Tecnología del color

2.2.1.4 Proyección sobre el croma

Se ejecuta generalmente después del algoritmo de proyección de la gama de claridad. En la mayoría de los estudios acerca de la proyección de la claridad, la técnica posterior de proyección del croma es simplemente una compresión lineal en planos de tono constante y a lo largo de líneas de claridad constante (fig. 2.7). Es decir, establecidos los valores constantes de claridad y tono, se obtienen los valores máximo y mínimo del rango concreto de croma en los dis-positivos de entrada y salida, máx(C*E) y mín(C*E), máx(C*S) y mín(C*S) para aplicar entonces con total validez una ecuación análoga a la anterior. La compresión puede determinarse de forma independiente en cada línea o de manera uniforme en todo el espacio de representación del color. Si se toma el último enfoque, una pendiente s entre 1 y la del algoritmo de compresión de la claridad es la mejor opción para obtener los resultados perceptuales más aceptables.

Fig. 2.7 Ejemplo gráfico más usado en las técnicas de proyección de las gamas de croma en un proceso de reproducción del color entre un dispositivo de entrada (línea discontinua) y uno de salida (línea continua).

2.2.1.5 Proyección combinada de claridad y croma

Para proporcionar transiciones más suaves entre regiones adyacentes en un espacio de color, las cuales no están aseguradas por algoritmos separados de proyección de claridad y croma, se ha desarrollado un amplio número de algoritmos de proyección combinada de claridad y croma, siempre bajo secciones o perfiles de tono constante.

De entre todos estos algoritmos, y tras el exhaustivo estudio de Morovic (1999), los más destacados y representativos de las tres generaciones desarrolladas hasta ahora son la compresión lineal paso a paso y la compresión lineal o esférica generalizada (fig. 2.8). La aplicación de una técnica u otra depende en gran medida de las formas gráficas de intersección de las gamas de reproducción en los planos claridad-croma en diferentes regiones tonales. La compresión lineal paso a paso proporciona resultados satisfactorios cuando la gama de reproducción de salida no está englobada en la de la entrada. Este algoritmo comprime linealmente primero los rangos de croma, dependiendo de los vértices de un valor perceptual de tono, y entonces proyecta los rangos de claridad a lo largo de líneas de croma constante. La compresión del croma se lleva a cabo usando la ecuación siguiente:

y la claridad se proyecta como

Fig. 2.8 Ejemplos gráficos más usados en las técnicas de proyección combinada de las gamas de reproducción de claridad y de croma entre un dispositivo de entrada (línea discontinua) y uno de salida (línea continua).

La compresión esférica generalizada se aplica cuando la gama de reproducción de salida está dentro de la de entrada, cuando la intersección entre los dos conjuntos-gamas de reproducción es la del dispositivo de salida. Se ejecuta también una compresión lineal que se aplica del modo siguiente. Se marcan los vértices de croma máximo de las dos gamas de reproducción, es decir, máx(C*E) y máx(C*S), entonces se traza una línea entre los dos puntos para encontrar el punto a, como corte en el eje de la escala de claridad. El punto a representa el centro de gravedad sobre el que se ejecutarán las compresiones lineales de clari-dad y croma simultáneamente. Si un punto-color en el dispositivo de entrada lo representamos como x ≡ (C*e, L*e) y a los extremos de las gamas siguiendo la línea a-x como los puntos b ≡ (C*b, L*b), en el dispositivo de salida, y c ≡ (C*c, L*c), en el de entrada, entonces la compresión lineal a lo largo de la línea a-b-c se ejecuta así:

Si bien la mayoría de los algoritmos de proyección de gamas de reproducción provienen del mundo de las artes gráficas, al desarrollarse para controlar el color reproducido entre los monitores CRT y las impresoras o la imprenta, podemos extraer unas características algorítmicas comunes a aplicar sobre otras parejas de dispositivos multimedia de reproducción del color:

1. Hacer cambios sobre el menor número posible de colores y que sean también los más pequeños posibles.

2. Usar un entorno perceptualmente uniforme, para trabajar por ejemplo con planos de tono perceptual constante.

3. Mantener el tono percibido en vez del ángulo-tono.

4. Comprimir la claridad de forma lineal.

5. Comprimir el croma de forma lineal.

6. Aplicar compresiones distintas sobre regiones diferentes del espacio de representación del color.

7. Usar la proyección combinada de claridad y croma.

8. Comprimir la gama de colores de la imagen, y no la del dispositivo multimedia.

9. Mantener el croma tanto como sea posible sin sacrificar una cantidad significativa de detalle o resolución espacial. Los mejores resultados psicofísicos se obtienen cuando se considera un compromiso algorítmico entre la claridad y el croma.

