Руководство пользователя ArgyllCMS

Модель Matrix/Shaper

Простая структура matrix/shaper (далее матрица/шейпер) чаще всего применяется для мониторов и некоторых RGB‐устройств.

Шейпер (Shaper) это набор из трех одномерных таблиц (LUT). Отвечает за коррекцию серого цвета, гамма‐кривую и индивидуальные цветовые каналы для линеаризации монитора.

Матрица (Matrix) это таблица, например, 3x3, которая описывает первичные цвета монитора (красный, зеленый и синий). Преобразует координаты из цветового пространства монитора в независимое пространство (например, XYZ или Lab) и наоборот.

Модель матрица/шейпер включает в себя два основных этапа математического преобразования цвета.

Сначала данные (например, о поведении пикселей RGB) проходят через шейперные кривые. Это искривляет или линеаризует цвета для приведения их к стандартному виду.

После линеаризации данных шейперами вступает в действие матрица (обычно 3х3). Матрица пересчитывает данные, полученные от шейперов (линейные R, G и B) в абсолютные цветовые координаты (X, Y, Z стандарта CIE). При этом учитываются первичные цвета конкретного устройства (точки красного, зеленого, синего люминофоров или светодиодов) и белая точка.

Для более сложных устройств, таких как принтеры или печатные машины (но иногда мониторы), профиль может быть построен с помощью cLUT (Color Lookup Table). В таких профилях данные о цвете не вычисляются через матрицы, а берутся из объемных 3D‐таблиц, создаваемых в процессе профилирования. Они содержат координаты входных цветов, в которых жестко сопоставлены выходные цвета в пространстве Lab.

Колориметрические режимы (Rendering Intent)

Колориметрические режимы (рендеринг цвета, Rendering Intent) — алгоритмы преобразования цветов из исходного цветового пространства в пространство устройства вывода (монитора, принтера) для корректного отображения оттенков.

Основные режимы следующие.

Перцепционный (Perceptual) сжимает весь цветовой диапазон исходного изображения до охвата выходного устройства. Сохраняет визуальные соотношения между цветами и плавность переходов. Хорошо подходит для фотографий со множеством оттенков.

Относительный колориметрический (Relative Colorimetric) точно передает цвета, которые совпадают в исходном и целевом пространствах. Цвета вне охвата обрезаются до ближайших воспроизводимых. Белая точка исходного изображения сопоставляется с белой точкой бумаги. Метод хорошо подходит для макетирования.

Абсолютный колориметрический (Absolute Colorimetric) сохраняет цвета в исходном виде. В отличие от относительного, точка белого не подгоняется под бумагу (например, голубоватый экранный белый не превратится в теплый оттенок бумаги). Используется для пробы или при жестких стандартах печати на белой бумаге.

Насыщенность (Saturation) увеличивает яркость и насыщенность цветов, но в ущерб их точности. Метод полезен для получения яркой графики, при этом игнорируется правильный баланс телесных оттенков. Хорошо подходит для диаграмм и презентаций. Используется для дизайна и верстки.

Абсолютная точка белого

Абсолютная точка белого — это стандарт, определяющий, какой именно оттенок цвета воспринимается как чистый белый при съемке, обработке, отображении на экране или печати.

Поскольку человеческое зрение адаптируется к освещению, программное обеспечение требует определить точные координаты цвета для правильной цветопередачи.

В разных сферах этот термин применяется с некоторыми особенностями.

В фотографии и видео это настройка баланса белого, которая указывает камере «цветовую температуру» источника освещения.

Если установить абсолютную точку белого неправильно, цвета на фотографии приобретут паразитный оттенок (например, станут синими или желтыми). Поэтому для точной настройки точки белого фотографы используют специальные серые или белые карты.

В цифровом виде цвет часто кодируется как модель RGB (чистый белый R=255, G=255, B=255). Это восьмибитная модель.

Для профессиональной работы (например, с программами Adobe Photoshop, DaVinci Resolve) монитор калибруют под определенный стандарт точки белого, чаще всего D65 (6500K).

В печати абсолютного белого цвета не существует, так как белый цвет — это просто участок бумаги без красителя. Поэтому абсолютная точка белого в полиграфии зависит от бумаги. Если бумага имеет слегка кремовый оттенок, то и белые участки изображения будут выглядеть так же.

Цветовые модели RGB, CMYK, HSV, HSL

Цветовые модели — это математические способы описания и воспроизведения цветов. Каждая из них создана для конкретных задач.

Существует множество моделей представления цвета. Наиболее часто встречаются следующие модели.

