Barevná kalibrace při digitalizaci systém Gretag projekt Memoriae mundi series Bohemica v Ná rodníknihovněč R Albertina icome Praha s.r.o. říjen 2000
Barevná kalibrace při digitalizaci v projektu MMSB Současný stav...2 Obecný popis problematiky...3 Systém Gretag...5 Aplikace systému Gretag v projektu MMSB...5 Prezentace obrazu na kalibrovaný ch monitorech...6 Prezentace obrazu na bě ž ný ch monitorech...6 Tisky obrazu...6 Upravený technologický postup pro BetterLight 6000...8 Aplikace systému Gretag na pracoviště KODAK DCS460...8 Tiště né kalibrační tabulky...8 Zá vě r...9 Ú kolem je zhodnotit dosavadní metodiku barevné kalibrace v ná vaznosti na současný stav dostupný ch prostředků, navrhnout zlepšení metodiky, vytvořit vzorky a ově řit vý sledky navrž ené zlepšené kalibrace. Podle tě chto zá vě rů vytvořit (zajistit) vzorky a provozní sady kalibračních tabulek, včetně fotometrické spektrá lní analý zy. Souč asný stav Pro kalibraci se používají tabulky vyrá bě né malosériově sítotiskem. Vyznačují se velmi stabilními a reprodukovatelný mi vlastnostmi doplně ný mi exaktním fyziká lním popisem. Technologie je zamě řena na kalibraci v okolí neutrá lní šedé stupnice a jasný ch barev, a zá mě rům projektu v zá sadě vyhovuje. Praktický m nedostatkem je cena tabulek, ze které vyplý vá nemož nost poskytovat tabulku případný m zá jemcům. Dalším nedostatkem je malé srovná vací mož nosti při nastavová ní vý stupních zařízení, dané malý m počtem variací kalibračních ploch. Proto byly v roce 2000 bě hem rutinní prá ce brá ny vzorky digitá lních obrazů zpracová vaný ch dokumentů, a vytvá řen vzorník typický ch uká zek z tě chto objektů. Tato sbírka uká zek má poslouž it jako zá klad pro ná vrh nový ch tabulek, lépe přizpůsobený ch pro tuto specifickou oblast.
Obecný popis problematiky Barevné tabulky používané pro kalibraci zařízení a pro hodnocení kvality zobrazení jsou přesně definovaný m normalizovaný m originá lem, na který se aplikuje stejný pracovní postup jako na skutečné originá ly. Tabulka, jejíž barevnost simuluje skutečné originá ly a u níž jsou zná my spektrá lní průbě hy barevný ch plošek, je univerzá lně použ itelná pro všechna snímací i reprodukční zařízení, pro všechny typy osvě tlení. Chceme-li však zajistit dobrou barevnou shodu originá lu s obrazem, musíme zná t nejen spektrá lní charakteristiku barevný ch plošek (tj. zá vislost odrazivosti na vlnové délce ve viditelné oblasti svě telného spektra), ale i další podmínky vý počtu barevnosti: referenční bílé svě tlo, typ standardizovaného pozorovatele CIE a geometrii nasvícení (difúzní či smě rové svě tlo, příp.úhel smě ru svícení). Bohuž el praxe ukazuje, ž e popsat vš echny aspekty je nemož né, proto vznikly systémy snažící je z celé problematiky vyzdvihnout popsatelné vlastnosti a najít způsob přenosu vý znamný ch informací o barevnosti obrazu v celém zobrazovacím řetě zci. Zobrazovací řetě zec se sestá vá ze - svě tla, který m je osvícen originá l. Vlastnosti nejvíce ovlivňující vý sledný obraz jsou: emisní spektrum (barva svě tla), homogenita (bodovost či rozptý lenost svě tla), úhel nasvícení (zvlá ště u lesklý ch originá lů).. - snímaného objektu originá lu normalizované barevné tabulky. (tabulka a svě tlo tvoří barevný standard, který se reprodukcí nemá pokud mož no mě nit) - optoelektronického převodníku a ná sledné digitalizace, kupř. skeneru, digitá lní kamery - počítačové úpravy obrazu - vý stupního zobrazovacího zařízení. Skenery