Перевод: Александр Буреев

Введение

Исторически сложилось так, что управление цветом представляет собой трудоемкий и дорогостоящий процесс в печатной, пре-пресс и киноиндустрии. Видео-индустрия также нуждается в технологиях управления цветом. В течение нескольких лет велись интенсивные дискуссии по решению данной проблемы. В результате этих дискуссий Международный Цветовой Консорциум (ICC) выработал стандарт на межплатформенный формат профайлов, необходимый для характеризации устройств цветовоспроизведения. После дискуссии о текущем положении дел в промышленности, а также дискуссии об основных ограничениях, существующих сегодня в управлении цветом, этот стандарт был принят. И наконец приведены примеры применения рабочего потока управления цветом по стандарту ICC.

Управление цветом в печатной индустрии

В прошлом существовало несколько различных подходов для получения достоверного цвета в печатной индустрии. Было предпринято несколько попыток для сведения усилий по выработке общепромышленного решения воедино. Эти усилия привели к созданию общего стандарта для офсетной печати под названием BVD/FOGRA standard (1), большая часть которого позднее вошла в ISO standard (2). Этот стандарт определяет:

• Процесс-цвета (как определено в Euroscale (3)).
• Цвет бумаги (точка белого).
• Условия измерения (например, черная положка позади бумаги).
• Растискивание в печатном процессе.

Недавно были унифицированы американский стандарт SWOP (Standard for Web Offset Printing) для процесс-цветов и аналогичный европейский стандарт Euroscale (4). Для того чтобы можно было проверить качество цветовоспроизведения на печатной машине, были созданы стандартизированные контрольные шкалы. При постоянном проведении измерений контрольные шкалы служат индикаторами возможного изменения цвета печатной продукции. Различные производители печатных машин (5,6) разработали методику перевода таких измерений в управляющие алгоритмы, позволяющие автоматически подстраивать дуктор печатной машины и управлять подачей краски (7).

Управление цветом в допечатной подготовке

Немецкая система допечатной подготовки PVD (Partner vor dem Druck), в том виде, как она была к началу этого года, представляет характерный пример системы управления цветом в допечатной подготовке. Это программно-аппаратное решение основано на использовании рабочей станции Silicon Graphics и ее операционной системы. Такая система обеспечивает пользователя возможностью имитировать печатный оттиск на цветопробном устройстве. Результат достигается за счет того, что цветопробное устройство совместно с цветопробной бумагой обладает большим цветовым охватом, чем печатная машина вкупе с запечатываемым материалом. Благодаря этому цветопроба может воспроизвести цвета запечатываемой области и свободной от краски части изображения в соответствии с тем, как это будет выглядеть в печати. Оператор вначале должен откалибровать цветопробу, основываясь на характеристиках конкретной печатной машины. Поставщик включает в комплект своего программного обеспечения калибровочную кривую, которая должна быть улучшена вручную, на основе результатов измерений печатного оттиска.

Для того чтобы имитировать тиражный оттиск, оператору необходимо получить CMY-значения цветов, что достигается при помощи следующего итерационного процесса. Вначале оператор печатает контрольные шкалы и проводит их измерения, обеспечивая тем самым входное воздействие системе управления цветом. Затем задаваемые цвета немного изменяются и проводятся новые замеры. Проведя для каждой итерации сравнение измеренных значений цвета с заданными, можно представить, как получить требуемый цвет. После этого вводится учет градационной характеристики или характеристики растискивания, которые устанавливают соотношение между оптической плотностью цветового патча на цветопробном и печатном оттисках. Далее описанный метод проб и ошибок повторяется. Необходимо отметить, что в такой системе черный цвет задается за счет смешения триадных красок без введения отдельной сепарации черного. Благодаря тому, что цветопробная бумага белее, чем тиражная, цветопробное устройство может сымитировать цвет тиражной бумаги, используя случайным образом нанесенные растровые точки черной краски.

Имея независимо полученные характеризации печатного и цветопробного устройств, их комбинация также может быть охарактеризована. Для поддержания оборудования в работоспособном состоянии используется программное обеспечение, которое подстраивает значения насыщенности, оптической плотности и процента заполнения растра (в интервале от 10% до 100% с шагом в 10%). Для поддержания заданных параметров системы измерения необходимо проводить каждый день. Описанное выше решение хотя и дает достоверные результаты на этапе допечатной подготовки и собственно печати, является очень сложным и отнимает много времени.

Управление цветом в кинематографе

Как и в печатной индустрии, введение компьютерных технологий в кинематограф изменило способ управления цветом в нем. В докомпьютерные времена управление цветом было проблемой химии и процессов обработки пленки. Химическое поведение галоидных соединений и красящих веществ, используемых в производстве пленки, могло быть измерено и промоделировано. Красящие вещества, фильтры и обрабатывающие материалы были спроектированы для совместной работы так, что верность цветовоспроизведения поддерживалась на всех этапах производства фильма. Цвет, получаемый на промежуточных носителях (на негативах) был не важен, поскольку конечный результат был неплохим.

Введение компьютеров в процесс производства фильмов изменило ситуацию. Компьютеры используются не как экран для просмотра кино. Они применяются в двух совершенно различных направлениях киноиндустрии: для редактирования изображения, полученного на пленке (ретуширование или добавление спецэффектов), а также для производства полностью синтезированных двух- и трехмерных изображений.

Центры по цифровой обработке фильмов (14) это хороший пример первого направления. Такие центры имеют в своем распоряжении высококачественный сканер кинопленки, цифровую станцию ретуши и лазерный принтер для записи изображения на кинопленку. Отснятый фильм приносится в такой центр, где сканируется. Цифровая станция используется как для ретуширования изображения, так и для его изменения. Например, в некоторой сцене был снят движущийся автомобиль, а вторая камера, используемая для съемки актеров с другого ракурса, случайно попала в кадр. Тогда с помощью станции ретуширования эта вторая камера «вырезается» из сцены фильма.

