Калибровка мониторов на основе науки о цвете – колориметрии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Полиграфическая индустрия активно развивается и предлагает клиентам все больше новых и интересных решений. Также растет требовательность заказчиков к результату работы типографий, поэтому качество печатной продукции должно быть как можно более высоким. Результат труда полиграфического предприятия и его соответствие ожиданию заказчика оценивается по большей части визуальным качеством продукции, поэтому одной из основных проблем в полиграфии можно считать работу с цветом. Для корректной работы с цветом в полиграфии необходимо соблюдать определенные правила и требования на всех этапах создания печатной продукции.

Суть проблемы адекватного цветовоспроизведения заключается в следующем: каждое реальное физическое устройство -- сканер, монитор, принтер обладают своим специфическим цветовым охватом. На мониторе приходится имитировать вид изображения на устройствах с более узким цветовым пространством, например, в печати. Таким образом, исключительную важность составляет задача корректного отображения визуальной информации на дисплеях мониторов. Калибровка мониторов позволяет решить эту задачу.

В свете вышеизложенного, стоит отметить, что тема данной курсовой работы особенно актуальна в вопросах качества полиграфического производства. Все допечатные процессы в настоящее время выполняются на персональных компьютерах, следовательно, для контроля используется монитор.

Целью данной курсовой работы является изучение методов решения практической задачи - калибровки мониторов на основе науки о цвете - колориметрии. Для этого также требуется исследовать системы управления цветом, которые осуществляют преобразования между разными моделями представления цвета различных устройств.

Для достижения вышеописанных целей были поставлены следующие задачи:

· Изучение систем управления цветом

· Анализ проблем полиграфии, связанных с работой с цветом

· Изучение основных принципов калибровки мониторов

· Обзор существующих программных и аппаратных средств калибровки мониторов

Объектом данного исследования являются процессы цветовоспроизведения в полиграфии.

Предмет изучения - колориметрическая настройка мониторов в полиграфии.

1. Колориметрия

Что такое цвет? Цвет -- это качественная субъективная характеристика электромагнитного излучения оптического диапазона, определяемая на основании возникающего физиологического зрительного ощущения и зависящая от ряда физических, физиологических и психологических факторов. Восприятие цвета определяется индивидуальностью человека, а также спектральным составом, цветовым и яркостным контрастом с окружающими источниками света, а также несветящимися объектами [1].

Промышленные технологии и мировое разделение труда достигло такого уровня развития, что возникла острая необходимость в точном числовом описании цветовых ощущений людей, стандартизации и инструментальном воспроизведении цветовых ощущений по числовым данным.

Методами измерения, выражением количества цветов и их различий занимается наука колориметрия, возникшая в XIX веке [2].

Главную роль в ее развитии сыграли сформулированные немецким математиком Г. Грассманом законы, по которым каждый цвет является суммой трех других цветов, взятых в определенных долях. При этом такие цвета должны быть независимыми, то есть два из них, смешиваясь, не должны давать третий. Независимые исходные стимулы называют кардинальными стимулами.

Измерить цвет -- значит выразить его через какие-то величины и тем самым определить его место во всем множестве цветов в рамках некоторой системы их выражения или математического описания.

Цвета представляются в виде кортежей чисел (упорядоченного набора из n элементов), обычно трех или четырех значений, называемых цветовыми компонентами (координатами), такая абстрактная модель описания представления цветов называется цветовой моделью. Вместе с методом интерпретации этих данных (например, определение условий воспроизведения и/или просмотра -- то есть задание способа реализации), множество цветов цветовой модели определяет цветовое пространство [3].

Сетчатка глаза человека имеет 3 вида фоторецепторов (светочувствительных сенсорных нейрона сетчатки глаза) -- колбочек, ответственных за цветное зрение. Каждый вид колбочек реагирует на определённый диапазон видимого спектра. Отклик, вызываемый в колбочках светом определённого спектра, называется цветовым стимулом, при этом свет с разными спектрами может иметь один и тот же цветовой стимул и, таким образом, восприниматься человеком одинаково. Это явление называется метамерией -- два излучения с разными спектрами, но одинаковыми цветовыми стимулами, будут неразличимы для человека.

Существует большое количество цветовых пространств различной размерности -- от одномерных, которые могут описать исключительно монохромное изображение, до шести и десяти-мерных, таких, например, как пространство CMYKLcLm (Cyan, Magenta, Yellow, Key color, lightCyan, lightMagenta).

