Перевод: Александр Буреев

1. Введение

Большое число компаний и просто специалистов из различных областей промышленности участвовали в развитии спецификации ICC (Международный цветовой консорциум), спроектированной для обеспечения разработчиков и других заинтересованных сторон четким описанием формата профайла. Для изучения данного вопроса необходим достаточный уровень понимания науки о цвете, в частности — близкое знакомство с цветовым пространством CIELAB, хорошие знания о характеризации различных устройств и близкое знакомство, по крайней мере, с одной операционной системой на уровне системы управления цветом. Для получения более детальной информации по основам колориметрии можно обратиться к статье «Введение в анализ изображений» Ричарда Гарольда.

Профайлы устройств обеспечивают системы управления цветом информацией, необходимой для преобразования данных о цвете между собственно цветовым охватом устройства и аппаратно независимым цветовым пространством. Спецификация делит устройства цветовоспроизведения на три больших класса: устройства ввода, устройства отображения и устройства вывода. Для каждого класса описан набор базовых алгоритмов, которые выполняют преобразование между цветовыми пространствами. Эти алгоритмы обеспечивают определенный уровень качества цвета, достигаемый за счет компромисса между необходимым объемом памяти, производительностью и качеством изображения.

Ясность и открытость профайла устройства достигается благодаря использованию хорошо определенного эталонного цветового пространства и способности профайла быть воспринятым любой операционной системой ICC или приложением, если те, конечно, соответствуют спецификации ICC. Совместно с профайлами устройств цветовое преобразование может быть определено как возможность удовлетворительного воспроизведения цветового охвата одного устройства многими другими устройствами. Информация, содержащаяся в профайле, является достаточной для обеспечения уровня цветовой точности (достоверности), задаваемой пользователем, и для преобразования цветовой информации между цветовыми охватами устройств, осуществляемого модулем управления цветом (СММ). Такие модули существуют во многих операционных системах и приложениях.

Для обеспечения межплатформенного стандарта для действующего формата профайлов спецификация также описывает соглашение на встраивание этих профайлов в графические документы и изображения. Встроенные профайлы позволяют пользователям легко передавать данные о цвете между различными компьютерами, сетями и даже операционными системами, не задумываясь о том, существуют ли в них требуемые профайлы. Назначением встроенных профайлов также является интерпретация ассоциированных с ними данных о цвете.

Формат профайлов Международного цветового консорциума (ICC) поддерживает различные аппаратно-зависимые и аппаратно-независимые цветовые пространства, разделенные на три основных семейства: 1) система CIEXYZ Международной Комиссии по Освещению (CIE), 2) RGB-модели, 3) CMY-модели (Включая CMYK-модель). Система CIEXYZ определена как пространство стыковки.

2. Пространство стыковки профайлов (PCS)

Ключевым компонентом спецификации является хорошо определенное пространство стыковки профайлов. Этот стандарт цветового пространства — не что иное, как интерфейс, который обеспечивает однозначное соединение между входным и выходным профайлом, что позволяет создавать профайлы для устройств ввода, отображения и вывода независимо друг от друга. Хорошо определенное PCS обеспечивает общий интерфейс для профайлов устройств и представляет собой виртуальное пространство-цель для входных преобразований и виртуальное пространство-источник для выходных преобразований. Если входное и выходное преобразование основаны на одном и том же определении PCS, то даже несмотря на то, что они созданы независимо, они могут сочетаться в произвольном порядке во время проведения преобразований модулем управления цветом (CMM) и будут давать хорошо согласующиеся и предсказуемые результаты при работе с конкретными цветовыми данными.

Пространство стыковки профайлов основано на стандартном колориметрическом наблюдателе, определенном Международной Комиссией по Освещению в 1931 году. Такой экспериментально полученный стандартный наблюдатель обеспечивает хорошее представление о зрительной системе цветовосприятия человека. В отличие от аппаратно-зависимых цветовых пространств, два цвета, имеющие одинаковые колориметрические показатели по CIE, будут выглядеть одинаково (при тех же самых условиях, определенных для колориметрии).

