Руководство пользователя ArgyllCMS

~ invprofcheck проверяет прямое соответствие ICC обратному поиску;

~ splitsti3 разделяет файл CGATS (например, .ti3) на две части случайным образом для проверки профилирования;

~ timage создает тестовые изображения TIFF;

~ mppcheck проверяет профиль MPP на соответствие данным тестовой таблицы .ti3;

~ spotread использует прибор для точечного считывания значения цвета;

~ colverify проверяет соответствие CIE в двух файлах CGATS/.ti3 (также отображает различия в формате VRML);

~ synthcal создает синтетический файл калибровки ввода, или вывода (.cal) и т.д.

Другие инструменты ArgyllCMS

Следующие программы работают как утилиты или вспомогательные программы:

~ extracticc извлекает встроенный ICC‐профиль из файла TIFF или JPEG;

~ extractttag извлекает текстовый тег (например, данные CGATS .ti3 или CAL) из профиля ICC;

~ iccvcgt извлекает или вставляет калибровочный тег vcgt из/в профиль ICC;

~ dispwin устанавливает или удаляет профиль дисплея, настраивает калибровку дисплея из профиля или файла .cal, проверяет доступ к дисплею;

~ specplot создает спектр (.sp, .cmf, .ccss) и рассчитывает CCT и VCT;

~ spec2cie преобразует спектральные показания в формате .ti3 или .sp в показания CIE XYZ и D50 L*a*b*. Преобразует в/из стандарт(а) XRGA.

С помощью спектрометра можно самостоятельно создать матрицу коррекции колориметра (CCMX) или набор калибровочных спектров колориметра (CCSS) для конкретного дисплея.

*** LightSpace CMS — популярная программа для создания 3D LUT (Look‐Up Table) таблиц и калибровки дисплеев под стандарты цветовых пространств RGB (такие как sRGB, DCI‐P3). Она обеспечивает эталонную точность передачи цвета.

Краткое введение в управление цветом

Управление цветом — способ решения многих проблем, возникающих во время работы устройств захвата и вывода цвета. Такие устройства — это фотокамеры, сканеры, дисплеи, принтеры и т.д. У них разные цветовые возможности и разные способы работы с цветом.

Однако в современном мире каждое устройство, как правило, является лишь частью цепочки устройств и приложений, обрабатывающих цвет, поэтому важно, чтобы существовали стандарты и средства для обмена информацией между этими устройствами о том, что подразумевается под цветом.

Успешное управление цветом позволяет различным устройствам захватывать, обмениваться и воспроизводить цвета согласованно, чтобы минимизировать влияние любых технических ограничений на каждое устройства.

При этом учитываются фундаментальные характеристики зрения, оказывающие влияние на взаимодействие человеческого зрения и устройств (например, адаптация глаза к белой точке).

Управление цветом также позволяет влиять на выбор компромиссных решений для преодоления ограничений устройств.

Ключевым методом реализации систем управления цветом является сопоставление видимого цвета с числовыми значениями представления цвета, которые создаются в процессе работы принтера или фотокамеры.

Человеческий глаз имеет 3 типа рецепторов, отвечающих за цветовое зрение: длинноволновые, средневолновые и коротковолновые.

Поскольку существует 3 рецептора, восприятие цвета человеком считается трехмерным явлением, и поэтому для передачи информации о цвете необходимо как минимум 3 информационных канала.

Любое устройство, способное воспринимать или воспроизводить цвет, должно иметь 3 канала или больше. Любое числовое представление полного диапазона цветов также должно иметь как минимум 3 компонента и может быть интерпретировано как точка в трехмерном пространстве. Подобное числовое представление называется цветовым пространством.

Как правило, устройства захвата и вывода цвета предоставляют свои собственные цветовые пространства для аппаратных интерфейсов.

