УПРАВЛЕНИЕ ЦВЕТОМ

Понятие «управление цветом» (color management) охватывает достаточно обширную область, в которой далеко не все вопросы являются определенными окончательно.

В прошлом в закрытых системах допечатной подготовки фирмы-производители тщательно подбирали аппаратные и программные компоненты, и пользователи подобных систем не могли по своему выбору указать в каталоге нужные им сканеры, мониторы или выводные устройства и включить их в систему. В закрытости были свои преимущества: и производители, и пользователи прекрасно знали, чего следует ожидать от оборудования на каждом этапе технологического цикла.

Времена изменились. Теперь в мире доминируют открытые системы, а на рынке предлагается огромное количество аппаратных и программных продуктов. Получив возможность выбирать нужное оборудование, фирмы-производители и пользователи оказались перед необходимостью решать весьма серьезную проблему обеспечения совместимости компонентов и, по меньшей мере, такой же надежности и предсказуемости производственного процесса, какими отличались закрытые системы.

Пользователь настольных издательских систем (НИС) и графических программ, не будучи профессионалом в области полиграфии, изначально ориентирован на работу по принципу WYSIWYG - What you see is what you get («что вижу, то и получаю»), и, как ему кажется, не нуждается ни в каком управлении цветом. Он уверен: все, что показывает ему дисплей монитора, будет в точности воспроизведено устройством вывода. Это действительно так, но только для текста и верстки.

К сожалению, о качественной цветопередаче при таком подходе речь не идет. С помощью обычной издательской программы невозможно обеспечить правильную трансформацию цветов в соответствии с тем цветовым охватом, который присущ конкретному устройству. В итоге на каждом устройстве цветное изображение выглядит по-разному.

В сфере НИС существует устойчивая тенденция к росту объема цветной печати. Пользователи хотят вкладывать деньги в открытые системы, которые легко подключаются к сетям и серверам на основе единого формата данных, имеют модульную структуру и легко подвергаются модернизации, т.е. обладают всеми необходимыми возможностями для быстрой и надежной связи с клиентами.

В то же время до сих пор отсутствует общий принцип, на основе которого оказалось бы возможным связать воедино все отдельные этапы обработки цветовой информации. Главной причиной этого является полное отсутствие стандартизации цветовых моделей, которые традиционно используются в репродуцировании. RGB-сигналы, с которыми работает сканер, отличаются от RGB-сигналов монитора, которые в свою очередь отличаются от значений модели CMYK (рис 1.9 ). Обе модели, RGB и CMYK, являются исключительно аппаратно-зависимыми и охватывают только часть видимого спектра цветов.

Каждый тип монитора отличается один от другого, каждый сканер обладает специфическими характеристиками. Что же касается CMYK, то в Европе существует стандарт офсетной печати Eurostandard, но он не включает в себя газетную печать. В США действует SWOP (Specifications for Web Offset Printing), в Канаде есть свой SWOP, похожий на американский, но все же иной. Свой набор печатных «стандартов», зависящих от типа краски, существует и в Японии. Проблема стандартизации еще более усложняется, если к офсетной добавить глубокую, флексографскую, шести- и семикрасочную печать.

Цветовой охват. Цветовые модели определены различным образом не только с точки зрения системы координат. Значительно отличается и их цветовой охват. В целом аппаратное-зависимое пространство CMYK гораздо меньше аппаратно-зависимого пространства RGB.

Естественным требованием, которое предъявляется к процедуре трансформации изображения из одного цветового пространства в другое, является отсутствие потери информации во время преобразования. Цвета, лежащие за пределами цветового охвата, воспроизводимого устройством назначения, нужно трансформировать таким образом, чтобы они вошли в пределы этого охвата, и при этом насколько возможно сохранить цвета оригинала.

Хотя модель RGB обладает более широким цветовым охватом, чем CMYK, тем не менее в CMYK имеются области, не представленные в RGB. Другими словами, существуют некоторые печатаемые цвета, не воспроизводимые на экране монитора (например, чистый синий). Таких цветов нет в устройствах, работающих на основе сигналов RGB (рис. 1.10 ).

