CC BY
65
Программы калибровки и их влияние на результат колориметрической настройки мониторов
Д.А. Кукушкин,
ДЦмаг 6-1
Основной задачей монитора, независимо от его конструкции, является визуальное отображение всех видов информации. В системе допечатной подготовки изданий одной из основных проблем, возникающих при эксплуатации цветных дисплеев, является стабильная, достоверная и точная передача информации о цвете.
На современном этапе развития цифровых систем обработки изображений и текста применяется достаточно большое число технологий, позволяющих добиться требуемого уровня цветопередачи, это Системы управления цветом (CMS - Color Management System), ICC-профили устройств, LUT-таблицы перекодировки (Look Up Table) и многое другое. Но для правильной работы всей этой системы необходимо точно настроить и описать цветовоспроизводящие характеристики всех устройств, используемых в технологическом процессе. Для определения цветовоспроизводящих характеристик достаточно иметь специальное измерительное устройство и программное обеспечение поддержки устройства.
Основной целью статьи является попытка ответить на вопрос, как различаются результаты колориметрической настройки одного монитора на одном компьютере с одной операционной системой, одним измерительным прибором, но выполненные при помощи разных программ для калибровки?
Большинство современных операционных систем и цифровых систем обработки изображений, применяемых в полиграфии, имеют ICC совместимые Системы управления цветом. Например, Color
Management Module (Модуль управления цветом) в ОС Windows, это ICM, в Mac OS - ColorSync, а в программных пакетах от Adobe используется - ACE CMM.
Уникальные характеристики устройства описываются в ICC-профиле устройства. В ICC-профиле монитора содержится следующая информация [3]:
• модуль управления цветом, который следует использовать при работе с этим профилем - тип Color Management Module (CMM);
• цветовое пространство, в котором работает устройство (для монитора RGB);
• внутреннее цветовое пространство CMS (XYZ либо L*a*b*) -Profile Connection Space (PCS);
• цветовые координаты белой точки устройства, и, иногда, черной точки в XYZ;
• цветовые координаты источника опорного белого света (например, стандартный излучатель D50 или D65);
• тоновые кривые для каждого канала (R, G и B), используемые для пересчета значений яркости цвета в каждом из цветовых каналов изображения;
• цветовые координаты основных цветов RGB в системе XYZ;
• таблицы предискажений входных данных, служащие для увеличения точности преобразования (чаще всего не используются, то есть таблица - просто линейная функция);
• ряд других служебных данных (производитель устройства, аппаратно-программная платформа, создатель профиля и т. д.).
Процесс колориметрической настройки монитора состоит из двух частей: калибровка и характеризация. Калибровка монитора служит для приведения его аппаратных характеристик к заданным параметрам. В процессе настройки происходит: уравнивание точки белого с источником опорного белого света и приводка видеосистемы к заданной гамме с помощью LUT-таблиц. Характеризация монитора используется для описания цветовоспроизводящих характеристик откалибро-ванного монитора относительно стандартного цветового пространства. Этот процесс состоит из следующих этапов [1]:
- определение XYZ-координат кардинальных стимулов
монитора;
- уточнение XYZ-координат опорного белого света;
- уточнение значений гамма для каждого кардинального
стимула;
- создание ICC-файла.
Для выявления влияния программ профилирования на качество настройки монитора были проведены испытания на персональном компьютере в следующей конфигурации:
Процессор: Intel Dual Core E5200 2.5 ГГц.
Системная плата: Gigabyte GA-X48-DS4 (Rev. 1.3).
Видеокарта: Sapphire Radeon HD 4670 GDDR4 512.
Драйвер видеокарты: 6.14.10.7119 - ATI Catalyst 10.9.
Монитор: Samsung SyncMaster 740n.
Операционная система: Windows XP SP3.
В качестве измерительного устройства был выбран один из распространенных фотоэлектрических колориметров - X-Rite DTP94. В колориметре вместо полного спектрального анализа, как в спектрофотометре, используется ограниченное число отдельных датчиков, обычно три-четыре, светофильтры которых имеют такой характер пропускной способности, чтобы имитировать восприимчивость к излучению той или иной длины волны.
Выбранный колориметр позволяет измерять цветовые координаты в цветовой координатной системе CIE XYZ, имеет широкий динамический диапазон, обладает высокой линейностью (± 1,5%) и подходит как для CRT-, так и для LCD-мониторов. Измерения производятся в интервале длин вол 400-700 нм, с помощью 4 датчиков.
Из программного обеспечения для калибровки, поддерживающих X-Rite DTP94, были выбраны следующие образцы: PULSE ColorElite 1.0.2, basICColor display 4.1.9 и Argyll CMS 1.3.0 (с графической надстройкой dispcalGUI 0.6.2.2). Рассмотрим более подробно каждую из программ.