Собственное цветовое пространство обычно связано с конкретной технологией, которую устройства используют для захвата или воспроизведения цвета. Приборы, излучающие свет, часто излучают длины волн красного, зеленого и синего (RGB) диапазонов, поскольку именно эти цвета особенно эффективно стимулируют рецепторы человеческого глаза: для устройств захвата R, G и B примерно соответствуют спектральной чувствительности рецепторов нашего глаза.

Устройства, работающие на белом фоне, требующие внешнего освещения и фильтрующие (или вычитающие) цвета, как правило, применяют фильтры (или красители) голубого (Cyan), пурпурного и желтого цветов (CMY), при это часто дополняемые черным каналом (модель CMYK).

Голубой фильтр отфильтровывает красные длины волн, пурпурный — зеленые, а желтый — синие, позволяя независимо контролировать количество отражаемого или пропускаемого RGB‐излучения.

Поскольку невозможно создать фильтры, которые идеально блокируют C, M или Y цвета без перекрытия друг с другом, фильтры C+M+Y пропускают часть света от широкополосных источников, что приводит к несовершенному черному цвету.

Дополнительный черный фильтр (краситель) позволяет улучшить черный цвет, но такой избыточный канал значительно усложняет выбор значений красителей для создания любого конкретного цвета.

Многие цветные устройства имеют электронные механизмы для изменения способа реагирования на цвет или его воспроизведение, и такие функции называются настройками или калибровкой.

Эти функции могут быть очень полезны для адаптации устройства к конкретной ситуации, для согласования различных устройств между собой, для поддержания постоянного стабильного поведения при изменении компонентов или окружающей среды.

Иногда в устройстве могут происходить внутренние преобразования, чтобы отображать в аппаратном интерфейсе тип цветового пространства. Некоторые сложные приборы имеют встроенные средства эмуляции поведения других приборов.

Для того чтобы передать то, как мы видим цвет, необходим общий «язык», и научная основа для такого языка была заложена Международной комиссией по освещению (CIE) в 1931 году, когда было создано и описано цветовое пространство CIE 1931 XYZ.

Цветовое пространство позволяет предсказывать, какой спектр света будет соответствовать воспринимаемому цвету для стандартного наблюдателя. Стандартный наблюдатель — это описание типичной реакции человеческого глаза в данных условиях наблюдения. Такое цветовое пространство называется независимым от устройства, поскольку оно не связано с конкретной технологией устройств захвата или воспроизведения.

Также существуют связанные цветовые пространства, являющиеся прямыми преобразованиями пространства XYZ, такие как пространство L*a*b* — однородное с точки зрения восприятия цветовое пространство, не зависящее от конкретного устройства.

Как говорилось выше, ключ к управлению цветом заключается в возможности связывать различные цветовые пространства таким образом, чтобы их можно было сравнивать друг с другом, а также преобразовать одно в другое.

Наиболее практичный подход к этому — связать все цветовые пространства с одним общим цветовым пространством. Цветовое пространство CIE XYZ можно считать логичным выбором для данной задачи.

Описание взаимосвязи между собственным цветовым пространством устройства и цветовым пространством на основе XYZ обычно называется цветовым профилем.

В практическом плане при работе с компьютерами важно иметь общий и понятный способ передачи таких профилей между программным обеспечением.

Формат профилей ICC, стандартизированный Международным цветовым консорциумом, сегодня считается широко поддерживаемым форматом цветовых профилей.

Формат профилей ICC называет свое общее цветовое пространство пространством соединения профилей (PCS), оно тесно связано с пространством CIE XYZ. Профили ICC поддерживают теги, поэтому такие профили очень гибкие и могут содержать также множество другой, иногда необязательной, информации.

Существует несколько основных типов профилей ICC: профили устройств (а) и именованные (б) профили для точки привязки цвета, также профили Device Link (в) и абстрактные (г) для связи или путей между опорными точками.

Профили устройств (а) в основном обеспечивают преобразование между пространством устройства и PCS. Они также обеспечивают преобразование в обратном направлении, из PCS в пространство устройства. Они дают «цветовой якорь», с помощью которого мы можем ориентироваться в цветовом пространстве устройства.

