彩色显示器、彩色扫描仪和彩色打印机等数字图像设备在生产、生活和科学研究中的应用日益广泛。由于不同图像设备的颜色获取、显示和输出原理以及颜色表现能力不同，所以颜色信息的直接传递难以实现跨媒介保真再现，严重制约了彩色数字图像设备在现代和传统颜色工业、计算机辅助设计、生物医学等各方面的应用。颜色管理系统通过精确定义彩色图像设备的颜色特征、颜色管理意图、照明与观察条件等影响颜色外貌的参数，通过不同图像设备颜色空间的映射，实现颜色的真实再现。另一方面，颜色是刺激物、视觉系统以及照明与观察条件(如照明光源、观察环境、观察几何条件等)综合作用的结果。因此，颜色管理系统非常复杂，其中的诸多问题仍然是国际上颜色科学和计算机图形图像技术的研究热点。本论文着重研究颜色管理系统中的数字图像设备颜色特性表征这一关键技术问题，针对不同的数字图像设备，比较并优化了颜色特征化的技术方法及其数学模型。同时，研究了数字图像设备的色域描述方法，分析了彩色图像设备的色域特性。最后，基于设备的精确颜色特征化，以ANSI IT8.7／2标准色卡为例，实现了从扫描仪输入、经CRT软拷贝显示到打印机硬拷贝输出的颜色传输和再现的完整应用过程。彩色扫描仪是一种重要的数字图像输入设备。扫描仪的颜色特性表征方法主要有两种，即色度特征化和光谱特征化。扫描仪的色度特征化着重研究了多项式回归模型，通过优化多项式项数、输入预处理并选择合适的输出颜色空间，实现了高精度的扫描仪色度特征化。但是，扫描仪的多项式回归色度特征化模型存在同色异谱问题，因此本文提出了基于主元分析法(PCA)和神经网络技术实现扫描仪颜色光谱特征化的算法模型，解决了同色异谱的问题，并且获得了比国际上同类研究更高的图像光谱重构精度。对于广泛应用的阴极射线管(CRT)显示器，比较了几种不同模型的颜色特征化精度。采用对颜色测试数据进行去除黑点的预处理，有效地提高了模型的精度。当每个通道采用17个标定颜色时，假定色品恒定的线性插值(PLCC)模型的颜色表征精度最高；如果每个通道采用5个标定颜色，则增益-偏置-伽玛(GOG)模型的颜色表征性能最优。由于液晶显示器(LCD)的颜色显示原理与CRT显示器不同，因而基于LCD阶调复现特性(TRC)的测试和分析，本文提出了适合LCD颜色特征化的S-Shape模型，并通过与已有描述LCD阶调特性的S-Curve模型比较表明，在达到同等精度的前提下，S-Shape模型的参数设置更合理，应用更方便。喷墨打印机的颜色特征化相对于扫描仪和显示器则更为复杂，通常采用三维查表插值法来实现其颜色空间的变换。三维立方体插值能方便地应用于打印机设备相关颜色空间到CIE色度空间的变换，但其逆向变换通常难以实现。因此，本文提出了一种基于立方体细分的三维查表插值匹配算法，并通过实验证明该方法可以实现高精度的打印机颜色空间逆向变换。数字图像设备准确的色域描述是实现不同设备之间色域映射的前提。相对于目前广泛应用的离散描述方法，色域的解析描述能降低数据存储空间，并提高色域映射的计算效率。本文基于三维空间中曲面拟合的思想并结合色域特征，提出了色域的双变量高阶多项式(TVHOP)解析描述方法及其数学模型。通过对彩色CRT显示器的色域描述实验研究表明，TVHOP模型基于少量的色域表面颜色的测试即可以获得较高的色域描述精度。在详细研究了数字图像设备颜色特征化技术的基础上，以ANSI IT8.7／2标准色卡为测试彩色图像，通过扫描仪输入到显示器软拷贝再现和打印机硬拷贝输出，实现了完整的颜色信息传输过程，并对各设备的颜色特征化模型以及颜色再现能力进行了综合的测试、分析和评价。然后，将本论文的实验结果与国内外相关研究进行比较，验证了本研究中数字图像设备的颜色特征化模型与颜色再现的高精度和有效性。最后，对本论文研究工作的主要结论和创新点进行了阐述和总结，并对今后进一步的研究工作进行了展望。