Задачи управления цветом. Это прежде всего преобразование цветов из одной модели в другую, выполняемое для широкого спектра различных устройств и печатных процессов. Дополнительным, но не менее важным требованием, предъявляемым к управлению цветом, является обслуживание всех видов пробной печати, включая создание экранных цветопроб.

Разница между цветной печатью и цветной пробной печатью заключается в том, что для цветной печати цвета трансформируются один раз, тогда как для пробной печати цвета преобразуются в два этапа: сначала в соответствии с цветовым охватом устройства окончательного вывода, а затем для имитации этого окончательного вывода в соответствии с цветовым охватом пробопечатного устройства. Сказанное справедливо и для создания экранных цветопроб.

Работа системы управления цветом. Трансформация цвета по принципу «от устройства к устройству», например устройств ввода и вывода, сканеров, принтеров, рекордеров, печатных машин, которыми необходимо управлять с помощью color management, равнозначна прямому подключению каждого устройства ввода к каждому устройству вывода, при этом количество трансформаций неизмеримо возрастает.

На рис. 1.11 представлены таблицы преобразования, соответствующие числу устройств вывода и печати.

Выходом из затруднительного положения является использование промежуточного цветового пространства, в которое и из которого можно выполнять все трансформации. Пространство-посредник должно обладать определенным набором обязательных характеристик. Во-первых, оно должно быть аппаратно-независимым, чтобы с ним могли работать устройства всех типов. Во-вторых, пространство должно быть стандартизовано на международном уровне. И, наконец, пространство должно иметь максимально возможный цветовой охват. Этим требованиям в полной мере соответствует пространство CIELab.

Пространство CIELab. В 1931 г. Международная комиссия по освещению - CIE (Commission Internationale de L`Eclairage) предложила математически рассчитанное цветовое пространство XYZ, в котором весь видимый человеческим глазом спектр лежит внутри этого пространства. В качестве базовых была выбрана система реальных цветов RGB, а свободный пересчет одних координат в другие позволял проводить различного рода измерения.

Недостатком нового пространства была его неравноконтрастность. Понимая это, ученые проводили дальнейшие исследования, и в 1960 г. Мак-Адам внес некоторые дополнения и изменения в существовавшее цветовое пространство, назвав его UVW (или CIE-60). Затем в 1964 г. по предложению Г. Вышецкого было введено пространство U*V*W* (CIE-64).

Вопреки ожиданию специалистов предложенная система оказалась недостаточно совершенной. В одних случаях используемые при расчете цветовых координат формулы давали удовлетворительные результаты (в основном при аддитивном синтезе), в других (при субтрактивном синтезе) погрешности оказывались чрезмерными.

Это заставило CIE принять новую равноконтрастную систему. В 1976 г. были устранены все разногласия и на свет появились пространства Luv и Lab, базирующиеся на том же XYZ.

Эти цветовые пространства принимают за основу самостоятельных колориметрических систем CIELuv и CIELab. Считается, что первая система в большей мере отвечает условиям аддитивного синтеза, а вторая - субтрактивного.

В настоящее время цветовое пространство CIELab (CIE-76) служит международным стандартом работы с цветом. Основное преимущество пространства - независимость как от устройств воспроизведения цвета на мониторах, так и от устройств ввода и вывода информации. Это несомненно является важным фактором в полиграфической деятельности, так как дает возможность оценивать цветовые различия не только единичных цветов, но и цветов произвольной яркости. С помощью стандартов CIE могут быть описаны все цвета, которые воспринимает человеческий глаз.

На рис. 1.12 Координаты цвета обозначены буквами:

L (Lightness) - яркость цвета измеряется от 0 до 100%;

а - диапазон цвета по цветовому кругу от зеленого -120° до красного значения +120°;

b - диапазон цвета от синего -120° до желтого +120°.

В НИС, в частности на стадии сканирования и обработки изображения, принято работать с цветовыми координатами LCH, которые получаются из Lab следующим образом:

С (Chroma) = - насыщенность цвета;

Н (Hue) = arctg(b/a) - цветовой тон;

L - координата яркости.

