Tecnología del color

3. El conjunto específico de colores de la carta, de los cuales muchos de ellos limitan la gama de reproducción de los colorantes usados en cada carta. Las columnas no especificadas 4, 8 y 12 sería un primer grupo de colores con croma bastante alto pero distribuidos sobre grupos de clari-dad ascendente y tono variable. Las escalas C(12), M(13), Y(14), R(16), G(17) y B(18) se diseñan según el siguiente criterio: para cada color puro de la escala, la cantidad de colorante presente en cada posición será la misma cantidad que la del colorante negro de la columna K(15). Estas escalas, incluyendo la escala neutra anterior, son las escalas más importantes usadas por los operadores de escáneres para efectuar el balance de gris y los ajustes de color para compensar las diferencias espectrales de los colorantes, entre el conjunto de los colorantes de la imagen original y el conjunto diferente de colorantes para la reproducción final en papel impreso.

4. Cada carta contiene también imágenes adicionales o nuevos colores específicos del fabricante o vendedor, los cuales se sitúan a la derecha de la carta IT8.

2.3.1.1 ¿Cómo se usa la carta IT8?

Como primer paso en la caracterización de un escáner que se puede usar en varias aplicaciones informáticas, se escanea o se capta la carta IT8 (en fomato transparencia o papel) con el software propio del escáner. La imagen resultante aparecerá en la pantalla del monitor como una imagen RGB, pero tratándose, por supuesto, de una codificación RGB dependiente de este dispositivo.

Cualquier imagen RGB puede transformarse al espacio de representación CIE-L*a*b*, aspecto que no es nada sencillo de plantear ni resolver como veremos en el subapartado posterior y en el capítulo siguiente. Sin embargo, la mayoría de las aplicaciones informáticas sobre gestión del color logran usar algun procedimiento, más o menos acertado, de paso de RGB a CIELAB por lo que, en principio, todos los colores RGB de la carta escaneada ya estarían transformados a valores L*a*b*. Comparando entonces los valores L*a*b* originales proporcionados por el fabricante-vendedor y los valores L*a*b* reproducidos, el software puede calcular el error de color de entrada para cada muestra de la carta. El software usa entonces esta información para construir una tabla compensatoria de color. Esta tabla y su información complementaria puede grabarse como un fichero de caracterización o perfil del dispositivo (Adams II, Weisberg 1998; Autiokari 2001).

Una vez que el software de gestión del color conoce la ubicación del fichero sobre el perfil del dispositivo, éste puede compensar con bastante acierto los errores de reproducción del color de cualquier imagen escaneada. Esto suponiendo siempre que el software y el hardware del equipo multimedia están correctamente configurados y que ningún cambio se efectúa en el sistema. Si fuera el caso que se han efectuado algunas variaciones sobre el sistema, que parecen en principio insignificantes (iluminante de visualización, cambio de la fuente luminosa del escáner, etc.) pero que sí alteran la caracterización y el perfil del escáner, es necesario volver a calibrar el dispositivo reescanenando la carta IT8 y repetir todo el proceso en el software de gestión del color para crear un nuevo fichero-perfil del dispositivo. Lo mismo se haría con la carta IT8 7/3 de ISO 12642 para sistemas de impresión (Adams II, Weisberg 1998: 77-79).

Otra opción como carta de calibración de escáneres y cámaras para aplicaciones específicas de la tecnología del color es la carta ColorChecker de Gretag-Macbeth (fig. 2.11, véase apéndice de color). A diferencia de las cartas IT8, consta solamente de 24 colores, en los que se incluye un conjunto de primarios RGB y CMYK así como una escala acromática de 6 grises, desde el blanco hasta el negro. Sin embargo, el aspecto diferenciador que destaca sobre cualquier otra carta de calibración es que el resto de los 12 colores, los cuales se sitúan en la parte superior, son una muestra estadísticamente bien representativa de los colores de los objetos naturales o más usuales, como los colores seleccionados como estándares para la piel blanca caucasiana y la piel oscura o morena, los colores azul cielo o el verde follaje y otros más, tan característicos del entorno que nos rodea (McCamy, Marcus, Davidson 1976).

La carta ColorChecker suele suministrarse con los valores colorimétricos CIE-(x,y,Y) bajo iluminante C, con notación Munsell H V/C (tono claridad/ croma), con notación nominal (nombre a los colores) según ISCC (Inter-Society Color Council) y NBS (National Bureau of Standards) de Estados Unidos y con una descripción nominal, pero no estandarizada, de los colores asociados a objetos naturales. La particularidad de que esta carta de colores sea tan usada en la actualidad se debe a su acertada representatividad estadística de los objetos-color que contiene. Por ejemplo, la reproducción de la piel blanca caucasiana es siempre un gran reto de reproducción para los ingenieros de color en TV o para los profesionales en artes gráficas, de ahí que también en las cartas IT8, en la opción del fabricante-vendedor, se suelan incorporar colores con saturaciones medias y tonalidades cercanas a objetos-color tan usuales como la piel blanca caucasiana, el verde follaje o el azul cielo.

