MorePC - Главная страница


О сайте

Регистрация

Обратная связь

Реклама на сайте

Публикации на сайте

Карикатуры

  Категории СВТ     Тесты и методики испытаний     Новости СВТ     Проблемы информатизации     Форум     Опросы     Словарь     Поиск  

     Мониторы : ЭЛТ : Теория  

Предлагаем Вашему вниманию статьи по информационной безопасности.
 

Калибровка монитора: от простого к сложному (2007-09-01)

версия для печати

Настоящая статья рассказывает об основных проблемах теории цвета, излагает общий подход к калибровке мониторов и даёт рекомендации по работе с калиброванным монитором. Практический обзор калибраторов бюджетной ценовой категории, предлагаемых на российском рынке к моменту написания материала, вы можете прочесть в отдельной статье «Калибраторы начального уровня для мониторов».

Примечание. Статья публикуется с изменениями. Последняя редакция от 01.09.2007. Первое издание: «Мир ПК», № 4/06 (с сокр.).

Основы теории цвета

Постарайся понять, что нет никакой ложки. И тогда ты увидишь, что не ложка изгибается.

«Не пытайся согнуть ложку взглядом — это невозможно. Вместо этого постарайся понять, что нет никакой ложки. И тогда ты увидишь, что не ложка изгибается, а ты сам» — трудно подобрать лучшее объяснение тому, как мы видим цвет, чем это крылатое выражение из к/ф «Матрица».

Самое главное, что надо знать о цвете — что нет никакого цвета: это всего лишь наше воображение навешивает ярлыки «зелёный» или «жёлтый» на те или иные окружающие нас предметы, исходя из отражённого от них света. Воспринимаемый цвет зависит не только от свойств самого объекта, но и от освещения и среды распространения светового потока: один и тот же лист бумаги под светом лампы накаливания будет желтоватым, а на улице в тени примет голубоватый оттенок. И что интересно, в обоих случаях мы будем считать бумагу белой — это результат цветовой адаптации зрения, благодаря которой мы способны распознавать предметы при значительных изменениях окружающей среды. Подсознательно оценивая цвет бумаги и принимая его за опорный, мы также корректируем восприятие других цветов. Зрение берёт в расчёт и другие опоры — знакомые цвета, такие как зелень листвы или телесный оттенок кожи.

Аналогично происходит яркостная адаптация: «чёрный» цвет на экране кажется нам предельно тёмным, но если выключить монитор, хорошо видно, что экран серый. Ещё более наглядный пример — проектор, чёрной точкой которого является белоснежный экран на стене. Говорить здесь о каком-то «обмане зрения» некорректно, потому что все его [зрения] свойства обусловлены естественной необходимостью.

У всех своя правда

Каждый глаз обладает разной восприимчивостью к цветовым раздражителям: например, с возрастом хрусталик желтеет, ослабляя прохождение синего света, и наоборот, повреждение этой «линзы» может приводить к ультрафиолетовому зрению. Более того, каждый глаз проводит цветовую и яркостную адаптацию независимо от напарника, в чём легко убедиться, зажмурив один глаз и некоторое время смотря другим на какой-нибудь цветастый объект, а потом открыть первый глаз и сравнить ощущения.

Восприятие зависит даже от психофизического состояния наблюдателя в данный момент времени. Иными словами, никакой абсолютной истины в цветовых ощущениях быть не может в принципе, и даже если условия наблюдения фиксированы, можно говорить лишь о приблизительной схожести восприятия, с некоторым допустимым разбросом. Точная регистрация цвета — удел измерительных приборов. Человеку важнее всего, чтобы узнаваемые цвета оставались узнаваемыми: чтобы лица на фотографии имели здоровый вид, а насколько точно передаётся цвет одежды — дело десятое (конечно, если речь не идёт о каталоге этой самой одежды).

Излучаемый и отражаемый свет

Важно понимать, что зрение различает излучаемый свет и отражённый от предметов, даже если у них одинаковый спектральный состав. Поскольку в ходе эволюции у человека было всего два источника света, Солнце и костёр, присвоение цветов имело практический смысл только для несамосветящихся объектов: малиновый, розовый, изумрудный. После изобретения искусственных источников света мы пытаемся приспособить к ним старые понятия, но «зелёный» цвет на мониторе мы физически не можем воспринимать одинаково с тем «зелёным», которым обозначаем зелень листьев или травы. И приложив к монитору лист бумаги, мы никакими настройками монитора и освещения не добьёмся, чтобы лист полностью слился с экраном. Впрочем, есть тому и другая, куда более веская причина — метамерия (см. ниже).

Цветное зрение

Наверняка вы ещё не забыли из курса биологии, что зрительная система человека строится из трёх видов колбочек — рецепторов длинных, средних и коротких волн видимого диапазона. Максимумы их чувствительности (рис. 5а) вовсе не совпадают с привычными понятиями о красном, зелёном и синем спектральном излучении, как можно было бы подумать: например, характеристика длинной колбочки довольно близка к характеристике средней, и каждая из них охватывает довольно широкий, по большей части перекрывающийся с соседними, диапазон длин волн. Однако уникальные комбинации трёх стимулов дают ощущение сильно различающихся цветов именно благодаря нашему «воображению». Причём ему в этом помогает и сам организм: в мозг поступают сигналы не напрямую от рецепторов, а из трёх «арифметических узлов», которые производят операции сложения и вычитания. Например, «синий» выходной сигнал получается вычитанием из коротковолнового входного сигнала двух других (средне- и длинноволнового).

Современные исследования показывают, что, вопреки гипотезам 18–19-го веков, человек является полным тетрахроматом, то есть имеет четыре вида цветовых рецепторов, которые перекрывают диапазон от 300 до 800 нм. В обычной жизни это никак не проявляется, потому что фиолетовый цвет поглощается оптическими элементами глаза с целью защитить сетчатку, и наблюдается только при вышеупомянутом дефекте хрусталика или при некоторых видах цветовой слепоты у женщин (вследствие генетических отклонений), но такие случаи можно считать пренебрежительно редким явлением.

Помимо колбочек, сконцентрированных в центре сетчатки, глаз имеет периферийные рецепторы — палочки, ответственные за ахроматические образы. Существует мнение, что игнорирование роли палочек в механизме распознавания цвета, которая тем сильнее, чем ниже освещённость, привело к принципиальной неадекватности модели RGB.

Метамерия цвета

С одной стороны, разновидностей цветных рецепторов всего три, а число распознаваемых тренированным глазом цветовых тонов превышает полторы сотни. С другой стороны оказывается, что визуально могут восприниматься одинаковыми цвета излучений разного спектрального состава — это эффект метамерности. С уменьшением насыщенности и яркости метамерия усиливается. А наибольший эффект характерен для белых цветов, поэтому, например, нельзя чётко определить «единственно правильный» белый цвет экрана.

Важно. Пожалуй, самое главное, что необходимо понять при погружении в теорию цвета, это то что именно благодаря метамерии можно воспроизводить миллионы цветов с помощью смешения нескольких базовых. Взяв монитор с RGB-люминофорами, мы изображаем жёлтое солнце на голубом небе. Мы печатаем снимок красной розы с зелёным стеблем, имея в распоряжении лишь CMYK-краски. Метамеризм цветов — это поистине замечательное свойство нашего зрения! Собственно, вся наука о цвете состоит в поиске способов добиться метамеризма где нужно и избежать где не нужно.