2.3 Estándares internacionales de la tecnología del color

Estamos viendo a lo largo de este capítulo que la problemática de la tecnología del color, de los sistemas de gestión del color, es el espacio de color dependiente del dispositivo multimedia y los problemas derivados, por tanto, de la reproducción cruzada, como las técnicas algorítmicas de proyección de las gamas de reproducción. Si cada fabricante de cualquier tipo de dispositivo multimedia –escáner, cámara digital, monitor CRT, pantalla LCD, impresora de chorro de tinta, impresora láser a color, etc.– y cada fabricante de hardware y software –sistema operativo, aplicación informática de diseño gráfico y tratamiento digital de imágenes, etc.– usara su propio espacio de representación del color, la operabilidad funcional de controlar el color sería muy reducida. Para evitar cualquier imprevisto de incompatibilidad ante la realidad del sistema abierto de los equipos multimedia profesionales y caseros, parece imprescindible cierta coordinación técnica entre al menos todos los principales fabricantes anteriores. De aquí surgió en 1993 el denominado Consorcio Internacional del Color (International Color Consortium, ICC), del que hablaremos después más extensamente.

Por otro lado, estos problemas de coordinación técnica no son nada nuevos, si consideramos otros campos tecnológicos, para las principales organizaciones internacionales sobre estandarización: ISO (International Organization for Standarization), IEC (International Electrotechnical Commission) e ITU (International Telecommunication Union). ISO es responsable de la estandarización de todos los campos técnicos y tecnológicos, excepto la ingeniería eléctrica y electrónica, la cual es competencia de IEC. Sin embargo, es importante remarcar que los estándares regulados internacionalmente son responsabilidad de ITU, la cual se organiza y se gobierna bajo los auspicios de la Naciones Unidas, y sus estándares son administrados por los gobiernos y tratados gubernamentales, a diferencia de las empresas de los sectores técnicos/tecnológicos, como lo hacen los estándares de ISO e IEC. En particular, a partir de la sede central de ISO, se expanden y controlan las aplicaciones de los estándares mediante los organismos nacionales de estandarización: ANSI para Estados Unidos, DIN para Alemania, BSI para Reino Unido, UNE para España, etc.

El grupo consejero técnico de coordinación ISO/IEC denominado JTAG2 (ISO/IEC Joint Technical Advisory Group 2) es el responsable de proporcionar enlaces y coordinación entre aquellos comités internacionales de estandarización técnica sobre tecnología de la imagen (Imaging Science), en el que también se incluye la tecnología del color. La forma de actuar de este grupo coordinador durante la última década ha sido la de promover y coordinar reuniones de carácter técnico entre las diferentes organizaciones internacionales de estandarización, grupos de expertos y científicos de renombre en los campos de la visión y el color, como son los miembros de los comités técnicos de CIE (Commission Internationale de l’Éclairage), y representantes de las principales empresas dedicadas a este campo tecnológico. Los objetivos de estos encuentros técnicos que todavía perduran con cierta regularidad, aunque ya en algunos aspectos en estado de gran avance de coordinación, son:

1. Compartir información de contenido técnico y establecer proyectos que involucran la caracterización o definición del color de las imágenes.

2. Identificar áreas donde existan o se propongan enfoques que son divergentes o iniciar una discusión hacia la resolución.

3. Identificar áreas que requieran conocimientos o tecnologías nuevas, y recomendar las actividades necesarias de CIE, la industria y otros grupos de estandarización para conseguir soluciones.

Existen tres categorías de estandarización basadas en la estandarización colorimétrica básica (según CIE) y que, por tanto, delimitan las relaciones entre las organizaciones ISO, IEC, CIE e ICC (fig. 2.9). Son las siguientes:

1. Estandarización orientada hacia el control del color propio de los dispositivos.

2. Estandarización orientada hacia la caracterización del equipamiento, la cual será necesaria para la gestión del color de los sistemas multimedia.

3. Estandarización con el fin de proporcionar esquemas comunes para la gestión global del color.

Fig. 2.9 Esquema donde se muestran las interrelaciones administrativas y científicas entre las principales organizaciones internacionales de estandarización de la tecnología del color.