Профиль Device Link (в) обеспечивает преобразование из одного пространства устройства в другое. Обычно это результат связывания двух профилей устройства, т.е. Устройство1 ‐> PCS ‐> Устройство2. Это приводит к прямому преобразованию Устройство1 ‐> Устройство2.

Абстрактный профиль (г) содержит преобразование, определенное в пространстве PCS. Обычно это некоторая корректировка цвета независимым от устройства способом.

Именованный профиль (б) аналогичен профилю устройства, но содержит список именованных цветов и эквивалентные значения PCS и, возможно, устройств.

Когда говорят о «профилях ICC», имеют в виду профили устройств. Профили основаны на наборе математических моделей, определяющих преобразование из одного цветового пространства в другое. Модели имеют общую структуру, в то время как конкретный профиль определяет область применения модели, а также ее параметры, приводящие к конкретному преобразованию.

Профили обычно необходимы для модулей управления цветом (CMM): это особый вид программного обеспечения (возможно, аппаратно реализованный), способный считывать и интерпретировать ICC‐профиль и выполнять содержащееся в нем преобразование.

*** CMM (Color Management Module) — программный механизм (или «цветовой движок»), который пересчитывает цвета при переходе с одного устройства на другое. Он является главным ядром системы управления цветом (CMS).

Часто функция CMM заключается в том, чтобы взять два профиля устройств, один из которых дает начальную точку, а другой конечную, и создать преобразование между ними, применяя его к значениям пикселей изображения.

В ICC‐профилях могут применяться две основные модели: модель матрицы/шейпера и модель таблицы цветов (cLUT).

Модели могут включать несколько систем обработки, они применяются одна за другой для общего преобразования.

Модель матрицы/шейпера состоит из набора кривых поиска для каждого канала и матрицы 3x3. Кривые могут быть определены как одно степенное значение или как одномерная таблица поиска, кодирующая дискретно представленную кривую (LUT). Матричный шаг способен преобразовывать только между трехмерными цветовыми пространствами.

Модель cLUT состоит из необязательной матрицы 3x3, набора одномерных таблиц поиска для каждого канала, а также n‐мерной таблицы поиска (cLUT).

Такая модель может преобразовывать входные данные любой размерности в выходные данные любой размерности.

Все таблицы поиска интерполированы, поэтому, хотя они определяются набором точечных значений, промежуточные значения заполняются с помощью интерполяции (обычно линейной).

Для одномерной таблицы поиска количество точек, необходимых для ее определения, равно ее разрешению.

Для n‐мерной таблицы cLUT количество точек, необходимых для ее определения, равно ее разрешению, возведенному в степень количества входных каналов.

Из‐за этого количество записей цветового пространства быстро увеличивается с ростом размера и разрешения, и для ограничения размера файла профиля (и сокращения времени обработки) используются типичные таблицы с ограниченным разрешением.

Таблицы cLUT позволяют осуществлять детальный, независимый контроль над преобразованием во всем цветовом пространстве, но могут быть не такими плавными (визуально), как матрицы.

Хотя цветовое пространство CIE XYZ является хорошей основой для сопоставления измеряемого и видимого цветов, оно имеет свои ограничения.

Основное ограничение заключается в том, что визуальное соответствие двух цветов с одинаковыми значениями XYZ предполагает идентичные условия просмотра.

Наши глаза удивительно адаптивны, автоматически подстраиваются к различным условиям освещения, что позволяет нам извлечь максимальное количество полезной визуальной информации из внешнего мира.

Существует множество практических ситуаций, в которых условия просмотра не идентичны — например, при сравнении фотографический изображений с реальным пейзажем, или при просмотре изображений рядом друг с другом при разной освещенности.

Одним из важных изменяющихся факторов считается адаптация человеческого глаза к точке белого того, на что мы смотрим.