Понять, как работает интерфейс LCH, можно по упрощенной модели цветового пространства CIELab, представленной на рис. 1.13, 1.14 и 1.15. Яркость изменяется снизу вверх, т.е. возрастает от основания к верхней части цилиндра (рис. 1.13 ). Это означает, что можно корректировать яркость, не изменяя другие параметры - насыщенность и тон. Насыщенность возрастает при движении от центра к окружности (рис. 1.14 ). Значение тона изменяется по кругу (рис. 1.15 ).

В сфере компьютерных издательских технологий поддержка пространства CIELab реализована через формат TIFF Lab, разработанный фирмой Aldus Corporation.

С помощью CIELab можно построить систему управления цветом (Color Management System - CMS) для всех устройств, независимо от того, являются они устройствами ввода или вывода (рис. 1.16 ).

В сентябре 1992 г. фирма Linotype-Hell выпустила на рынок системные решения ColorPilot, предназначенные для сканирования и цветного репродуцирования. Конфигурация системы состояла из сканера ChromaGraph S2000 и программы LinoColor 3.0, работающей на платформе Macintosh. ColorPilot дополнялась высокоразрешающей выводной системой с PostScript RIP и ФНА Linotronic (рис. 1.17 ).

Программа LinoColor целиком основана на модели CIELab, которую использует в качестве внутреннего цветового пространства.

Обычно LinoColor получает RGB-данные со сканера и трансформирует их в CIELab. Для представления на экране монитора LinoColor трансформирует CIELab в пространство монитора RGB. Для вывода на фотонаборный автомат или цифровую цветопробу выполняется трансформация в пространство CMYK печатного процесса (рис. 1.18 ).

В некоторых случаях одной трансформации недостаточно. Чтобы создать экранную цветопробу на мониторе, LinoColor сначала трансформирует данные в пространство CMYK выбранного печатного процесса, а уже из CMYK в RGB монитора (рис. 1.19 ).

Тот же принцип используется для вывода цифровой цветопробы. В этом случае для того чтобы на цветопробном принтере оказалась возможной имитация печатного оттиска, используется сочетание двух разных печатных таблиц CMYK (рис. 1.20 ).

На сегодняшний день LinoColor поддерживает множество сканеров, мониторов, принтеров разных типов, а также широкий спектр печатных процессов, включая варианты GCR (Gray Color Removal) и UCR (Under Color Removal) и печатные таблицы для газетной печати, причем диапазон поддержки постоянно расширяется. Немаловажным является то, что файл в формате CIELab оказывается меньшим по объему, так как хранит данные в виде 3х8 бит, а не 4х8 бит, как CMYK.

В начале 1993 г. фирма Adobe представила свои новые продукты, среди которых в качестве опции было представлено системное расширение ColorSync.

В обзорах, напечатанных в профессиональных журналах, указывалось, что ColorSync - это новая система управления цветом от фирмы Apple, что не совсем справедливо. ColorSync - это целый пакет систем управления цветом (или Color Matching Methods (CMM) - методов цветового согласования, как их называет Apple).

ColorSync работает на операционном уровне, что означает поддержку управления цветом для всех программ независимо от того, ориентированы они на растровую либо векторную графику или верстку.

Дополнительно в пакете присутствует так называемый Plug-In port (порт для самонастраиваемых модулей), предназначенный для профилей устройств. По терминологии Apple профиль (profile) - это файл, описывающий цветовые характеристики устройства. С помощью ColorSync обеспечивается цветовая трансформация для всех устройств. Например, приложение может запросить выполнить процедуру трансформации цветов, полученных на сканере «x», в цвета монитора «y» и, наконец, в цвета принтера «z».

Поскольку расширение ColorSync способно трансформировать цвета на основе имеющихся профилей конкретных устройств, оно использует для этого соответствующий метод цветового согласования. Если метод недоступен, то выполняется подстановка - используется обычный алгоритм XYZ. Трансформация при этом не будет отличаться исключительно высоким качеством, но тем не менее будет выполнена (рис. 1.21 ).