Целью системы управления цветом в этом случае является определение цвета изображения отсканированной пленки настолько точно, насколько это возможно. Другой целью является точное управление цветом при записи изображения на кинопленку с помощью лазерного принтера.

Управление цветом заключается в подстройке всех устройств под лазерный принтер, ибо он является конечным устройством (устройством вывода) (17). CCD- матрица и система подсветки сканера пленки спроектированы и настроены с помощью фильтров в строгом соответствии со спектральными характеристиками лазерной системы принтера. Из-за того, что базовые цвета монитора не могут быть изменены, он калибруется специальным образом, и LUT таблица видеокарты подстраивается так, чтобы изображение на мониторе было как можно ближе к изображению, записываемому лазерным принтером. Монитор изготавливается со значением гаммы равным 0.6, что приблизительно соответствует гамме кинопленки.

Цифровая станция анимации (Digital Animation DreamMachine), созданная фирмой Silicon Graphics для киностудии Dream Works SKG демонстрирует необходимость системы управления цветом в мультипликации. За исключением рисунков заднего плана, которые могут быть отсканированы, все сцены мультфильма изначально существуют только на мониторах рабочих станций. Сегодня для большей части художников-мультипликаторов цвет, который они увидят в окончательном варианте на кинопленке, может отличаться от того, который они задумывали. Требуется несколько итераций, прежде чем цвет, который получается на кинопленке, будет похожим на цвет, задаваемый на мониторе компьютера. Одной из причин широкого распространения компьютеров является то, что они реализуют принцип WYSIWYG (Что Вы Видите То и Получаете) при создании документов. Целью проекта студии DreamWorks является реализация принципа WYSIWYG в системе управления цветом для мультипликации.

Система управления цветом проекта студии DreamWorks основана на принципе использования ICC-профайлов, который будет описан далее. Очень привлекательно обеспечить поддержку различных устройств записи на кинопленку и не заниматься при этом приводкой спектральных характеристик одного устройства к другому. Вместо этого программа создания мультипликации выполняется с использованием любого устройства, имеющего требуемый цветовой охват. Обычно в качестве такого устройства выступает монитор рабочей станции. Корректировка цвета осуществляется в момент преобразования цвета в цветовой охват выходного устройства, роль которого может выполнять лазерный принтер для записи на кинопленку или видеоустройство.

Существует одна интересная проблема, вызванная тем, что кинопленка (фотопленка) имеет больший цветовой охват и динамический диапазон, чем печать красками по бумаге. Имеется возможность имитировать носитель с меньшим цветовым охватом (бумага, например) на устройстве, имеющим больший цветовой охват (таком, как монитор). Но имитация изображения кинопленки на мониторе представляет очень большую проблему, поскольку цветовой охват монитора много меньше цветового охвата пленки. Поэтому при переводе изображения с кинопленки для показа на мониторе либо произойдет потеря деталей изображения в светах и тенях (поскольку используется компрессия), либо за один раз можно отобразить только ту часть изображения, которая соответствует цветовому охвату монитора, но не все изображение целиком. Ни первое, ни второе решение не является удовлетворительным.

Управление цветом в видео

В видеоиндустрии, так же как и в случае киноиндустрии, использование компьютерных технологий изменило ситуацию в области управления цветом. Репродуцирование цвета в телевидении определено Сообществом кино- и телеинженеров (Society of Motion Picture and Televisions Engineers) в ряде стандартов, руководств и практических рекомендаций. Поскольку телевидение можно представить в виде только выходных носителей (телевизоров – прим. переводчика), то теоретически управление цветом может быть основано на использовании электронных и физических компонент, приведенных к определенному стандарту. И в таком случае не требуется цифровая обработка сигнала. Конечно, домашние телевизоры не калиброваны и условия просмотра обычно далеки от идеальных. Другая проблема состоит в том, что люминофор, используемый в современных телевизорах, сильно отличается от люминофора, определенного Федеральной Коммуникационной Комиссией (Federal Communications Commission) в 1953 году (15). Практическим следствием этого, особенно в сочетании с тем фактом, что насыщенность цвета является второстепенной в системе NTSC, стало то, что цвет в телевизорах отображается неточно, а изображение получается размытым.

Сейчас все чаще отображение видеоряда происходит не на телевизорах, а на мониторах компьютеров, поскольку видео встраивается в мультимедийные документы и происходит слияние видео- и компьютерных технологий в телеконференциях. Как телевизоры, так и мониторы компьютеров используют одну и ту же RGB-модель воспроизведения цвета и однотипные электронно-лучевые трубки. Однако существует много отличий. Телевизоры, по крайней мере, теоретически, имеют значение гаммы 2.2. Значения гаммы для мониторов может быть задано в диапазоне от 1.4 до 2.2. При поставке рабочих станций SGI на них устанавливается гамма 1.7, но впоследствии она может быть изменена пользователем на любое значение из диапазона от 0.0001 до 19.9. Белая точка телевизоров определяется стандартом D65, в то время как белая точка мониторов имеет цветовую температуру 9300К. Наконец, таблица, приведенная ниже, показывает значения цветности для монитора стандарта 1953 года SMPTE «C» спецификации, монитора по стандарту CCIR 709 и номинальные значения цветности для двух довольно хороших компьютерных мониторов: Sony Trinitron и Hitachi 2198 (16).

