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數字影像的色彩管理與色彩控制(之五)

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樓主
發表于 2014-6-17 06:47:02 | 只看該作者 |只看大圖 回帖獎勵 |倒序瀏覽 |
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  一,色彩管理的必要性
  色彩管理首先是隨著工業化大生產彩色印刷而產生的,與其它現代生產工藝一樣.人們希望保證產品質量;即色彩、階調的一致與穩定,為此人們開始用定量的數據描述與定義色彩。在前面的四次講座中,我們為讀者展示的正是人們從定性到定量認識色彩的過程。計算機的應用大大促進了影像數字化的進程,數字化的最大優點就呈便于穩定而可靠地復制與傳輸信息。實踐表明  計算機的數據傳輸、數字通訊、數字音響.數字電視,都比傳統模擬信號的傳輸更準確可靠。但是影像的數字化也帶來了一系列的問題,當我們用數字相機與掃描儀代替膠片、用顯示器代替雙眼、用打印機代替印相放大之後,本來期望能夠得到始終如一的影調與色彩的還原,實際上卻經常讓我們大失所望︰在自己的電腦顯示器上精心調整的影像用數字彩擴或打印機輸出後面目全非.使用代用墨打印的圖片經常慘不忍睹。即使以頂級掃描儀掃描的影像經高檔激光放大機放大後與原件也可能有明顯的差異。這主要是由兩種原因造成的;
  1.設備呈色的原理與色域不同
  在第三講與第四講中我們曾經指出顯示器與掃描儀都使用加色法的原理工作但是成色的方法卻並不相同︰CRT(顯像管)顯示器用電子束轟擊熒光粉呈色(圖1a),LCD(液晶)顯示器用濾色片過慮背光燈管的燈光呈色(圖lb),掃描儀則是原稿的光線經濾色鏡過濾後在CCD上呈色(圖1c)。熒光粉所呈現的紅,綠、蘭光與液晶三原色濾色片所透過的紅  綠,藍光,液晶屏幕顯示的三原色光與掃描儀CCD透過三原色濾色片所能記錄的紅、綠、藍光都不可能相同。每個設備都只能復制出一定範圍的顏色,這個顏色的範圍稱為設備的色域。第四講中我們曾經談到在二維CIE1931色度圖中,以紅、綠、藍色光為基色通過加色法混合所能形成的各種顏色的色域呈以三原色色度坐標為頂點的三角形。因此可以想到CRT、LCD、掃描儀所能呈現的三原色不同必將導致它們的色域也不同。多數打印輸出設備都用黃、品、青、黑等補色通過減色法成像,它們的色域呈現更復雜的多邊型。圖2表明的是︰打印機無法輸出顯示器所能顯示的紅(B區)、綠(A區)與藍(C區)色,顯示器則不能顯示打印機產生的某些黃色(D區)與青色(E區)。一般情況下,以減色法工作的打印機、印刷機與加色法呈色的設備因不同的呈色原理各有不同的色域,這些色域的差異使一些顏色只能在特定的設備上產生出來。
  

  

  2.設備的個體差異
  同類的設備由于材料、結構、設計的不同,仍會存在差別。例如在LCD中背光燈的色溫不同、原邑濾光鏡的顏色不同也會導致不同的顯示效果。噴墨打印機墨水成分、打印紙張、墨滴大小與排列方式、打印精度的不同則會輸出不同的色彩與階調。即使是同一型號的設備,由于元器件性能的差異及制造與調整的誤差也會形成個體間的差異,設備的老化則會造成自身特性的漂移。圖3是在同一台愛普生830打印機上使用四種不同的墨水打印同一組紅,綠、藍與黃、品、青數據文件的試樣,在色相與飽和度上都互不相同,尤其是青、品、綠色的差異更為明顯。顯然用這些墨打印同一幅圖片很難得到相似的結果。
  因此,一個數字影像在不同的設備間傳輸與處理時,若影像的色彩數據保持恆定,形咸的顏色外觀必然會發生變化,這是一種非常正常,但又令攝影人不可容忍的現象,解決的方法就是色彩管理。
  二、色彩管理的基本任務
  為了保證顏色感覺(人們所見到的實際顏色)在整個數字影像處理與加工過程中的穩定性與一致性,色彩管理要解決兩個主要的問題。
  1.傳遞顏色的含義在每個特定設備中,R、G.B或C、M、Y、K到底表示什麼樣的顏色感覺,即賦予每台設備的每一組顏色值以特定的顏色含義。
  2.保持顏色感覺在加工處理過程中的一致性︰改變發送到不同設備上的顏色數據值,使得它們在不同的設備上產生盡可能相似的顏色感覺。
  圖4表示如果一組相同的色彩數據未經色彩管理,在不同的顯示器與不同的色彩空間中會呈現不同的顏色;而加入色彩管理之後,一個原始的顏色以不同的R、G.B值輸送到不同的顯示器與不同的色彩空間中,就能呈現出盡可能相同的顏色感覺。
  三、色彩管理系統的組成
  色彩管理系統(Color Management Sysetem,簡稱CMS)由四個主要部分所組成   
  1.特性文件連接空間(Profile Connection Space簡稱PCS);
  2.特性文件(Profile)又稱為“色彩描述文件”,“色彩配置文件”、“配置文件”等︰3.色彩管理模塊(ColorManagementModel.簡稱CMM);4.轉
  換意圖(Intent),又稱為“再現意圖”。
  1. 所謂PCS實際就是指與設備無關的色彩空間,他表示了所處理顏色的實際的色彩感覺。
  在上一講中我們曾經指出︰RGB與CMYK色彩模式僅適用于特定的設備(例如RGB模式主要用于顯示器、掃描儀等輸入設備),本節中也曾經提到。
  