Поскольку, обычно изображения выполняются для просмотра при самых различных условиях освещения, необходимо выйти за рамки рассмотрения простого приложения CIE системы. Пространство стыковки профайлов, определенное как колориметрическая система CIE, которое, в случае использования перцепционного метода преобразования (см. ниже), будучи переведенным на эталонный носитель изображения, будет вызывать требуемое цветовое зрительное ощущение при просмотре в эталонных условиях. Эти эталонные условия соответствует идеальному отпечатку в отраженном свете, просматриваемому в стандартной просмотровой кабине, соответствующей стандарту ISO на условия просмотра.

Параметры по умолчанию для пространства стыковки профайлов (PCS) и для всех остальных цветовых пространств определены в спецификации, основанной на стандарте ISO 13655 под названием «Графическая технология — спектральные измерения и колориметрические вычисления для графических изображений». По существу этим определяется источник света D50, стандарт CIE 1931 колориметрического наблюдателя, и геометрию измерений (0°/45° и 45°/0°) при проведении замеров с использованием черной подложки позади печатного оттиска в отраженном свете. Эталонные условия просмотра определены в стандарте ISO 3664 как условия просмотра Р2 при использовании 20% диффузного коэффициента отражения. Таково просмотровое окружение для фотографий и печатных изображений при освещенности 500 лк источником D50.

Один из первых шагов в построении профайлов включает в себя измерение набора цветов из некоего носителя изображения на поверхности или мониторе. Если изображение на поверхности или оборудование для просмотра отличаются от эталонного, необходимо изменить колориметрические данные так, чтобы они соответствовали PCS. Такие подсчеты проводятся для цветности белой точки и яркости относительно идеального рефлектора, максимальной плотности, условий просмотра, источника света и блика. В настоящее время проведение такой работы возложено на программу построения профайлов. Однако возможность учета переменного освещения в PCS активно обсуждается Международным цветовым консорциумом.

3. Способы преобразований (Renderings intents)

В большинстве случаев действительный цветовой охват устройства (gamut — набор всех возможных цветов, которые могут быть воспроизведены или представлены устройством) недостаточно велик для воспроизведения требуемых цветов, описываемых некими значениями в PCS. Для попытки решения этой проблемы ICC определяет четыре способа преобразований (иначе называемых gamut mapping styles — способ перехода из цветового охвата одного устройства в цветовой охват другого устройства). Каждый такой способ используется для воспроизведения цветов, находящихся вне зоны цветового охвата цветовоспроизводящего устройства (возможно с компенсацией белизны носителя изображения) и представляет собой определенный компромисс. Компенсация выполняется для хроматической адаптации, при которой условия просмотра допускают отклонения от эталонных условий. Другие способы преобразований модифицируют колориметрические значения так, как это необходимо для учета любых различий между устройствами, носителями и условиями просмотра.

3.1 Колориметрические способы преобразования (Colorimetric Intents)

Как упоминалось ранее, колориметрический способ преобразования сохраняет соотношения между цветами внутри цветового охвата такими же, как соотношения между цветами вне зоны цветового охвата. Способ преобразования для цветов, находящихся вне зоны цветового охвата, четко не определен, но должен согласовываться с данным принципом преобразования.

Необходимо заметить, что в трансформациях для относительных и абсолютных способов преобразования, определяемых ICC (для входных профайлов), значения цветовых координат в пространстве стыковки профайлов (PCS) представляют оригинал лучше, чем его колориметрическая копия. То же самое справедливо и для профайлов выходных устройств. Однако, всякий раз, когда используются профайлы, PCS-значения, полученные путем такой трансформации, интерпретируются как колориметрические значения оригинала и копии, независимо от подлинности такой колориметрии.