FCC 1953	X	y
Red	0.674	0.326
Green	0.218	0.712
Blue	0.140	0.080

SMPTE «C»	X	y
Red	0.630	0.340
Green	0.310	0.595
Blue	0.155	0.070

CCIR 709	X	y
Red	0.640	0.338
Green	0.300	0.600
Blue	0.150	0.060

Sony Trinitron (все +-0.03)	X	y
Red	0.621	0.340
Green	0.281	0.606
Blue	0.152	0.067

Hitachi CM2198 (все +-0.02)	X	y
Red	0.624	0.339
Green	0.285	0.604
Blue	0.150	0.065

SMPTE «C» спецификация требует допустимого отклонения +-0.005 для значений х и y. Кроме того, таблица показывает две вещи. Во-первых, как с течением времени менялись применяемые в телевидении люминофоры и как ограничена FCC спецификация, под которую подстраиваются цвета в телевещании, по отношению к современным телеприемникам. Во-вторых, таблица показывает, насколько сильно отличаются люминофоры, используемые в типичных компьютерных мониторах, от люминофоров, применяемых в телевидении.

Все это указывает на необходимость в управлении цветом для достижения идентичности воспроизведения цветов при демонстрации видео на мониторах компьютеров. При этом критичной является скорость цветового преобразования изображения. Такое преобразование должно выполняться в масштабе реального времени в отличие от, скажем, процесса печати или от процесса записи изображения на кинопленку. Если при работе со статическим изображением преобразование выполняется примерно в течение одной десятой секунды, то это вполне приемлемо, и в любом случае система будет работоспособна. В случае же телевизионного изображения цветовое преобразование необходимо выполнять со скоростью 60 кадров в секунду, что крайне затруднительно для системы управления цветом. По этой причине системы, выполняющие преобразование цветового охвата телеприемника в цветовой охват компьютерного монитора, довольно примитивны по сравнению с системами, используемыми в полиграфии. Хорошая система управления цветом должна использовать как можно меньшее количество вычислительных операций.

Чем вызвана необходимость в открытых системах управления цветом?

Как было показано выше, при традиционном подходе к системе управления цветом характеризация всей цепочки оборудования, состоящей из сканера, программы обработки изображения, монитора и выходного устройства, возможна только в том случае, когда состав такой цепочки неизменен. Только тогда, когда состав цепочки окончательно определен (допустим, в целях тестирования), возможно привести в соответствие цветовые характеристики выбранных пар устройств. Проблема управления цветом в этом случае становится более понятной. Обычно цветовое преобразование происходит непосредственно из цветового охвата одного устройства в охват другого. Как описано выше, часто такое преобразование устанавливается эмпирически.

В допечатной подготовке, в печати и в видео- и киноиндустрии существуют два фактора, из-за которых такой подход находит все меньшее и меньшее применение. Первый фактор — рост числа открытых систем (т.е. систем, в которых можно использовать оборудование различных производителей и производить частую переконфигурацию), что, собственно, и приводит к необходимости выработки концепции открытости в управлении цветом. Второй фактор — рост числа распределенных систем, в которых создание документа и его репродуцирование часто происходит в территориально удаленных друг от друга на многие мили местах. Это приводит к необходимости надежной стыковки отдельных частей системы.

Эти проблемы можно решить, если построить систему управления цветом на основе хорошо определенной системы нейтрального кодирования цвета, такой, как, например, цветовое пространство CIE (8). Если аппаратно-определенные цвета периферийного устройства могут быть переведены в аппаратно-независимое цветовое пространство и если все производители компьютеров и программного обеспечения согласятся использовать такое аппаратно-независимое цветовое пространство, то станет намного легче соединять оборудование от различных производителей в единую систему, а также поддерживать единую спецификацию цвета. Из-за того что цветовое пространство CIE хорошо определено и воспроизводимо, оно представляет собой превосходный язык для передачи информации о цвете между удаленными системами.

Поэтому в начале 1993 года несколько компаний решили соединить свои усилия в выработке общего подхода к проблеме управления цветом. Они сформировали Международный цветовой консорциум ICC (International Color Consortium) для того, чтобы решить проблемы пользователей путем создания надежного, обеспечивающего повторяемость результатов механизма воспроизведения цвета на любом этапе процесса репродуцирования.

В том виде, в каком он был определен, стандарт ICC нашел широкую поддержку (Приложение 1), и существует высокая вероятность того, что он будет принят промышленностью.

Подход ICC к управлению цветом

Одним из первых решений, принятым ICC, было возложение ответственности за преобразование цветовых пространств на операционную систему. При этом отпадает необходимость во встраивании системы управления цветом в каждое приложение. С другой стороны, каждое приложение может получить доступ к системе управления цветом. А профайлы устройств, содержащие информацию о цветовом поведении различных периферийных устройств, предоставляют данные, необходимые для проведения цветовых преобразований.

Архитектура программного обеспечения ICC

Конечно, ICC не дает конкретных указаний о построении операционной системы и ее архитектуре, а только общие положения. Внутрь операционной системы предлагается встроить Модуль управления цветом («Color Management Framework»), который отвечает за наиболее важные функции управления цветом операционной системы, такие, как организация профайлов, поддержка различных цветовых пространств и т.д. Такой модуль обеспечивает интерфейс для различных методов преобразования цвета, которые являются сердцем системы управления цветом, выполняя преобразования данных о цвете изображения в специальные цветовые пространства выходных устройств. Модуль управления цветом поддерживает как цветовую координатную систему CIEXYZ, так и CIELAB в качестве стандартных. Также допускается добавление других цветовых координатных систем. Возможность использования других систем обеспечивается благодаря хорошо определенной спецификации и ее открытости. Кроме того, дается поддержка для цветовых пространств устройств с различным количеством выходных каналов. Профайлы могут быть сделаны для трех каналов (RGB, CMY, HSV), четырех каналов (CMYK) или даже для семицветной печати.