* Модель RGB, где красный, зеленый, синий это аддитивные основные цвета. Используется для вывода изображений на экраны мониторов и в большинстве форматов графических файлов. Существует несколько цветовых пространств RGB: sRBG, Adobe RGB 1998, Bruce RGB, Chrome 2000 и т.д. Они отличаются друг от друга чистотой основных цветов, что влияет на их цветовой охват (диапазон представляемых цветов).

* Модель CMY(K): голубой, пурпурный, желтый. Субтрактивные основные цвета это дополнения к аддитивным основным цветам (голубой — красный, пурпурный — зеленый, желтый — синий). Широко используется в чернилах для печати с добавлением черного (K), поскольку пигменты и чернила C, Y и M редко дают глубокие, насыщенные черные тона сами по себе (они, как правило, дают мутный коричневый цвет). Модель CMYK важна для допечатной подготовки, но не многие фотографы ее применяют постоянно, особенно если публикуют фотографии только в Интернет. Большинство высококачественных фотопринтеров имеет дополнительные чернила (например, к основным четырем могут добавляться светлые M, C и серые), поэтому они не являются CMYK.

* HSV: оттенок, насыщенность, яркость. Оттенок H — это то, что мы воспринимаем как цвет. S отвечает за насыщенность, при этом 100% чистый цвет, 0% оттенок серого. Яркость V связана с насыщенностью. Модель HSV идентична HSB.

* HSL: оттенок, насыщенность, яркость. H совпадает с HSV, но L и V определяются по‐другому. В этом случае S аналогичен для темных цветов, но совершенно отличается для светлых. Модель также называется HLS. Модели HSV и HSL получаются путем математического преобразования RGB.

* Grayscale (оттенки серого) — ахроматическая цветовая модель, в которой цвета представлены в виде градаций яркости, от чисто черного до чисто белого.

Модели HSV и HSL были разработаны для представления цветов в системах с ограниченным динамическим диапазоном (уровни пикселей 0‐255 для 8‐битного цвета).

Использование RGB или CMY(K) для регулировки яркости или насыщенности цвета нецелесообразно, поскольку пришлось бы изменять каждый из трех цветовых каналов, а изменение их на одинаковую величину для регулировки яркости обычно приводит к изменению цвета (оттенка). HSV и HSL удобны для редактирования, поскольку программному обеспечению нужно изменять только V, L или S. Программы для редактирования изображений обычно преобразуют данные RGB в одно из этих представлений, выполняют корректировку, а затем преобразуют данные обратно в RGB.

Цветовые пространства Lab (CIELAB) и Luv (CIELUV) рассматриваются в другой главе.

*** Chrome 2000 — специализированное широкое цветовое пространство RGB, созданное для воспроизведения полного спектра цветов, который можно отсканировать с цветных позитивных пленок (слайдов).

*** Bruce RGB — рабочее цветовое пространство, разработанное колористом и экспертом по цифровой обработке изображений Брюсом Фрейзером (Bruce Fraser). Компромисс между узким пространством sRGB и более широким Adobe RGB для оптимизации редактирования 8‐битных изображений.

Цветовое пространство CIE XYZ

CIE XYZ — это математическое цветовое пространство, разработанные Международной комиссией по освещению (CIE) для точного количественного описания цветов. Такие математические пространства не привязаны к конкретному дисплею или принтеру и охватывают все цвета, которые может различить человек.

Цветовую модель XYZ можно считать фундаментом для большинства других цветовых систем.

В ее основе лежат усредненные кривые восприятия цвета человеческим глазом. При этом X отвечает за «красную» составляющую, Y задает яркость, Z отвечает за «синюю» составляющую. Координаты всегда положительные, а любой видимый глазом цвет описывается как сумма этих трех базовых стимулов.

Цветовое пространство CIE L*u*v*

Цветовая модель L*u*v* (CIELUV) предложена в 1976 году, чтобы сделать цветовое пространство математически «равномерным».

В таком пространстве равные геометрические расстояния между двумя точками (цветами) соответствуют одинаковому визуальному отличию для человеческого глаза. В этом случае L* это светлота объекта, (где L^*=0 абсолютно черный цвет, а L^*=100 чистый белый); u* это координата, показывающая смещение цвета в зеленую (отрицательные значения) или красную (положительные) сторону, а v* показывает смещение цвета в синюю (отрицательные значения) или желтую (положительные) сторону.

XYZ используется как переходник для конвертации цветов между устройствами (из RGB в CMYK и т.д.). Пространство L*u*v* лучше всего подходит для измерения цвета самосветящихся объектов (например, LED‐экранов, дисплеев, ламп), расчетов цветовых различий.