a kamery vytvá řejí obraz ve formě barevný ch slož ek R,G,B, jejichž vlastnosti jsou obecně značně přístrojově zá vislé. Vý stupním zařízením je vě tšinou - monitor emisní zobrazovač s aditivní tvorbou barvy (svítící luminofory R,G,B). Barevnost jednotlivý ch luminoforů zá visí na vý robci monitoru a není jednoznačně definová na. Vztaž né bílé svě tlo bý vá denní D65. - tiská rna absorpční zobrazovač se subtraktivní tvorbou barvy (pohlcující barviva C,M,Y,K). Barevnost barviv je standardizová na pro digitá lní ná tisk a ofsetový tisk, nikoli však pro bě žné tiská rny (bubble-jet, ink-jet, laser, vax). Normované osvě tlení denním svě tlem D50. Naprostá fyziká lní rozdílnost i barevný rozsah monitorů a tiská ren je zdrojem problémů při vě rném zobrazová ní. Sladit ná hled na monitoru s bě žným tiskem tak, aby byly vizuá lně shodné a odpovídaly původnímu originá lu, je cílem barevného managementu.
Pro barevnou standardizaci snímá ní a zobrazová ní je nejdůlež itě jší znalost tzv. profilu daného zařízení, tedy způsobu jaký m deformuje zařízení vstupní informaci. Profil se zjišťuje odezvou zařízení na definovaný podně t: u skeneru a kamery vý stupními R,G,B úrovně mi odpovídajícími zná mé definované barvě, u monitoru a tiská rny barvou odpovídající definovaný m R,G,B úrovním. Barevné slaďová ní se lze prová dě t na shodu ně kolika barev (vě tšinou šesti sytý ch R,G,B,C,M,Y). K tomuto účelu postačují jednoduché barevné tabulky, z nichž nejpoužívaně jší je ofsetem tiště ná Kodak Color Control Patches, doplně ná o šedý klín. Analogické tabulky dodá vá mnoho dalších vý robců (Jessops, Jobo, Paterson, ). K tě mto tabulká m v principu patří i tanulky používané v NKČ R. Nevý hodou tě chto tabulek je, ž e obsahují pouze syté barvy, jejichž vě rné zobrazení není pro vý sledný vizuá lní vjem podstatné. V praxi jsou důlež itě jší barvy lomené, které vytvá řejí celkový dojem vě rnosti zobrazení. Tento nedostatek odstranila vě decky navrž ená tabulka Color Checker firmy Macbeth, jejichž 18 barevný ch ploch bylo vybrá no z Munsellova sborníku tak, aby svý m spektrá lním průbě hem reprezentovaly praktické barvy pleťovou, zeleň listovou, modř oblohy, kvě ty a podobně. Tabulka se stala na dlouhá desetiletí barevný ch standardem pro profesioná lní obrazové reprodukce ve fotografii, televizi i tisku. S ná stupem digitá lní fotografie a počítačového zpracová ní obrazu se uká zalo, ž e vzhledem ke snazšímu zpracová ní velkého objemu dat jsou technické mož nosti korekce barev řá dově vyšší, než umožňují tradiční tabulky. Korekcemi na straně digitalizace (skener, kamera) i reprodukce (monitor, tisk) se začaly zabý vat renomované firmy v oblasti zpracová ní obrazu, které začaly pod hlavičkou ICC spolupracovat na jednotném systému řízení barevnosti. Důsledkem bylo zavedení standardizovaný ch tzv. ICC profilů pro jednotlivá zařízení. Tyto profily, jsou-li pro konkrétní zařízení změ řeny a implantová ny do programu zpracová vajícího obraz, zajišťují barevnou shodu od originá lu po vý stup. Celý systém je koncipová n zejména pro polygrafické aplikace a předpoklá dá skenová ní především fotografií. Mě rný mi pomůckami systému jsou na vstupu (skenery) barevné tabulky IT8 se 252 barevný mi a šedý mi ploškami. Jednotlivé barvy jsou rovnomě rně šká lová ny v celém barevném prostoru. Tabulky se vyrá bě jí na fotografický ch papírech a filmech. Po naskenová ní tabulky do počítače speciá lní program porovná přístrojové R,G,B