PULSE ColorElite 1.0.2
Это штатная программа калибровки для колориметра X-Rite DTP94 от компании X-Rite. Позволяет строить ICC-профили для RGB- и CMYK-устройств. А также производить корректировку полученных профилей. В комплекте с программой идет программа Monaco GamutWorks., позволяющая оценить и сравнить цветовой охват устройства по ICC-профилю в цветовой координатной системе CIE L*a*b*, а также произвести оценку способности воспроизвести загруженное изображение на выбранном устройстве [2].
basICColor display 4.1.9
Программное обеспечение ориентировано на калибровку мониторов, позволяет задать большое число настроек и произвести инструментальный контроль построенного профиля.
Argyll CMS 1.3.0 (с графической надстройкой
dispcalGUI 0.6.2.2)
Набор утилит, написанных Гремом Гиллом (Graeme Gill), запускаемых из командной строки, распространяемый в виде исходного кода GNU GPL 3. Предназначен для создания ICC-профилей для прин-
теров, сканеров, камер, и калибровки, и профилирования мониторов. Утилиты могут быть откомпилированы и запущены как под Windows, так и под Linux. Для работы с утилитами удобно пользоваться графическим интерфейсом dispcalGUI. Программа позволяет выбрать тестовые таблицы или создать свои собственные.
Графическая надстройка dispcalGUI над программами Argyll CMS, написанная Флорианом Хохом (Florian Höch), работающая под операционными системами: Linux, Mac OS X, Windows (2000 / XP / Vista) и распространяемая под лицензией GNU GPL 3.
Все рассматриваемые в статье программные средства для настройки монитора имеют возможность калибровать CRT- и LCD-мо-ниторы, а также сканеры и печатные устройства (кроме basICColor). В настройках можно выбрать требуемую гамму, и цветовую температуру точки белого. Отличительными особенностями программ Argyll CMS является возможность выбрать необходимое число патчей, а также самому настроить расположение патчей, а basICColor имеет возможность произвести инструментальную оценку качества построенного профиля.
Процесс калибровки во всех программах приблизительно одинаков. Перед работой измерительное устройство необходимо положить на черную поверхность для выполнения самонастройки. В программном обеспечении необходимо выбрать тип дисплея, желаемую цветовую температуру точки белого и гамма, к которой будет приведен монитор с помощью LUT-таблиц.
1
0.9 0.8 0.7 0.6
у 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0
PULSE — basICC — Argyll С ColorElite Dior display MS
0.6 Adobe RGB
0.4 ■Щ // 1 S
0 // //
0.4 CLE as J
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
Рис. 1. Цветовые охваты монитора в сравнении цветовой моделью Adobe RGB
Рис. 2. Кривые LUT-таблицы после калибровки в программе PULSE ColorElite 1.0.2
Рис. 3. Кривые LUT-таблицы после калибровки в программе basICColor display 4.1.9
Рис. 4. Кривые LUT-таблицы после калибровки в программе Argyll CMS 1.3.0
После настройки цветовой температуры, монитор настраивается на оптимальные значения яркости и контраста, после чего производится измерение серии цветных патчей, на основе результатов измерения программа рассчитывает профиль устройства.
Для начала выставим в программах цветовую температуру, приведенную к дневному свету, равной 5000 K (источник D50), гамма монитора 2.2. В качестве иллюстрации используем отображение цветового охвата на плоскости xy, а также кривые LUT-таблиц.
Графики достаточно похожи, не считая кривой LUT-табли-цы, построенной в программе PULSE ColorElite 1.0.2. Цветовые охваты описываются достаточно точно.
Одним из наиболее объективным критериев правильности колориметрической настройки монитора можно считать измерение цветовых координат и сравнение их с расчетными. Для этого в программе basICColor display 4.1.9 предусмотрена опция «Review», которая выводит на экран серию цветных патчей, которые считывает колориметр, и программа вычисляет разницу между цветовыми координатами через E или Д£94.
Характеристика ДЕаЬ — формула цветового различия является математическим представлением, позволяющим численно выразить различие между двумя цветами. Вычисляется по формуле [4]
: ^(4 -L* )2 + (a* - 4 )2 +(b -b\ )2
A-Eab =
где (/^аЬ) и ) - координаты цветов в цветовом простран-
стве Е*э*Ь*.
Характеристика ДЕ94 - также выражает различие между двумя цветами, но через координаты цвета в цветовом пространстве ¿*С*Ь*, при этом учитывая весовой коэффициент К в зависимости от области применения (полиграфия, промышленность).
Для вычисления ДЕ94 необходимо перевести координаты цвета из Е*э*Ь* в ¿*С*Ь* и подставить полученные значения в форму [4]:
AE94 =
4-4 > 2 Г г* г* ^ C2 -C1 2 Г h-h* i
+ + -—
1 K j 11+KCJ 11+K2CJ
где K = 1, K = 0,045, K2 = 0,015 - для полиграфии.
Для наглядности, отобразим значения А—4 в виде диаграммы.