*** Точка белого (White Point) — эталонный стандарт цвета, который определяет, как именно должен выглядеть чисто белый цвет. Это понятие используется в фотографии, видео, полиграфии и при настройке дисплеев. Например, точка белого D50 имитирует усредненный дневной свет (свет полуденного солнца) с цветовой температурой около 5000 Кельвинов.

Адаптацию можно учесть в пространстве XYZ, применяя хроматическую адаптацию (она имитирует адаптацию глаза).

Формат профиля ICC PCS по умолчанию адаптирует значения XYZ к общей точке белого (D50), чтобы упростить сопоставление цветов между устройствами с разными точками белого.

Другие эффекты условий просмотра (уровень яркости изображения, яркость окружающего пространства, блики/засветка) можно смоделировать, например, используя CIECAM02 для изменения значений XYZ.

Еще одно ограничение связано со спектральными предположениями. CIE XYZ применяет модель стандартного наблюдателя для преобразования спектральных значений света в значения XYZ, но на практике у каждого наблюдателя может быть несколько разная чувствительность к цвету из‐за биологических различий, включая старение человека. (Также у людей с нарушениями цветового зрения особая, иная спектральная чувствительность.)

Кроме того, в наших глазах есть четвертый рецептор, отвечающий за зрение при низком уровне освещенности: на периферийном зрении или при очень низком уровне освещенности этот рецептор важен для восприятия цвета.

Еще один спектральный эффект заключается в практике отделения цвета отражающих отпечатков от источника света, используемого для их просмотра, путем характеристики цвета отпечатка по его отражательной способности.

Это удобно, поскольку отпечаток, вероятно, будет рассматриваться при разных уровнях света и в разных условиях просмотра, но если цвет сводится к отражательной способности XYZ, эффект детального взаимодействия между спектрами источника света и отпечатка приведет к неточностям.

Обзор программного пакета ArgyllCMS

Практически все современные системы цветокоррекции создают целевые таблицы характеристик устройства, размещая для профилирования регулярную прямоугольную сетку тестовых точек (мишеней, патчей) в пространстве устройства.

*** Цветовое пространство устройства — ограниченный диапазон цветов (цветовой охват), который конкретный монитор, принтер, камера или сканер способны зафиксировать или воспроизвести. Оно определяет, как устройство интерпретирует цветовые сигналы, преобразуя их в конкретные оттенки. Каждое устройство имеет свой охват, например, считаются распространенными sRGB для дисплеев или более широкий охват Adobe RGB для принтеров.

Программа targen из пакета ArgyllCMS тоже генерирует цветовые патчи, если вы запустите ее с опцией ‐m. Но, возможно, такой подход далек от оптимального с технической точки зрения.

Регулярная сетка не только неэффективна для анализа многомерного пространства устройства, но также, если патчи равномерно расположены, не идеальна для определения базовой характеристики устройства.

Некоторые коммерческие системы цветокоррекции предлагают сначала провести «предварительную линеаризацию» устройств, что сводится к искажению точек регулярной сетки в пространстве устройства с помощью обратной кривой поиска для каждого канала.

Подход, который применяется ArgyllCMS, немного отличается от описанного. В ArgyllCMS доступны как независимый от устройства, так и зависимый подходы. В независимом режиме тестовые точки распределяются таким образом, чтобы минимизировать расстояние от любой точки в пространстве устройства до ближайшего значения тестовой таблицы. Если применяется метод, зависящий от устройства, то патчи выбираются таким образом, чтобы минимизировать ожидаемую ошибку между результирующим профилем и базовым откликом устройства.

Для многомерных пространств, когда цель состоит в создании приблизительного профиля устройства, ArgyllCMS применяет генератор «инкрементальной дальней точки». В этом случае, начиная с предыдущей тестовой точки в качестве начальной, применяется алгоритм минимизации для нахождения точки, максимально удаленной от ближайшей существующей в перцепционном пространстве, оставаясь при этом в цветовом охвате на всех этапах. Это означает, что в идеале каждая точка «заполняет» лакуны распределения.