Ещё важнее. Жизнь специалистов по цвету была бы слишком проста, если бы разные спектральные характеристики объектов приводили к одинаковым ощущениями абсолютно при любых условиях. Загвоздка в том, что совпадение метамерных цветов наблюдается только при некоторых условиях, одним из которых является освещение. Вы можете сколько угодно биться над пробным отпечатком при дневном свете, а потом взглянете сидя вечером у настольной лампы и не узнаете своё творение: два близких цвета стали выглядеть совершенно разными, а ранее отличавшиеся цвета слились в единое целое. Да ещё бумага у вас наверняка с отбеливателями, которые поглощают ультрафиолет из дневного света и переизлучают энергию в видимом диапазоне (эффект флюоресценции), из-за чего днём бумага выглядит «белее белого», а при искуственном освещении имеет желтоватый оттенок.

Приборы регистрации изображений, такие как сканеры и фотокамеры, не обладают ни возможностью метамерного восприятия цветов, ни яркостной, ни цветовой адаптацией. В отличие от нас, они видят мир строго таким, какой он есть. Поэтому мы и получаем недоэкспонированные снимки, зелёные лица, малиновый снег и т. д. Впрочем, это тема отдельной статьи.

Цветовая температура

Обычно цветовой оттенок ахроматического излучения характеризуют цветовой температурой, которая в физике выражается через температуру идеального излучателя, называемого абсолютно чёрным телом (рис. 1). Излучение абсолютно чёрного тела определяется исключительно его тепловыми процессами. В качестве примера можно назвать Солнце (6780 К), лампы накаливания (1800–2000 К), человека в тёмной комнате (310 К).

Рис. 1. Шкала цветовых температур: высокая температура соответствует более «холодным» оттенкам

Шкала цветовых температур: высокая температура соответствует более «холодным» оттенкам

Свет с равномерным распределением спектральной плотности имеет цветовую температуру 5400 К («точка E» — equal energy point), что примерно соответствует дневному освещению в летний полдень на средних широтах. Диапазон нейтрально воспринимаемых оттенков колеблется от 5000–7500 К в естественных условиях до 6000–9500 К на экране монитора.

Рис. 2. Идеальная и соотнесённая цветовая температура

Идеальная и соотнесённая цветовая температура на диаграмме цветности xy

Из рукотворных объектов, только лампы накаливания могут похвастаться свойствами, близкими к идеальному излучателю Планка. Для мониторов корректнее пользоваться термином соотнесённая цветовая температура (correlated color temperature, CCT), который определяет соответствие целого множества метамерных сочетаний цветовой температуре абсолютно чёрного тела (рис. 2).

Комиссия по освещению CIE стандартизировала несколько эталонных спектральных характеристик осветителей, из которых в технике наиболее часто используется серия D (дневной свет). Спектр D50 соответствует температуре 5002 К, D55 — 5502 К, D65 — 6504 К, D75 — 7504 К. Поскольку мониторы для работы с цветом чаще всего калибруют под CCT 6500 К, принято говорить о «калибровке под D65», хотя на самом деле спектральный состав излучения монитора отличается от стандартного осветителя: вот она, метамерия в действии. Остальные серии осветителей A…F, как и вышеупомянутая E, находят применение преимущественно в научных работах.

Многие читатели наверняка слышали, что в мире предпечатной подготовки стандартной температурой монитора и освещения является D50. Почему же тогда рядовым пользователям рекомендуют D65? Дело в том, что профессионалы работают в помещениях с хорошо контролируемым освещением, и уровень освещённости там специально подобран таким низким, чтобы яркость экрана 85–100 кд/м² (для ЭЛТ-мониторов с большим размером диагонали это предел) была оптимальной. Но при низкой освещённости чувствительность глаза сдвигается в «холодную» область, и поэтому, для компенсации, температуру экрана приходится делать «теплее». Рядовые же пользователи преимущественно работают в более комфортных и санитарных условиях — при средней и повышенной освещённости, поэтому монитор, настроенный на D50, имел бы неестественно жёлтый тон. К тому же, во многих случаях калибровка обычного «офисного» монитора под эту температуру приведёт к потере яркости и сужению цветового охвата.

Цветовая и яркостная адаптация зрения

Почему так много внимания уделяется точке белого? Почему опорный белый свет иногда называют «четвёртой цветовой координатой»? Потому что он, в паре с чёрной точкой, определяет наше восприятие не только по яркости и контрастности, но и по цветности.

Если белый цвет на экране не является самым светлым объектом в поле нашего зрения, а чёрный не является самым тёмным — например, вместо них выступают залитое солнцем окно и чёрная рама дисплея — восприятие яркостной информации с экрана резко изменится по сравнению с корректной обстановкой. Если белый цвет, естественное и искусственное освещение или стены в помещении содержат сильно выраженный оттенок, наши глаза очень быстро к нему адаптируются, и будут считать его отправной точкой. Когда речь идёт только о просмотре изображений на экране, адаптация упрощает нам жизнь, но если необходимо сравнивать монитор с отпечатком, к выбору опорного света надо относиться со всей ответственностью; обычные бытовые лампы не обладают достаточной точностью характеристик.

Следует заметить, что адаптация зависит от размера объектов: по некоторым данным, минимально необходимая величина объекта колеблется в пределах 1:200–1:100 от поля зрения — примерно 6×6 см на расстоянии полуметра.

Объект калибровки и её цель

Строго говоря, «калибратор» — это сверхточный аппарат для настройки и проверки измерительных устройств путём сравнения их показаний с эталоном. Приборы, которые мы сейчас называем калибраторами, и есть те самые измерительные устройства, которые следовало бы проверять по эталону, поэтому правильнее называть их колориметрами (измерителями цвета). Будем считать, что показания колориметра в достаточной мере точные для проведения цветовой калибровки.

Калибровка монитора состоит из двух этапов: собственно калибровки (чтобы не путаться, будем называть её калибрацией) и характеризации. Калибрация заключается в настройке монитора с помощью его органов управления — задании нужной яркости и контрастности, цветового баланса. После этого определяется передаточная характеристика монитора при данных настройках и строится таблица корректировки (приводка гаммы), а по результатам измерений базовых цветов создаётся профиль монитора. Цветовой профиль — это файл с математическим описанием свойств цветового пространства, который позволяет программам, поддерживающим управление цветом, учитывать особенности используемого устройства отображения (об этом мы ещё поговорим позднее).

Примечание. Вообще говоря, вышеописанный процесс является упрощением, специфичным для мониторов. Здесь тонкая подстройка и профилирование выполняются в один проход и по одним измеренным образцам. В общем же случае калибровка включает в себя все действия начиная от ручной настройки и заканчивая приводкой гаммы. А профилирование производится уже для полностью готового к работе устройства, и в качестве тестовых сигналов используются более разнообразные цвета, нежели градации базовых. Именно так, в два прохода, осуществляется обмер принтеров и печатных машин: сначала фиксация настроек и линеаризация гаммы, а затем профилирование по тестовой шкале. Аналогично и со сканерами, только у них этап калибровки фактически отсутствует.

Настройка яркости и контрастности

Настройка яркостных параметров применительно к ЭЛТ-мониторам означает установку минимальной и максимальной интенсивности создаваемого светового потока (рис. 3).

Рис. 3. Физический смысл яркости и контрастности

Физический смысл яркости и контрастности; потери деталей в светах и тенях при неправильной настройке

Регулятор яркости следует устанавливать в минимальное значение, при котором ещё можно различить детали в тенях, а регулятор контрастности — в максимальное значение, при котором светлые тона достаточно яркие, не сливаются (не возникает «режима насыщения», говоря по-научному) и комфортны для глаз. Калибровочное программное обеспечение выводит на экран соответствующие изображения, чтобы можно было оценить правильность регулировок зрительным или инструментальным способом. Если говорить об абсолютных числах, для ЭЛТ рекомендуется яркость белого 85–100 кд/м², для ЖК — 100–150 кд/м². Что касается чисел относительных, на хорошем экране должно быть чёткое различие между чёрным фоном и областью 1 % (градация 3), при просмотре слайдов — 2–3 % (градации 5–8). В светлых участках желательно различие между всеми градациями в диапазоне 250–255.