2.3.2 Los espacios de representación del color sRGB y sYCC

En abril de 1990 se obtuvo un acuerdo internacional unánime sobre un espacio no lineal RGB bien caracterizado para la producción e intercambio de programas de TV de alta definición (ITU-R BT.709). Especificaba la forma de codificar los valores triestímulo de una escena real sobre un espacio de color RGB de una pantalla de visualización de referencia suponiendo un entorno ambiental de iluminación baja. La especificación ITU-R original era bastante ambigua en la definición de las características de la pantalla de visualización de referencia. Para clarificar estas ambigüedades iniciales y ampliar el uso de este estándar al ámbito de los sistemas de gestión del color, IEC e ITU recomiendan el uso de dos espacios de representación del color denominados sRGB y sYCC (IEC 1999, ITU 1998, sRGB 2001), o espacios fundamentales RGB e YCC.

Este nuevo estándar se basa en unas condiciones de referencia bien detalladas para la pantalla de visualización (monitor CRT, LCD, etc.), el entorno de visualización (ISO 3664) y el observador patrón colorimétrico (CIE 1931 XYZ). Por ejemplo, la característica entrada-salida de la pantalla RGB vale 2.2 y el valor de brillo por defecto vale 0; entonces la relación entrada V’sRGB vs. salida fotométrica VsRGB es VsRGB = (V’sRGB + 0.0)2.2, pero la transformación de sRGB a XYZ sufre un aumento de contraste-gamma de valor 2.4/2.2 > 1, lo cual sirve para mantener el balance de grises (tone reproduction) de la imagen original debido al efecto reductor de la iluminación ambiental. También, por ejemplo, las cromaticidades CIE-(x,y) de los primarios RGB y del blanco W (D65) de la pantalla están bien detalladas: (xR, yR) = (0.6400, 0.3300), (xG, yG) = (0.3000, 0.6000), (xB, yB) = (0.1500, 0.0600) y (xW,yW) = (0.3127, 0.3290).

Ya que las transformaciones de color sRGB → XYZ, sRGB → sYCC, o XYZ → sRGB se describen por partes, hemos creído conveniente plantear como ejemplo más sencillo la transformación de los datos colorimétricos CIE-(x,y,Y) bajo iluminante C de las muestras de la carta ColorChecker a los espacios sRGB y sYCC (tabla 2.6).

Si buscamos la transformación de color entre los valores (x,y,Y) de las muestras a valores sRGB y a valores sYCC, es importante acotar inicialmente el problema de la equivalencia del punto blanco/negro o la caracterización del iluminante. En particular, los valores (x,y,Y) de los 24 colores de la carta se indican bajo el iluminante C (TC = 6774 K); mientras que el iluminante de referencia en los espacios sRGB y sYCC es el iluminante D65 (TC = 6504 K). Realmente, desde siempre en colorimetría, no aparecen diferencias muy notables entre la colorimetría bajo C o bajo D65 por la similitud de sus temperaturas correlacionadas de color, y en consecuencia, por sus coordenadas cromáticas CIE-1931: (xC=0.3101, yC=0.3163), (xD65=0.3127, yD65=0.3290). No obstante, planteemos ahora la transformación de color entre valores (x,y,Y) bajo iluminante C a valores (x,y,Y) bajo iluminante D65 como ejemplo a cualquier otra transformación de color sencilla entre valores (x,y,Y) con iluminantes diferentes.

El punto de partida de esta transformación o igualación asimétrica de color (tal como se conoce en colorimetría) es una transformación matricial M entre los valores triestímulo XYZ de un color C bajo iluminante C a valores triestímulo XYZ bajo iluminante D65:

TABLA 2.6

Datos colorimétricos de la carta Gretag-Macbeth ColorChecker

Pero, claro está, para determinar numéricamente la matriz M(3 × 3) hemos de conocer las peculiaridades sobre la visión del color en el sistema visual humano. En particular, se necesita la transformatión matricial MV entre los valores CIE-XYZ y los valores RGB fundamentales a nivel retiniano conocidos como valores triestrmulo ργβ de acuerdo con el modelo de apariencia del color CIECAM’97. Así, la transformatión matricial M es:

De esta manera, ahora ya es posible transformar los nuevos valores triestímulo XYZ bajo D65 de las muestras de la carta ColorChecker a valores triestímulo sRGB mediante la siguiente transformación matricial renombrando los valores triestímulo XYZ como valores normalizados respecto al iluminante D65, es decir, entre 0 y 1:

Si fuera el caso que algunos de los valores sRGB calculados resultasen negativos o superiores a 1, entonces el estándar IEC/ITU propone que sean automáticamente descartados o, recordando la nomenclatura de las técnicas de proyección de gamas de reproducción, recortados (clipped) respectivamente a valores 0 ó 1. Para evitar esta limitación de gama de reproducción en el software de codificación del color, IEC/ITU ya han propuesto un espacio sRGB extendido hasta 16 bits por canal denominado xRGB (IEC 1998b).

No obstante, la información en color para una imagen cualquiera no se codifica con valores triestímulo, sino con valores digitales o niveles de gris. Así, si consideramos el nivel estándar de 8 bits ó 256 niveles digitales posibles por cada canal de color sRGB o sYCC, los niveles digitales RGB a 8 bits de las muestras de la carta (tabla 2.6) vienen dados por la ecuación:

Y los niveles digitales sYCC para efectuar la compresión y la transmisión eficiente de la imagen ColorChecker (tabla 2.6) se calculan a partir de la ecua-ción matricial siguiente:

2.3.3 El perfil ICC

ICC (International Color Consortium) es la organización internacional que agrupa a las principales empresas multinacionales dedicadas al sector multimedia (ICC 2001), desde fabricantes-vendedores de escáneres y cámaras (electrónicas y digitales), películas fotográficas, plataformas (hardware), aplicaciones informáticas (software), pantallas de visualización, hasta impresoras e imprentas. Creada en 1993 bajo los auspicios del Instituto de Investigación de Artes Gráficas de Alemania (FOGRA) con solamente 8 miembros, esta organización se ha ampliado en la actualidad con 70 empresas más. Para evitar los problemas de compatibilidad en la creación y transferencia de información digital en color, y resolver el problema del espacio de color dependiente del dispositivo multimedia (fig. 2.4), esta organización propone un formato de fichero común denominado perfil ICC.

La estructura del perfil ICC o algoritmo de gestión del color entre los diferentes dispositivos multimedia consta de cuatro elementos descritos de la forma siguiente (fig. 2.12):

1. Los perfiles o datos sobre las características de reproducción del color de los dispositivos multimedia que proporcionan los fabricantes-vendedores.

2. El módulo de gestión del color (Color Management Module, CMM), que enlaza todos los perfiles para producir las transformaciones de color entre cualquier grupo de dispositivos.

3. La aplicación informática (software) utiliza el módulo de gestión del color (CMM), para manejar las transformaciones de color tal como las necesita el usuario (en gráficos e imágenes).

4. El sistema operativo permite a las aplicaciones acceder a los perfiles y a los módulos de gestión del color (CMM), y proporciona un módulo base de gestión del color en cualquier momento en el que el usuario no tiene instalado un módulo específico de gestión del color.

Fig. 2.12 Esquema de la arquitectura algorítmica del manejo del formato de fichero ICC, más conocido como perfil ICC.

El perfil ICC divide a los dispositivos multimedia en tres categorías: entrada (una cámara digital, por ejemplo), visualización (un monitor CRT, por ejemplo) y salida (una impresora de chorro de tinta, por ejemplo). Para cada clase de dispositivo se usan unos modelos algorítmicos básicos para las transformaciones de color. Estos modelos proporcionan un rango de calidad de color y efectividad en la ejecución de los mismos. Los modelos base permiten seleccionar diferentes combinaciones de equilibrio entre la memoria final de impresión, ejecución y la calidad de la imagen. Los parámetros y datos necesarios para implementar estos modelos se introducen de forma adecuada sobre la estructura base del ficheroperfil de cada dispositivo en el fichero-algoritmo de gestión del color.