  

  不同的顯示器中,同樣的日GB會呈現不同的顏色而相同的顏色卻對應著不同的RGB值。因此RGB與CMYK等所構成的色彩空間都是與設備相關的色彩空間,只有與產生顏色的具體設備相聯系,才能確定這些色彩的實際顏色感覺。若在色彩管理系統中僅使用RGB或CMYK表示顏色,當色彩從某個設備轉入另一個設備時,必須根據這兩個設備的特性作相應的轉換  才能保持顏色的外觀(感覺)一致。若某個硬件系統有N個輸入設備,M個輸出設備,用這些設備工作時必須準備好NxM個轉換關系,才能保持色彩在各個設備間穩定地傳輸(圖5)。如果用這種方法管理色彩。每個設備必須與其他具體設備相連才能實現對色彩的監控,這不僅增加了工作量,而且不具備通用性。在上一講中我們曾經指出  CIE XYZ與CIE L*a*b兩種色彩模式與設備無關,它們的每一組數值都代表了XYZ或L*a*b*色彩空間中一個確定的顏色感覺。而且這兩個色彩空間又足夠大,能夠包容人眼所能看到的所有顏色。因此在色彩管理系統內部用CIE XYZ或CIEL*a*b*描述顏色,稱為特性文件連接空間。任何輸入設備產生的色彩先從RGB轉換為XYZ或L*a*b*,即色彩管理系統內部保存的是實際的顏色感覺(顏色外觀),需要輸出時再轉換為相應輸出設備所需要的RGB或CMYK值。這樣每個設備僅需具有自用的RGB或CMYK與L*a*b*(或XYZ)的轉換關系,就可以在各種設備之間交流數據時保持色彩的一致與穩定。正是利用了與設備無關的PCS,在N個輸入設備與M個輸出設備的圖像處理系統中,僅需要準備N+M千轉換關系,就可以可靠地傳遞色彩了  (圖6)。
  2特性文件(Profile)表示一個特定的設備(例如一個打印機或一類打印機)或一個特定的色彩空間(例如sRGB)中與設備相關的RGB(或CMYK)色彩值同與設備無關的L*a*b(或XYZ)所確定的色彩感覺之間的轉換關系。
  

  

  特性文件拄用途可以分為兩大類︰源特性文件與目標特性文件。源特性文件用于將色彩從設備相關的色彩空間換為與設備無關的色彩空間  以便告訴色彩管理系統.圖像文件中的色彩值到底表示什麼顏色;反之,目標特性文件則用于將色彩從與設備無關的色彩空間轉換為與設備相關的色彩空間,指明需要什麼樣的色彩值才能在目標硬件上復制出所需要的顏色(圖7)!
  使用中應當注意,勿將源目標特性文件與設備特性文件相混淆。有三種設備特性文件︰輸入設備、顯示器與輸出設備的特性文件。輸入設備(如掃描儀、數字相機)的特性文件都是源特性文件,它表明由這些設備產生的色彩值,到底表示什麼顏色。顯示器與輸出設備{如打印機、印刷機、打樣機)的特性文件則是由源特性文件與目標特性文件共同組成的。當從計算機向顯示器或打印機傳輸數據時,需要使用它們的目標特性文件。當利用顯示器調整圖像後向計算機存儲圖像時,需要顯示器的源特性文件,以便計算機能真正存儲顯示器所顯示的顏色。同樣用打樣機模擬印刷機的效果或用顯示器模擬打印機實際打印輸出的效果(即軟打樣),則需要用印刷機或打印機的源特性文件,告訴計算機  印刷機或打印機將要輸出的實際顏色,以便打樣設備進行模擬(圖8)。
  數字影像處理設備推出不久,各生產廠商就推出了各種色彩管理系統及相應設備的特性文件,以便使這些設備能盡量準確地處理色彩。但是由于這些文件與系統格式不同、互不兼容,無法協同工作難于推廣使用。後來由多家公司組成了國際色彩聯盟(Internztional Color Consortium.簡稱ICC)(圖9)。ICC制定了統一的,開放性的特性文件格式,只是支援ICC格式的任何色彩管理系統都可以使用ICC特性文件,並達到同樣的效果,因此附帶ICC特性文件的硬件設備在任何一個符合ICC格式的色
  彩管理系統中都能正常工作,嵌入了ICC特性文件的圖片都能顯現其本來的色彩,這才促使色彩管理工作得到廣泛的應用。
  

  今後在我們的講座中所涉及的特性文件全部都是ICC特性文件。
  為減少文件量.特性文件只能在源或目標色彩空間與PCS之間給出一些特征色(或典型色)的轉換對照表或轉換公式。CMM就是要從特性文件所給出的有限色彩的對照表(或轉換公式)中推算出影像中所有色彩的轉換結果。不同廠家的色彩管理軟件會給出不同的CMM,它們在實際工作中會得到略有不同的結果。如果沒有特殊的要求,建議色彩管理的工作流程中堅持使用同一個CMM。  
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沙發
發表于 2014-7-27 21:53:47 | 只看該作者
真是難得給力的帖子啊,收下了,謝謝分享。
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