Что определяет ICC-спецификация профайлов?

ICC-спецификация профайлов (9) начинается с описательной части, в которой объясняются такие понятия, как профайлы устройств, цветовые пространства, пространство стыковки профайлов, элементы структуры профайлов и встроенные профайлы. Содержание профайлов устройств описывается сверху вниз. ICC-профайлы в своей основе состоят из таблицы содержания и следующих за ней данных. Документ, описывающий профайлы, вначале определяет различные типы профайлов устройств и то, какие теги должны быть в этих профайлах. Затем идет описание тегов и их тип. После этого идет определение основных типов. Документ содержит примеры и приложения. В частности, в одном из наиболее важных приложений описывается способ встраивания профайлов в EPS, PICT и TIFF файлы. ICC определяет различные типы профайлов:

• Входное устройство (Input Device)
• Устройство отображения (Display Device)
• Выходное устройство(Output Device)
• Color Space Conversion
• Device Linking
• Абстрактный профайл (Abstract Profile)

Для каждого типа профайла определен набор управляющих тегов. Также предусмотрена возможность добавления любых других тегов.

Создание ICC-профайлов

Одним из первых шагов при построении профайла является колориметрическое измерение набора цветовых патчей на некотором носителе или устройстве отображения информации. Если носитель изображения или просмотровое окружение отличаются от эталонных, то необходимо произвести адаптацию измеренных колориметрических значений, привести их в соответствие с пространством стыковки профайлов (PCS). Такая адаптация рассчитывается для цветности белой точки, относительной яркости идеального рефлектора, условий просмотра, просмотрового источника света и блика. В настоящее время проведение адаптации возложено на программу построения профайлов.

К примеру, при построении профайла сканера необходимо отсканировать эталонное изображение (т.н. мишень — прим. переводчика) и полученные данные поставить в соответствие эталонным данным, хранящимся в файле цветовых измерений мишени. Цвета, содержащиеся в эталонном изображении, должны быть распределены как можно более равномерно внутри цветового пространства CIE. Сравнение эталонных данных (т.е. данных колориметрических промеров мишени — прим. переводчика), прилагаемых к сканеру, и данных, полученных при сканировании эталонного изображения, дают хорошую информацию о репродукционных свойствах сканера.

Построение профайла принтера представляет собой обратный процесс. В этом случае вначале генерируется набор цветовых патчей, равномерно распределенных по телу цветового охвата принтера (CMY- или CMYK-модели), и затем этот набор печатается. Затем производится колориметрическое измерение напечатанных патчей. Метод преобразования, переводящий цветовое пространство CIE в цветовой охват устройства, в этом случае получается более сложным.

Различные производители используют разное количество тестовых цветовых патчей. Некоторые поставщики используют таблицу патчей по стандарту IT7.8, которая содержит 190 цветных патчей, в то время как другие поставщики используют тестовую таблицу с 4500 патчей. Из-за наличия статистического шума для получения достоверного результата необходимо провести замеры 15-20 образцов, а потом усреднить результат. Вопрос о том, какое количество образцов надо замерить, чтобы точно охарактеризовать устройство, еще не решен несмотря на его практическую важность. Этот вопрос не решен и потому, что многие системы управления цветом ориентированы не столько на печатную индустрию, сколько на рынок настольных издательских систем, а в этом сегменте рынка для пользователя неприемлемо самому производить измерения даже 190 патчей, эти пользователи хотели бы иметь уже построенные профайлы. Конечно же, при этом возникает очевидная проблема: стоимость таких профайлов, предназначенных для характеризации устройства, должна быть приемлемой. Другой вопрос: «А что делать, если параметры устройства “уйдут” от эталонных, при которых проводилась характеризация оборудования производителем?»

Преобразование цветового охвата

Вопрос о том, как необходимо выполнять преобразование цветовых охватов, является фундаментальным в управлении цветом и в свою очередь делится еще на два вопроса. Первый: если имеется некоторый цвет входного устройства (лежащий вне охвата выводного устройства – прим. переводчика), то какой цвет необходимо выбрать на выходном устройстве для наилучшего отображения входного цвета? Этот вопрос возникает из-за того, что не всегда выходное устройство может отобразить все те цвета, которые может воспроизвести входное устройство. Второй вопрос: какие вычисления необходимо произвести, чтобы преобразовать цветовой охват входного устройства в цветовой охват выходного устройства?

«Оптимум репродуцирования»

Оборудование для «фиксации» изображения и оборудование для его репродуцирования имеют различные характеристики. Цветовые охваты устройств отличаются друг от друга как по размеру (количество цветов, которое может быть отображено), так и по форме (какие именно цвета могут быть отображены). Обычно сканеры имеют намного больший цветовой охват и динамический диапазон, чем выходные устройства, такие, как, например, принтеры. Из-за различной формы цветовых охватов устройств задача нахождения «оптимума репродуцирования» не сводится к тому, чтобы просто уменьшить цветовой охват устройства, имеющего больший размер. Математические операции, с помощью которых выполняется такое преобразование нелинейные, и, следовательно, уменьшение большего из двух цветовых охватов до тех пор, пока оно не «втиснется» в меньший цветовой охват, может привести к существенному искажению трансформируемого цветового охвата.