Процесс согласования цветов в ColorSync не зависит от типа приложения и доступен для всех производителей программно-аппаратного обеспечения.

Пользователи получают в свое распоряжение инструменты для создания и модифицирования профилей устройств или таблиц цветовой трансформации вместе с инструментами для калибровки сканеров и мониторов.

ICC-профили. Начиная с 1993 г. несколько фирм решили проводить совместные исследования по выработке общего подхода к color management. Они сформировали Международный консорциум по цвету (International Color Consortium - ICC), который и был призван разрешить проблемы в достижении качественной цветопередачи во всем производственном процессе. Членами-основателями ICC были Adobe Systems Inc., Agfa-Geavert N.V., Apple Computers Inc., FOGRA, Microsoft Corporation, Eastman Kodak Company, Sun Microsystems, Silicon Graphics Inc., Taligent Inc.

После нескольких лет международных дискуссий по вопросу об удобных и приемлемых для всех решениях ICC создал универсальный, не зависящий от компьютерной платформы стандарт, на основе которого можно описать любое работающее с цветом устройство. Характеристикой устройства служит его цветовой профиль.

Изначально существовал целый ряд различных подходов к достижению качественной цветопередачи. Вполне естественно, что сам ход технического прогресса вынудил участников рынка приложить определенные усилия к тому, чтобы направить разрозненные действия разработчиков и производителей в единое русло и предложить решение, которое могло бы устроить всех. Результатом этих усилий стало появление первого общего стандарта офсетной печати BVD/FOGRA. Позже основная часть BVD/FOGRA превратилась в стандарт ISO, который в свою очередь определяет следующие положения:

• триадные цвета (по шкале Eurostandard);

• цвет бумаги;

• условия выполняемых измерений;

• растискивание в процессе печати.

Для контроля качества воспроизведения цвета в процессе печати были разработаны специальные стандартизованные контрольные полосы, или шкалы. Контрольные шкалы работают как индикаторы изменения цвета, для чего необходимо проводить их постоянные (регулярные) измерения. Для контрольных шкал фирмы-производители печатных машин разработали методики, с помощью которых полученные в результате измерений данные преобразуются в программные алгоритмы, управляющие подачей краски.

Как было описано выше, традиционная печатная и допечатная рабочая среда, в которой выполняется процедура калибровки, может быть охарактеризована как система с неизменной конфигурацией, в которую входят такие компоненты, как сканер, программа обработки изображения, монитор, устройство вывода. Координировать цветовые характеристики указанных компонентов необходимо только при установке системы или для ее тестирования. Управление цветом, таким образом, требуется на ограниченном участке, т.е. цвета преобразуются из пространства одного устройства непосредственно в пространство другого.

Такое привязанное к конкретной конфигурации решение становится все менее и менее жизнеспособным. Причиной этому служат два фактора. Прежде всего, это рост числа открытых систем, т.е. пользователей, которые одновременно эксплуатируют оборудование различных производителей и часто реконфигурируют систему. Второй фактор - это широкое распространение распределенных систем, где создание документов и их репродуцирование могут быть разнесены на большие расстояния, что ставит вопрос о необходимости надежных межсистемных коммуникаций для передачи цвета.

Основополагающим принципом работы считается, что за межпространственное преобразование цветов должна отвечать операционная система. ICC взял за основу не какую-то одну конкретную операционную систему, или одну архитектуру, а сформулировал общий принцип: в рамках операционной системы выделяется отдельный блок, Color Management Framework, который отвечает за наиболее важные функции, связанные с управлением цветом, - организацию профилей, поддержку различных цветовых пространств и т.д. Этот блок выполняет конвертирование данных в аппаратные цветовые пространства устройств ввода/вывода. В качестве стандартных цветовых моделей поддерживаются CIEXYZ и CIELab, как часть стандарта предлагаются и другие модели. Осуществляется поддержка аппаратных пространств с различным числом каналов вывода; создаются профили для трех каналов (RGB, CMY, HSV), четырех каналов (CMYK) и даже семикрасочной печати.

