Color Management System

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE FAKULTA STAVEBNÍ OBOR GEODÉZIE A KARTOGRAFIE KATEDRA MAPOVÁNÍ A KARTOGRAFIE Color Management System semestrální práce Lena Bajusová Stanislava Balcarová V Praze dne 22. 5. 2009 Kartografická polygrafie a reprografie

Obsah 1 Princip systému správy barev 1 2 Barevný prostor 2 2.1 Gamut....................................... 2 2.2 Barevný prostor RGB.............................. 2 2.3 Barevný prostor srgb.............................. 3 2.4 Barevný prostor Adobe RGB.......................... 4 2.5 Barevný prostor CMYK............................. 4 3 ICC profil zařízení 4 4 Kalibrace zařízení 5 4.1 Fotoaparáty.................................... 5 4.2 Skenery...................................... 6 4.3 Monitory..................................... 6 4.4 Tiskárny...................................... 7

Úvod CMS je zkráceným anglickým názvem pro Color Management System a jeho českým ekvivalentem je správa barev, který se užívá v českých verzích většiny programů. Problémem, který se color management pokouší vyřešit, je zachování konsistence vzhledu barev u digitálně reprezentovaného obrazu. Klíčovým zdrojem tohoto problému je skutečnost, že různá vstupní a výstupní zařízení pracují na různých principech, mají různá fyzická omezení a vykazují i variabilitu kus od kusu. Každé zařízení tudíž hovoří vlastním jazykem : Různá vstupní zařízení vyprodukují jako odezvu na tutéž barvu různá čísla a stejně tak i různým výstupním zařízením, mají-li vyprodukovat tutéž barvu, je nutno zaslat různá čísla. Stejná čísla v různých barevných prostorech znamenají jiné barvy. S rozvojem digitální fotografie se ale vynořily velké, otevřené systémy: My uživatelé chceme, aby naše obrázky (ať už jsme je vyfotili jakýmkoli digitálem, naskenovali doma na plochém skeneru z papírové předlohy nebo z filmu a nebo si je nechali naskenovat profesionálně na bubnovém skeneru) vypadaly stejně na celé řadě různých výstupních zařízení, naším vlastním monitorem a domácím inkjetem počínaje, přes komerční tisk či nasvícení na klasické fotografické papíry nebo diapozitivy v kterémkoli labu, až po tisíce monitorů ostatních uživatelů připojených k internetu. Současně také typický komerční lab dnes zpravidla už nepracuje jen pro jednoho velkého zákazníka, ale pro stovky či tisíce malých uživatelů a nemůže si dovolit mít stroje zkalibrované jen pro jednoho z nich. S těmito velkými otevřenými systémy vznikla potřeba vytvoření systematické správy barev color managementu.

1 Princip systému správy barev Základní princip systému správy barev je velmi prostý. Color management se totiž skládá v zásadě pouze z následujících dvou věcí: charakterizace barevných prostorů, konvertování obrazových dat z jednoho barevného prostoru do druhého Systém správy barev proto vyžaduje dvě věci: Musí existovat nějaký standardní způsob, kterým lze barevný prostor každého zařízení nebo na zařízení nezávislý prostor s dostatečnou přesností popsat, který dovolí (v rámci možností) jednoznačně charakterizovat barvy odpovídající všem číselným kódům v tom kterém prostoru. Musí existovat softwarový modul, který výše zmíněnému popisu rozumí a dokáže obrazová data konvertovat z jednoho prostoru do druhého tak, aby barvy byly (pokud možno) zachovány. Počítač, který se nachází uprostřed procesu, je potom zodpovědný za přepočty barev tak, aby byly maximálně věrné. Obr. 1: Schéma vstupních a výstupních zařízení V reálném světě má každé zařízení jiné možnosti, a tak základním úkolem správy barev (color managementu) je řízeným způsobem provádět konverze barev mezi těmito zařízeními. Vždy to bude kompromis a skvělý snímek, pořízený na drahém fotoaparátu, nikdy nezobrazíte zcela věrně na špatném monitoru či nevytisknete na špatné tiskárně. Jde však o to, aby vzájemné převody, byť kompromisní, byly co nejvěrnější a aby vzhled byl subjektivně co nejpodobnější originálu. 1