Цветовое пространство XYZ -- это эталонная цветовая модель, заданная в строгом математическом смысле организацией CIE (International Commission on Illumination -- Международная комиссия по освещению) в 1931 году. Цветовая координатная система абстрактного колориметра CIE XYZ может выступать в роли связующего математического пространства - то есть пространства, связывающего различные реальные или абстрактные трехстимульные визуальные системы. Существуют стандартные формулы, позволяющие пересчитать координаты XYZ в координаты любой другой цветовой модели (например, L*a*b*). При обработке изображений для устройств печати чаще всего имеют дело с тремя цветовыми моделями: CIE -- перцепционное цветовое пространство, RGB -- аддитивное цветовое пространство и CMYK -- субтрактивное цветовое пространство. Цветовая модель RGB является естественной для электронных устройств ввода, таких как мониторы компьютеров, сканеры и цифровые камеры, в которых воспроизведение цвета основано на пропускании или поглощении света, а не на его отражении [4].

1.1 Системы управления цветом

Под управлением цветом понимают согласование всех устройств ввода и вывода внутри единой цепи системы обработки изображения с целью надежного достижения на печатном оттиске требуемого качества цветовоспроизведения независимо от состава используемых устройств. Система гарантирует оптимальную передачу цвета при условии использования профилей ICC, описывающих характеристики цветопередачи печатного оборудования, монитора и устройств вывода. В управлении цветом ICC-профилем называют набор данных, характеризующий устройство цветного ввода или вывода или цветовое пространство согласно стандартам, провозглашенным Международным консорциумом по цвету (ICC - International Color Consortium). Важнейшей причиной, заставляющей сегодня работать с системой управления цветом, служит, прежде всего, уверенность, что правильный результат на вывод будет получен с первого раза.

1.2 Цветовой охват и задачи цветовых преобразований

калибровка монитор цвет колориметр

Каждое устройство, которое работает с цветом, обладает способностью воспроизводить определенную гамму цветов, то есть имеет так называемый цветовой охват. Воспроизводимая гамма зависит от многих факторов, начиная с конструкции конкретного устройства, используемого цветового пространства или модели (CMYK, CMY, RGB) и заканчивая расходными материалами (чернилами для принтеров, красками для печатных машин и т. д.). При этом каждое устройство имеет свой, характерный только для него цветовой охват.



Рис.1 Перекрытие цветовых пространств офсетной печати (в), монитора (б) и слайдовой фотопленки (а).

На рисунке 1 показано перекрытие цветовых пространств офсетной печати (CMYK), монитора (RGB) и слайдовой фотопленки (RGB), все эти охваты лежат внутри фигуры, похожей на треугольник. Это цветовое пространство с координатами XYZ, оно включает в себя весь видимый человеческим глазом цветовой спектр. Некоторое время спустя, а именно в 1976 году, пространство CIEXYZ трансформировалось в пространство CIELab, которое в большей мере отвечает условиям субтрактивного синтеза и стало, по сути, стандартным в современных полиграфических системах работы с цветом. Использующиеся для работы в цветных устройствах (сюда относятся мониторы, цветные принтеры, печатные машины и т. д.) пространства имеют определенные координаты внутри общей системы координат XYZ. При этом цветовые охваты у них значительно отличаются друг от друга. В целом аппаратно-зависимое пространство CMYK гораздо меньше аппаратно-зависимого пространства RGB.

Хотя модель RGB обладает более широким цветовым охватом, чем CMYK, тем не менее, в CMYK имеются области, не представленные в RGB. Другими словами, существуют некоторые печатаемые цвета, не воспроизводимые на экране монитора (например, чистый голубой). Таких цветов нет в устройствах, работающих на основе сигналов RGB. Нередко при работе с различными цветными изображениями необходима процедура трансформации изображения из одного цветового пространства в другое. Естественным требованием в этом случае является отсутствие потери информации во время преобразования. Цвета, лежащие за пределами цветового охвата, воспроизводимого устройством назначения, нужно трансформировать таким образом, чтобы они вошли в пределы этого охвата, и при этом насколько возможно сохранили цвета оригинала. С помощью обычной издательской программы можно обеспечить трансформацию цветов в соответствии с тем цветовым охватом, который присущ конкретному устройству. В итоге на каждом устройстве цветное изображение выглядит по-разному. Главной причиной этого является отсутствие стандартизации цветовых моделей, которые традиционно используются в репродуцировании. RGB-сигналы, с которыми работает сканер, отличаются от RGB-сигналов монитора, которые в свою очередь отличаются от значений модели CMYK. При этом все они являются аппаратно-зависимыми и охватывают только часть видимого спектра. Каждый тип мониторов отличается один от другого, каждый сканер обладает специфическими характеристиками. Что же касается CMYK, то в Европе существует стандарт офсетной печати Eurostandard, но он не включает в себя газетную печать. В США действует SWOP (Specifications for Web Offset Printing), в Канаде есть свой SWOP, похожий на американский, но все же иной. Свой набор печатных “стандартов”, зависящих от типа краски, существует и в Японии. Проблема стандартизации еще более усложняется, если к офсетной добавить глубокую, флексографскую, шести- и семикрасочную печать [5].