El comité técnico IEC/TC100 (Equipamiento y Sistemas en el Campo del Sonido, Vídeo e Ingeniería Visual) junto con el proyecto internacional PT 61966 (Medida y Gestión del Color en Equipos Multimedia, IEC 2001), es el coordinador de esta gran tarea de estandarización de las nuevas tecnologías multimedia. La caracterización y el control del color en los dispositivos multimedia –escáneres, cámaras, pantallas de visualización e impresoras– es tarea de algunos comités técnicos de ISO y subcomités de IEC. Por ejemplo, ISO/TC42 es el comité técnico sobre fotografía fotoquímica (clásica) y digital, mientras que ISO/TC130 controla la tecnología de las artes gráficas. Los informes técnicos más relevantes de ISO/TC42 son (ISO/TC42 2001, PIMA 2001):

ISO 3664: condiciones de visualización para papel fotográfico (print), transparencias y sustratos para fotografía y tecnología de artes gráficas;

ISO 12231: terminología para fotografía digital (escáneres y cámaras);

ISO 12232: velocidad de captura para fotografía digital;

ISO 12233: medidas de resolución para fotografía digital;

ISO 12234: formatos de imagen y tarjetas reemplazables de memoria para fotografía digital;

ISO 14524: métodos para medir funciones de conversión optoelectrónica en fotografía digital;

ISO 17321: caracterización del color de cámaras digitales;

ISO 15739: medidas sobre el ruido fotográfico (sensibilidad fotográfica);

ISO 15740: protocolo para transferencia de imágenes de las cámaras digitales.

Los informes técnicos más importantes de ISO/TC130 son (ISO/TC130 2001):

ISO 2846: configuración de tintas de impresión de colores y transparencias en tecnologías de artes dráficas;

ISO 12640: base de imágenes digitales (SCID, Standard Colour Image Data) en color para intercambio digital preimpreso en las tecnologías de artes gráficas;

ISO 12641: muestras coloreadas para la calibración de escáneres en el intercambio digital preimpreso en las tecnologías de artes gráficas;

ISO 12642: datos de entrada en formato CMYK para la caracterización de procesos de impresión con cuatro colores en las tecnologías de artes gráficas;

ISO 13655: medida espectral y cálculos colorimétricos para imágenes creadas con tecnologías de artes gráficas.

Todo este enorme trabajo de estandarización y, a veces, de nueva investigación es fruto de numerosos especialistas que, si bien algunos forman parte de la comunidad universitaria, otros son integrantes de grupos de investigación y desarrollo de empresas de gran renombre internacional, pero que en gran medida, la mayoría de todos ellos son también colaboradores de CIE, que es la organización científica base que coordina, publica y estandariza nuevos aspectos sobre iluminación, visión y color (CIE 2001), los campos científicos donde se encuentran las raíces de los problemas básicos de la tecnología del color.

Como complemento a la estandarización internacional de la tecnología del color, presentaremos a continuación de forma más extensa, tres aspectos o cuestiones de naturaleza común en los sistemas de gestión del color (fig. 2.1).

1. ¿Qué tipo de escena se debería usar para caracterizar los escáneres y las cámaras? Analizaremos el informe ISO 12641 (Muestras coloreadas para la calibración de escáneres en el intercambio digital preimpreso en las tecnologías de artes gráficas) así como, de forma adicional, la carta Gretag-Macbeth ColorChecker (fig. 2.11, véase apéndice de color).

2. Si ya sabemos que cada dispositivo de entrada, visualización o de salida en la cadena de reproducción de una imagen (figura 2.1) tiene su propio espacio de representación del color, RGB o CMYK, y que el espacio de color CIE-1931 XYZ es el espacio de color independiente o de nexo entre los espacios de color dependientes del dispositivo, ¿es posible, no obstante, definir un espacio estándar RGB común para la codificación digital y otro espacio estándar YCC para la transmisión digital de las imágenes? Si esto fuera posible, ¿existirían transformaciones de color bien definidas entre estos espacios de color y el CIE-1931 XYZ? Analizaremos este aspecto sobre la transformación del color mediante el estudio del informe técnico IEC 61966-2 (Gestión del Color: sRGB y sYCC) y su aplicación a los datos colorimétricos de la carta Gretag-Macbeth ColorChecker presentada anteriormente.

