小變化比較均勻.因此，可以把光譜區(qū)間進(jìn)行分段取點(diǎn)以表征不同顏色的光譜變化.綜上所述，把430nm、480nm、530nm、580nm、630nm、680nm的反射率作輸入值，大大減小了訓(xùn)練的數(shù)據(jù)量，這種配色模型稱為改進(jìn)的基于光譜的BP計(jì)算機(jī)配色模型.由公式1可確定隱層單元數(shù)范圍為3～13.

　　神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的訓(xùn)練

　　BP網(wǎng)絡(luò)的收斂條件要求初始輸入的變量必須在[0，1]區(qū)間內(nèi)取值，因此對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，以便使輸入變量滿足要求.為了保證網(wǎng)絡(luò)的收斂，要求初始權(quán)值在輸入累加時(shí)，能使每一個(gè)神經(jīng)元的狀態(tài)值接近于0，以保證開始時(shí)不落到那些平坦區(qū)上.訓(xùn)練樣本個(gè)數(shù)的選擇也有一定的要求，太多或太少都不好，且樣本的分配區(qū)域盡可能廣，樣本分布不存在過(guò)于集中的現(xiàn)象.在實(shí)驗(yàn)中通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)色塊主要是單色印刷和雙色、三色、四色疊印而成.

　　印刷色塊的顏色值有一定的規(guī)律，即在采用相同的油墨印刷時(shí)，顏色值的范圍是從最小網(wǎng)點(diǎn)百分比的油墨組成的色塊測(cè)量到的顏色值到最大網(wǎng)點(diǎn)百分比的油墨組成的色塊顏色值.因此在單色、雙色、三色、四色色塊中選擇有代表性的顏色40個(gè)樣本進(jìn)行訓(xùn)練.基于Lab顏色空間的模型采用改進(jìn)的BP網(wǎng)絡(luò)法即彈性梯度下降法，彈性梯度下降法的訓(xùn)練函數(shù)為trainrp，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)仿真，隱層單元數(shù)選擇為5時(shí)再經(jīng)過(guò)302次迭代后，滿足了均方根誤差小于0.5×10-2的要求，網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練結(jié)束.

　　基于光譜顏色空間模型采用Levenberg-Marquardt(L-M)優(yōu)化算法，訓(xùn)練函數(shù)為trainlm，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)仿真隱層單元數(shù)選擇為15時(shí)經(jīng)過(guò)198次迭代后，滿足了均方根誤差小于0.5×10-2的要求，網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練結(jié)束.改進(jìn)的基于光譜顏色空間采用彈性梯度下降法，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)仿真，隱層單元數(shù)選擇為12時(shí)經(jīng)過(guò)501次迭代后，滿足了均方根誤差小于0.5×10-2的要求.

　　神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的檢驗(yàn)

　　本文隨機(jī)抽取10個(gè)非訓(xùn)練用的樣本，輸入兩個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算，將系統(tǒng)輸出數(shù)據(jù)與樣本標(biāo)準(zhǔn)配方數(shù)據(jù)的網(wǎng)點(diǎn)誤差列于表中.表1(表略)為基于L*a*b*顏色空間模型的檢驗(yàn)，表2為基于光譜顏色空間模型的檢驗(yàn).表3為改進(jìn)的基于光譜顏色空間模型的配方檢驗(yàn).從表中數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，這三個(gè)模型輸出的數(shù)據(jù)配方誤差值在可以接受的范圍內(nèi)，配方誤差最大的超過(guò)10%，且分布在暗色調(diào).三個(gè)模型中，基于光譜顏色空間的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的配方精度最好，基于Lab顏色空間的配方精度最差，改進(jìn)的基于光譜顏色空間的配方精度居中.

　　結(jié)束語(yǔ)

　　基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)配色系統(tǒng)具有可行性，可應(yīng)用在膠印、凹印、柔印、絲印等油墨配色中，具有廣闊的應(yīng)用前景.在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)配色系統(tǒng)中，基于Lab顏色空間模型的配色精度低于基于光譜顏色空間模型的配色精度，對(duì)于基于光譜顏色空間的配色模型來(lái)說(shuō)，通過(guò)分段選取特征點(diǎn)可減少配色模型的輸入個(gè)數(shù)，但配色精度一般.基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的配色系統(tǒng)存在一定的局限性，只限于印刷條件和印刷材料不變的情況下配色，且只適用于青、品紅、黃、黑四色配色.

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