3.1.1 Относительный колориметрический способ преобразования (Media-Relative Colorimetric Intent)

Этот способ преобразования перемасштабирует входной цветовой охват (при условии стандартной хроматической адаптации) таким образом, что белая точка реального носителя переводится в белую точку эталонного носителя (для входа или выхода). Это очень полезно для цветов, которые уже воспроизведены на материале, имеющем меньший цветовой охват, чем эталонный носитель (и поэтому в дальнейшем не нуждаются в компрессии). В трансформациях, использующих относительный колориметрический способ преобразования, PCS-значения представляют относительные измерения оригинала (для входных профайлов) или относительное цветовоспроизведение, выполненное цветовоспроизводящим устройством (для выходного профайла).

3.1.2 Абсолютный по ICC способ преобразования (перевода) (ICC-Absolute Colorimetric Intent)

В этом способе хроматически адаптированные значения входного цветового пространства не изменяются. Этот способ подходит для спотовых цветов, а также для имитации одного запечатываемого материала на другом материале (например, на цветопробе). В трансформациях для абсолютного способа преобразования PCS-значения представляют измеренные значения оригинала относительно гипотетического совершенного отражающего рассеивателя (для входных профайлов) или цветной копии, произведенной выходным цветовоспроизводящим устройством относительно гипотетического совершенного отражающего рассеивателя (для выходных профайлов).

Необходимо заметить, что определение ICC-абсолютной колориметрии в действительности в терминах CIE называется «относительная колориметрия (relative colorimetry)», т.к. данные были нормализованы относительно источника света.

3.1.3 Метод преобразования по насыщенности (Saturation Intent)

Метод преобразования цветового охвата по насыщенности является специфическим, он был разработан по требованию поставщиков изображений и предполагает такие компромиссы, как сохранение цветового тона для того, чтобы сохранить насыщенность цветов. Этот способ хорошо подходит для изображений, которые содержат такие объекты, как схемы или диаграммы.

3.1.4 Перцепционный метод преобразования

Перцепционный метод преобразования цветового охвата был разработан по требованию поставщиков изображений и предполагает такие компромиссы, как сохранение контраста для того, чтобы сохранить детали на всем протяжении тонового диапазона. Этот способ хорошо подходит для широкого круга изображений, содержащих иллюстрации с большим количеством мелких деталей, или для фотографий.

Профайл, который обеспечивает перцепционный метод преобразования и выходит за пределы возможностей реального устройства, необходим для обеспечения требуемого правдоподобия. На самом деле очень трудно понять, как построить такой профайл. Такой метод полезен для осмысления понятия «эталонного носителя (Reference Medium)», который является гипотетическим аппаратно-независимым носителем. Понятие «эталонного носителя» является обязательным условием самого существования PCS. Без наличия «эталонного носителя» преобразование цветов невозможно. Он имеет большой цветовой охват и динамический диапазон, что приблизительно соответствует ограничениям современной технологии печати (для просмотра в отраженном свете). Он описывается спецификацией «реального мира» так, что хотя носитель и не реален он может рассматриваться, как если бы он был реальным. Также необходимо определить «эталонное окружение для просмотра (reference viewing environment)», которое является тем окружением, в котором просматривается этот эталонный носитель. Такое окружение используется для определения состояния адаптации наблюдателя и установления связи между цветовым раздражителем (Color Stimulus) и цветовым изображением.

Концепция эталонного носителя, просматриваемого в эталонном окружении, помогает создателю профайла понять, как реализовать «требуемое изображение» в PCS. В то же самое время такая концепция преследует цель разъединения характеристик реального носителя посредством виртуального промежуточного описания процесса репродуцирования.