El esquema de implementación del formato ICC a través del espacio de color de conexión (Profile Color Space, PCS) que se propone es el siguiente (fig. 2.13). Partiendo de un dispositivo de entrada como un escáner, se pretende llegar a controlar la imagen-color de salida de dos dispositivos convencionales como es un monitor CRT y una impresora de chorro de tinta a color. Los tres dispositivos poseen un espacio de representación del color totalmente distinto. El formato ICC indica cuál ha de ser el espacio de color común (Profile Connection Space, PCS) para ensamblar eficazmente las peculiaridades de los tres dispositivos o sistemas de reproducción del color. Este espacio de color de conexión (PCS) se configura a partir de estándares internacionales de colorimetría como:

1. Valores representativos: observador CIE-1931 XYZ.

2. Metrología: CIE-1931 XYZ o CIE-L*a*b*.

3. Geometría de la medición: 0/45 ó 45/0.

4. Iluminante: D50 (xD50 = 0.3457 , yD50 = 0.3585).

5. Efecto de luz ambiental (Viewing Flare): 0.5-1.0 %.

6. Nivel de iluminación: 200 - 500 lx.

7. Contraste de claridades del entorno: promedio.

El espacio de color PCS intenta representar las apariencias de color deseadas en términos de la colorimetría CIE de los colores que han de ser transferidos sobre el medio de reproducción de referencia y visualizados sobre el entorno de referencia, cuyas características se han listado arriba. Por tanto, esto significa que se orienta hacia los colores que han de ser reproducidos sobre el medio de salida, generalmente sobre papel impreso. Es más, el creador de un perfil ICC está obligado a compensar y ajustar los datos PCS para varios efectos. Tales efectos dependen del tipo del medio de reproducción, si es el de entrada (papel o transparencia), visualización (presentación o previsualización de la salida) o salida (papel impreso o transparencia), incluyendo el tipo de iluminante o equivalencia del blanco, el nivel de iluminación y el tipo de fondo en la visualización.

Vamos a analizar a continuación como ejemplo cuáles son las correcciones y los ajustes de color en el esquema de la figura 2.13 que propugna el perfil ICC. Es decir, partiendo de una escena fotográfica original en formato papel (blanco W1), deseamos controlar el color de la imagen de salida sobre una impresora en formato papel (blanco W2) y en formato transparencia, pasando a través de la previsualización en pantalla CRT de la apariencia de color deseada de la salida.

Fig. 2.13 Esquema de implementación del perfil ICC a través del espacio de color de conexión (PCS) entre un dispositivo de entrada (escáner), uno de visualización (monitor CRT) y otro de salida (impresora CMYK).

2.3.3.1 Correcciones de color y ajustes en los perfiles de entrada

Supongamos un escáner convencional, tal como lo describiremos en el capítulo siguiente, con un dispositivo semiconductor fotosensible acoplado a tres filtros de color RGB y una fuente fluorescente que se ajusta al iluminante F2 (TC = 4230 K, blanco frío). Como se dijo antes, el estándar que vamos a reproducir de forma cruzada tiene como blanco equivalente (o iluminante) al blanco de la escena fotografiada, color que coincidirá con el fondo del papel fotográfico no expuesto. Supongamos que la especificación CIE-1931 XYZ bajo el iluminante equienergético E de este blanco, que denotaremos W1, es (xw1, yw1, Yw1) = (0.3200, 0.3200, 0.83), y la del iluminante F2 es (xF2, yF2, YF2) = (0.3721, 0.3751, 1).

Para crear el fichero-perfil de este dispositivo, debemos insertar una transformación de color M1 entre los datos colorimétricos según F2 (escáner) y según D50 (PCS). Una parte del diseño de esta transformación de color debe incluir una transformación de adaptación cromática, como por ejemplo la de tipo Von Kries descrita en apartados anteriores. Pero en el diseño completo de esta transformación de color M1 el perfil ICC nos permite optar por dos enfoques colorimétricos, con ventajas e inconvenientes en la reproducción final del color.

El enfoque que usa por defecto el formato ICC es el denominado colorimetría relativa, en el que, si bien el balance global de grises o contrastes (tone reproduction) de la escena reproducida varía, las áreas de la escena descritas como brillos, reflejos (áreas saturadas) se mantienen, lo cual consigue mantener aproximadamente la apariencia global y cierta información colorimétrica que se desea no perder. En cambio, el formato ICC permite también el uso de lo que se denomina colorimetría absoluta, en el que se mantiene el balance global de grises, lo cual garantiza mejor que en el otro enfoque la apariencia del color, aunque si los blancos (o iluminantes) de entrada y salida son diferentes, no se mantienen las áreas saturadas de la escena original, e incluso, pueden aparecer otras de forma descontrolada.