Тестовое изображение для проверки теней и светов

Тестовое изображение для проверки теней и светов

Некоторые программы позволяют устанавливать яркость белого и чёрного по прибору, показывая в реальном времени, как меняются показатели в зависимости от ваших действий. Следует заметить, что гоняться за определённым уровнем светимости чёрного экрана особо не стоит: если необходимо создать нужную контрастность, обычно бывает проще подрегулировать яркость белого.

Настройка цветовой температуры

Цветовая температура выбирается в меню монитора по-разному: из фиксированного набора значений, по шкале, раздельной регулировкой RGB-каналов или комбинацией всех этих методов. Программа калибровки показывает, как изменение настроек сказывается на изображении, какой канал и насколько следует изменить, чтобы достичь нужного баланса. Если отображается числовое значение температуры, не следует пытаться достичь полного совпадения — ориентироваться нужно только на баланс каналов. Наибольший цветовой охват, как правило, получается при установке регуляторов RGB в максимальное положение — т. н. родная (native) температура монитора. Однако такая температура нередко далека от нормальной, то есть не воспринимается как нейтральная и не оставляет запаса на будущее, ибо мониторам свойственно старение, причём с разной скоростью для каждого RGB-канала — обычно в сторону «потепления», потому что синие люминофоры и ЖК-фильтры выцветают быстрее других.

Можно вообще не настраивать цветовую температуру, так как приводка гаммы всё равно добьётся нужного результата. Однако в этом случае следует помнить, что видеокарта может только ослаблять интенсивность каналов, но не увеличивать. Например, если белый цвет на мониторе имеет температуру 9800 К при яркости 100 кд/м², за счёт приводки гаммы вы получите необходимые 6500 К, но ценой ослабления синего канала и, как следствие, снижения яркости, скажем, до 80 кд/м². Поэтому от аппаратной настройки температуры можно отказываться, только если у вас ЖК-монитор (некоторые модели при работе через DVI-вход подчёркнуто не позволяют регулировать RGB-каналы по отдельности). Но это чревато ещё и увеличением ступенчатости градиентов: вместо полного диапазона уровней сигнала с 255 ступенями будет использоваться, скажем, только 200 ступеней.

Особенности настройки ЖК-мониторов

Оговорка про ЭЛТ-мониторы, сделанная выше, не случайна: кинескоп позволяет задать диапазон управляющих напряжений для каждой из трёх пушек и получить таким образом не только произвольную балансировку цветовых каналов, но и практически любое сочетание светимости чёрных и белых областей, а у ЖК-панели нормально варьируется лишь интенсивность задней подсветки — меню настройки ЖК имитирует органы регулировки ЭЛТ в меру фантазии производителя; у кого-то получается более похоже на оригинал, у кого-то менее. Поэтому обладателям ЖК рекомендуется перед началом калибровки применить заводские настройки, если они не вызывают дискомфорта  — считается, что изготовитель должен был выбрать наилучшие значения.

Если монитор оснащён цифровым входом DVI, желательно подключаться именно через него.

Особенности настройки ЭЛТ-мониторов

Для ЭЛТ следует проверить, что кадровая частота развёртки не ниже 75 Гц, ведь мерцание экрана заметно прибору даже лучше, чем вашему глазу.

Также необходимо добиться хорошей фокусировки и сведения лучей, поскольку накладывающиеся друг на друга соседние световые пучки создают лишний «белый» фон, то есть сужают цветовой охват.

Необходимо помнить, что после каждого изменения настроек надо подождать несколько секунд, чтобы свойства изображения стабилизировались. Это касается также и ЖК.

Приводка гаммы

Чего мы хотим добиться в результате калибрации? Она начинается с балансировки белого, потому что меню монитора высокой точности не даёт и в случае ЖК даже не рекомендуется. Затем надо сбалансировать RGB-каналы для серых полутонов, чтобы они на самом деле стали нейтрально-серыми на протяжении всей градационной шкалы. Важно также достичь определённой нелинейности передаточных функций, чтобы компенсировать восприятие яркости глазом: линейный закон y=x приводит к отображению неадекватных, блеклых цветов, поэтому вместо него используют показательный закон y=xγ (рис. 4).

Рис. 4. Физический смысл гамма-показателя — адаптация к чувствительности человеческого глаза

Физический смысл гамма-показателя; требуемые и реальные передаточные характеристики монитора

В качестве значения параметра γ (гамма) чаще всего применяется 2,2 для Windows и 1,8 для Mac. В модели стандартного дисплея sRGB используется сложный закон, изменяющий гамму от 1,0 в тенях до 2,3 на светлых участках, что при усреднении даёт 2,2.

Характеризация

В создаваемый характеристический профиль монитора необходимо занести такую информацию, как цветовые координаты люминофоров (субпикселей), минимальная и максимальная яркость, точное значение гамма-показателя. Обычно туда же заносят и данные для приводки гаммы с помощью видеокарты.

Автоматизация

В идеале, всё, что могло бы требоваться от пользователя — это подключить калибратор и нажать кнопку «Поехали», а компьютер сам бы настроил монитор, обмерил его и, записав профиль на диск, отрапортовал: «Готово, хозяин. Извольте принять работу». В реальности, несмотря на более чем десятилетнее существование концепции Plug-and-Play и близящейся к тому же возрасту технологии DDC/CI, настройку монитора в большинстве случаев от начала и до конца должен выполнять человек. Впрочем, как показывает опыт автора, несовместимость методов управления мониторами может создавать серьёзные проблемы тем программам, которые пытаются работать в режиме полного автоматизма.

Виды калибровки мониторов

Программная калибровка не требует колориметра и полагается на человеческое зрение. С помощью программы типа Adobe Gamma Loader или современных драйверов видеокарты вы можете на глазок оценить правильность настройки яркости и контрастности, определить цветовую температуру и гамма-показатели для каждого из трёх каналов. Недостатки очевидны: расчёт на субъективную оценку приводит к получению столь же субъективно правильного результата, цветовой баланс и показатель нелинейности определяются только для одной градации — конечно, это лучше, чем ничего, но к цветовому соответствию нас приближает слабо.

Аппаратно-программный метод, который наиболее распространён, основывается на калибрации и характеризации монитора с помощью колориметра, но приводка гаммы выполняется видеокартой, как и при чисто программной калибровке. Недостаток в том, что видеокарта должна поддерживать такую коррекцию с помощью таблицы преобразования — look-up table, LUT. Хорошая новость: это умеют почти все современные адаптеры, то есть созданные в конце 90-х и позднее, а новые модели с двумя выходами даже имеют по отдельной таблице на каждый из них (правда, в среде Windows это преимущество не реализуется). Плохая новость: табличные данные необходимо загружать при каждой смене видеорежима или как минимум при включении компьютера — то есть должна существовать программа, совместимая с вашей версией операционной системы, которая возьмёт на себя эту задачу. Дело в том, что Mac OS сама программирует видеокарту после сопоставления ей цветового профиля, а для Windows нужна отдельная утилита, несмотря на то, что функция загрузки LUT имеется в системной библиотеке управления цветом (ICM). Конечно, вместе с любым калибратором поставляется такая утилита для свежих версий Windows: 98/ME, 2000/XP и новее.