Итак, в перцепционных преобразованиях PCS-значения представляют гипотетические измерения цветов репродукции на эталонном носителе. Это определено как гипотетическая печать на поверхности, имеющей нейтральный коэффициент отражения 89%. Самый темный воспроизводимый цвет на этом носителе будет иметь нейтральный коэффициент отражения 0,30911%, что составляет 0,34731% от коэффициента отражения поверхности. Это и будут белая и черная точки эталонного носителя. Поэтому эталонный носитель имеет линейный динамический диапазон 287,9:1 и диапазон плотности 2,4593. В широком смысле слова, для перцепционного метода преобразования PCS представляет зрительное восприятие репродукции при просмотре в эталонном окружении (Reference Viewing Environment) наблюдателем, который адаптировался к такому окружению. Если реальное окружение отличается от эталонного окружения для просмотра, перцепционное преобразование нуждается во введении компенсации различий в условиях просмотра. Примечание: важно помнить, что такие понятия, как «эталонное окружение» и «эталонный носитель» применимы только к перцепционному преобразованию.

Поскольку перцепционное преобразование определяется поставщиком, то маловероятно, что у разных производителей будет один и тот же результат. Пользователи должны осознать это и быть уверенными в том, что их рабочие потоки (workflow) будут согласованы, когда это требуется (в случае распределенной печати), например, в случае одновременной передачи изображений и их профайлов на печать. В настоящее время не существует согласованной с ICC спецификации для этой процедуры и все возлагается на пользователя. Однако ICC испытывает потребность стандартизации таких рабочих потоков.

4. Понимание и использование спецификации для перцепционного преобразования

Как стало понятно из предыдущего раздела, создание профайлов на основе перцепционного преобразования — дело не легкое. Ключом к эффективному использованию спецификации профайла в такой ситуации является однозначное определение PCS. Однако, вероятно, не существует определения, которое даст оптимальные результаты для всех возможных сценариев управления цветом, включая все возможные входные носители, выходные носители и все возможные предпочтения рынка. Если необходимы компромиссы, предпочтение отдается графическим приложениям и настольным издательским системам. По этой причине определение PCS склоняется до некоторой степени в направлении получения результата для носителей, просматриваемых в отраженном свете, таких как, офсетная печать, допечатная цветопроба, различные виды принтеров, управляемых компьютером, и фотографическая печать на фотобумаге. Даже при таком уклоне использование PCS обеспечит хорошие результаты и для других применений, таких как, производство видео и слайдов, а также презентационная графика.

Такие рассуждения приводят к данному ранее фундаментальному определению: PCS для перцепционного преобразования представляет “требуемое” изображение. Термин «требуемое» подразумевает, что PCS ориентировано на цвета, воспроизводимые на выходном носителе. Безусловно, термин «требуемое» открыт для обсуждения. Однако, для того чтобы было возможным разделение входного и выходного преобразования, оно должно быть интерпретировано таким образом, чтобы в наибольшей степени превосходить возможности и ограничения определенных цвето-репродукционных процессов, устройств и носителей, для которых и создаются профайлы.

Например, входной профайл для слайд-сканера должен попытаться воспроизвести «требуемые» цвета, представленные в PCS, который является независимым цветовым охватом и эстетическим представлением любого специального выходного носителя. Такая независимость, отделяющая цвета PCS от цветов устройства, позволяет использовать входной профайл независимо от выходного. Эти требуемые цвета будут основаны на цветах входного слайда, но не обязательно идентичны цветам и ограничениям цветового охвата этого слайда. Они являются цветами, которые должны быть получены на выходе, если характеристики потенциального выходного носителя могут быть превзойдены.

К примеру, выходной профайл цветного принтера должен воспроизводить требуемые цвета, учитывая возможности и ограничения выходного носителя и устройства. Такое репродуцирование может включать некоторое цветоискажение, как определено методом преобразования, но это некоторый выход за пределы характеристик любого определенного входного носителя и возможности независимого использования выходного профайла в сочетании с разнообразными входными профайлами.