С помощью CIELab оказалось возможным построить систему управления цветом (Color Management System - CMS) для всех устройств независимо от того, являются они устройствами ввода или вывода (рис. 2).



Рис. 2. Система управления цветом на базе цветового пространства CIELab.

Управление цветом частично осуществляется операционной системой, вспомогательными библиотеками, приложениями и устройствами. Для обеспечения кроссплатформенности, используются ICC- совместимые системы управления цветом. Международный Консорциум по Цвету (International Color Consortium, ICC) -- это индустриальный консорциум который создал открытый стандарт Color Matching Module(CMM)(модуль цветового соответствия), действующий на уровне операционной системы, а также цветовые профили ICC для устройств и рабочих пространств (цветовые пространства, доступные для работы пользователей), помимо прочего существуют профили, встраиваемые в устройства. Всё это обеспечивает полноценный процесс преобразования цвета от источника к приемнику [6].

Цветовой, или ICC, профиль представляет собой файл, где в стандартной форме записаны данные, необходимые для определения цветовых свойств монитора, сканера, цифровой фотокамеры или принтера и других устройств печати. Для каждого печатного или отображающего устройства или процесса, как физического, так и виртуального, можно определить цветовое пространство и, соответственно, цветовой профиль.

Полноценный профайл устройства содержит:

-- указание на то, какая цветовая координатная система должна использоваться CMM (Color Management Module) графического редактора при работе с этим профайлом -- т.н. Profile Connection Space (PCS);

-- цветовые координаты белой точки устройства, и, иногда, чёрной точки;

-- цветовые координаты осветителя;

-- таблицы (от 2 до 6) преобразования наборов значений плотностей красок (для печатающих устройств) или степени свечения люминофоров (для аддитивных устройств) в ЦКС PCS и обратно;

-- таблицы компенсации градационных искажений устройства;

-- таблицы предыскажений входных данных, служащие для увеличения точности преобразования (чаще всего не используются, то есть таблица -- просто линейная функция);

-- ряд других служебных данных [7].

Если есть описание цветовоспроизводящих свойств устройства (профайл), то аппаратным данным легко могут быть поставлены в соответствие цветовые координаты (цветовые ощущения). Любому сочетанию значений RGB (CMYK) данного устройства однозначно соответствуют определенные цветовые координаты.



Рис. 3. Согласование цветовых координат устройств

Например, аппаратным данным С= 71; M= 46; Y= 95; K= 34 для принтера Epson 1290, заправленного стандартным картриджем и бумагой Premium Semigloss Photo paper, работающего через РИП Harlequin, соответствует цветовое ощущение с координатами L= 47 ; a= -18; b= 35 (цвет хаки) (Рис. 3).

Если изменить хотя бы один из параметров цветовоспроизводящего устройства, например, скорректировать цветовую температуру белой точки монитора, заменить глянцевую бумагу в принтере на матовую или в офсете поменять мелованную бумагу на газетную, -- у нас появится совершенно новое устройство. Оно уже по-другому будет воспроизводить аппаратные данные из файла, и следовательно, потребуется новое описание его цветовоспроизводящих свойств, т.е. создание нового профайла.

Таким образом, для минимизации ошибки на этапе допечатной подготовки исключительную важность составляет регулярная калибровка мониторов.

2. Калибровка монитора

2.1 Нелинейность монитора-колориметра

Первый колориметр появился в конце XIX века и представлял собой картонный круг, разделенный на три окрашенных сектора (вертушка Максвелла), который освещался белым светом. Круг вращался и, в зависимости от относительной площади секторов, возникало то или иное цветовое ощущение.