3. Aunque parece que todo el peso de la estandarización de la tecnología del color es soportado por organismos internacionales, también se comentó al principio de este apartado que las principales multinacionales del sector se habían agrupado bajo el nombre de ICC (International Color Consortium) para coordinar los problemas de compatibilidad en la gestión del color entre sus productos, ya fueran de tipo hardware (incluidas las películas fotográficas) o de tipo software. Por tanto, la pregunta lógica es: ¿cómo se integran sus propuestas técnicas sobre gestión del color con las recomendadas por los organismos internacionales de estandarización? Estudiaremos la estructura del perfil ICC o algoritmo de gestión del color entre los diferentes dispositivos multimedia así como el esquema del espacio de color de conexión (PCS), que no es más que una aplicación de los estándares internacionales de colorimetría.

2.3.1 Caracterización de dispositivos multimedia: cartas de calibración

El problema básico subyacente en el control del color en las tecnologías multimedia es cómo gestionar la variedad de espacios o sistemas de color depen-dientes de cada dispositivo. La solución general pasa inevitablemente por conseguir la función f (ND, p) de caracterización colorimétrica CIE TXYZ = f (ND, p) de cada tipo de dispositivo, siendo ND la variable vectorial característica ligada al proceso directo de generación o control del color, y p, el conjunto de parámetros de funcionamiento del dispositivo que puede alterar en un segundo plano el tipo de reproducción de color conseguida. Así, por ejemplo, en el caso de los dispositivos de captura, ND representaría los niveles digitales RGB de un escáner/cámara, y el conjunto p incluiría el método de separación espectral de los canales de color, el tipo de sensor optoelectrónico, etc. En el caso de los dispositivos de visualización del tipo CRT (Cathod Ray Tube), ND representaría las señales eléctricas de excitación de bombardeo de electrones sobre los fósforos RGB de la pantalla, mientras que el conjunto p incluiría la variedad fisicoquímica de los fósforos y los controles externos de brillo y contraste de la pantalla. Del mismo modo, en el caso de una impresora de chorro de tinta, ND representaría los niveles proporcionales de las tintas cian (C), magenta (M), amarilla (Y) y negra (K) de las tramas de puntos coloreados CMYK, mientras que el conjunto p incluiría el tipo de papel o sustrato, la composición de las tintas, la interacción fisicoquímica entre las tintas y el papel, etc.

Aunque parezca obvio ahora la necesidad de caracterizar colorimétricamente según TXYZ = f (ND, p) cada uno de estos tipos de dispositivos multimedia, no existe un algoritmo general válido para cualquier grupo (Vhrel, Trussell 1999). Lo ideal sería que la función f de caracterización fuera analítica o monótona (monovaluada), o sea, paramétrica según ND y p, e invertible (que existiera analíticamente la función g = f -1), de forma que igual que podríamos predecir el color resultante TXYZ a partir de ND y p dados, pudiéramos averiguar qué conjunto ND y p está biunívocamente relacionado con un color TXYZ determinado. Para ello, habría que efectuar el número suficiente de medidas experimentales para ajustar matemáticamente los resultados colorimétricos TXYZ al conjunto {ND, p} mediante un método de minimización de una función determinada de desviación o error. Generalmente, este conjunto de medidas recibe el nombre de conjuntoentrenamiento, mientras que suele ser otro grupo de colores el que se utiliza para probar la eficacia del método de ajuste, de ahí que se conozca convencionalmente como el conjunto-test. Habitualmente, el conjunto-entrenamiento es espectro-rradiométrico, y el conjunto-test no necesita serlo, puesto que los modelos colorimétricos de caracterización se ajustan a la predicción de los valores triestímulo TXYZ y no a la distribución espectral de potencia radiante subyacente en el color psicofísico. Esto es lo que ocurre genéricamente, por ejemplo, en la caracterización colorimétrica de monitores CRT (cap. 5) e impresoras de chorro de tinta (cap. 6): un modelo fisicomatemático más o menos sencillo, basado en los principios físicos y tecnológicos del dispositivo (es decir, utilizando o controlando al menos parcialmente el conjunto p), permite simular con bastante éxito el control y manipulación del color de las imágenes en sus respectivos formatos. Ahora bien, la situación anterior está bastante idealizada y nunca se aplica, por ejemplo, para los dispositivos de captura, ya sean escáneres o cámaras. Por tanto, para esta clase de dispositivos multimedia de color, debe recurrirse a algoritmos de caracterización colorimétrica estrictamente empíricos (ad hoc), o sea, completamente matemáticos como, por ejemplo, la generación de tablas de interpolación polinómica (las LUT, Look-Up Tables), sin tener en cuenta un modelo fisicotecnológico sobre el funcionamiento del dispositivo. En estos casos, el conjunto p incluye muy pocos parámetros, lo cual limita exclusivamente la eficacia del modelo colorimétrico al conjunto de entrenamiento, siendo casi siempre un conjunto de colores en formato CIE-XYZ, nunca con información espectrorradiométrica.