В системе XYZ расстояния между точками не соответствуют тому, как мы видим цвета. Пространство L*u*v* адаптировано под человеческое зрение: изменение значения на одну величину воспринимается глазом одинаково, независимо от исходного цвета.

Пространство CIE L*a*b*

В полиграфии и для работы с печатными изображениями часто используют равномерное пространство CIE L*a*b*, где вместо u* и v* используются a* (зеленый‐красный) и b* (синий‐желтый).

Пространство CIE L*a*b* принято в 1976 году для устранения главного недостатка XYZ: неравномерности визуального восприятия цвета при изменении координат. В CIE L*a*b* геометрическое расстояние между двумя цветами в пространстве соответствует тому, как видит эту разницу человеческий глаз. Здесь L* светлота (0 абсолютно черный, 100 абсолютно белый), a* — ось «зеленый‐красный» (отрицательные значения — зеленый, положительные — красный), b* — ось «синий‐желтый» (отрицательные значения — синий, положительные — желтый).

Значения L рассчитываются прямо из трехкомпонентных значений XYZ с учетом точки белого цвета.

Использование пространства L*a*b* является стандартом в колориметрии и полиграфии для оценки цветовых различий, так как оно аппаратно независимо.

Значения Delta E

Формула цветового отличия (англ. Color difference), цветоразность, цветовое расстояние — математическое представление, позволяющее численно выразить различие между двумя цветами в колориметрии.

Международный комитет CIE (фр. Commission Internationale de l'Eclairage) задает определение цветовой разницы через метрику Delta E. Буква «E» обозначает «ощущение» (нем. empfindung).

CIE76 Delta E — стандартная формула Международной комиссии по освещению (CIE), измеряющая математическое расстояние между двумя цветами. Она показывает, насколько один цвет визуально отличается от другого, позволяя перевести субъективное восприятие цвета в объективное числовое значение.

CIE94 Delta E это также математическая формула, которая с более высокой точностью вычисляет разницу.

CIEDE2000 — современная математическая метрика для количественного измерения воспринимаемой человеческим глазом разницы между двумя цветами. Она является текущим стандартом Международной комиссии по освещению (CIE).

Значения CIEDE2000 Delta E — числовая мера цветового различия между двумя цветами. Она учитывает нелинейность человеческого зрения и корректирует восприятие яркости, насыщенности и цветового тона.

Шкала показывает, насколько заметна разница для человеческого глаза. Если значение меньше 1.0, считается, что разница неразличима глазу обычного человека. Если значение от 1.0 до 2.0, то разница заметна при близком сравнении, что приемлемо для некоторых устройств, в том числе для большинства мониторов и качественной печати. В случае, если значение от 2 до 5, то считается, что разница легко заметна. Если значение больше 10, то цвета воспринимаются как совершенно разные.

Стандартные источники света

Стандартные источники света — теоретические математические модели спектрального состава или эталонные модели освещения стандартизованные Международной комиссией по освещению (CIE) для объективной оценки и измерения цвета.

Они делятся на теоретические спектры, эмулирующие дневной свет, лампы накаливания и люминесцентное освещение. Используются в колориметрии, фотографии, полиграфии и дизайне для точной оценки, измерения и калибровки цветопередачи.

Основные источники света делятся на следующие серии: лампы накаливания (A), дневной свет (D), люминесцентные лампы (F).

*** Источник B — устаревший источник, имитирующий прямой солнечный свет (около 4874К).

Серия A (лампы накаливания)

Источник A имитирует свет обычной лампы накаливания. Имеет цветовую температуру около 2856К. Широко используется для оценки того, как объекты выглядят в теплом искусственном освещении.

Серия D (дневной свет)

Источники D50, D55, D65, D75 точно воспроизводят спектральные характеристики естественного дневного света.

D50 эмулирует полуденный солнечный свет с цветовой температурой 5000К. Является отраслевым стандартом в полиграфии и графическом дизайне (ISO 3664).

D50M2 — модифицированный источник D50, включающий УФ‐компоненту (UV cut), часто используется для точной оценки белизны бумаги и оптических отбеливателей.

D65 — стандартный усредненный дневной свет с цветовой температурой 6500К. Является общемировым эталоном в фотографии, производстве текстиля, красок и для просмотра изображений на экранах (стандарт sRGB).

*** UV cut (буквально «ультрафиолетовая отсечка») — технология или физическое покрытие, предназначенное для блокирования или существенного снижения пропускания ультрафиолетовых (УФ) лучей.

Серия F (люминесцентные лампы)

Источники серии F созданы для имитации различных типов коммерческих и офисных люминесцентных ламп.

