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色彩管理的两种思考方式 sRGB v.s. ICC

 

资料来源:《中华印刷科技学会会讯》 第66期    作者:陈鸿兴


前言

在各种彩色成像设备或是网路连接的开放系统中,如果彼此之间不能有一个协定来处理资料,则不能保证复制色彩会和原物相同。为了在开放的架构中实现设备独立的色彩再现(Device Independent Color Reproduction),必须让各个设备的色彩讯号在共通的平台上作定义。

这里,我们有两种思考方式来考量色彩管理:

1.在每种机器中,规定讯号-讯号-色彩值的关系及它们之间的色彩转换方法。

2.仅规定传送讯号在机器中的变换方法。

前者以ICC [1]架构为代表;后者则以sRGB [2] 架构为代表。以下将作详细说明。

▼ICC描述档

ICC(International Color Consortium)提倡的ICC描述档(ICC profile),指的是在经由电脑来处理色彩管理的架构下,将每种机器中不可欠缺的色彩特性资料预先保存于色彩描述档(color profile)中。在这种色彩管理系统中,首先必须把输入机器的色彩特性描述档,从输入的资料空间变换到中间过渡性质的设备独立色彩空间(像是CIEXYZ,CIELAB等色彩空间),然后再变换到输出资料空间,如此才可能达成测色的色彩再现 (colorimetric color reproduction)。以ICC描述档为架构的色彩管理系统在操作上具有相当的柔软性,例如,当描述档的资料量增大时,则可以得到精度较佳的色彩再现效果。依照不同的机器种类,收纳的资料形式和大小也会有所差异,一般来说,像是CRT萤幕的情况,其描述档大小大约能够维持在1 Kbyte以下;但像是彩色印表机等的输出机器,如果需要制成精度较好的描述档,则需要数百Kbyte的记忆量;在描述档需要较大记忆量的情况下,如果使用网路环境进行传送,将会造成很大的负担。

▼sRGB色彩空间 另一方面,也有相互交换彩色影像讯号达成标准化,来实行色彩管理的做法,这也就是,说每台机器都应有自己的责任变换成标准的彩色影像,不需要经过中间过渡的变换。因为市面上贩卖的许多彩色影像机器大部份是以RGB当作色彩空间,这些机器大多是以CRT萤幕呈现良好色彩再现的原则下设计。于是,以电脑或网路为中心的多媒体领域中,共同提议制定了一种假想的RGB色彩空间 (Default RGB Colour Space) ,即以称为 "sRGB"(standard RGB)规格来当作标准色彩空间。在1996年,最先是由HP和Microsoft共同提倡,之后IEC(国际电气标准会议)将其制定成标准化,1999年10月则成为国际性标准,并在sRGB规格中规定了标准条件及以编码变换方法。

这里所谓的标准条件,是为了在显示影像时,希望能够在一定的条件下,定义出标准显示器的特性(表1)以及标准观测环境(表2)。为了使彩色影像达到最佳显示,在标准条件下的编码变换提供了在编码作业时所需的资讯。如果实际条件和标准条件不同,那么,是需要进一步将实际条件变换成标准条件[3]。标准显示器的RGB萤光体和白色色度点是以ITU-R BT.709为基准,萤幕的阶调特性(gamma)则是以目前电视台常用的CRT萤幕基准值γ=2.2来设定,阶调曲线在暗部为直线,其他部分是以指数为2.4的指数函数来表示。为了防止暗部在量子化时崩溃,阶调特性本身是以γ=2.2(Y=X2.2 )的曲线为基准。"标准观察环境"是以表2的内容来定义,sRGB规格就是在这样定义下的观察环境来观察颜色。

在sRGB规格成立之前,在个人电脑系统中,并没有所谓的标准RGB规格存在,因此数位相机或是彩色印表机等周边设备厂商,对于要如何设定色彩再现的目标感到相当苦恼。自从sRGB规格公布之后,因为明确规定了色彩再现的目标,使得sRGB的使用越来越普及。例如, 数位相机中的影像DCF规格[4]即是依据sRGB规格发展;

尽管已经使各个机器的目标明确化,但实际结果仍与sRGB规格的理想状况之间,有着相当的误差存在。到底要达成怎么样的误差范围,才可以被人们接受,但到目前为止,仍还没有能够决定出适当的指导方针(guideline)。