Аппаратная калибровка предполагает подключение колориметра к самому монитору. Поскольку такие мониторы и совместимые с ними измерители стоят очень дорого и оправдывают себя только у профессионалов высокого уровня, этот метод мало интересен рядовому пользователю. Отметим лишь, что заоблачная цена компенсируется существенными достоинствами, недостижимыми с помощью других подходов. Во-первых, если при программной или программно-аппаратной калибровке цвет корректирует видеокарта, то преобразование ограничено глубиной цвета выбранного видеорежима, которая не превышает 8 бит на канал, в то время как профессиональные мониторы могут иметь 10- или 12-битную точность. (Вообще-то, LUT видеокарты имеет 16-битную разрядность, но в монитор отправляются не эти данные, а обычные RGB-пиксели, которые задаются с помощью 8-ми битов.) Во-вторых, при аппаратной калибровке корректирующие данные хранятся в памяти монитора постоянно, им не нужен никакой загрузчик. Из этого вытекает третье достоинство, которое неочевидно на первый взгляд: нет никаких проблем с подключением нескольких дисплеев к одной видеокарте, которые на данный момент возникают в среде Windows — подробнее об этом в главе «Работа с несколькими мониторами».

В чём проигрывает аппаратный способ аппаратно-программному, так это в оперативности смены режимов: при калибровке через LUT мы можем создать несколько профилей (обычный, для просмотра отпечатков, для слайдов) и менять их одним движением. Монитор при этом не перестраивается, а потому не требует времени на «разогрев», и таких профилей может быть сколько угодно. К тому же LUT позволяет получить произвольное значение контрастности, в то время как аппаратное изменение одних цветовых настроек почти всегда влечёт изменение других: яркость белого тянет за собой яркость чёрного и т. д.

Виды калибраторов

Существует два подхода к регистрации цвета: либо мы объективно фиксируем весь спектр, независимо от того, как его будет воспринимать то или иное живое существо, либо мы строим некую модель восприятия цвета (колориметрическую модель) типа RGB/CMY, HSB/Lab и кодируем цвет тремя координатами согласно нашим предположениям об оказываемом воздействии на среднестатистического человека. Колориметрический метод, хоть и напоминает вычисление «средней температуры по больнице», но в задачах управления цветом оказывается вполне состоятельным. Метод спектрофотометрии даёт наиболее полную картину и позволяет при необходимости преобразовать исходные данные в любую колориметрическую модель. Соответственно, измерительные приборы бывают обоих видов.

Спектрофотометры, иногда ошибочно называемые спектроколориметрами (почему ошибочно — см. пред. абз.), по-честному раскладывают на спектральные составляющие весь приходящий световой поток, поэтому имеют точное представление о его структуре и являются универсальными приборами цветовых измерений. Только спектрофотометры позволяют собрать необходимую информацию чтобы определять метамеризм и предсказывать границы метамерного совпадения цветов. Но искусная оптическая система, высокоточные датчики и необходимость сложных математических вычислений требуют больших материальных затрат. К тому же нередко эти приборы оказываются громоздкими (вплоть до того, что под их весом искажается экран ЖК-монитора) и иногда слишком медленно работают, чтобы заинтересовать рядового потребителя; но для работы с печатными материалами это единственный вариант.

Колориметры, они же фотоэлектрические колориметры или колориметры с селективными приёмниками, спроектированы под конкретную цветовую модель с «красной», «зелёной» и «синей» координатами (в кавычках, потому что это условные названия). Вместо полного спектрального анализа 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 (рис. 5).

Рис. 5. Чувствительность к излучению разных длин волн у человека и у колориметра

Чувствительность к излучению разных длин волн у человека и у колориметра

Поэтому на выходе датчиков фактически готовые цветовые координаты, и не нужно никакой высшей математики. Но проблема в том, что метод не просто привязан к RGB (то есть плохо подходит для других базовых цветов, как CMYK), а очень сильно привязан: чем больше разница между базовыми цветами монитора и базовыми цветами колориметра, тем хуже результат. Более того, технически сложно производить светофильтры с нужными оптическими характеристиками, такими как двойной горб у красного. Поэтому наиболее точными являются системы аппаратной калибровки, где фильтры точно подогнаны под конкретную модель кинескопа или ЖК-панели.

Спектроколориметры — в отличие от ошибочно называемых так спектрофотометров, некоторые производители продвигают на рынок колориметры со встроенным источником подсветки для измерения цветов на бумаге. Нетрудно догадаться, что такой прибор, как всякий колориметр, жёстко привязан к конкретной цветовой модели, а также к типу чернил. Он не способен измерять спектральные характеристики и определять метамерию, что критично для полиграфических нужд. То есть, позиционируясь как дешёвая альтернатива спектрофотометру, он является не намного более точным аппаратом, чем обычный планшетный сканер.

Процесс калибровки

В общем случае калибровка выглядит следующим образом:

Подготовка

Устанавливаем программное обеспечение. Обычно оно включает в себя все необходимые драйверы. Подключаем устройство к компьютеру; часто при этом не возникает никаких системных диалогов установки нового оборудования, так что волноваться из-за их отсутствия не стоит.

Протираем экран специально для этого предназначенными чистящими средствами. Измерительный прибор тоже следует содержать в чистоте, соблюдая правила ухода за ним, описанные в инструкции.

До начала калибровки монитор должен прогреться хотя бы полчаса (профессионалы советуют час или два). Новые мониторы, которые проработали менее месяца, некоторые вообще считают непригодными для серьёзных работ, но любителям на такие «страшилки» можно не обращать внимания. Вообще, проблема стабильности характеристик мониторов не такая надуманная, как можно подумать — в качестве иллюстрации предлагаем результаты тестов различных дисплеев в статье «Профессиональные ЖК-мониторы против офисных моделей».

Для колориметра может хватить и пятиминутного прогрева. Разумеется, если устройство только что принесли с мороза, ему сначала надо отогреться пару часов в упаковке.

Чтобы монитор не переключился на показ экранной заставки и не перешёл в режим ожидания, имеет смысл временно отключить эти функции, если колориметр обладает низким быстродействием.

Чтобы сэкономить ваши силы, хотелось бы развенчать пару мифов, созданных производителями. Во-первых, не обязательно сидеть в потёмках, особенно если вы не собираетесь работать в таких условиях. Во-вторых, не обязательно обеспечивать идеальное крепление прибора на экране — лишь бы не отвалился в процессе измерения. Автор перепробовал различные комбинации освещения и способы крепления в стиле «и так сойдёт», и не заметил никакой разницы ни на различных видах мониторов, ни на проекторах. Единственное, о чём не надо забывать: крепить датчик лучше всё-таки поближе к центру экрана, так как с каждого края характеристики «гуляют». Ну и, конечно, крепить надо аккуратно, особенно на ЖК-панель.

Выбор параметров

Дальнейшие шаги зависят от конкретного программного обеспечения. Рассмотрим наиболее распространённые функции в наиболее часто используемом порядке.

Первым делом вы выбираете тип дисплея: ЭЛТ, ЖК, проектор (иногда проекторы тоже делятся по виду применяемой технологии). От этого зависит, какие из процедур калибровки требуется выполнить и с какими параметрами. Некоторые колориметры имеют специальные насадки для работы с теми или иными типами дисплеев, поэтому от вашего выбора зависят необходимость использования такой насадки и поправочные коэффициенты измеряемых величин.

Затем нужно выбрать целевые параметры: гамма-показатель и цветовую температуру. По-хорошему, этот этап следовало бы проводить в самом конце, потому что результаты измерений от него совершенно не зависят. А так получается, что если вам нужно создать профили для разных комбинаций гаммы и температуры, приходится полностью проходить весь процесс от начала до конца.

Настройка монитора

Регулировка яркости и контрастности может производиться на глаз или по прибору. В первом случае вам покажут тестовое изображение с градациями серого, близкими к чёрному и белому. Сначала вы доведёте регулятор контрастности на мониторе до максимального уровня, при котором светлые градации не сливаются, а потом будете понижать яркость до предела, пока различия между тёмными градациями не будут минимальны. Настройка по прибору бывает двух видов: поисковая и с указанием точного числового значения. Поисковый метод похож на зрительный, только ориентируетесь вы не на свои глаза, а на показания прибора: он будет подсказывать, в какую сторону крутить тот или иной регулятор. Настройка по точным числовым значениям светимостей белого и чёрного наиболее подходит профессионалам, которым необходимо сопряжение нескольких дисплеев. На обычном мониторе очень трудно точно настроить точку чёрного.