Создание профиля ICC. Профили ICC - это таблицы с данными и тэги. Существуют следующие типы профилей ICC:

• устройства ввода;

• монитора;

• устройства вывода;

• преобразования между цветовыми пространствами;

• связывания устройств;

• абстрактные профили.

Для каждого типа профилей определяется набор тэгов, представляющих собой структуру данных, размер и позиция которых изменяются от файла к файлу.

Первый шаг в процедуре построения профиля включает в себя колориметрическое измерение набора цветов, представленных на каком-либо носителе или дисплее. Если условия колориметрических измерений (носитель, условия просмотра) отличаются от идеальных, необходимо внести соответствующие поправки, которые должны учитывать отклонение таких характеристик, как, например, цветность и яркость точки белого, от полученных при применении идеального рефлектора, идеального источника освещения или в отсутствие бликов. Поправки должно вносить программное обеспечение, которое отвечает за построение профиля.

Например, чтобы построить профиль сканера, производитель сканирует эталонное изображение и сравнивает его с файлом, содержащим данные, которые должны получаться при сканировании. Цвета эталонного изображения распределены насколько возможно равномерно в цветовом пространстве CIELab. Сравнение данных, которые выдал сканер, с эталонными данными для того же изображения дает хорошее представление о способности сканера воспроизводить цвета. Построение профиля для принтера происходит в обратном порядке. В данном случае создается и печатается набор цветовых элементов, равномерно распределенных в цветовом печатном пространстве (CMY или CMYK). Затем выполняется колориметрическая обработка напечатанных элементов. Здесь преобразование цветов из эталонного пространства CIELab в аппаратное цветовое пространство является гораздо более сложной задачей.

Изготовители применяют различные наборы цветовых элементов. Одни используют стандартную шкалу IT7.8, которая включает в себя 190 элементов, другие используют тестовое изображение из 4500 элементов. Учитывая статистический шум выходного сигнала, разумно измерять от 15 до 20 элементов перед усреднением результатов. Сколько элементов следует задействовать для того, чтобы точно охарактеризовать устройство, до сих пор является предметом дискуссий.

Оборудование для ввода изображений и оборудование, используемое для репродуцирования, обладают различными свойствами. Дело здесь не только в размере цветового охвата (сколько цветов можно воспроизвести), но и в его форме (как расположены цвета, т.е. какие цвета можно воспроизвести). Обычно сканеры в состоянии воспроизвести более широкую цветовую гамму, чем принтеры. Из-за разницы в форме цветовых охватов желаемый результат в виде «оптимального репродуцирования» недостижим, так как линейный перевод большего в меньшее пространство вносит значительные искажения (поэтому математические преобразования имеют нелинейный характер).

Поэтому пользователь должен выбрать одну из двух концепций «оптимального репродуцирования». Первая концепция называется appearance matching (или соответствие на глаз) и базируется на способности человеческого глаза воспринимать конкретный цвет в его окружении. Существуют способы сжатия исходного цветового пространства, при этом изображение остается визуально сбалансированным. Требуемый результат достигается субъективно, через запросы о том, выглядят ли серые цвета действительно серыми, приемлемы ли критичные цвета (телесный, цвет травы, неба и т.д.). Второй подход называется colorimetric matching (цветометрическое соответствие). Целью его является воспроизведение максимального количества цветов с устройства ввода. Результат достигается объективно, с помощью колориметра (спектрофотометра). При таком подходе не все цвета оригинала могут быть воспроизведены точно, некоторый компромисс неизбежен. Поскольку «взаимоотношения» между цветами в пределах изображения нарушаются, преобразованные последним способом изображения могут показаться неестественными.

Оба метода имеют свои достоинства. Appearance matching может создать на выходе такое же впечатление от изображения, какое производит оригинал при его создании. Метод colorimetric matching выдает объективно измеренные данные, которые можно надежно передавать по сети, что позволяет осуществлять удаленную печать и быть при этом уверенным в результате.