F5 — стандартная люминесцентная лампа «дневного белого света» (Daylight) с цветовой температурой около 6500К.

F8 имитирует люминесцентную лампу типа «холодный белый свет» (Cool White, 4100К).

F10 это люминесцентная лампа, имитирующая узкополосный свет (например, Philips TL84/TL85) с нейтральной цветовой температурой около 5000К. Применяется для оценки товаров и интерьеров в условиях офисов и торговых залов.

Режимы измерения M0, M1, M2

Режимы измерения по стандарту ISO 13655 соотносятся следующим образом.

M0 базируется на осветителе типа А (лампа накаливания).

Дает искаженный результат на материалах, чувствительных к УФ‐излучению, так как в нем нет достаточного количества ультрафиолета для активации отбеливателей.

M1 (метод 1 и 2) базируется на D65. Обеспечивает правильную оценку флуоресценции материалов (например, бумаги с оптическими отбеливателями), так как спектр источника прибора точно соответствует дневному свету D65.

M2 использует источник с УФ‐фильтром (UV cut), отсекающий ультрафиолетовую часть спектра. Флуоресценция не возбуждается.

Стандартный источник света D65 (дневной свет со спектром около 6500K) стандартом ISO 13655 привязан к режиму M1.

Стандарт CIE 1924

CIE 1924 — это утвержденный Международной комиссией по освещению (CIE) стандарт, определяющий относительную спектральную чувствительность человеческого глаза при дневном (фотопическом) зрении. Он задает базовую кривую спектральной световой эффективности. Максимум кривой приходится на длину волны 555 нм (желто‐зеленый свет). Ему присвоено значение V (555) = 1.0. Стандарт охватывает спектр от 380 до 780 нм. Вне этого диапазона человеческий глаз в обычных условиях свет практически не воспринимает.

Именно эта функция используется для пересчета физической мощности излучения в единицы зрительного восприятия (люмены).

CIE 1924 заложил фундамент современной фотометрии.

На основе кривой определены все основные световые величины в Международной системе единиц (СИ), такие как световой поток (люмен) и освещенность (люкс).

*** Люмен (лм) — единица измерения светового потока. Она характеризует суммарное количество «видимого» света, которое излучает источник.

*** Люкс (лк) — единица измерения освещенности, которая показывает, сколько света падает на конкретную площадь.

В 1931 году кривая CIE 1924 была встроена в математическое описание как функция.

Стандартный наблюдатель CIE 1931

Стандартный наблюдатель CIE 1931 (2 градуса) — это математическая модель Международной комиссии по освещению, которая задает усредненную реакцию человеческого глаза на свет. Она описывает, как человек воспринимает различные цвета, и служит эталоном в колориметрии и цветопередаче. Основная модель с углом обзора 2 градуса основана на экспериментах 1931 года, где участники наблюдали за небольшими цветовыми образцами на расстоянии.

В основе модели лежат три функции и они показывают, сколько базовых цветов (красного, зеленого и синего) нужно смешать, чтобы получить чистый спектральный цвет заданной длины волны.

Именно на данных 2‐градусного наблюдателя построена базовая цветовая модель CIE XYZ 1931, где параметр Y отвечает за яркость, а X и Z за цветность.

Наблюдатель Стайлса и Берча

Наблюдатель Стайлса и Берча 1955 года — это эталонная система цветовых координат и функций цветового соответствия (Color Matching Functions, CMF), полученная в ходе фундаментальных экспериментов в Национальной физической лаборатории Великобритании (NPL).

В отличие от более ранней системы CIE 1931 года, данные Стайлса и Берча были получены путем прямых измерений непосредственно от группы из 10 испытуемых. Эксперименты проводились для зоны центрального зрения с углом обзора 2 градуса, что соответствует восприятию мелких деталей. Данные 1955 года послужили важной экспериментальной базой для оценки цветового восприятия. Позднее, в 1959 году, ученые расширили эксперимент до 49 наблюдателей с углом обзора 10 градусов, и эти исследования легли в основу действующего дополнительного стандартного наблюдателя 1964.

Наблюдатель CIE 1964

В 1964 году ввели альтернативный стандарт для крупных объектов (угол зрения 10 градусов). Наблюдатель CIE 1964 отражает восприятие периферийного зрения.

Наблюдатель Джадда и Восса

Наблюдатель Джадда и Восса (англ. Judd & Voss 1978) — это модифицированная стандартная функция цветового соответствия (CMF), используемая для измерения и калибровки цвета.

Основана на исследованиях цветового зрения Джадда (1951) и Восса (1978), корректирующих реакцию колбочек глаза на коротких длинах волн по сравнению с устаревшей таблицей CIE 1931.