Всякое изменение настроек должно носить плавный характер, потому что мониторы достаточно инертны — подождите хотя бы 5 секунд; если колориметр автоматически обновляет показания, дождитесь совпадения двух-трёх результатов. Тем, кто работает с ЭЛТ, следует помнить, что в процессе калибрации необходимо убирать экранное меню монитора (OSD) после каждого внесённого изменения — да, это неудобно, но искажения от него слишком сильные.

Далее мы переходим к настройке цветовой температуры. К этому шагу применимы все те же замечания, что и к предыдущему. Не забывайте, что регулировка интенсивности RGB-каналов — это не только сдвиг цветового баланса, но и изменение светимости (яркости белого); настройка одного неизбежно влечёт смену другого, и наоборот.

Измерение

После того, как монитор настроен, можно начинать замеры. Обычно они проводятся по сериям оттенков базовых RGB-цветов; некоторые программы для некоторых типов дисплеев измеряют также отклик на серые оттенки — на каждую серию по 8–16 оттенков. Таким образом определяется реальная зависимость между входным и выходным сигналами, по которой строится таблица приводки гаммы к заданному значению. Полученная таблица загружается либо в LUT видеокарты, либо в LUT монитора. На этом заканчивается этап калибрации.

Все необходимые для характеризации данные — охват RGB, температура белого, гамма, яркость чёрной и белой точек — уже получены на предыдущих этапах, поэтому дополнительных измерений не требуют. Другое дело, что есть профессиональные программы, которые позволяют проводить только характеризацию, без калибрации: это значит, что калибрация, включая приводку гаммы, должна быть проведена какими-то другими средствами — конечно, в этом случае программа должна провести полный цикл измерений, чтобы точно определить все характеристики дисплея как они есть.

Проверка

По завершению калибровки некоторые программы показывают тестовую фотографию для сравнения «до и после». Если почти нет разницы, значит, ваш монитор сам по себе очень близок к целевым характеристикам, то есть ему сейчас не требуется приводка гаммы — но это не значит, что отпадает необходимость в характеризации, так как в профиле должна присутствовать точная информация о цветовом охвате и других параметрах.

Если разницы нет совсем-совсем, это тревожный сигнал: программа по какой-то причине не может внести изменения в LUT — такое случается с разными пакетами калибровки. Лечится это обычно шаманскими методами: переустановкой программного обеспечения калибровки, временной заменой видеокарты и т. п., конкретный совет тут дать трудно.

Верификация (валидация)

Как мы себя ведём, к примеру, когда пишем или рисуем что-то на бумаге? Мы постоянно контролируем глазами действия наших рук. Так же и здесь: необходимо проверить, насколько калибрация приблизила монитор к целевым установкам. Простейшую проверку делают все программы, даже самого начального уровня — после основной серии измерений можно видеть, как измени­лась LUT, и далее следует ещё два-три замера серых оттенков.

Несмотря на то, что «малой проверки» вполне достаточно для любительских работ, профессионалы не будут спать спокойно, пока не перепроверят всё ещё раз: некоторые программы именно такую верификацию и предлагают — просто выполняют полный или сокращённый стандартный цикл измерений. Существует и другой подход: измерять не стандартные цвета (базовые и/или серые), а произвольные: бордовые, оранжевые, изумрудные и т. п.

Результатом проверки является среднее и максимальное отклонение от требуемого, выраженное в виде δE. Записывая эти значения, можно строить графики изменения характеристик дисплея во времени, чтобы получить представление, насколько часто следует проводить повторную калибровку.

Виды цветовых профилей

Обычная, «матричная» характеризация ориентирована на создание математической модели устройства, исходя из предположения, что свойства цветопередачи этого устройства можно описать с помощью небольшого числа параметров, таких как гамма-показатель или кривая тоновоспроизведения, координаты базовых цветов и белой точки. (Несмотря на то, что в профиль также может входить таблица приводки гаммы, «табличным» такой профиль не является.)

«Табличная» характеризация вместо определения функциональной зависимости ориентирована на кусочную аппроксимацию: результаты множеста измерений заносятся в одну большую таблицу, из которой промежуточные данные получаются методом интерполяции соседних точек. Такой способ применяется для принтеров, а в случае с мониторами может быть полезен только в очень специфических ситуациях — если нужно обмерить монитор с весьма сложной нелинейностью, полученной намеренно или по причине невозможности приводки гаммы (когда видеокарта слишком старая). Мониторы лучше всего описываются матричным профилем, а с табличным демонстрируют большее отклонение цветов. К тому же табличные профили требуют больше времени на построение и имеют на несколько порядков больший размер. Впрочем, размер можно уменьшить, согласившись на некоторое снижение объёма данных, а значит, на потерю точности, которая у табличного профиля и без того невелика.

Работа с несколькими мониторами

Мультимониторные системы имеют разные применения, но в контексте обработки изображений обычно предполагается наличие двух экранов, где один отображает редактируемое изображение, а второй берёт на себя вспомогательные функции — размещение всевозможных палитр инструментов. Может показаться, что такой второстепенный экран вовсе не требует настройки, но это не так, потому что размеры любого экрана куда больше минимально необходимых для зрительной адаптации. Значит, хорошо бы настроить яркость, контрастность и цветовую температуру. Если же мы хотим получить несколько равноценных дисплеев, необходима также приводка гаммы и профилирование всего этого хозяйства.

С приводкой гаммы, если таковая осуществляется видеокартой, не всё так просто. Дело в том, что даже самая современная на момент написания статьи версия Windows XP предусматривает только одну цветовую конфигурацию на каждое видеоустройство. Остальные параметры дисплея, как разрешение и т. п. — пожалуйста, сколько угодно, но только не управление цветом. Иронично, что Windows позволяет связать с каждой конфигурацией несколько профилей, апеллируя к возможностям загрузчиков LUT выбирать наиболее подходящий — это действительно возможно, потому что в каждом профиле записано, для какого монитора он был построен. Но все программы используют только тот профиль, которому присвоен статус «по умолчанию».

В такой ситуации нередко можно слышать сомнения, а имеют ли вообще видеокарты отдельную таблицу LUT на каждый видеовыход? Имеют-имеют; и Windows имеет все нужные функции для работы с несколькими LUT на видеокарте. Это заметно и при калибровке, когда программа обнуляет таблицу одного экрана. Это можно рассмотреть более подробно с помощью полезной утилиты Calibration Tester: при перемещении окошка между экранами автоматически считывается график LUT. Программы-загрузчики LUT действуют как будто так же: выводят свою заставку на каждый экран, но… используют один и тот же профиль по умолчанию, который чисто логически может существовать только в единственном числе. Казалось бы проблема только в том, чтобы найти загрузчик LUT, не ориентирующийся на системные настройки. Но вы попробуйте-ка, найдите. Особенно учитывая, что программы калибровки обычно не дружат друг с другом: не хотят загружать чужие профили, не хотят проводить их верификацию — и всё под предлогом, что чужой профиль составлен совершенно неправильно или не содержит жизненно важных данных, без которых ну просто никак не обойтись. В принципе, было бы достаточно того же Calibration Tester, который умеет загружать таблицы из обычных текстовых файлов, если бы можно было управлять им из командной строки (какой файл взять и к какому дисплею применить), но пока что им можно пользоваться только вручную.