Затем в начале двадцатых годов XX века в Британии Джон Гилд, работавший в Английской национальной физической лаборатории, создал колориметр, свет от лампы которого, проходя через специальные фильтры, образовывал три узкополосных кардинальных стимула с длинами волн: 700,0 Нм (вызывает ощущение насыщенного красного), 546,1 Нм (вызывает ощущение насыщенного зеленого) и 435,8 Нм (вызывает ощущение насыщенного синего).

Рис. 4. Кардинальные стимулы колориметра CIERGB

Колориметр Гилда был использован для проведения фундаментальных научных исследований, которые, в свою очередь, легли в основу колориметрического стандарта, принятого Международным Осветительным Конгрессом (CIE) в 1931 г и действующего по сей день. Колориметр Гилда назван колориметром CIE RGB.

Колориметр Гилда энергетически линеен, в отличие от монитора. Для примера приводится рисунок 5, на котором представлено спектральное распределение энергии при полной интенсивности кардинальных стимулов TFT-монитора Eizo GC 18.

Рис. 5. Спектральное распределение энергии при полной интенсивности кардинальных стимулов TFT-монитора Eizo GC 18.

Таким образом, шкала измерений монитора энергетически нелинейна, поэтому невозможно непосредственно написать матрицу перехода между колориметром XYZ и монитором, так как матричные преобразования применимы только к уравнениям с линейными коэффициентами [8].

Классический трехстимульный визуальный колориметр энергетически линеен во всех своих составляющих, но, как известно, между напряжением входного сигнала и интенсивностью свечения люминофора задается соотношение в виде нелинейной функции, близкой к степенной:

,

где I - интенсивность свечения люминофора, V - напряжение, k - линейный коэффициент.

Степень данной функции принято называть гаммой нелинейности кинескопа. Как правило, =2,2 - 2,6.

Для того, чтобы компенсировать нелинейность дисплея недостаточно внести предыскажение сигнала в видеоадаптер компьютера, так как изменение интенсивности ощущения светлоты нелинейно зависит от изменения энергетической интенсивности стимула, вызывающего это ощущение. Это объясняется физиологией человека. Выходом из создавшегося положения стала нелинейная дискретизация (нелинейное кодирование) информации о яркостях. При этом отличие одного уровня энергии от другого не является постоянной величиной, то есть шаг дискретизации подчиняется некоторой выбранной зависимости, которая во избежание потерь визуальной информации должна приближать распределение уровней энергетической яркости к функции восприятия яркостей человеком. Такая нелинейная зависимость называется предыскажением.

В качестве функции предыскажения была выбрана степенная зависимость вида . Величина - это гамма-предыскажение. Для платформы PC значение гаммы-предыскажения = 2,2, а для платформы Mac -- 1,8 (Рис. 6).



Рис. 6. 1 - кривая нелинейности восприятия яркостей зрением человека, 2 -- = 1/1,8, 3 -- = 1/ 2,2.

Гамма-предыскажение было положено в основу работы всех систем восьмибитного кодирования яркостей, что позволило сохранить максимум визуальной информации об объекте. Однако информация, искаженная при кодировании не могла быть достоверно визуализирована линейной видеосистемой, необходимо было компенсировать внесенное предыскажение с помощью «гамма-компенсации» (Рис. 7 ) [8].

Рис. 7. Общая схема, иллюстрирующая процессы гамма-предыскажения и гамма-компенсации. Результатом является линейная передача яркостей объектов сцены пикселами дисплея.

В конце 90-х годов прошлого века производители графических плат стали выделять в памяти видеоадаптеров дополнительную управляемую область, именуемую LUT (Look up table). LUT состоит из трех каналов и позволяет вносить коррекцию в функцию изменения интенсивности каждого из кардинальных стимулов монитора-колориметра. Таким образом, LUT - это последний этап на пути к цифро-аналоговому преобразованию и вывода сигнала на дисплей [9].

2.2 Параметры калибровки

Калибровка мониторов предполагает настройку следующих параметров:

-- Гамма

-- Энергетическая яркость белой точки

-- Цветовая температура белой точки

-- Энергетический контраст монитора

-- Энергетическая яркость точки черного

Точка белого и точка черного - это самые яркие и самые темные оттенки, которые может отображать монитор. В результате адаптации по контрасту самый энергетически яркий участок экрана воспринимается зрением как точка белого и становится опорным белым светом, задающим единицы измерения монитора-колориметра, а участок с наименьшей энергией - как точка черного, определяющая нулевые значения кардинальных стимулов. Измеряются в cd/m2. Человек при любом освещении видит объект (заведомо) белого цвета как белый, потому что необходимую цветокоррекцию автоматически проводят человеческий глаз и мозг.