úrovně s kolorimetrický mi daty tabulky, která jsou s ní dodá vá na (na disketě ) a vytvoří kolorimetricky sprá vné korekce ICC profil skeneru. Na vý stupu (tiská rna) je mě rnou pomůckou datový soubor obsahující stovky mě rný ch barevný ch plošek. Po jeho zobrazení je nutno vý tisk změ řit spektrá lním kolorimetrem a namě řená data vlož it zpá tky do systému. Speciá lní program potom vytvoří ICC profil tiská rny, po jehož aplikaci jsou vý sledné tisky co mož ná vě rný m zobrazením původní předlohy. Tabulky IT8 v sobě skrý vají zá sadní nedostatek jsou tvořeny pouze třemi barvivy fotografického filmu (papíru) a simulují tak svý m spektrá lním průbě hem pouze fotografii nikoli reá lné předmě ty. Tabulky IT8 se proto nehodík tvorběprofilů těch zařízení, která digitalizujíreá lné objekty, tedy ani pro problematiku MMSB.
Systém Gretag Uvedený nedostatek se pokusila nedá vno odstranit firma GretagMacbeth, která vyvinula a uvedla na trh systém pro standardizaci digitá lní fotografie. Systém obsahuje tabulku Color Checker DC a program Profile Maker 3.1 pro tvorbu profilů digitá lních kamer. Tabulka obsahuje 237 plošek s barvami rozlož ený mi v celém barevném prostoru. Tabulka není tiště na (jako Kodak) ani vytvořena fotograficky (jako IT8), ale kaž dá plocha je vyrobena zvlá šť, z jiný ch barviv. Spektrá lní průbě hy barev proto nejsou uniformní, ale různorodé jako u reá lný ch předmě tů. Princip a výroba této tabulky tedy vychá zíze stejných principů, kterých firma AiP využívá pro projekt MMSB již dva roky. Taková tabulka je pro digitá lní fotografii ideá lní, ovšem její cena ji předurčuje pro speciá lní odborná pracoviště. Na druhou stranu, pro projekt MMSB je přínosem, protož e dovoluje zlepšení a standardizaci barevné kalibrace na dosud používaný ch principech, Pro ty, kteří pracují s již zdigitalizovaný mi originá ly, je třeba zdůraznit, ž e pro zajiště ní vě rné barevné reprodukce originá lu je nutná znalost vlastností (profilu) zařízení, který m byla digitalizace provedena (skeneru, kamery). Pro dodatečné vytvoření profilu libovolný m programem postačí digitá lní snímek vhodné referenční tabulky (pořízený za identický ch podmínek jako snímek originá lu) a kolorimetrická data této tabulky. Hmotná verze tabulky je potřeba již pouze k vizuá lnímu porovná ní originá lu s vý sledný m tiště ný m obrazem. Tiště ný obraz bude vě rnou kopií originá lní tabulky pouze v případě, ž e tiská rna má sprá vně zaveden profil je standardizovaná. Aplikace systému Gretag v projektu MMSB Systém Gretag byl zakoupen v sestavě pro digitalizaci digitá lní kamery a nasazen nejprve na zařízení BetterLight 6000. Systém dovoluje převést data produkovaná kamerou do vztaž ného ICC profilu. Za tento referenční prostor byl zvolen Adobe RGB, protož e odpovídá nejlépe charakteru prá ce s daty v MMSB. Tento profil je také nejrozšířeně jší a je vytvořen pro nejrozsá hlejší pokrytí gamutů obvyklý ch vstupních a vý stupních zařízení. Barvy vygenerované při digitalizaci v rá mci vlastností a mož ností zařízení jsou konvertová ny do referenčního barevného prostoru, z ně hož lze optimá lně konvertovat pro monitor nebo pro tisk. Lze samozřejmě pro konkrétní monitor a tiská rnu konvertovat barvy přímo, což se dosud v praxi DTP velmi často využívá. Tento přístup však vede sice k velmi dobrý m vý sledkům, protož e tyto vý sledky jsou dané postupně optimalizovaný mi vztahy mezi konkrétním vstupními a vý stupními zařízeními. Nedovoluje však