*** Многомерное цветовое пространство — это математическая модель для точного определения и описания цвета с помощью нескольких числовых координат (более двух или трех).

Другая проблема с размещением тестовых точек в регулярных сетках заключается в том, что происходит плохое дискретизирование отклика устройства, поскольку сетки обычно грубые. Это может сделать невозможным создание подробных кривых линеаризации устройства на основе полученных данных. В идеале, в любом цветовом пространстве, входном или выходном, при просмотре под любым возможным углом, ни одна из тестовых точек не должна совпадать. Генератор целевых точек ArgyllCMS, возможно, достигает этой цели.

При работе с принтерами, программа printtarg создает PostScript‐файл, содержащий шаблоны подготовленных таблиц (например, для таблиц Xrite DTP51/DTP41/SpectroScan). Это позволяет размещать их в дальнейшем на бумаге различных размеров, с соответствующими контрастными цветными разделителями между каждым цветным шаблоном.

В отличие от других таблиц, таблицы ArgyllCMS генерируются по мере необходимости. Также разделители могут быть цветными, что гарантирует необходимый коэффициент контрастности, даже когда плотность двух участков составляет примерно 50%.

Еще одна особенность — псевдослучайное расположение фрагментов (цветных плашек). Здесь преследуются три цели. Во‐первых, это позволяет усреднить любые вариации в отклике устройства в зависимости от расположения фрагмента на бумаге. Во‐вторых, случайное расположение плашек обеспечивает программе считывания хороший механизм для детектирования ошибок пользователя. Так, можно угадывать ожидаемые значения, сравнивать их с показаниями и выдавать предупреждения, если кажется, что произошла ошибка.

Наконец, случайное расположение цветных плашек оптимизирует контраст между фрагментами на полосе, чтобы повысить надежность ее считывания. Можно даже создавать небольшие диаграммы без каких‐либо промежутков между тестовыми фрагментами.

*** Некоторые (сканирующие) спектрофотометры, способные работать в режиме считывания полос предназначены для быстрого измерения цветовых характеристик или спектральных данных на образцах, имеющих последовательность цветных полос, например, на печатных оттисках (шкалах) или специальных тестовых таблицах.

Многие основные алгоритмы ArgyllCMS определены классом RSPL (Regular Spline). Класс RSPL тесно связан со структурой таблицы CLUT профилей ICC. Этот формат предоставляет универсальный способ преобразования одного многомерного значения в другом с интерполяции для уменьшения функции преобразования до приемлемого размера. Класс RSPL в свою очередь добавляет три основных метода к базовой структуре данных.

Регулярные сплайны не связаны напрямую с другими типами сплайнов и, как правило, не страдают от «колебаний» и «перерегулирования», характерных для других сплайновых систем.

*** RSPL (Regular Spline) или класс обычных (регулярных) сплайнов относится к математическим функциям для построения плавных кривых, проходящих через заданный набор точек (узлов).

Настройка монитора и целевых устройствах

Настройка параметров монитора и целевого поведения для калибровки сводится к решению двух задач. Во‐первых, необходимо понять, на что способно оборудование без возникновения побочных эффектов. Во‐вторых, надо определить, что вы пытаетесь сделать.

Существует три причины, по которым вам может потребоваться настроить параметры дисплея и установить целевые значения калибровки.

1) Вы хотите изменить вывод на дисплей в приложениях без управления цветом.

2) Вы хотите изменить базовое поведение дисплея (например, точку белого и яркость), которое обычно не изменяется при управлении цветом на основе профилей.

3) Вы хотите улучшить поведение устройства, чтобы система управления цветом на основе профилей гибче управляла дисплеем.

Вы можете вносить изменения в работу дисплея с помощью элементов управления и/или LUT видеокарты или монитора. Как правило, первый способ имеют меньше побочных эффектов, чем второй.