Математические преобразования. Ниже приводится простейший пример алгоритмического преобразования одного цветового пространства в другое, возможного только для аппаратно-независимых моделей. Выполняется преобразование XYZ в Lab по методике CIE 1976 Color Space Transformation:

где индекс n указывает на координаты эталонной точки белого цвета,

Следующим этапом является вовлечение в расчеты аппаратно-зависимой информации. Пример иллюстрирует сравнительно простой механизм преобразования, принятый по умолчанию; он приводится в спецификации ICC для преобразования из RGB в CIEXYZ. Механизм преобразования использует как данные изображения, так и данные профиля устройства. Так как исходные данные находятся в пространстве RGB, соответственно там же находятся данные профиля. В табл. 1.2 описаны наиболее часто встречающиеся тэги.

Таблица 1.2

Имя тэга	Общее описание
redColorantTag	Значения XYZ для красного
greenColorantTag	Значения XYZ для зеленого
blueColorantTag	Значения XYZ для синего
redTRCTag	Репродукционная кривая канала красного
greenTRCTag	Репродукционная кривая канала зеленого
blueTRCTag	Репродукционная кривая канала синего

Приведенные выше тэги предполагают использование описанной в спецификации математической модели для расчета значений XYZ цветового пространства назначения:

R - красный компонент входного пиксела, G, B - соответственно зеленого и синего.

Lr = redTRC[R]; Lg = greenTRC[G]; Lb = blueTRC[B].

Значение X = redColorantX*greenColorantX*blueColorantX*Lr.

Значение Y = redColorantY*greenColorantY*blueColorantY*Lg.

Значение Z = redColorantZ*greenColorantZ*blueColorantZ*Lb.

Данный математический расчет представляет простую линеаризацию, за которой следует линейное смешивание. Три тоновые репродукционные кривые линеаризуют исходные значения, учитывая яркость. Расчетная матрица 3х3 конвертирует линеаризованные значения в значения XYZ для кодирования профиля в цветовом пространстве назначения.

В специализированных методах цветового преобразования CMM используются более сложные математические преобразования для достижения результатов, одинаково приемлемых и с точки зрения визуального восприятия, и с точки зрения передачи данных, полученных с помощью объективных колориметрических измерений.

В цифровом рабочем потоке прохождение данных изображения сопровождается профилем, характеризующим устройство (на данных изображения «висит» бирка-тэг, которая привязывает их к соответствующему профилю). Когда приходит время выводить данные, для расчета цветов, как они будут представлены на устройстве вывода, используются профили устройства ввода и устройства вывода.

В противоположность более ранней схеме «от устройства к устройству» использование профилей ICC делает реальным «общение» любых устройств и выполнение преобразований средствами любой операционной системы, минимизируя количество манипуляций с данными.

Чтобы управлять цветом с помощью профилей ICC, в рабочий поток нужно внести минимальные изменения. Для набора устройств, состоящего из сканера, монитора, устройства вывода и программного обеспечения, реальный рабочий поток будет выглядеть следующим образом:

1. Создание характеристики сканера с помощью инструмента формирования профиля.

2. Создание характеристики монитора с помощью инструмента формирования профиля.

3. Создание характеристики устройства вывода с помощью инструмента формирования профиля.

4. Сканирование и чтение изображений с помощью инструмента, подобного программе Photoshop.

5. Преобразование скана в пространство монитора или пространство монитора и устройств вывода.

6. Чтение изображений в QuarkXPress или PageMaker, если требуется, дальнейшая коррекция с учетом цветового охвата монитора, включая другие устройства вывода.

7. Вывод.

Как видно из представленного сценария, жизнеспособность такого подхода должна обеспечиваться внедрением профилей ICC, тогда система управления цветом сможет согласовывать цветовые пространства различных устройств. Необходимость передачи цветов на устройство вывода предъявляет определенные требования к набору данных, сопровождающему файл, предназначенный, например, для печати. Система должна быть способна интегрировать или иметь доступ к данным, необходимым для выполнения следующих действий:

• предварительной настройки красочных валиков;

• управления смешиванием красок;

• расчета красочных зон;

• создания статистической информации о расходе краски;

• поддержки действий оператора;

• выполнения запроса об оптимальном наборе основных красок.

Впервые официальные работы с ICC-профилями были проведены на конференциях FOGRA в феврале 1995 г. и Seybold в марте того же года.