Она точнее стандартного наблюдателя CIE 1931 описывает восприятие цвета человеческим глазом, особенно на белых OLED‐дисплеях. Используется в программах управления цветом (например, ArgyllCMS) для более точного визуального сведения профессиональных эталонных экранов (эмиссионных дисплеев).

Служит для устранения метамеризма при переходе с мастер‐мониторов на бытовые WOLED‐телевизоры и для настройки белой точки (x: 0.3067, y: 0.318) в студиях.

Поскольку в индустрии стандартом де‐факто остается CIE 1931, профили ICC, созданные с использованием наблюдателя Джадда и Восса, будут несовместимы со стандартными рабочими пространствами. Они должны использоваться преимущественно для визуальной подгонки между устройствами в конкретной студии.

*** Эмиссионные (или излучающие) дисплеи — экраны, в которых каждый пиксель самостоятельно генерирует свет. В отличие от традиционных жидкокристаллических (LCD) матриц, им не требуется общая подсветка, что позволяет добиться глубокого черного цвета и высокой контрастности.

*** WOLED (White OLED) — популярная технология OLED‐дисплеев, когда базовые пиксели излучают белый свет, проходящий через цветные фильтры (красный, зеленый, синий).

Наблюдатель Шоу и Фэйрчайлда

Наблюдатель Шоу и Фэйрчайлда (Shaw and Fairchild, 2°) — математическая модель человеческого зрения, созданная Марком Шоу (Mark Q. Shaw) и Марком Фэйрчайлдом (Mark D. Fairchild). Была разработана в ходе их исследований, а затем подробно описана в публикациях начала 2000‐х гг.

В колориметрии используется для описания того, как среднестатистический человек воспринимает цвета мелких объектов. Эталонные функции (CMF) оптимизированы для более точной оценки соответствия и калибровки цветов между различными дисплеями (например, при переходе с мониторов на печать).

Часто встречается в профессиональном программном обеспечении для управления цветом и калибровки мониторов в качестве альтернативы более старой стандартной модели CIE 1931 года.

Наблюдатель CIE 2012

Наблюдатель CIE 2012 2 градуса — обновленный набор функций, включающий версии для 10 градусов, основанный на более точных фундаментальных физиологических данных колбочек сетчатки. На современных узкоспектральных дисплеях (например, OLED или Quantum Dot) классический стандарт 1931 года иногда дает ошибку восприятия, из‐за чего белый цвет может казаться зеленоватым.

Переход на наблюдателя CIE 2012 2 градуcа в калибровочном программном обеспечении позволяет скомпенсировать эту ошибку и точнее настроить цветопередачу.

Цифровое представление цвета

Норман Корен для лучшего понимания процесса представления цвета в компьютерах предлагает сосредоточиться на цветовых пространствах RGB, поскольку они используются для цифровых изображений.

В цветовом пространстве RGB цвет описывается тремя 8‐битными байтами, каждый из которых может принимать значения от 0 до 255. Так, чистый красный 255,0,0, зеленый 0,255,0, синий 0,0,255, черный 0,0,0, белый 255,255,255. Некоторые программы (Photoshop, ImageMagick) могут использовать 10‐битный режим работы с цветом: 10‐битный режим дает 1024 оттенка на каждый из цветовых каналов (RGB), в отличие от 8‐битного, предлагающего всего 256 градаций. Это важно для бесшовных градиентов (например, фотографий неба, вывода в мягких тенях).

(ImageMagick по умолчанию компилируется с поддержкой только 8‐битного режима. Для включения 10‐битного режима требуется компиляция программы с включенной опцией выбора режима.)

Но числовые значения RGB в файле изображения не имеют однозначного значения, если они не связаны с цветовым пространством.

Как было написано ранее, в рабочем процессе с управлением цветом цветовая характеристика каждого устройства, каждого файла изображения и каждого изображения в памяти (ОЗУ) компьютера определяется файлом, называемым ICC‐профилем.

В основе управления цветом лежит преобразование или сопоставление цветовых охватов между устройствами с разными гамутами и файлами с разными цветовыми пространствами. Преобразования выполняются модулем или алгоритмом сопоставления цветов (CMM, см. выше), также называемым цветовым движком, с использованием данных из профилей. CMM объединяет входные и выходные профили, они привязаны к PCS, для выполнения прямого преобразования между устройствами или цветовыми пространствами. При этом происходит интерполяция цвета.

Разные программы используют разные цветовые движки. Так, некоторые программы применяют LittleCMS, но Adobe Photoshop использует собственный цветовой движок (ACE), цветовой движок Apple называется ColorSync.