Подытоживая. Если драйвер вашей видеокарты представляет системе каждый порт как отдельное устройство, как это делает ATi Catalyst, вы сможете назначать разным мониторам собственные профили. Если же, как с nVidia ForceWare, видеокарта значится в системе как одно устройство с двумя выходами, придётся либо мириться с одним общим профилем, либо как-то выкручиваться подручными средствами. В общем случае, полноценная работа с несколькими дисплеями в Windows сейчас возможна только при наличии соответствующего количества видеокарт.

Согласовать характеристики нескольких мониторов, как подключённых к одному компьютеру, так и в случае команды дизайнеров, помогают функции типа Match Monitor Profiles, доступные чаще всего в профессиональных версиях программ калибровки. Сопрягаемые профили должны быть матричного типа, иметь одинаковую гамму и температуру. Полное сопряжение включает сужение цветового охвата, в том числе по яркости, до наихудших значений, которые гарантированно воспроизводятся всеми мониторами. Некоторые программы корректируют только яркость чёрной и белой точек, а то и вовсе лишь белой.

Что дальше

Мало построить профиль монитора — им ещё надо правильно пользоваться. Очевидно, что цветовое соответствие будет соблюдаться только при сохранении настроек монитора и после его прогрева. Для адекватного восприятия цветов на экране необходимо поддерживать постоянство освещения; если вы собираетесь рассматривать отпечатки, позаботьтесь об установке ламп дневного света, а лучше — просмотровое оборудование с калиброванными лампами. На восприятие также влияет цвет стен помещения, цветовая палитра операционной системы — старайтесь использовать нейтральные тона. Не допускайте прямого попадания на экран света и сильных бликов, в том числе от своего лица и светлой одежды; если ваш монитор не комплектовался защитным козырьком, его можно купить отдельно (универсальные козырьки подходят для 17…22-дюймовых моделей, но часто их красят в густой чёрный цвет, который оказывается темнее экрана). Некоторые профессиональные мониторы поставляются вместе с тёмным халатом и беретом, однако это не значит, что вам следует сидеть в кромешной темноте, потому что при низкой освещённости чувствительность наших зрительных рецепторов значительно сдвигается в сторону «синей» области спектра. В то же время, нельзя полагаться на яркий солнечный свет и на внешнее освещение в целом, потому что в течение дня оно сильно меняется; если комната полностью изолирована, и искусственное освещение подобрано правильно, то и козырёк на мониторе не нужен.

Проверьте, какие программы автоматически выполняются при запуске системы: не должно быть никаких посторонних загрузчиков профилей, например, Adobe Gamma Loader. Забудьте дорогу к меню цветокоррекции в драйвере видеокарты — оставьте там значения по умолчанию. Время от времени выполняйте верификацию (если возможно) и повторную калибровку, особенно на ЭЛТ-дисплеях. Вопреки мнению производителей колориметров, предлагающих вам проводить повторную калибровку или верификацию чуть ли не раз в неделю, опыт обычных пользователей и профессионалов показывает, что кинескопы обладают довольно высокой стабильностью: качественному ЭЛТ-монитору может быть достаточно калибровки один раз в год или даже полтора. Куда большую опасность для поддержания точности цветов представляет несанкционированная перенастройка монитора или видеокарты. Исключение составляют первые недели и месяцы работы нового монитора: пока он не «притрётся», специалисты вообще не видят смысла обмерять его. И наоборот, калибровка рекомендуется при смене видеокарты, особенно при аналоговом подключении; на остальные компоненты компьютера и драйверы видеокарты этот совет не распространяется.

Системы управления цветом

Получение точных цветов при работе в обычных приложениях есть лишь вершина айсберга. Наиболее полная отдача от профилирования возможна только в специальных графических программах, таких как Photoshop, которые поддерживают управление цветом — color management system, CMS. Все приложения можно разделить на три группы:

  • Не располагающие собственной CMS и не использующие системную — это простейшие редакторы вроде MS Paint, многие программы просмотра изображений. Они просто отправляют в видеокарту исходные значения RGB, вообще никак не учитывая особенности рабочего цветового пространства и вашего монитора.
  • Использующие системную CMS, такую как ICM в Windows и ColorSync в Mac OS — к данной группе относятся офисные приложения Microsoft относительно свежих версий, Internet Explorer и Средство просмотра изображений и факсов. По мнению специалистов, применяемая в Windows 98 и более новых версиях библиотека ICM 2.0 обеспечивает вполне приемлемое качество отображения, как и родственная система ColorSync 2.x.
  • Располагающие собственной CMS или стороннего производителя — пакеты Adobe, Quark, Corel, Macromedia. Некоторые из таких систем вызывают даже больше нареканий, чем «непрофессиональная» библиотека ICM.

Основная задача системы управления цветом состоит в пересчёте одних цветовых координат в другие. Сама по себе CMS ничего не делает с вашим экраном, она только выполняет команды приложения. Поэтому, если приложение не использует CMS, как программы из первой группы, или делает это некорректно, виновато только приложение, но не CMS, не операционная система и не ваш монитор. Впрочем, операционная система тоже может вносить путаницу: например, в Windows, помимо стандартного расширения для файлов профилей *.icc, используется также *.icm, а некоторые программы ищут файлы только одного типа. Или вот, скажем, каталог для хранения профилей: в Windows 9x все файлы лежали в C:\Windows\system\color, а в Windows 2000 — в C:\Windows\system32\spool\drivers\color. Так что если программа не может найти ваш профиль, попробуйте скопировать его в другой каталог или сменить расширение.

Цветовые пространства

Что такое цветовое пространство? Как в математике, пространство — это система координат с определённым способом преобразования в координаты других пространств. Например, точка (255,255,0) в RGB-прост­ранстве, обозначающая жёлтый цвет, может соответствовать точке (0,0,100,0) в CMYK-прост­ранстве.

Любое цветовое пространство строится на базе некоторой цветовой модели: например, RGB, CMYK, HSB, Lab.

Пространства бывают абсолютными и относительными. Абсолютное пространство описывает цвета независимо от какого-либо устройства воспроизведения и нередко неразрывно ассоциируется со своей собственной цветовой моделью. Хотя абсолютное пространство имеет бесконечные размеры, все видимые человеческим глазом цвета умещаются в конечной области. Примеры абсолютных пространств (рис. 6):

Рис. 6. Абсолютные пространства XYZ, Lab

Абсолютные пространства: XYZ, Lab
  • XYZ — грубо говоря, интенсивность раздражения длинных, средних и коротких колбочек глаза. На самом деле, конечно, не существует излучений, способных создавать только один вид цветовых стимулов (см. выше). Говоря точнее, за Y принимается яркость, так как при солнечном свете глаз наиболее чувствителен к средним, «зелёным» волнам, а X и Z — координаты цветности, которые так же не имеют реального физического смысла. Такая цветовая модель удобна для регистрации цвета, поэтому колориметры обычно выдают свои показания именно в координатах XYZ. Ещё в теории цвета часто используется производное пространство Yxy с нормированными координатами цветности, чтобы можно было строить диаграммы цветности (двухмерные, без учёта яркости) фиксированных размеров.
  • CIE RGB (CIE 1931) — одно из первых смоделированных пространств при изучении человеческого зрения. Как можно видеть на рис. 5а, ни один из трёх используемых стимулов, выбранных из технологических соображений того времени, не совпадает с чувствительностью колбочек глаза. Такого совпадения и не требуется, потому что базовые цвета могут быть почти произвольными: они лишь обязаны быть удовлетворять условию независимости (кардинальности), то есть чтобы один из цветов не получался при смешении других, а для создания «белого» требовались все три.
  • CIE LAB, LUV — яркость и цветоразностные координаты (синий-жёлтый, малиновый-зелёный). Предназначение этих искусственных пространств и их многочисленных разновидностей — L*a*b*, L'u'v', L*u*v* — станет ясно чуть позже, после замечания о нелинейности цветового восприятия.