Однако могут возникать исключения, например, обычные потребительские ЖК‐дисплеи не имеют встроенной возможности управления контрастностью, только яркостью, поэтому контрастность обычно имитируется путем манипулирования кривыми, что может привести к неприятным побочным эффектам. То же самое относится к управлению точкой белого на ЖК‐дисплее, если только он не имеет светодиодной подсветки RGB. В целом, ЖК‐дисплеи намного менее гибки, чем ЭЛТ или OLED мониторы.

Чтобы не возникали неприятные эффекты при настройке ЖК‐дисплея, лучше всего отказаться от изменений уровней яркости подсветки в процессе профилирования.

Яркость зависит от того, что вы пытаетесь сделать. Например, если вы пытаетесь выполнить мягкую цветокоррекцию, вам потребуется определенный уровень яркости, продиктованный жесткими требованиями к цветопробе. Для хорошей цветопередачи и низкой утомляемости желательно, чтобы яркость дисплея примерно соответствовала яркости окружающего освещения.

*** Мягкая (экранная) цветопроба — метод предварительного просмотра цифрового изображения на мониторе. Показывает, как цвета картинки изменятся при печати на бумаге с учетом ограничения палитры CMYK и особенности принтера.

Во многих случаях все сводится к тому, какое цветовое пространство вы хотите отобразить на дисплее и насколько оно отличается от родного («native», нативного) для этого дисплея.

Настройка дисплея ЭЛТ может быть гибкой без возникновения побочных эффектов. Но, как было сказано выше, ЖК‐дисплеи менее гибкие, поэтому, если вы хотите минимизировать артефакты на дисплее, вам следует установить контрастность и точку белого на их собственные значения (т.е. такие, при которых монитор не изменяет уровни цифрового сигнала).

В сценарии работы с программами Argyll, вероятно, потребуется калибровка только для установки передаточной характеристики и нейтральной оси (точка белого будет оставлена как нативная, исходная).

Для типичных операционных систем типа MS Windows или Linux, вероятно, передаточная кривая ЭЛТ‐монитора («гамма») будет около 2,4. Для OS X старых версий гамма устанавливалась 1,8, но сейчас гамма тоже около 2,4 (для версий 10.6 и более поздних).

Точка белого дисплея определяется как D65 (в соответствии со стандартами телевидения), собственная точка белого ЖК‐дисплея находится где‐то рядом с ней, но это зависит от цвета подсветки.

*** Точка белого D65 — это общепринятый мировой стандарт белого цвета в фотографии, видеопроизводстве и компьютерной графике, утвержденный Международной комиссией по освещению (CIE). Имитирует средний дневной свет со стороны неба, что соответствует цветовой температуре около 6500К.

ЭЛТ‐мониторы обеспечивают максимальную яркость при намного более высокой точке белого (около 9000K), но точку белого можно уменьшить с некоторыми побочными эффектами с помощью стандартных настроек ЭЛТ‐дисплея.

Если у вас есть особые требования (например, для проверки цветопередачи), то вам, возможно, потребуется установить определенную точку белого и яркость, и быть готовым пожертвовать другими параметрами дисплея для достижения этой цели.

Безусловно, чтобы первоначально настроить дисплей, прежде всего используйте какой-то способ управления настройками монитора: с помощью меню OSD или механических элементов управления монитором. И лишь затем загружайте калибровочные кривые для достижения желаемого результата.

Если ваш дисплей после такой настройки сильно отклоняется от собственной (нативной) точки белого, побочные эффекты могут оказаться неприемлемыми.

Особенности работы с дисплеями

Многие колориметры поддерживают выбор типа дисплея. В зависимости от прибора, выбор определяют две связанные функции: (а) изменение режима измерения с функцией учета обновления или без нее, и (б) изменение калибровки в соответствии со спектральными характеристиками конкретного дисплея.