在微软(Microsoft)公司的Window OS中,也是以sRGB当作假想的色彩空间。 尽管已经使各个机器的目标明确化,但实际结果仍与sRGB规格的理想状况之间,有着相当的误差存在。到底要达成怎么样的误差范围,才可以被人们接受,但到目前为止,仍还没有能够决定出适当的指导方针 (guideline)。 微软公司已经进行了以sRGB规格为基准的周边设备指导方针 (WinColorKit) [5],彩色印表机、CRT/LCD相关的文书部分均已陆续公布,可以上网查阅 [6]。

这里,试以ICC描述档和以sRGB为依据的色彩管理方式的比较整理如下:

▼以ICC描述档为依据的色彩管理方式

1.以提供机器的特性为前提来处理。

2.针对机器实行特性评估,以此特性资料作为进行色彩校正的基准。

3.预先设定以利用PC端的CPU进行色彩转换。

4.实行高精度色彩变换时,柔软性较高,但计算处理负荷稍重。

▼以sRGB为依据的色彩管理方式

1.在机器端预先进行合乎标准色彩空间的设计。

2.在机器设计时,需要开发合乎标准色彩空间的媒体 (萤光体、彩色滤光片或印表机等)或材料。

3.不需要以个人电脑连接为前提,可以作到彩色影像机器间的直接连接。

4.色彩变换处理的负荷较轻,但柔软性较ICC描述档为差。

5.以sRGB规格形成的色域并不能代表照相或印刷的全部色域范围,需要实施色域压缩。

sRGB标准影像显示器特性

显示器辉度程度 80 cd/m2
显示器白色点 D65 (x=0.3127 , y=0.3290)
显示器RGB色度点 ITU-R BT.709-3
显示器阶调特性 s-γ=2.2

表1 sRGB标准影像显示器特性

sRGB标准观察环境
背景 (Background) 显示器辉度程度的20% D65 (x=0.3127, y=0.3290), 16 cd/m2
环境 (Surround) 周围辉度的20% D50 (x=0.3457, y=0.3585), 4.1 cd/m2
近侧范围 (Proximal Field) 显示器辉度程度的20% D65 (x=0.3127, y=0.3290), 16 cd/m2
周围照度程度 64 lux
周围白色点 D50 (x=0.3457,y=0.3585)
炫光(Viewing Glare) 0.2 cd/m2

表2 sRGB标准观察环境程度

结论

乍看之下,ICC描述档和sRGB规格下的色彩管理思考方式有很大的不同,但实际上,它们之间并非相互冲突,而是为互补的关系。例如说,从减轻计算处理和传送负担的意义来说,以sRGB规格作输出或输入的对应方式,来处理CRT显示器或低阶周边设备即相当充分;像是高阶滚筒扫描机或彩色印表机等需要较复杂色彩变换方式的成像设备,使用ICC 描述档则较具有柔软性。对于一般性消费者而言,sRGB之类的色彩管理方式比较容易获得了解,因此,在使用上较易普及。但是,sRGB规格并非在各方面都是万能,因此,陆续仍有各种扩张形式的色彩空间被提议出来。

参考文献

1.International Color Consortium (ICC)

http://www.color.org/ICC_Minor_Revision_for_Web.pdf

2.IEC 61966-2.1 Ed.1∶1999 "Color Measurement and Management in Multimedia Systems and Equipment, Part2.1∶Default RGB Colour Space- sRGB"(1999)

http://www.iec.ch/cgi-bin/procgi.pl/www/iecwww.p?wwwlang=E&wwwprog=cat-det.p&wartnum=0254087.

3.M. Anderson, et al., " Proposal for a Standard Default Color Space for the Internet- sRGB ", Proc. IS&T/SID Color Imaging Conf.

4, 238-246 (1999) 4.JEIDA-49-1998

 http://it.jeita.or.jp/jhistory/document/standard/exif_eng/Dcfe.pdf

5."WinColorKit: Windows Color Quality Test Kit for Device OEMs"

http://www.microsoft.com/hwdev/tech/color/ColorTest.asp

6."Windows Color Quality Specification for Printer OEMs", Microsoft Corporation (2000)

http://www.microsoft.com/hwdev/color/download/ColorTest.zip