Относительное пространство описывает цвета в контексте конкретного материально существующего устройства. Для этого выбираются предельные значения координат (например, от 0 до 255), которым сопоставляются предельно достижимые устройством цвета абсолютного пространства, а за начало координат принимается некоторая «точка белого цвета», соответствующая выбранной цветовой температуре. Например (рис. 7):

Рис. 7. Примеры относительных пространств (проекция на плоскость xy)

Примеры относительных пространств: Wide Gamut RGB, Adobe RGB, sRGB, CMYK-принтер (проекция на плоскость xy)
  • Adobe RGB, sRGB, Wide Gamut RGB — в качестве координат используют интенсивности свечения красного, зелёного и синего света. RGB-пространства аддитивны, то есть рост координат идёт от чёрного к белому. Наибольшее распространение получило пространство sRGB (T=6500, Г≈2,2), продвигаемое Microsoft совместно с Hewlett-Packard; ко всем изображениям при работе в Windows по умолчанию применяется именно оно. К недостаткам sRGB относят зауженную область зелёно-голубых оттенков. Adobe RGB лишён этого изъяна и вмещает в себя почти все цвета, воспроизводимые современными печатающими устройствами, что важно для профессионалов. Наиболее широкий охват имеет Wide Gamut RGB (Т=5000, Г=2,2) — фактически максимально возможный для трёхкомпонентной системы: 78 % видимых цветов против 51 % у Adobe RGB; к сожалению, такой универсальной тройки базовых цветов, смешением которых можно получить все цветовые ощущения, попросту не существует. Необходимо помнить, что чем шире охват, тем сильнее ступенчатость между соседними градациями в цифровом представлении, поэтому для работы с такими пространствами как Wide Gamut рекомендуется использовать глубину цвета 16 бит на канал вместо обычных 8-ми бит.
  • Euroscale CMYK, SWOP CMYK — используются при описании процесса офсетной печати. CMYK-пространства субтрактивны, то есть рост координат идёт от белого к чёрному.
  • HSB (HSL) — вместо системы независимых красителей, таких как RGB, в этой системе применяются интуитивно-понятные термины цветовой оттенок (hue), насыщенность (saturation) и яркость (brightness, lightness). Обычно модель HSB служит только для выбора цвета в графических программах, а сами изображения кодируются всё-таки как RGB или CMYK. Существует абсолютное пространство, использующее похожую на HSB цветовую модель, — это CIE LCh; оно применяется для научных расчётов.
  • Пространства ваших мониторов, проекторов, телевизоров, сканеров, фотокамер, принтеров — это пространства конкретных реально существующих устройств, измерение параметров которых и является целью характеризации. Охват большинства мониторов вписывается в рамки sRGB, принтеры могут частично выходить за его границы, а для сканеров и камер не всегда хватает даже Wide Gamut RGB. Охват устройства зависит от спектральной чистоты его базовых цветов: чем шире полоса длин волн, создающих тот или иной базовый стимул, то есть чем больше примесей к монохроматическому излучению, тем выше метамерия — цвет более блеклый, близкий к белому, а, следовательно, и охват меньше.

Рис. 8. Эллипсы МакАдама — области неразличимых цветов на диаграмме цветности xy (размеры областей увеличены в 10 раз)

Эллипсы МакАдама на диаграмме цветности xy (размеры областей увеличены в 10 раз)

Исторически первыми появились компараторные методы колориметрии: сидел человек и сравнивал два светящихся круга — один определяемого цвета, а другой из смеси базовых цветов — подбирая состав смеси таким образом, чтобы добиться полной схожести. Но как объективно измерить степень схожести цветов? Оказалось, что наше цветовое восприятие нелинейно относительно внешних раздражителей: одинаковую с точки зрения точных приборов разницу между, скажем, двумя синими и двумя жёлтыми оттенками мы можем счесть неодинаковой. Исследователь из США МакАдам по результатам эксперимента с компаратором смог определить области неразличимых оттенков, получившие название эллипсов МакАдама (рис. 8).

Используя эллиптические области как единичную метрику цветового различия, Международная комиссия по освещению CIE создала модель Lab, частично линеаризующую пространство XYZ с точки зрения восприятия. (Официально эта модель называется L*a*b*, так как в ней используются не исходные переменные L, a и b, а производные от них. В публикациях, чтобы не употреблять звёздочки, модель часто называют LAB, подчёркивая отличие от Lab.) Важное понятие, вошедшее в обиход профессионалов с распространением модели Lab — расстояние между двумя цветами delta E или просто δE: греческая буква «дельта» символизирует разность двух величин, а буква «е» взята от английского слова error (ошибка) — так сказать, «разница-ошибка» или «масло масляное». Практически dE используют как меру погрешности при воспроизведении цвета: 1,0 — почти неразличимо человеком, что соответствует границе эллипсов МакАдама, выше 3,0–5,0 — бросается в глаза при непосредственном сравнении. Например, верификация качественного непрофессионального ЭЛТ-монитора в наших тестах давала среднее значение несоответствия 0,8–0,9, хорошего ЖК-монитора — 1,1, не очень качественного ЖК — 1,8–2,2, ЖК-проектора начального уровня — 4–6. Существует несколько формул для dE, удобных каждая со своей точки зрения. Так, простое евклидово расстояние (dE-1976) легко посчитать вручную, но результат не всегда соответствует воспринимаемым ощущениям: прежде всего мы обращаем внимание на разность оттенков, потому на степень насыщенности, и только в последнюю очередь на яркость. Для учёта этих особенностей сначала была сконструирована функция dE-1994, а потом и наиболее совершенная dE-2000.

Чуть ранее L*a*b* стала достоянием общественности альтернативная модель L*u*v*, а также промежуточные координаты цветности u'v' (рис. 9). На диаграмме u'v' нетрудно видеть, что охват sRGB в зелёно-голубой области не такой уж ущербный.

Рис. 9. Пространство видимых цветов в проекции на диаграммы цветности xy, u'v' и ab (для примера очерчен охват Wide Gamut RGB и sRGB)

Пространство видимых цветов в проекции на диаграммы цветности xy, u'v' и ab (для примера очерчен охват sRGB)

Координаты LAB и LUV, вообще говоря, могут отсчитываться от разных точек белого, хотя обычно подразумеваеся D50. Но неоднозначности на этом не заканчиваются: какими бы равномерно воспринимаемыми ни являлись LAB/LUV на фоне других цветовых моделей, в некоторых областях есть серьёзные искажения. То есть постоянство, скажем, синих оттенков имеет место не на радиальных линиях от начала координат в бесконечность, а на кривых траекториях. Таким образом, ни одна формула вычисления цветовой разности DeltaE принципиально не может являться истиной в последней инстанции.

Дальше ещё интереснее: оказывается, наша способность различать цвета, как и способность цветовой адаптации, зависит от размера сравниваемых объектов. В первых цветовых компараторах диаметр сравниваемых кругов подбирался исходя из диаметра человеческого зрачка, так чтобы угловой размер круга составлял 2°. Позднее возникло обоснование, что более корректно проводить сравнения не кругов, а колец с вешним размером 10° и внутренним 2°, то есть, наоборот, исключить влияние центральной части сетчатки. Однако этот подход оказался не очень удобным при конструировании приборов, поэтому до сих пор, когда проводят измерения в системе XYZ, имеют в виду модель CIE 1931, а не CIE 1964.

Надеемся, теперь у читателя не осталось сомнений в несовершенстве любых существующих методов описания цвета: не придумали пока, как совместить математику, физику и анатомию на равноправной основе.