obecnou vý mě nu digitá lních dokumentů se zachová ním mož nosti vysoké kvality reprodukce. Vý znam kalibrace pomocí ICC profilů spočívá v tom, ž e vytvá ří referenční platformu pro vý mě nu barevný ch obrazů mezi nejrůzně jšími zdroji a nejrůzně jšími vý stupními zařízeními. Je třeba si uvě domit, ž e obraz konvertovaný do tohoto profilu je ve formě (barevné nikoli formá tové), která je přes další ICC profil vý stupního zařízení (monitoru,tiská rny) optimá lně reprodukovatelná. Podmínkou této optimá lní reprodukce je však existence a použ ití ICC profilu vý stupního zařízení. To však zvlá ště u levně jších zařízení nebý vá splně no. Projekt MMSB si klade za cíl kvalitní digitalizaci a zá roveň zpřístupně ní. Kvalitní digitalizace jednoznačně vede k využ ití ICC profilů. Naproti tomu zpřístupně ní obrazů vytvořený ch s využ itím této kalibrace na bě žné nekalibrovatelné monitory nará ží na celkem pochopitelné překá žky, jak je uvedeno dá le. Pokud mají bý t jednoduše splně ny oba cíle je nutno najít metodiku dovolující obojí, ale nelze zajistit aby to bylo současně. Jeden přístup musí bý t preferová n.
Prezentace obrazu na kalibrovaných monitorech předpoklá dá především vyloučení vlivu okolního osvě tlení. Potom vnímaný obraz je dá n jen excitací luminoforu. Č erná odpovídající elektronicky úrovni 0 tedy můž e i při pozorová ní monitoru odpovídat ideá lní černé. Ostatní je již dá no kvalitou, kalibrovatelností a nastavitelností elektroniky monitoru. Prezentace obrazu na běžných monitorech Zcela jiná situace je na bě žných monitorech umístě ný ch na osvě tlený ch pracovištích. Okolní osvě tlení obrazovky způsobuje, ž e nejtmavší zobrazitelná černá je vlastně dosti svě tlá šedá. Tomuto faktu je plně přizpůsobeno jasu a kontrastu, bez aplikace ICC profilu monitoru. S tímto reá lný m stavem je počítá no při tvorbě počítačový ch aplikací i při tvorbě obrazů určený ch primá rně pro zobrazení na bě žném monitoru (obrazy na internetu). Už ivatel si tedy kontrastem a jasem nastavuje profil monitoru optimalizovaný v daný ch reá lný ch podmínká ch. Tomuto reá lnému stavu se přizpůsobuje produkce obrazů určený ch pro prezentaci za takový chto podmínek (internet). Podstatně se zde projevuje fakt, ž e člově k vbez mož nosti bezprostředního srovná ní je schopen posuzovat je barvy trvale a opakovaně vnímané, to je především ple ǒvá barva. Ostatní barvy hodnotí spíše jejich příjemností než vě rností (fotky obecně jsou hodnoceny jako dobré, mají-li dobré podá ní pleti a zvýšený kontrast). Zobrazíme-li obraz z aplikovaný m ICC profilem, bude proto nutně hodnocen jako nehezký. Je to dá no především tím, ž e úroveň černé je v reá lný ch podmínká ch vž dy nenulová (jen černá díra má nulovou odrazivost ), a tedy v obrazu převedeném do ICC profilu má úroveň např. mezi 20-40. Tato úroveň černé je na kalibrovaném monitoru, na který nedopadá cizí svě tlo(!) reproduková na sprá vně. Na reá lném monitoru, kde černá je dá na barvou osvě tlené obrazovky a kde je obvykle nastaven vyšší kontrast, je tato č erná reproduková na jako zřetelná šedá. Pevná horní hranice jasu pak způsobuje, ž e obraz se jeví jako má lo kontrastní. Tisky obrazu Tisky na bě žných tiská rná ch jsou implicitně přizpůsobeny této situaci a nekladou si za cíl barevnou vě rnost. Při kvalitních tiscích je vž dy ně jakou formou apliková na kalibrace. Tisky na kalibrovaný ch tiská rná ch jsou prově řová ny ve spoluprá ci se studiem DOMINO s firmou XEROX.