Из графиков видно, что наилучший результат калибровки монитора получился при использовании программного обеспечения на базе Argyll CMS 1.3.0 (среднее значение AE94 = 0,29, а максимальное -0,57). Программа basICColor display 4.1.9 показала результат хуже, но все же приемлемый, поскольку среднее значение AE94 = 0,69, а максимальное - 1,57. Самый низкий результат был при калибровке в программе PULSE ColorElite 1.0.2, в которой были получены среднее значение AE94 = 0,92, а максимальное - 3,28, поскольку человеческий глаз может различить цветовую разницу в 2-3 единицы.
Рис. 5. Проверка профиля, построенного в программе PULSE ColorElite 1.0.2
Рис. 6. Проверка профиля, построенного в программе basICColor display 4.1.9
Рис. 7. Проверка профиля, построенного в программе Argyll CMS 1.3.0
В последнем опыте сравним результаты калибровки, выставив значение цветовой температуры точки белого равной 6500 K, что соответствует источнику D65, значение гамма - 2.2. После калибровки и профилирования осуществим инструментальный контроль настройки в программе basICColor display 4.1.9.
Рис. 8. Цветовые охваты монитора в сравнении цветовой моделью Adobe
Рис. 9. Кривые LUT-таблицы после калибровки в программе PULSE ColorElite 1.0.2
Рис. 10. Кривые LUT-таблицы после калибровки в программе basICColor display 4.1.9
Цветовые охваты, построенные по результатам калибровки достаточно похожи, однако если посмотреть на графики LUT-таблиц, то при настройке в программе Argyll CMS 1.3.0 она немного уменьшает интенсивности каждого канала, особенно синего. Профили кривых, полученных LUT-таблиц, во многом схожи, как и при настройке на цветовую температуру D50.
Рис. 12. Проверка профиля, построенного в программе PULSE ColorElite
1.0.2
о ш
<1
L SE 94 п ia;
CD
ÜT
о? _ со
-t "FT о h- р
— О) иг со — ц 5 ю
шяшш ш Ш э 1 Я а Н i 3 1 в 1 I ■ Ш в Ш в ад Н а ■ LSI в i I
012345678 9 1011121314151617181920212223 Номер патча
Рис. 13. Проверка профиля, построенного в программе basICColor display 4.1.9
Рис. 14. Проверка профиля, построенного в программе Argyll CMS 1.3.0
При наложении цветовых охватов монитора, настроенного на D50 и D65, с помощью одинаковых программ, в случае программы Argyll CMS 1.3.0 почти не заметна разница в границах и расположении цветовых охватов, в случае с другими программами - наблюдается небольшое смещение цветовых охватов к оси у.
Как и в первом опыте, наилучший результат настройки удалось достичь с помощью программы Argyll CMS 1.3.0, среднее значение ДЕ94 = 0,37, а максимальное 1,40. Немного хуже результаты при калибровке в программе basICColor display 4.1.9, у нее среднее значение ДЕ94 = 0,70, а максимальное - 1,96. Самые слабые результаты у программы PULSE ColorElite 1.0.2 среднее значение ДЕ94 = 0,94, а максимальное - 2,29.
Результаты калибровки, как показали опыты, могут существенно различаться в зависимости от используемого программного обеспечения. Все рассмотренные программы справляются со своей основной задачей - произвести настройку монитора в соответствии с заданными требованиями, но качество построенного профиля различно. Наилучший результат настройки был получен при использовании программы Argyll CMS, наибольшее значение ДЕд4 = 1,4 (для D65) и 0,57 (для D50), но для этого потребовалось гораздо больше времени, чем другим программам. Несколько хуже с поставленной задачей справилась программа basICColor, она показала наибольшее значение ДЕд4 = = 1,96 и 1,57 (для D65 и D50 соответственно). Самый слабый результат
оказался у программы PULSE ColorElite, у нее наибольшее значение Д£94 = 2,29 и 3,28 (для D65 и D50 соответственно), вероятнее всего связано с двумя факторами: малое число патчей, из-за чего сокращается время настройки, но падает качество профиля, и относительная старая версия самой программы и внутреннего алгоритма.
Для каждой из рассмотренных программ было достаточно сложно настроить монитор на воспроизведение черного цвета, это связано больше не с программой составляющей, а с аппаратной частью монитора и его несовершенством.
Библиографический список
1. Френкель А. Колориметрическая настройка монитора. Теория и практика / А. Френкель, А. Шадрин. - М. : Август-Борг, 2005. -150 с. : ил.
2. Pulse ColorElite. Руководство пользователя. - USA. : X-Rite, Inc., 2005. - 194 с. : ил.
3. Спецификация ICC.1:2004-10 (версия профилей 4.2.0.0). Технология управления цветом в изображениях - архитектура, формат профилей и структура данных: пер. А. Шадрин; под ред. А. Захарченко -International Color Consortium, 2003. - 102 с.: ил.
4. Bruce Lindbloom's color difference calculator / Электрон. дан. - 2001-2010. - Режим доступа: http://www.brucelindbloom.com, свободный. - Дата обращения: 25 сентября 2010.