Si el primer paso en la transformación de color M1 es una transformación matricial entre los valores triestímulo RGB del escáner y valores triestímulo XYZ (véase cap. 3) bajo el iluminante F2, de forma que la terna (R,G,B) = (1,1,1) se corresponda con la terna (XF2,YF2,ZF2). El siguiente paso ha de implementar uno de los enfoques anteriores. En el caso de la colorimetría absoluta, el resto de la transformación de color es simplemente la transformación de adaptación cromática entre los datos colorimétricos XYZ del escáner bajo F2 a los valores XYZ del espacio PCS bajo D50. El enfoque de la colorimetría relativa, que volverá a repetirse para los ajustes del perfil de salida en modo papel impreso, consiste en reconvertir en este caso el iluminante F2 del escáner como el blanco W1 del papel fotográfico del estándar a reproducir de forma cruzada, previamente a la obligada y posterior transformación de adaptación cromática entre F2 y D50. De esta forma, el blanco ideal o papel blanco 100 % de reflexión del espacio PCS, el iluminante D50, será equivalente al blanco W1 de la escena original. Si la terna [X’(C),Y’(C),Z’(C)] representa la codificación CIE-XYZ de un área-color C escaneada de la escena bajo el iluminante F2, [Xw1,Yw1,Zw1] y [XF2,YF2,ZF2] son las ternas triestímulo de las especificaciones [x,y,Y] anteriores, y MD50-F2 es la transformación matricial de adaptación cromática de tipo Vo n Kries, entonces la terna [X(C),Y(C),Z(C)] del área-color C en el espacio PCS bajo D50 es:

Si la opción escogida hubiera sido la de la colorimetría absoluta, se trabajaría solamente con MD50-F2 y, por tanto, se mantendría el balance de grises o contrastes. Sin embargo, por seleccionar el enfoque de la colorimetría relativa, el balance de grises o contrastes sube un 20.48 % (en la escala Y o β como factor de luminancia), mientras que realmente, en sentido perceptual (L*), la escena se ha transferido un 7.71 % más clara al espacio PCS.

2.3.3.2 Correcciones de color y ajustes en los perfiles de visualización

Seguimos con el proceso iniciado arriba, y el paso siguiente es efectuar los ajustes necesarios en el perfil del monitor CRT para que podamos previsualizar o simular la apariencia de color deseada en la salida, en papel impreso cuyo blanco es W2.

Partimos de la escena escaneada y en apariencia relativa con respecto a W1 especificada en el espacio PCS. Entonces, los colores PCS se transforman primero en las coordenadas del dispositivo de salida usando cualquier técnica preferida de compresión de las gamas de reproducción. Es decir, el primer paso sigue siendo una aplicación del enfoque de la colorimetría relativa. Si la especificación (x,y,Y) del papel W2 es (0.325, 0.310, 0.78), entonces, antes de efectuar el algoritmo GM2 (gamut mapping) entre el espacio PCS y el del dispositivo de salida con las características de las tintas CMYK y el papel W2 (cap. 6), se ejecuta lo siguiente: si la terna [X(C),Y(C),Z(C)] representa la codificación PCS de un área-color C escaneada de la escena bajo el iluminante F2 pero relativizada con respecto a W1, (Xw2,Yw2,Zw2) y (XD50,YD50,ZD50) son las ternas triestímulo de las especificaciones (x,y,Y) anteriores, entonces la terna [X’’(C),Y’’(C),Z’’(C)] del área-color correspondiente C en el medio W2 a transferirse en GM2 es:

En el algoritmo GM2 se efectúan las compresiones necesarias en las escalas de claridad, croma y tono tal como se explicó en apartados anteriores, puesto que el espacio PCS tiene en principio una gama ilimitada de colorantes, y por ende, una gama ilimitada de colores reproducibles. Estos cálculos de compresión se realizan primero en el espacio CIE-L*a*b* y luego han de reconvertirse al espacio XYZ.

Tras este primer paso, se invierte la ecuación anterior para volver al espacio PCS, pero con una gama limitada de colores reproducibles. Ahora, el paso siguiente es la transformación de color M3 entre el espacio PCS y el espacio de color dependiente del monitor CRT (cap. 5) que, vamos a suponer, se ajusta al iluminante D93 (TC = 9300 K), con valores (xD93, yD93, YD93) = (0.2848, 0.2932, 1). Como existe una disparidad entre iluminantes entre PCS y RGB-CRT, inevita-blemente la transformación M3 ha de incluir una transformación de adaptación cromática MD93-D50. Entonces, en teoría, los resultados de la compresión de la gama de reproducción en la salida deberían ser visibles en la escena visualizada.

Es importante recordar aquí el objetivo colorimétrico principal del formato ICC. Con la imagen de la escena visualizada en la pantalla CRT tal como se supone que se verá en papel impreso, es evidente que si medimos los colores en pantalla con un telecolorímetro, la especificación triestímulo XYZ será diferente a la codificada en el espacio PCS, pero se supone, y así se ha intentado, que la apariencia de color que se observa en pantalla se ajustaría a la que se observaría en la escena impresa con las condiciones colorimétricas y de visualización del espacio de referencia PCS.