2 Barevný prostor 2.1 Gamut Gamut je soubor všech barev, které je zařízení schopno zaznamenat (fotoaparát, skener) nebo reprodukovat (tiskárna, monitor). Obvykle se graficky vyjadřuje jako podmnožina tzv. CIE chromatického (barevného) diagramu, což je množina všech barev rozlišitelných lidským okem, sestavená úřadem International Commission on Illumination (CIE) v roce 1931. Tento diagram se vztahuje k průměrnému divákovi a nezabývá se jasem, ale pouze barvou a její sytostí. Díky tomu může být přehledně zobrazen v rovině a je to vlastně gamut lidského vidění. Obr. 2: Barevný prostor rozlišitelný lidským okem CIE 1931 chromatický diagram představuje gamut lidského vidění. Vnější hranice je tvořena spektrálními (monochromatickými) barvami, vnitřek potom všemi barvami rozlišitelnými okem. Díky umístění do plochy je každou barvu možno vyjádřit dvojicí čísel x, y. Světlo s plochým spektrem E = Equal energy light (nemusí nutně odpovídat přesně bílé) má souřadnice x = 1 3, y = 1 3. Je však třeba upozornit na to, že žádné reálné zařízení není schopno všechny tyto barvy věrně zobrazit. 2.2 Barevný prostor RGB RGB barevný model je založen na aditivním míchání tří základních barev červené, zelené a modré. Pokud tyto základní barvy umístíme do CIE diagramu, tak plocha vytvořená RGB trojúhelníkem určí gamut tohoto RGB modelu, neboli tzv. RGB barevný prostor. Žádná barva mimo tento trojúhelník nemůže být nikdy pomocí uvedených základních barev dosažena. 2

Gamut RGB modelu je vnitřek trojúhelníku definovaného vrcholy R,G a B v CIE diagramu. RGB barvy jsou přitom definovány pomocí x, y souřadnic. Na obrázku č. 3 je gamut barevného prostoru srgb, který má současně definován standard bílé jako D65 se souřadnicemi x = 0, 31271, y = 0, 32902. Každé zařízení založené na RGB reprezentaci dat používá v praxi jiné základní RGB barvy. Gamut každého zařízení je tak mírně jiný, tudíž bez znalosti použitých základních barev u konkrétních zařízení nemá trojice RGB čísel žádný význam. Příklad:RGB trojice 255,0,0 říká maximum červené, ale my nevíme, jaká červená je u konkrétního zařízení použita. Obr. 3: Barevný prostor RGB 2.3 Barevný prostor srgb S rychlým rozvojem počítačů, monitorů i celé řady dalších zařízení pracujících s barvou si vyžádal určit dostatečně obecný, ale dobře definovaný barevný prostor, který by se předpokládal jako standardní vždy, když nějaké zařízení neurčuje přesně svůj vlastní barevný prostor. Společnosti Microsoft a Hewlett-Packard definovali barevný prostor standard RGB (srgb), který se stal široce akceptovaným standardem pro celou řadu zařízení a programů, a to zejména pro běžné domácí a kancelářské použití. Prostor srgb skvěle vyhovuje monitorům a je i typickým prostorem, v kterém ukládají snímky všechny digitální fotoaparáty. Můžete si být téměř jisti, že pokud obdržíte obrazová data, jež nemají přibalen žádný další popis, tak tato data jsou v prostoru srgb. Barevný prostor srgb má definovány tři základní RGB barvy, bílý bod D65 a gamma křivku. 3

2.4 Barevný prostor Adobe RGB Schopnosti digitálních fotoaparátů a celé řady dalších zařízení jsou však z hlediska barvy přece jenom lepší než omezený gamut srgb. Proto lze v menu většiny fotoaparátů nastavit nejen srgb, ale i barevný prostor Adobe RGB. Ten je větší než srgb, a to zejména v oblasti zelené a azurové barvy. Obr. 4: Barevný prostor srgb a Adobe RGB 2.5 Barevný prostor CMYK Barevný model CMYK (viz. obrázek č. 5) je založen na subtraktivním míchání obvykle čtyř, ale i více inkoustů, a proto je jejich gamut složitější než RGB gamut. Navíc se tento gamut významně mění s jasem a např. ve světlých či naopak v tmavých tónech je horší než v tónech středních. Stejně jako u modelu RGB nejsou pochopitelně inkousty nijak standardizovány, a tak obecný CMYK bez dalších údajů také nemá konkrétní smysl. 3 ICC profil zařízení Popsat komplexně chování zařízení ve vztahu k reprezentaci barev se snaží tzv. ICC profil zařízení. Jeho formát definovalo International Color Consortium a popisuje schopnosti zařízení ve vztahu k nezávislému a dostatečně velkému barevnému prostoru (obvykle L a b nebo CIE). Je to běžný soubor v počítači s příponou ICC či ICM, který obsahuje kompletní barevné chování zařízení a případně návod, jak barvy pro něj vhodně konvertovat. Každé zařízení by mělo mít svůj ICC profil, který se obvykle do operačního systému dostane při instalaci ovladačů či programů. 4

