以下の手順で作業を進めていましたが、表題のような問題が発生しており、解決方法がわかりません。
解決方法をご存知の方、いらっしゃったらご助言いただけると助かります。
photoshop CS6で写真を切抜き（背景透過）
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「グレースケール」へ変換後「ダブルトーン」にし、psd形式で保存
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illustrator CS6へリンクありの状態で、貼付け
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PDFに書出し
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プレビュー表示をすると、psd形式の画像のみネガ反転のように表示される
（acrobat proで開くと、特に問題なく表示される）
ちなみにPDF書出し時は、以下の状態で書出しをしています。
「準拠する規格：なし」「互換性のある形式：acrobat5」「オプション：web表示用に最適化にのみチェック」
（試しに規格や形式を変更しての保存もしてみましたが、解決しませんでした）
また、ダブルトーン変換時のカラーは、カラーピックでもDICカラーでも同様の問題が発生しました。
※できれば背景透過を維持したいので、psd形式をeps形式には変更したくありません