Los escáneres y las cámaras no ven de la misma forma como lo hace nuestro sistema visual (cap. 3). Estos dispositivos se diseñan para optimizar la señal generada cuando se captan materiales convencionales. Las películas fotográficas y los productos fotográficos de reflexión (papel fotográfico o modo print) usan selectivamente varias combinaciones de conjuntos de colorantes para producir respuestas visuales metámeras que simulan la apariencia del color de los objetos de las escenas naturales. Ya que las sensibilidades de los colorantes y los escáneres varían de producto a producto, existe una gran variabilidad en la respuesta de un escáner a colores metámeros producidos por varios materiales. Esto significa que cada combinación escáner/película debe caracterizarse y calibrarse para trabajar con fiabilidad y efectividad. Dos estándares tipo ANSI (American National Standards Institute), de la organización norteamericana de estandarización, IT8.7/ 1-1993 (en formato transparencia) e IT8.7/2-1993 (en formato papel), fueron los adoptados como normativa internacional ISO 12641 para definir las características de las cartas de calibración para esta aplicación (Rinehart 1989).

Un hecho importante confirmado durante el desarrollo del estándar es que, en el caso de las películas (modo transparencia), todas las de un fabricante dado usan el mismo grupo de colorantes. Por lo tanto, sólo se requiere físicamente una única carta para cada tipo principal de película fotográfica (por ejemplo, Kodak Ektachrome, Kodachrome, Fujichrome, Agfachrome). Lo mismo ocurre para la caracterización de la carta en formato papel. Esto permite que la fabricación y la distribución de estas cartas de calibración sea un proceso gestionable por los comerciantes y los usuarios.

Este estándar proporciona una definición colorimétrica de las zonas coloreadas que se incluyen, y define los tamaños específicos y las posiciones para los 252 colores individuales (fig. 2.10, véase apéndice de color). Es importante remarcar que estas cartas han sido especificadas de forma que algunos colores tiene valores colorimétricos fijos independientemente del producto usado (tablas 2.4 y 2.5), mientras que otros colores tienen valores que se definen según las características del producto específico usado para crear la carta. La normativa requiere también que los datos colorimétricos sean proporcionados en todas las cartas fabricadas, o bien de forma individual, o sobre una tolerancia colorimétrica en los lotes de fabricación que no supere nunca la diferencia individual de color ΔE = 10.

Los colores de una carta IT8 (fig. 2.10) se distribuyen de la manera siguiente:

1. Un conjunto de 108 colores con valores colorimétricos CIE-L*a*b* fijos que suelen pertenecer a la mayoría de las gamas de reproducción de los dispositivos multimedia (tablas 2.4 y 2.5). Estos colores se distribuyen en las columnas 1-3, 5-7 y 9-11, de forma que en las columnas 1-3 la claridad L* fluctúa entre {10,15,20,25,30}, en las columnas 5-7 {30,35,40,45,50,55,60} y en las columnas 9-11 {55,60,65,70,75,80}. A medida que bajamos en posición a lo largo de una columna, el tono varía desde el rojo, pasando por el naranja, amarillo, verde, cian, azul, violeta hasta llegar al magenta. A medida que nos desplazamos lateralmente por una fila de los tres tríos de columnas, el croma aumenta aparentemente de forma proporcional de izquierda a derecha en los tres grupos de columnas con claridad L* ascendente.

TABLA 2.4

Valores cromáticos fijos CIE-L*a*b* de las áreas-color siguientes de la carta IT8.7/1 (formato transparencia) de la norma ISO 12641

TABLA 2.5

Valores cromáticos fijos CIE-L*a*b* en las áreas-color siguientes de la carta IT8.7/2 (formato papel) de la norma ISO 12641

2. Una escala neutra o acromática de 24 grises, desde la densidad mínima Dmín (blanco) hasta la densidad máxima Dmáx (negro), con pasos visualmente equidistantes que, más o menos, se corresponden con pasos equidistantes de densidad óptica D.