Выбор должен быть сделан между двумя различными концепциями «оптимального репродуцирования». Первая концепция называется «психологически точное совпадение» («appearance matching»). Этот подход основан на способности человеческого зрения учитывать не только цвет в определенной точке, но и цвет окружения. Существует возможность сжать цветовой охват источника и сохранить при этом визуальную сбалансированность изображения. При этом достигается субъективная оценка полученного результата: если серое кажется серым и «памятные цвета» (такие, как телесные цвета, цвет травы и неба) выглядят приемлемо. Другой подход называется «колориметрически точный подбор» («colorimetric matching»). В этом случае целью является воспроизведение возможно большего числа цветов входного устройства с наибольшей возможной точностью. При этом оценка полученного результата проводится объективным способом, например, с помощью колориметра. Поскольку при использовании колориметрического подхода некоторые цвета источника не могут быть воспроизведены точно, необходимо идти на некоторые компромиссы. Но и в этом случае из-за изменения соотношений между цветами изображения такое изображение (подвергнутое «колориметрически точному» преобразованию) с точки зрения человека может выглядеть «не очень хорошо».

Оба метода имеют свои преимущества. Психологически точный метод преобразования полезен для создания точно такого же впечатления от выходного изображения, которое создается при взгляде на оригинал. При колориметрическом методе измеренные данные могут быть переданы для дальнейшего использования с высокой степенью надежности. В случае удаленной печати это поможет убедиться в точности получаемых результатов. Будущее покажет, какой метод для какого практического применения является наиболее подходящим.

Математика цветовых преобразований

Наиболее упрощенный метод цветового преобразования задается алгоритмом преобразования одного цветового пространства в другое. Он является приемлемым для аппаратно-независимых цветовых пространств. Например, Метод Цветового Преобразования (Color Space Transformation) CIE 1976 определяет преобразование пространства XYZ в цветовое пространство L*a*b* по формуле:

L*= 116*f(Y/Yn) - 16 a*= 500*(f(X/Xn)-f(Y/Yn)) b*= 200*(f(Y/Yn)-f(Z/Zn))

В этом уравнении (X/Xn)1/3 для (X/Xn) >= 0.008856 f(X/Xn) = 7.787*X/Xn + 16/116 для (X/Xn) <0.008856 при f(Z/Zn) и f(Y/Yn) соответственно.

Индекс n обозначает координаты белой точки эталона.

Следующим по сложности шагом является использование некоторой аппаратно-зависимой информации, причем чисто формальным способом. Один пример показывает сравнительно простой механизм, описанный в ICC-спецификации, для преобразования цветового пространства RGB монитора в CIEXYZ. Этот подход использует информацию, содержащуюся как в файле изображения, так и в профайле устройства. Входные данные профайла представлены в модели RGB и являются релевантными. Так же как и другие профайлы, входные профайлы содержат несколько часто используемых тэгов:

Название тега	Описание
RedColorantTag	значение красного колоранта в системе XYZ
GreenColorantTag	значение зеленого колоранта в системе XYZ
BlueColorantTag	значение синего колоранта в системе XYZ
RedTRCTag	кривая тонопередачи по каналу красного
GreenTRCTag	кривая тонопередачи по каналу зеленого
BlueTRCTag	кривая тонопередачи по каналу синего

Математическая модель, описываемая этими данными, используется для вычисления значений XYZ в пространстве стыковки профайлов (PCS), согласно спецификации:

R,G,B – красный, зеленый и синий компоненты входного пиксела соответственно

Lr = redTRC[R]; Lg = greenTRC[G]; Lb = blueTRC[B]
Connection x = redColorantX greenColorantX blueColorantX * Lr
Connection y = redColorantY greenColorantY blueColorantY * Lg
Connection z = redColorantZ greenColorantZ blueColorantZ * Lb

Этот математический подход представляет собой простую линеаризацию, используемую линейной моделью смешения. Три кривых тонопередачи линеаризуют значения строк относительно яркости (Y). Матрица размерности 3х3 преобразовывает эти линеаризованные значения в значения XYZ пространства стыковки профайлов.

В патентованных Модулях Управления Цветом (CMM) используется намного более сложная модель (10), которая основывается либо на колориметрически точном преобразовании, обеспечивающем настолько точное колориметрическое совпадение с оригиналом, насколько это возможно, либо на преобразовании, обеспечивающем психологически точное совпадение с точки зрения опытного пользователя, находящегося в определенном просмотровом окружении.

Поддержка управления цветом по стандарту ICC в традиционном рабочем потоке

В рабочем потоке, использующем цифровой процесс обработки данных изображения, эти данные объединяются («tagged») с профайлом, характеризующим само устройство. При необходимости получить изображение на выходном устройстве, данные о цвете пересчитываются, при помощи входного и выходного профайлов, в такой вид, в котором они будут представлены выходному устройству.

Рабочий поток, построенный по стандарту ICC, использует другую модель обработки данных. Причин тому три. Первая: система управления цветом должна обеспечивать поддержку самых разнообразных устройств. Вторая: изображение может быть создано в одном месте, а его отображение может происходить в другом, географически отдаленном месте. И наконец, необходимо обеспечить воспроизведения одного и того же изображения на различных носителях (например, в печати, в кино и видео), используя одни и те же инструменты и процессы.

По этим причинам цвета не могут быть подстроены под выходное устройство сразу же, как только будет произведено, например, сканирование. Их нельзя подстроить в любой другой точке процесса создания изображения. Управление цветом происходит только на выходном устройстве. Это означает, что в момент создания изображения необходимо знать, на каком выходном устройстве оно будет воспроизведено. Но точно так же, как создатель изображения не знает, на каком устройстве оно будет воспроизведено, так и человек, осуществляющий вывод изображения, может не знать цветовых характеристик устройства, с помощью которого это изображение было создано.