Преобразование цветов между пространствами

Итак, у вас уже есть калиброванный монитор со своим профилем, и есть фотография, которую вы хотите отредактировать и распечатать. На минутку представим, как всё это может выглядеть с точки зрения компьютера:

  • Фотография: растровое изображение в относительных координатах RGB от 0 до 255, привязанных к простран­ству sRGB. Относительное пространство sRGB определено координатами в абсолютном простран­стве XYZ.
  • Графический редактор: программа, работающая с относительными координатами RGB, привязанными к пространству Adobe RGB, которое определено через XYZ.
  • Дисплей: устройство, использующее относительные координаты RGB для формирования зрительного образа с охватом, реально соответствующим Apple RGB (допустим, вы так откалибровали свой монитор). Пространство монитора, так же как предыдущие два, задано через XYZ.
  • Принтер: устройство, использующее относительные координаты CMYK от 0 до 100 для обеспечения охвата Generic CMYK. Профиль принтера описан в простран­стве Lab.

Ну что, голова кругом не пошла? К счастью, все заботы о связывании и преобразовании пространств берёт на себя система управления цветом. Но человеку тоже остаётся поле для размышлений, если он стремится получить лучший результат, потому что каждый режим преобразования сохраняет одни характеристики цвета ценой других (рис. 10), согласно своему назначению (rendering intent).

Рис. 10. Способы преобразования цветовых пространств (линиями соединены совпадающие цвета)

Способы преобразования цветовых пространств: perceptual, relative / absolute colorimetric, saturation (линиями соединены совпадающие цвета)

Перцепционное преобразование (perceptual, по восприятию) сжимает исходное пространство там, где оно «не влезает» в конечные габариты. Причём лишние и граничные области сжимаются сильнее, а совпадающие цвета почти не претерпевают изменений. Такой способ очень напоминает адаптивность нашей зрительной системы и поэтому используется наиболее часто при работе с фотографиями.

Относительный колориметрический алгоритм (relative colorimetric) просто обрезает лишние области исходного пространства, заменяя их ближайшим подходящим цветом конечного. Очевидно, что обрезание не является обратимым, в отличие от перцепционного сжатия, которое позволяет худо-бедно восстановить пострадавшие области при переходе в более широкое пространство. Однако если цвета исходного изображения полностью вписываются в конечное пространство, лучший результат даст именно колориметрический способ, потому что перцепционный выполняет сжатие, не учитывая, требуется ли оно на самом деле. Какой из алгоритмов применять, можно прикинуть так: если на фотографии присутствуют сочные цвета, безопаснее перцепционный, если охват умеренный (например, на портрете), имеет смысл попробовать колориметрический.

Абсолютный колориметрический метод (absolute colorimetric) действует подобно относительному, но в отличие от последнего не сдвигает точку белого. Это наиболее точный с позиций абстрактной математики способ, только вот практическое применение у него ограничено, потому что без компенсации нейтральных тонов в большинстве случаев получаются никуда не годные результаты — с завалами в синюю или жёлтую область.

Преобразование с сохранением насыщенности (saturation) полезно для графики с чистыми цветами, такой как диаграммы и рисунки, когда мы переходим от более узкого охвата к более широкому. Например, что получается, когда создают презентацию в стандартном пространстве sRGB, а потом распечатывают на CMYK-принтере, краски которого, особенно жёлтая и голубая, находятся за преде­лами sRGB? Вместо чистого жёлтого на бумаге мы видим примесь малинового, а чистый голубой либо смещается в зелёную область за счёт добавления жёлтого, либо затемняется чёрной краской, либо осветляется с помощью растровых узоров. Вот чтобы такого не было, и нужен режим saturation. Конечно, для фотографий он не подходит.

Все вышеперечисленные методы, даже абсолютный колориметрический, допускают сопряжение пространств по яркости путём манипуляций с точкой чёрного (black point compensation). Без этого происходила бы потеря деталей в тенях при переходе от пространства с большим динамическим диапазоном к узкому (как при печати на принтере), так и наоборот, густой чёрный превращался бы в грязно-серый (как при сканировании отпечатков на сканере с большой светосилой).

Возникающие проблемы

В заключение рассмотрим наиболее часто возникающие проблемы:

  • При любой проблеме первым делом обязательно проверьте, что:
    • Монитор достаточно прогрет.
    • На экране и в поле зрения нет бликующих предметов.
    • Перед калибровкой произведён сброс настроек монитора (кроме геометрии и фокусировки, конечно).
  • Программа калибровки отказывается работать, ссылаясь на то, что ваша система не поддерживает гамма-коррекцию.
    • Глубина цвета рабочего стола менее 24 бит.
    • Некоторые функции видеокарты заблокированы, например, на вкладке Диагностика в дополнительных свойствах экрана Windows.
    • Устаревшая видеокарта без LUT.
  • Не удаётся довести яркость экрана до нормы.
    • При аналоговом подключении проверьте амплитуду сигнала (0,7 или 1,0 В): на мониторе требуется установить то же значение, которое выдаёт видеокарта.
    • Слишком старый монитор.
  • Резкая потеря градаций в тенях.
    • Многие любительские мониторы, особенно это касается ЖК, не способны обеспечить требуемое различие тёмных градаций.
    • Вместо матричного профиля ошибочно построен табличный.
  • После этапа измерений температура белой точки резко отклоняется от той, что была достигнута на этапе настройки монитора.
    • На ЭЛТ-мониторе проверьте, что кадровая частота достаточно высокая.
    • На ЖК-мониторе вы, возможно, не проводили настройку температуры (рекомендованный вариант). Поначалу полученная температура может казаться неестественной, но это ощущение обычно проходит через пару минут.
  • Серые области имеют выраженный цветовой оттенок.
    • Проверьте, что «серый» цвет действительно серый с точки зрения компьютера: в пространстве Lab координаты a и b должны быть нулевыми. Иначе проблема не в видеосистеме, а в неправильном выборе профиля или метода преобразования.
    • Старый монитор (более 5-ти лет).
    • Слишком большие различия между реальными гамма-показателями RGB-каналов. «Слишком большие» — это значит действительно очень большие, потому что обычно калибровке под силу даже существенные неидеальности проекторов.
    • Дефект измерительного прибора.
  • Большие отклонения при верификации профиля.
    • Для проекторов это нормально, учитывая сделанное выше замечание.
    • На ЖК-мониторах причиной искажения цветов может стать продавливание экрана под весом колориметра. Некоторые приборы оказываются чувствительны к углу крепления датчика по отношению к сетке ЖК-ячеек; старайтесь точно следовать инструкциям.
    • Возможно, изменение уровня входного сигнала приводит к непропорциональному изменению светимости RGB-каналов по спектру длин волн. Такое характерно в основном для ЖК.
    • На ЭЛТ-мониторах следует проверить частоту обновления.
    • Вместо матричного профиля можно попробовать построить табличный, и наоборот.
  • Общее несоответствие пробного изображения (CMYK Preview, Soft Proof) и отпечатка.
    • Неправильное освещение на рабочем месте. Организация просмотрового места — это целая наука.
    • Несоответствие профиля принтера его реальным характеристикам, включая чернила и бумагу.
    • Низкое качество системы управления цветом.
  • Несоответствие голубых, жёлтых и др. тонов пробного изображения и отпечатка.

Самсонов А.

Автор выражает благодарность Петру Кузнецову, менеджеру по продуктам Pantone дистрибьюторской компании «Графитек», за помощь в подготовке материала.

Статью "Калибровка монитора: от простого к сложному (2007-09-01)" Вы можете обсудить на форуме.



Спонсоры страницы:
Сниму комнату на Севере Москвы


вверх
  Copyright by MorePC - обзоры, характеристики, рейтинги мониторов, принтеров, ноутбуков, сканеров и др. info@morepc.ru  
разработка, поддержка сайта -Global Arts