Byly prově řová ny tyto postupy: Alternativy aplikace systému Gretag. Jak bylo řečeno, nutno preferovat buď určení obrazů pro zobrazení na bě žném monitoru v bě žných podmínká ch (přístup už ivatelský ) nebo pro kalibrovaný monitor a tisk (přístup exaktní). 1.Výstupem z digitá lníkamery je obraz v profilu ICC Adobe RGB. Pracuje se jen s tímto obrazem ( i pro kvality Normal a nižší ) Preferuje se exaktní přístup. Klady: Obrazy v excelent kvalitě jsou přímo použ itelné na kalibrovaný ch tiská rná ch s maximá lní dosaž itelnou barevnou vě rností. Na kalibrovaném monitoru za optimá lních pozorovacích podmínek (především za minimá lního parazitního osvě tlení obrazovky) je reprodukce subjektivně hodnocena jako velmi vě rná. Zá por: Obrazy jsou na bě žných monitorech a v bě žných podmínká ch reproduková ny nehezky, jak bylo vysvě tleno výše. Obraz je vnímá n jako mdlý. Upravená (zlepšená ) barevnost je v tomto úhlu hodnocení zcela bezvý znamná. 2.Výstupem z digitá lníkamery je obraz v profilu ICC Adobe RGB. Pro normá lnípouž itíje konvertová n optimá lněpro obvyklé monitory (kvalita NORMAL a nižší) Kompromisní přístup. Klady: Přímá použ itelnost excelent souborů pro barevně vě rné tisky. Zá pory: Zřetelná nestejnost obrazů v normá lní kvalitě a Excelent kvalitě. Další praktickou nevý hodou je dvojí konverze obrazů NORMAL a dalších. 3. Kombinace původního postupu použ ívaného dosud pro MMSB s mož ností konverze do standardních ICC profilů Preferují se už ivatelské potřeby, ale ponechá vá se mož nost jednoznačně definovaného postupu dovolujícího vytvořit obrazy v ICC profilu. Vý stupem z digitá lní kamery je obraz ve stejné formě jako doposud. Tento obraz je optimalizová n tak, aby v rá mci TrueColor (3x8bit) zachycoval s co nejvě tší dynamikou a beze ztrá ty dynamiky celkový původní informační obsah obrazu. To prakticky znamená, ž e kontrast a jas je upravová n tak, aby už itečná čá st histogramu obrazu co nejvíce pokrý vala rozsah 0-255. Takto vytvořené obrazy zcela vyhovují pro bě žné monitory, jsou vnímá ny jako příjemné. Vazba na exaktní colormanagement je zajiště na tím, ž e je stejný m procesem vž dy zdigitalizová na a zpracová vá na kalibrační tabulka na individuá lní ICC profil, dovolující konverzi tě chto obrazů do referenčního ICCprofilu (například ADOBE RGB). Tyto konvertované souvbory pak mohou bý t podkladem pro zobrazeni nebo pro tisk na konkrétním kalibrovaném reprodukčním zařízením (více viz zprá va o tisku kalibračních tabulek). Klady: Ná vaznost na dosavadní produkci. Zá pory:nevý znamné
Upravený technologický postup pro BetterLight 6000 1. kompletní nastavení geometrie pracoviště dle velikosti dokumentu a pož adované rozlišení 2. nastavení expozice s využ itím histogramu kalibračních tabulek volba nebo individuá lní nastavení imageprocesingu BetterLigth 3. nastavení barevné balance na střední bílou. Pozná mka:v ná sledujícím jižnelze nastavenímě nit. 4. sejmutí tabulky Gretag, standartní tabulky pro MMSB, tabulky v bookletu a metru 5. Vytvořenía zaznamená níindividuá lního ICC profilu platného pro konkrétní nastavení. 