При таком определении PCS, оно отвечает за трансформацию профайла для управления любыми требуемыми коррекциями и модификациями в колориметрии репродуцирования. Входные профайлы отвечают за модификацию колориметрии входного носителя для описания уровня адаптации, блика и ограничений цветового охвата. Они также должны обеспечивать творческое понимание слова «требуемый», чтобы обеспечить простор для вариаций. Например, «требуемые» цвета могут означать хорошее факсимиле оригинала, художественное преобразование оригинала или имитацию специфического носителя, отличного от входного и выходного носителя.

Выходные профайлы для носителя, просматриваемого при условиях освещения, отличных от эталонных, отвечают за модификацию колориметрии в плане определения различий адаптационных состояний наблюдателя, так же, как и любых существенных различий в просмотре блика, который присутствует в этих условиях просмотра. Это необходимо для сохранения цветовосприятия. Профайлы также должны производить регулировку динамического диапазона цветового охвата изображения для того, чтобы учесть ограничения его реального носителя.

4.1 Адаптация по светлоте и тоновая коррекция

При проведении колориметрических измерений необходимо учитывать такие фундаментальные вещи, как проблемы тоновой коррекции и коррекции абсолютного уровня яркости. Эти проблемы связаны с адаптивными эффектами, так же, как и с художественными и прагматическими соображениями. При просмотре отпечатка в отраженном свете и нормальных условиях просмотра (отпечаток и окружающая его область освещены одинаково), наблюдатель адаптируется к восприятию «белых» объектов в окружающей его обстановке. Отпечаток в отраженном свете воспринимается как объект этой окружающей обстановки, в которой самыми яркими областями на изображении являются области, где бумага (или другая основа) не запечатана ни одним колорантом. Однако, при репродуцировании реальной сцены, она может содержать световые блики или другие очень светлые объекты, которые могут быть в несколько раз светлее, чем 100% рассеянный белый свет в такой сцене. Поскольку рассеянный белый свет в оригинальной сцене обычно воспроизводится на отпечатке с плотностью очень близкой к плотности бумаги (или другой основы), которая сама по себе имеет ограниченный коэффициент отражения (типичное значение от 85% до 90%), то репродукция, просматриваемая при нормальных условиях освещения, не может реалистично воссоздать восприятие таких высокосветлых мест. Таким образом, в репродукции высокосветлые места должны быть значительно сжаты.

С другой стороны, слайды или фильмы, проектируемые на экран в темной комнате, не имеют таких ограничений. При отсутствии доминирующих внешних эталонов адаптации адаптация наблюдателя производится за счет ярких мест изображения на экране. Таким образом, эти носители спроектированы для воспроизведения рассеянного белого цвета при более низком уровне освещения, чем максимально достижимое. Это свойство дает возможность воспроизведения зеркальных бликов и других очень ярких тонов. Для адаптированного наблюдателя эти тона действительно имеют вид более яркий, чем 100% рассеянный белый. Они искрятся и сияют с большей интенсивностью, чем это возможно показать на отпечатке, просматриваемом при нормальных условиях. Таким образом, их представление в PCS будет требовать очевидно более высокой яркости, чем белый эталон (Y>1 или L*>100). То же самое возможно в контровом свете и видео, при условии, что созданы затемненные условия просмотра и наблюдатель сначала адаптировался преимущественно к изображению, нежели к окружению. Конечно, существуют ограничения по яркости, которая может быть имитирована такими носителями, но эти ограничения меньше, чем ограничения, накладываемые на отпечатки, просматриваемые при нормальном окружении, к примеру, 200% по сравнению с 90% при рассеянном белом свете. Практическим следствием этих различий является то, что тоновое сжатие в высоких светах намного менее значительно в случае кино, слайдов и видео, чем в случае типичного печатного оттиска на бумаге.

