随着计算机科学及色彩输入/输出技术的发展,彩色图像作为信息载体,在印刷、影像、广告、影视、电子商务、数字娱乐等诸多领域得到了越来越广泛的应用,人们对色彩再现质量的要求也越来越高。然而受成像机理、色彩空间、元器件性能、耗材特性、机械加工精度等因素影响,输入/输出设备的彩色特性差异十分显著,这使得彩色图像跨介质、跨平台一致再现极为困难。为实现“所见即所得”(WYSIWYG)的目标,必须对颜色进行测量、控制和管理,于是形成了多种色彩管理体系结构,其中最著名的当属国际色彩联盟(ICC)提出的色彩管理规范。ICC色彩管理引入设备无关的色彩空间(通常为CIELab或CIEXYZ)统一描述设备彩色特性,通过色域匹配及设备输入/输出关系非线性校正,建立设备相关色彩空间(RGB、CMYK等)与设备无关色彩空间之间的映射关系,实现彩色信息从输入设备色彩空间到设备无关色彩空间,再到输出设备色彩空间的准确转换。针对现有色彩管理体系不具备自适应渲染功能、无法获得最佳图像再现的不足,本文重点研究色彩管理体系结构的改进及设备色彩特性化、设备色域描述、自适应色域匹配等关键技术,并根据理论研究成果,设计了一套色彩管理应用支撑软件。从最初的封闭式色彩管理体系到ICC开放式体系、PostScript体系、sRGB体系、基于色外观的体系以及光谱再现体系,色彩管理在发展中绽放出多种形式。由设备彩色特性描述文件(Profile)和色彩管理组件(CMM)组成的ICC色彩管理已成为彩色工业的通用标准。理论分析和实际应用中发现,目前基于ICC规范的色彩管理系统不能针对图像进行自适应渲染,因而无法获得最佳的色彩再现。针对该问题,提出一种基于ICC规范扩展的色彩管理体系结构,其核心是开发具有自适应色域匹配功能的CMM,针对图像特征进行最佳渲然。虽然与重Profile、轻CMM的传统ICC色彩管理体系侧重点相反,两系统外特性上却完全相同。扫描输入、显示和打印输出设备中,以打印机彩色非线性最复杂。因此本文以CMYK喷墨打印机为主要研究对象,首先进行设备彩色特性提取,重点是打印机的色域描述和色彩校正。实验发现打印机墨水呈色存在显著的非线性特征,于是引入了B样条描述非线性,在此基础上提出一种基于样条张量积的打印色彩校正算法,获得相当校正精度的条件下,所需打印测量的样本数较常规插值算法有大幅下降。提出一种基于设备色域表面采样和样条插值的色域描述算法,计算所得色域体积、形状与真实设备色域极为接近。两种色彩特性提取算法普适性好,可推广到扫描、显示及超四色打印设备。针对超四色喷墨打印机,提出一种基于色域划分的色彩校正算法,降低了颜料空间的维数,消除了颜色冗余。设备间色域形状、大小及位置差异是彩色跨介质一致再现的难题。因此色域匹配成为色彩管理系统中的一项核心技术,既要调整彩图颜色使之落入再现设备色域内,又要尽量保持原始图像的视觉效果。针对当前ICC体系中色域匹配算法与图像无关,难以充分发挥设备再现能力的不足,提出两种图像特征相关的自适应色域匹配算法。基于图像类别的匹配首先提取图像特征并分类,根据图像类别确定合适的匹配策略。基于视觉评价模型的算法考虑了人眼对再现图像的主观评价,同时保证图像中整体色彩和边缘细节的损失达到最小。针对国内目前缺乏具有自主知识产权色彩管理应用支撑软件的现状,设计并实现了基于ICC扩展的色彩管理系统。该系统由彩色设备Profile生成器和自适应色彩管理组件CMM构成。Profile生成器应用了设备彩色特性提取技术的研究成果,CMM则集成了自适应色域匹配功能。另外CMM设计完全遵循Windows图像色彩管理规范,最终以Windows第三方CMM的形式在操作系统级别进行色彩管理。实际应用表明,自适应色彩渲染要优于Windows自带色彩管理功能。