Решение этой проблемы может быть разбито на две части. Во время создания документа в него встраивается ICC-профайл, с помощью которого производится отображение цветового охвата устройства (при посредстве которого и был создан документ, например, сканера – прим. пер) в хорошо известное цветовое пространство (CIE-цветовое пространство – прим. пер). При выводе документа операционная система использует входной и выходной профайлы для преобразования данных из цветового охвата источника в цветовой охват устройства вывода. Справедливости ради надо отметить, что указанную проблему можно решить немного лучше, применяя только одно преобразование без перевода входного изображения в CIE-цветовое пространство. На то есть две причины. Во-первых, в реальных условиях производства изображение-источник («source image») часто обрабатывается на одном и том же мониторе, с использованием несколько различных программных инструментов. И в этом случае преобразование изображения в CIE-цветовое пространство и обратно — пустая трата времени. Во-вторых, при выполнении преобразования цветовых пространств из-за ошибок округления происходит некоторая потеря точности (передачи цвета – прим пер.). Для того чтобы минимизировать манипуляции с данными, представляется возможным построить преобразование цветовых пространств устройств непосредственно между собой («device to device translation»). В отличие от ранних преобразований такого типа, использование ICC-профайлов позволяет любым устройствам соединяться друг с другом, а сами преобразования могут быть проведены любой операционной системой.

Лучшим способом для отображения цветового пространства источника является встраивание ICC-профайлов непосредственно в изображение-источник. Вполне вероятна такая ситуация, при которой часть информации содержится в одном файле, а часть в другом, причем эти файлы могут быть созданы в разное время. Если один и тот же профайл встроен в каждое изображение, то вероятность потери информации о цвете в этом случае намного меньше. Такое решение хорошо работает и в случае работы с документами, содержащими несколько изображений, причем сами документы могут быть созданы на разных устройствах. С другой стороны, документ может содержать много изображений, созданных на разных устройствах, каждое из которых имеет свое собственное аппаратно-зависимое цветовое пространство. Конечно, коррекция цвета для каждого изображения должна проводиться раздельно. Использование единого профайла для документа не даст адекватного результата. Если же каждое изображение содержит свой собственный встроенный профайл, то цветокоррекция может быть проведена индивидуально для каждого изображения.

Для того чтобы использовать в рабочем потоке управления цветом ICC-профайлы, необходимы минимальные изменения. Если имеется комплект оборудования, состоящий из сканеров, мониторов, различных выходных устройств и программного обеспечения, то реальный рабочий поток может быть представлен следующими операциями:

1. Характеризация сканеров, используя инструмент для построения профайлов
2. Характеризация мониторов, используя инструмент для построения профайлов
3. Характеризация выходных устройств, используя инструмент для построения профайлов
4. Сканирование и открытие изображения программным инструментом, подобным Photoshop
5. Перевод отсканированного изображения в цветовое пространство монитора или другого выходного устройства
6. Вставка изображений в другие программы, например в Quark или Pagemaker, и, если потребуется, проведение дальнейшего преобразования в цветовое пространство монитора или другие выходные устройства
7. Вывод на выходном устройстве

Как видно из этого сценария, использование профайлов, позволяющее математическому аппарату системы управления цветом выполнять преобразования цветовых пространств различных устройств для вывода изображения, является сущностью описанного подхода. Задача становится более трудной, если имеется широкий ряд различных устройств, от слайд-принтера до системы цифрового производства вывода (computer-to-press), в особенности, когда во время процесса репродуцирования неизвестно на каком устройстве будет произведен вывод. При воспроизведении цвета на выходном устройстве возникает необходимость в дополнительной информации, передаваемой вместе с файлом, который, к примеру, должен быть напечатан. Такая информация должна быть интегрирована в систему или система должна иметь к ней доступ. Такая информация должна позволить выполнить следующие операции:

• Предварительную настройку дукторного вала красочного аппарата, там, где это возможно
• Управление устройством смешения красок
• Вычисление рецептуры краски исходя из данных, содержащихся в файле
• Определение статистических данных о расходе краски
• Поддержка оператора
• Запрос на оптимальный выбор триадных красок

Итоги

Оценка ранних результатов по использованию подхода ICC к управлению цветом приводит к выявлению недостатков, связанных с возможностями используемых инструментов. Пользователь должен иметь возможность создавать профайлы или модифицировать их на своем собственном оборудовании. Системы управления цветом, продаваемые сегодня, укомплектованы базовыми профайлами для большинства устройств, имеющихся на рынке. И пользователь, желающий самолично создать профайл для сканера, такую возможность имеет. Сканер может измерить им самим отсканированную мишень, а программа генерации профайла может сравнить полученные значения с заданными. Для этих целей хорошо подходит тестовая мишень IT8, которая входит в пакет калибровочного программного обеспечения сканера. В случае выходных устройств, таких, как мониторы или принтеры, задача их характеризации становится более сложной, т.к. требуется специальное измерительное устройство. Несколько производителей предлагают инструменты для характеризации мониторов. Характеризация же принтеров является еще более трудной задачей. Пользователь должен осознать тот факт, что в процессе производства отпечатка на принтере неизбежно возникают шумы, и для усреднения результатов необходимо измерить достаточное количество отпечатков. На момент написания статьи авторы не обладают достаточным опытом в обращении с инструментами построения профайлов печатных устройств, чтобы прокомментировать их работоспособность. Таким образом, опыт, на который мы опираемся, основан на профайлах производителей CMM.

Первый опыт был получен во время подготовки к демонстрации работы ICC для конференции FOGRA по вопросам прогресса в компьютерных издательских системах в феврале 1995 и для конференции Seybold в Бостоне в марте 1995. На конференции Seybold демонстрировалась система, состоящая из двух сканеров, шести компьютеров, использующих четыре различные операционные системы, одного сублимационного принтера и программ управления цветом от четырех различных производителей. Полученные результаты доказали, что использование различных устройств и программных инструментов может, тем не менее, привести к сопоставимым результатам. При репродуцировании изображений использовалась концепция психологически точного совпадения (Appearance matching), и широкий опрос, проведенный среди аудитории, показал эквивалентность полученных изображений.