Все реальные носители имеют ограничения в темной части тоновой шкалы, так что тоновое сжатие требуется и в этом случае. Более того, уровень блика в предполагаемом просмотровом окружении имеет сильное воздействие на различимость тоновой шкалы, деталей в тенях и в трех четвертях тонов. Носители спроектированы для условий просмотра при различных уровнях блика. И сделано это для того, чтобы воспроизводить блики с различным уровнем яркости при их тоновом репродуцировании. PCS колориметрия также должна быть скорректирована для описания изменений в цветном изображении, происходящих из-за различий в уровне абсолютной освещенности. Для примера, эталонное окружение просмотра при уровне освещенности 500 лк подобно условиям просмотра в большинстве реальных квартир и офисов, но в фотографии и графике часто используется уровень освещения по крайней мере 2000 лк. Для полноты представления цветов репродукции, в случае ее просмотра в условиях высокой освещенности, обычно необходима коррекция яркости.

В фотографических системах тон-репродукционные характеристики заложены в конструкцию светочувствительных слоев, химию эмульсий и проявителей или, в случае цифровой фотографии, в процесс воспроизведения изображения. В видео эти характеристики заложены в саму электронику камеры. Таким образом, система управления цветом обычно имеет дело с изображением, воспроизведенном на носителе, или с устройством, которые уже имеют свои собственные тоновые характеристики, так что высокие света и тени уже оказываются сжатыми. Однако, часто необходимо воспроизвести изображение на другом носителе, у которого оригинальное сжатие может быть меньше, чем сжатие на оригинале. В таких случаях для получения лучших результатов тоновая шкала изображения должна быть подстроена для выходного носителя. PCS и эталонный носитель обеспечивают удобный интерфейс для таких подстроек тонового масштабирования. Входные преобразования «вжимают» параметры тоновой шкалы оригинала в тоновую шкалу принятого эталона (PCS). Выходные преобразования «вжимают» тоновую шкалу эталона (PCS) в тоновую шкалу выходного носителя.

Такие подстройки могут принимать различные формы, зависящие от желаемого художественного эффекта. В некоторых случаях должна быть воспроизведена точная копия оригинала, в других требуется внести осознанные изменения в изображение для того, чтобы оптимизировать способ преобразования для выходного носителя или имитировать еще какой-нибудь носитель. Такой диапазон различных вариантов можно охарактеризовать одной фразой «требуемое цветовое восприятие» в определении PCS для перцепционного преобразования. Изображение на носителе с динамическим диапазоном, отличным от динамического диапазона эталонного носителя, может управляться техникой «тоновой формовки», которая вжимает (или расширяет) тоновый диапазон в диапазон выходного устройства. Более того, в выходных профайлах различные «способы преобразования» могут включать различные подстройки. Например, некоторые перцепционные преобразования могут быть спроектированы для сохранения тонового диапазона эталонного носителя, резко сокращая, если необходимо, коэффициент отражения. Другие перцепционные преобразования могут использовать более тонкие изменения в высоких светах и тенях.

Ко входу с носителя с динамическим диапазоном, отличным от эталонного носителя, также может быть применена техника «тоновой формовки» вместе с масштабированием коэффициента отражения для сохранения баланса по яркости. Эти подстройки должны быть обратимыми, в том смысле, что они должны приводить точность входящих данных в соответствие выходящим (вычисленным). Например, в случае, когда изображения с диапазоном, расширенным по высоким светам (такие, как отсканированные слайды), должны быть приведены к эталонному носителю таким образом, что высокие света будут сжаты в диапазон PCS.

Детали такой техники могут варьироваться в зависимости от спроса на требуемые преобразования, от определенного «способа преобразования» и от художественного вкуса производителя профайлов. Если определенный способ преобразования сохраняет внешний вид оригинала, то подстройки тонового диапазона могут быть ограничены компенсацией разницы между реальными условиями просмотра и эталонными. Это включает в себя эффекты яркостной адаптации, адаптации к окружению и к просмотру блика. Также существует обилие возможностей для производителей профайлов по дифференциации их продуктов в соответствии с их художественным вкусом, но в строгом соответствии принятому определению PCS. Да здравствует совместимость!

International Color Consortium
1899 Preston White Drive
Reston, VA 20191
(703) 264-7200
ksmythe@npes.org

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