Obr. 5: Barevný prostor CMYK Zařízení pro práci s barvou: skenery digitální fotoaparáty monitory tiskárny tiskové stroje PC hardware, software 4 Kalibrace zařízení 4.1 Fotoaparáty Základem jakéhokoli snažení o barevnou optimalizaci je správné nastavení rovnováhy barev. V případě reprodukčního přístupu je zcela nezbytné eliminovat vliv teploty osvětlení na světlo odražené od objektů a provést co nejpřesnější balanci bílé. Chceme-li dosáhnout maximální přesnosti, je nezbytné použít neutrální terč pro korekci barev. Postup: Podmínky fotografování co nejvíce přizpůsobíme výše popsaným. Vyfotografujeme 5

Obr. 6: Cíl pro profilaci fotoaparátů 4.2 Skenery Profil skeneru (vstupního zařízení) dává řídícím signálům RGB barevný význam. Testovací obrazec neskenujeme a získáme RGB signály (odezvu), které poté pomocí softwaru vzájemně porovnáme a provážeme. Postup: Musíme vzít potaz zahřívací dobu skeneru. Nutné je očistění skleněné desky skeneru. Nastavení rozlišení a barevné hloubky. Vypnout veškeré nastavení závislé na motivu obrazu (tj. úprava histogramu, doostřování, filtrace šumu, odstranění barevného nádechu, funkce nastavující bílý a černý bod, jpg komprese) Sken testovacího obrazce. Následná úprava skenu tj. ořezání přebytečných okrajů, odstranění defektů, škrábanců apod. Nutno zajistit, aby nedošlo ke konverzi barev. Na závěr vytvoření profilu skeneru porovnáním barvových souřadnic polí skenu s referenčními daty, které jsou dodány výrobcem spolu s testovacím obrazcem. Obr. 7: Cíl pro profilaci skenerů 4.3 Monitory Dnešní kvalitní monitory poskytují vcelku rozumnou věrnost barev. Pro profesionální použití a pro zajištění opravdu vysoké věrnosti barev je však nutné každé zařízení přesně zkalibrovat. Kalibrace spočívá v přesném změření reakce monitoru na posílaná data a v kompenzaci případných odchylek. Výsledkem bývá např. ICC profil. Po kalibraci si můžete být jisti, že např. datově šedá bude opravdu zobrazena jako neutrální šedá a že zobrazení 6

všech barev bude maximálně věrné jejich definici. Postup: Kalibrace spočívá v použití sondy, která odstíní okolní světlo a měří barevnou reakci displeje na posílaná data. Výsledkem je potom korekční tabulka ukrytá obvykle v ICC profilu. Obr. 8: Zařízení pro kalibraci monitoru 4.4 Tiskárny Řada stolních tiskáren je dodávána s předem generovanými profily, ale možnosti daného zařízení však vždy lépe vystihne vlastním vytvořeným profilem. Možnosti kalibrace závisí na konkrétním zařízení a ovladači. Postup: Důležité je vypnout funkce automatického zlepšení obrazu. Nastavení rozlišení, zasychání, barev (fotorealistický tisk). Při tisku testovacího obrazce je nutno zajistit, aby nedošlo k barevným korekcím. Po vytištění změříme testovací obrazec spektrofotometrem. Výpočet ICC profilu daného zařízení je porovnání naměřených dat s daty zaslanými do tiskárny. Tiskárny často používají jiný barevný model CMYK (viz. kapitola č. 2.5). Obr. 9: Kalibrace tiskárny 7

Závěr Správa barev je poměrně složitý a mnohdy bohužel i matoucí proces. Je to dáno množstvím různých barevných modelů, konkrétních zařízení, softwaru i praktických potřeb. Používání prostoru srgb jako standardního je pro běžnou přesnost barev přijatelné, protože většina zařízení má svůj gamut stejně menší nebo blízký srgb. Navíc srgb je prostor internetu a řada prohlížečů stejně ICC profil ignoruje. Pro profesionální použití, kde je třeba zabezpečit např. přesnou barvu loga či barevnou věrnost módního oblečení atd., je však nezbytná plná správa barev, včetně náročné kalibrace zařízení. Literatura [1] Správa barev - Color Management System (CMS) [online]. 2002 [cit. 2009-05-28]. Dostupný z WWW: http://interval.cz/clanky/ sprava-barev-color-management-system-cms/ [2] Správa barev: Základní principy a součásti [online]. 1998 [cit. 2009-05-28]. Dostupný z WWW: <http://www.paladix.cz/clanky/ sprava-barev-zakladni-principy-a-soucasti.html> [3] Vše o světle 10. Správa barev (color management) [online]. 2003 [cit. 2009-05- 28]. Dostupný z WWW: <http://www.fotografovani.cz/art/fozak_df/rom_1_10_ colormanag.html> 8