Из-за того что для характеризации оборудования требуются специальные инструменты, попытки создать систему управления цветом, построенную на стандартах ICC, без использования таких инструментов, редко приводят к успеху. Хорошей иллюстрацией этого является следующий пример. Продюсер большого журнала обычно печатал обложку своего журнала способом глубокой печати. И вот однажды он решил напечатать обложку на рулонной офсетной печатной машине, имеющейся на другом предприятии. Однако, эта машина не охарактеризована. И тогда было решено использовать характеризацию листовой офсетной машины, имеющейся на его предприятии, поскольку ее характеризация уже была проведена по стандарту FOGRA при стандартизированных условиях (1). Рулонная офсетная печатная машина другого предприятия была поставлена в стандартизированные условия печати (1), и для нее была использована характеризация листовой печатной машины. Для эмуляции печати, чтобы оператор мог увидеть конечный результат, был взят пробопечатный принтер IRIS, использующий свой собственный профайл в связке с офсетным профайлом. Результат печати, полученный при таком подходе, устроил и издателя и рекламодателя. До этого все свидетельствовало об успехе подхода ICC. Однако, как только потребовалось сменить тиражную бумагу, сразу же возникли проблемы. Что же произошло? Изменился цвет бумаги, а в этом случае профайл печатного процесса надо создавать заново. Исследования показывают (W. Steiger, UGRA/EMPA, St. Gallen, private communication, 1995), что человеческий глаз очень чувствителен даже к малейшим изменениям точки белого, особенно в газетной печати. Таким образом, даже незначительные изменения в цвете бумаги требуют построения новых профайлов, которые могут не оказаться в наличии.

Ограничения систем управления цветом

Применение систем управления цветом не нашло пока широкого распространения. И на то есть много причин. Но три из них являются наиболее значимыми:

• Среднее время, необходимое для оценки колориметрических расхождений между изображениями;
• Статистический уход параметров выходного устройства при работе в обычных условиях;
• Отсутствие калибровочного оборудования в настольных системах.

Точность вычислений является предметом постоянных дискуссий. Верхняя граница точности вычислений определяется количеством патчей, используемых системой для построения профайла. Пользователи готовы к тому, что процесс построения профайла может длиться часами после собственно процесса проведения замеров цветовых патчей (который сам по себе занимает около часа). Они полагают, что если это поможет им в работе, то потери времени будут оправданы.

Существенные затраты времени на построение профайла можно считать приемлемыми, но для процесса ретуширования они недопустимы. Если адаптация цветовых данных в новое цветовое пространство занимает слишком много времени, то недостатки производительности в таком случае становятся очевидными. Приемлемыми являются только алгоритмы, работающие «на лету». Первые системы, используемые ICC для демонстрации работоспособности, удовлетворяли этому требованию, но не могли быть использованы в профессиональных целях ввиду ограниченности своих возможностей.

С другой стороны, каждому выходному устройству присущи некоторые статистические отклонения в процессе воспроизведения оригинала. В офсете и глубокой печати такие погрешности могут составлять от 2 до 4 дельта Е (11,6), в то время как погрешности настольных принтеров или пробопечатных устройств более значительны (12,10). Скорость дрейфа параметров оборудования зависит от его типа (некоторые устройства менее стабильны, чем другие), от условий функционирования (стабильность электропитания) и от параметров внешней среды (изменения температуры и влажности). Специалисты полагают, что перекалибровку желательно проводить ежедневно или в крайнем случае раз в неделю.

Последней проблемой является то, что большинство пользователей настольных систем не имеют никаких инструментов для проведения калибровки. А большинство тех немногих, кто такие инструменты имеет, используют их нерегулярно. Учитывая описанный выше уход параметров оборудования, те пользователи, которые хотят добиться точного цветовоспроизведения, должны иметь возможность пользоваться измерительными инструментами и программным обеспечением для калибровки.

Насколько точными мы должны быть?

Потенциальные пользователи систем управления цветом нуждаются в ответе на вопрос, какая точность воспроизведения цвета им нужна, чтобы они были удовлетворены. Повышение точности потребует денег для приобретения более точного измерительного оборудования и времени для выполнения вычислений. Но не совсем понятно, какая точность воспроизведения цвета является приемлемой. Например, статистические данные, предоставленные рекламной индустрией (18. Die Dialogmethode, as Verkaufsgespraech per Brief und Antwortkarte, 8. Auflage, S. Voegele, Moderne Industrie, Landsberg, 1995), показывают, что рекламные изображения просматриваются читателем в среднем менее трех секунд пред принятием решения, стоит ли рассматривать страницу более тщательно. Такой просмотр состоит из серии «привязок» — глаз останавливается на определенных областях изображения в среднем примерно на 200 миллисекунд. Обычно на странице формата А4 существует от пяти до пятнадцати таких привязок. Хотя цвет притягивает глаз, шаги привязки не будут длиться дольше даже при просмотре привлекательного изображения в первый раз. Итак, в интервале от одной до трех секунд, читатель решает, будет ли он изучать страницу более подробно. С другой стороны, профессионал, оценивая качество допечатной подготовки, потратит на это намного больше времени (обычно несколько минут). Другие данные (13) показывают (см. ниже), что существует обратная корреляция между временем рассматривания изображения и точностью восприятия цвета.

