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Leica Fans工作室:屏幕色彩校正方法和工具简介

 赵东华 2016-05-02

本文节选自《兴华客户杂志》

很多数码相机的用户在使用了数码相机之后往往都会产生很多疑问:为什么我拍摄的数码照片的色彩与我看到的色彩有很大差异?为什么我在家用电脑上调整过的数码照片打印出来后会发现出现偏色?诸如此类。要知道,屏幕显示是数字工作流程中的重要环节之一,数码相机的显示屏、计算机显示屏以及其他数字影像输出设备(如扫描仪、打印机、数码印刷机等)显示的色彩是否准确、稳定,以及因此对生产效率和效益的影响也越来越多的得到了人们的重视。必须让所有的数字影像设备对色彩的表现一致,才能做到“所见即所得”,这就催生出一个全新的概念——屏幕色彩管理。

为什么需要对显示器校色?显示器不是在出厂时已经调校好了吗?许多初涉色彩管理的人常常会有这样的疑惑。答案有三个:

一是由于不同的工作流程对于显示色彩的要求是不同的,所以出厂默认的通用设置难以满足专业化的要求;

二是由于显示器自身的器件在使用过程中会随时间发生衰减和性能下降等变化,造成显示的色彩和亮度也会发生变化;

三是由于系统显示的最终色彩,不仅因显示器而异,还会受到显示卡、电脑硬件、操作系统,甚至应用软件的影响,其中任何一个因素的变化都会导致显示色彩的变化。

因此,所谓的显示器校色,即是对整个显示系统,针对工作流程的特定要求而进行的颜色调校。所以操作上看似简单的显示器校色,实际上受到诸多软硬件和应用要求的限制,而实现起来变得相对复杂了。在色彩管理流程中的显示系统校色主要分两个方面。一方面是标准化,另一方面是特性化。标准化的目的在于通过显示器硬件或电脑软件的调节将影响显示色彩的关键参数调节到某一标准或达到特定的要求,为不同显示系统之间达到相同的显示效果创造条件。例如:显示分辨率、色彩位深、白点色温(或色度)、白点亮度、黑场亮度、Gamma值等。在ISO12646:2001《印刷技术-彩色打样用显示器-性能指标和观测条件》国际标准中,对用于彩色校样的CRT显示器提出了一些性能指标上的基本要求,例如:推荐显示器的白点色温设定为D50,亮度在80cd/m2-120 cd/m2,各通道的Gamma值应该在2-2.4范围内,不需要差值即可以显示出1280X1024dpi分辨率的图像,显示区域对角线尺寸不小于43cm(17英寸),显示图像高度不小于22cm(8.5英寸),中间与边缘的视觉均匀度差异不大于5%等等。遗憾的是,目前我们还没有看到打样用液晶显示器的指导性指标,而现在市场上液晶显示器已经逐渐取代了CRT显示器成为主流。但是两者的校色过程还是比较接近的。下表为ISO 3664和ISO 12646中一些指导性标准数据,通过比较可以让我们更好的了解屏幕校色的要点。

 

ISO 3664

在屏幕上编辑图像,无需比较输出样张

ISO 12646

在屏幕上编辑图像,与输出样样比较

参考标标准光源

CIE D50

CIE D50

照明光源显色指数CRI

90以上

D50同色异谱指数

小于4

 

环境光

CIE D50(5000K或更低)

CIE D50(注:不是所有5000K色温的光源都是D50光源)

环境光(图像编辑区)

64—32 Lux或更低

32 Lux或更低

环境光(校样区域)

1500-2500 Lux

环境光(外围)

无强光反射

周围环境

中性色表面,反射率低于60%

 

 

 

显示器白点

CIE D65

CIE D50

显示器白点亮度

75cd/m2-100cd/m2

80cd/m2-120 cd/m2

维护

定期检查所有的设备变化,并重新校正

在校色实践过程中,许多人感觉到当CRT显示器的白点调节到D50时,显示器往往显得较为灰暗、发黄。因此对于CRT校色时,无论一般调校还是出于与输出匹配的目的,更多的人会将白点调校为D65。就个人经验而言,专业的液晶显示器在白点调节到D50时也不会有屏幕灰暗、发黄的现象。

Gamma也是显示器校色的重要参数。对于Gamma值设定到1.8还是2.2,仍然有许多人持不同观点。同时Gamma这一名词也被广泛使用在显示器硬件、操作系统、色彩管理软件、图像处理软件、打印驱动,照相冲印等等不同设备和应用中,给许多人造成了概念的混淆和理解上的困难,甚至造成硬件厂商以及软件厂商之间处理的不统一。