6. Digitalizace knihy z jedné strany (levé listy) 7. Otočení knihy 8. kontrolní sejmutí tabulky Gretag, standartní tabulky pro MMSB, tabulky v bookletu a metru 9. Digitalizace knihy z druhé strany (pravé listy) 10. kontrolní sejmutí tabulky Gretag, standartní tabulky pro MMSB, tabulky v bookletu a metru 11. Digitalizace knihy z vně jšku dá le standardní vytvoření digitá lního dokumentu, přičemž individuá lní ICC profil (viz 5)rukopisu se uklá dá do adresá ře MISC Aplikace systému Gretag na pracoviště KODAK DCS460 Systém Gretag byl apliková n na pracoviště BetterLight. Tato aplikace byla ná ročně jší než se předpoklá dalo, vý sledky navrž ená technologie - je bohuž el nepřenositelná jednoduše na pracoviště KODAK, mimo jiné i díky potřebě trvalé instalace systému Gretag na pracovišti BetterLight. Proto pro pracoviště Kodak bude tato kalibrace apliková na až po vě tších zkušenostech z pracoviště BetterLight. Tiště né kalibrač ní tabulky Č asto je žádáno poskytnutí kalibračních tabulek pro porovná ní a nastavení tisku na nekalibrovaný ch tiská rná ch. Toto nebude mož né s tabulkami GretagMacbeth. Pro tyto účely navrhujeme vý sledky shromažďová ní vzorků využít k ná vrhu bookletu, který by byl přiklá dá n k produkci digitalizačního pracoviště. Vnitřní strana bookletu bude individuá lní tabulkou pokrý vající barevné tóny vyskytující se obvykle na rukopisech a starý ch tiscích. Pro vý robu bookletu kalibrační tabulky bude použ it maximá lně kvalitní tisk a papír, a to i z hlediska maximá lního přiblíž ení reá lný m předlohá m (hexachrom). Pro tisk bude použ it specielní papír se zaručenou vysokou dlouhodobou stá lostí. Bude proveden vý bě r homogenní čá sti vytiště ného ná kladu. Pro tuto čá st pak bude provedeno fotometrické mě ření, jehož vý sledky budou vytiště ny na zadní stranu takto vybrané čá sti ná kladu. Verifikované booklety budou přiklá dá ny ke kaž dému disku uklá danému do archivu. Neverifikovaná čá st produkce bude k dispozici pro obecné použ ití. Podrobně jší zprá va o realizaci tohoto zá mě ru bude poskytnuta v samostatné zprá bě. ( současný ná vrh viz příloha 2).
Zá vě r Dosud používaná metodika je tedy i nadá le v principu akceptovatelná, protož e se však na trhu objevil produkt vychá zející ze stejný ch principů jako jsou apliková ny doposud, který je však přijímá n celosvě tově jako standardní a jednotící, je účelné jej využít. Technologický postup obohacený o tuto technologii je v příloze 2 Současně používané tabulky jsou díky malosériové vý robě i při malém počtu kalibrovaný ch barev relativně drahé. Přitom se ukazuje, ž e při praktickém použ ití na kalibraci tisků by bylo vhodně jší jemně jší rozlišení, především jemný ch polotónů ve svě tlý ch odstínech charakteristický ch pro pozadí dokumentů. Rozšíření nyní používaný ch tabulek by bylo příliš ná kladné, není také řešena ná vaznost na automatizovanou tvorbu profilů. Z tohoto hlediska je vhodné nasazení systému GretagMacbeth, které je sice v jednorá zové investici finančně ná ročně jší, jde ale o bezkompromisní řešení. Stanislav Psohlavec, AiP, 2000