Результаты сравнения копии и оригинала неопытным наблюдателем:

Дельта Е	Приблизительное время, необходимое для установления различия между копией и оригиналом
15	5 секунд
10	10 секунд
5	15 секунд

Вероятно, оценка степени различия цветов должна основываться на предполагаемом времени просмотра.

Параметр дельта Е CIELAB, который используется для установления колориметрических различий, все еще является предметом исследования и дебатов. Одни исследования показывают, что величина дельта Е, равная единице, является достаточной для того, чтобы глаз уловил различия между сравниваемыми цветами, например, при просмотре цветовых патчей из таблицы IT8. Другие исследования показывают, что в реальных условиях наблюдения различия в цвете меньшие, чем 2,5 не воспринимаются обычным пользователем. Поскольку могут сравниваться цвета из различных участков зрения, то эти результаты не обязательно противоречат друг другу. Кроме того, такие результаты показывают, как трудно установить объективный параметр сравнения цвета в системах управления цветом.

Мы уже обсуждали тот факт, что для выходных устройств характерен дрейф параметров после проведения калибровки. Существует заслуживающее доверия мнение, что методы управления цветом не должны обладать более высокой точностью, чем разброс параметров выходных устройств. Тем не менее, точность должна быть такой, чтобы не внести дополнительные ошибки в различные части процесса репродуцирования.

Выводы

Необходимость в системах управления цветом возникла в результате решения задачи построения единой системы в самых разнообразных конфигурациях, построенной на компонентах, созданных разными производителями. Пользователи не должны быть ограничены в использовании только определенных компонентов. У них должна быть свобода выбора различных продуктов. Концепция открытых систем нуждается в новых подходах к проблеме управления цветом. Стандарт на профайлы, предлагаемый ICC, представляет собой жизнеспособное решение этой проблемы и в то же время требует внесения определенных изменений в существующий рабочий поток.

Спецификация, представленная в этом документе, создана различными инженерами из состава основателей ICC. Особая благодарность Майклу Стоксу, работавшему над предварительной версией этого документа и указавшему нам на ошибки и на необходимость проведения дальнейшей разъяснительной работы.

Приложение 1

Основателями ICC были: Adobe Systems Inc., Agfa-Gevaert N.V., APPLE Computers Inc., FOGRA (почетный член), Microsoft Corporation, Eastman Kodak Company, Sun Microsystems, Silicon Graphics Inc., Taligent Inc.

Ряд производителей аппаратного и программного обеспечения приняли к рассмотрению эту проблему. В обзоре мы упомянем лишь несколько производителей и их продукты, хотя безо всякого сомнения надо упомянуть намного больше производителей:

• Adobe: PostScript Level-2
• Agfa: FotoFlow
• Apple: ColorSync
• Candela: Candela CMS
• Canon
• ColorArchitect MatchMaker
• Color Blind
• Daystar: ColorMatch / ColorMatchPro (KCMS)
• EfI: EFI-Color
• Kodak: KCMS (Precision/Colorsense)
• LightSource: OFOTO, Colortron
• Linotype-Hell: LinoColor 3
• Microsoft ICM (based on KCMS Kodak)
• Pantone: POCE (LightSource)
• Photone: Photone-CMS
• Prepress Techn.: SpectreCal
• Silicon Graphics (based on Kodak CMM)
• Storm: ColorProof (Candela)
• Sun KCMS (based on Kodak KCMS)
• Tektronix: Tekcolor

В других отраслях промышленности, использующих системы управления, например, в текстильной промышленности, активность проявляют производители, работающие в определенных сегментах рынка.

Литература

1. BVD/FOGRA, Manual for Standardization of the Offset Printing Process, Wiesbaden, 1992.
2. ISO 12647-2.
3. ISO 2846-1
4. Recommended Specifications Web Offset Publications, SWOP, Gravure Association of America, New York, N.Y.,1988
5. Specification of the CiP3 Print Production Format, Version 1.0, Darmstadt, 1995 .
6. M. Has, Regeltechnische Characterisierung von Bogenoffsetmaschinen, FOGRA Forschungsbericht Nr. 3.279, Muenchen 1993
7. M. Has, Ink control in sheet fed web offset printing, Advances in Printing science and Technology, Vol. 22, p 414 ff
8. CIE Publication 15.2, Colorimetry, Vienna, 1986
9. International Color Consortium Profile Format, Version 3.01, Boston, 1995.
10.Ralf Kuron, Norbert Stockhausen, Ermittlung von Parametern zur Umrechnung von PostScriptfarbdateien in den darstellbaren Farbbraum eines Ausgabegeraetes, Foschschungsbericht 6.403, Muenchen 1992
11. K. Schlaepfer, Farbabweichungen im Tiefdruck und Rollenoffsetdruck, St. Gallen, 1985
12. S. Bruees, Ein System zur Proze- und Qualitaetskontrolle in computerbasierten Publikationssystemen, PhD thesis, Muenchen 1993
13. Joel Maelfeldt, FOGRA Seminar on Color in Textile Printing, Munich, 1995
14, Cinesite Digital Film Center, Documentation, Revision 3.1, Cinesite, Inc.
15. LeRoy DeMarsh, "TV Display Phosphors/Primaries -- Some History", SMPTE Journal, December 1993.
16. Colorimetry for the television primaries is from DeMarsh, see above. For computer monitors, reference data were provided by the manufacturers.
17. Glenn Kennel, "Digital Film Scanning and Recording: The Technology and Practice,"SMPTE Journal, March 1994.
18. Die Dialogmethode, Das Verkaufsgespraech per Brief und Antwortkarte, 8. Auflage, S. Voegele, Moderne Industrie, Landsberg, 1995

Оригинал статьи находится по адресу: http://www.color.org/wpaper1.html