显示器的Gamma是描述显示器的非线性特征的。在电视发明的早期,人们发现CRT显示的一个特点:随电压信号的增加,发出的光强与信号的输入之间不是线性关系,而是某种指数关系。关于Gamma的命名,一种说法认为来自于电子行业的公式I=kVγ(其中I表示输出光强,k为常数,V为输入信号,指数γ为希腊字母,发音为Gamma。)。未经过厂商校正的CRT,其Gamma属性约2.5。由于电视摄像机输出电压与场景的光强是成比例的,在未做Gamma补偿的电视机上播放时,其非线性特征会造图像显示太暗。因此在制定电视标准时,为了补偿CRT的非线性,规定摄像机的Gamma为0.45=1/2.2,这一数值也同时用于补偿Gamma属性为2.5的CRT电视在有环境光的室内观看时视觉反差相对于暗室有所下降的情况。苹果显示器通常有Gamma=1.4的内置校正,但是没有完全补偿CRT的Gamma属性,因此苹果电脑的系统Gamma设置为1.8(即2.5/1.4)(注:系统Gamma是指系统中的硬件、软件组合后的综合非线性指标)。NeXT和SGI的显示器内置有LUT表来补偿显示器的Gamma属性,所以它们的显示系统Gamma为1。而普通PC显示器由于缺乏统一标准,许多厂商忽略了硬件的Gamma校正,并且由于制造加工技术不同,PC显示器的Gamma属性也不尽相同。Windows操作系统默认情况下采用了sRGB作为标准工作色空间(y = x/12.92  for x <= 0.03928; y = ((0.055+x)/1.055)2.4 x=>0.03928 ,其中y为亮度,x为像素的灰度级),与理想公式y=x2.2非常接近,所以sRGB的Gamma值是2.2。

     大多数显示器没有硬件的Gamma校正,对于这些显示系统的Gamma校正,大多数是通过调节显示卡的LUT表来完成的。

对于同一个显示系统,目标Gamma值设定越大,显示图像的反差越大,中间调和暗调越深。对于多台显示系统的校色来说,只要参数设定相同,那么在校正后多台显示系统之间就会尽可能的接近。如果校色的目的在于与输出样张色彩匹配,在没有色域映射的情况下仅通过Gamma的调节是很难实现的,这也是为什么如果不通过校色仪器测量创建显示系统的ICC Profile,而仅仅通过Adobe Gamma、Powertrip等软件调节工具是很难实现与输出样张色彩匹配。在基于ICC的色彩管理系统中,不论是将显示系统Gamma设定为1.8还是2.2,对色彩空间的映射或与输出样张的匹配效果影响并不大,因为色彩的区域是通过色域的映射来完成的。但在8位色彩位深下,有关显示系统Gamma为1.8还是2.2所引起的暗调层次过渡的视觉差异方面的争论仍然不少,由于篇幅有限,在此就不做介绍了。

显示系统校色的另一方面是特性化。通常是利用测色仪器配合色彩管理软件在标准化显示系统的前提下测量并创建显示系统的特性化文件(ICC Profile),并由操作系统或应用程序的色彩管理模块(CMM)调用,进行色彩转换。在实际操作中,标准化与特性化的过程几乎是同时进行的。显示器的ICC Profile通常有矩阵式和三维查找表两种。后者较前者对色域描述更为精确,但是数据量较大,色域映射也更为复杂。在基于ICC的色彩管理流程中,创建显示系统的特性化文件与创建其它设备(如数码相机、扫描仪、打印机等)的特性化文件的目的相同,都是为了记录特定设备的色彩特征,以便通过色彩管理模块进行不同色域空间的映射或转换,从而尽可能达到色彩数据传递和交流的一致性。关于ICC色彩管理的介绍在此不做累述了。

Leica <wbr>Fans工作室:屏幕色彩校正方法和工具简介

 

基于ICC的色彩管理图示

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图像数据在不同设备色空间之间的映射或转换

 

 

显示器校色工具简介

目前印刷及数字影像行业所使用的显示器校色工具中,美国爱色丽公司的产品占有绝对质量优势和市场占有率,特别是自2006年爱色丽(X-Rite)公司与格灵达麦克贝斯(GretagMacbeth)公司合并之后,其颜色测控和色彩管理方案更是处于行业垄断地位。

爱色丽提供了一系列的校色工具可供选择。初级方案包括i1 Display屏幕校色仪和i1 Design色彩管理套装工具,主要用于屏幕色彩的校正和印前专色数据的采集。中级方案包括i1 photo、i1 proof和i1 XT套装,中级方案根据功能配置不同,可以创建显示器、数码相机、扫描机、投影仪、打印机和印刷机的ICC特性文件,支持中文的i1 Match色彩管理软件使用非常简单,向导式图形化界面易于操作。高级方案包含ProfileMaker 专业色彩管理软件,测量硬件可以选择手持式的i1 Pro分光光度仪、IO自动扫描台以及Isis全自动扫描式分光光度仪。

此外,i1系列产品还附送i1 Share免费软件,可以实现颜色分析创建专色功能,L*a*b*色度数据的测量、分析、转换;与i1 Pro分光光度仪配合,可进行环境光和闪光灯的测量和分析:色温、亮度、显色指数;内置Pantone数据库(部分),可升级到全套Pantone数据库;配合I1 Pro仪器,可以建立颜色数据库或创建CxF色彩文件,用于精确交流和传递颜色数据;专色库能够以RGB/CMYK/Lab数据形式输出到主流的图像处理软件和排版软件中作为颜色模版使用。

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