Цветовая температура. Если источник освещения имеет непрерывный спектр тепловой природы, то этому спектру можно поставить в соответствие некоторую температуру, до которой надо нагреть абсолютно чёрное тело, чтобы его излучение имело такой же спектральный состав. Эта температура получила название цветовой температуры. Цветовую температуру измеряют в кельвинах (K).

2.3 Калибровка и характеризация монитора

Чтобы превратить систему видеокарта-монитор в управляемую и предсказуемую требуется два этапа.

Первый этап:

1) Выбор источника опорного белого света и уравнивание его с помощью стимулов монитора-колориметра.

2) Выбор желаемой гамма и точная приводка к ней видеосистемы с помощью LUT видеоадаптера.

Первые два шага объединяются понятием калибровка монитора.

Второй этап - характеризация монитора:

1) определение CIE XYZ-координат кардинальных стимулов монитора-колориметра

2) уточнение получившихся CIE XYZ-координат опорного белого света

3) уточнение получившихся значений гамма для каждого кардинального стимула

4) запись полученной информации в ICC-файл, то есть создание профайла монитора-колориметра.

Важно помнить, что начинать колориметрическую настройку необходимо с грамотной организации рабочих мест.

2.4 Освещение на рабочем месте

Адаптация зрения сформировалась в процессе эволюции как механизм, который гарантирует постоянство идентификации объектов окружающего мира в непрерывно меняющихся условиях освещения. Поэтому является совершеннейшим механизмом, обеспечивающим выживание. При грамотной организации рабочего места цветокорректора следует учитывать влияние адаптации.

Адаптация зрения человека, работающего с изображением, определяется тем, каковы уровни световых энергий в поле зрения и каков их спектральный состав. В рабочем помещении кроме дисплея находятся различные предметы, которые могут влиять на адаптацию зрения. Так, если в окружении дисплея найдется объект с большим уровнем световой энергии, чем белая точка монитора, то именно этот объект определит общую адаптацию зрения и цвета на дисплее будут выглядеть темнее [8].

Если в рабочем помещении цветокорректоров присутствует дневной свет, то адаптация будет непрерывно меняться вместе с естественными изменениями энергетической яркости и цветовой температуры дневного света, вследствие чего изображение на мониторе будет менять свой контраст и цветность. Это неизбежно приводит к ошибкам цветокоррекции.

Колориметрическая настройка мониторов в помещениях с дневным светом и предметами, влияющими на адаптацию зрения, не имеет смысла.

Таким образом, на рабочем месте требуется выполнение следующих условий:

-- полная изоляция помещения от дневного света

-- энергетическая яркость белой точки монитора должна обладать максимальной световой энергией среди предметов, находящихся в поле зрения оператора

-- энергетическая яркость темных предметов в окружении дисплея должна быть больше, чем яркость черной точки монитора

-- в помещении не должно быть предметов с выраженной цветностью

-- фоновое освещение в помещении должно быть подобрано так, чтобы эквивалентная энергетическая яркость поверхностей в поле зрения оператора по ощущению светлоты лежала примерно посередине между белой и черной точками монитора

-- цветовая температура освещения в помещении должны быть равна или близка к цветовой температуре белой точки монитора.

В работе полиграфических предприятий постоянно возникает необходимость в сравнении изображения на экране с его оригиналом или копией на той или иной поверхности. Очевидно, что фоновое освещение не подходит для такого сравнения и необходима организация просмотровых мест.

Существуют стандарты организации цифровой темной комнаты (digital darkroom). В фотографическом и WEB сегменте организации Digital Darkroom, стандарты немного более свободны, чем в полиграфическом. Это ISO 3664 и ISO 12646 соответственно [10].

2.5 Выбор параметров колориметрической настройки мониторов

Выбор параметров колориметрической настройки мониторов зависит от предполагаемых целей их использования.

Возможны следующие варианты использования мониторов:

1) Самостоятельное цветовоспроизводящее устройство. Визуального сравнения изображений на экране с изображениями на других носителях не предполагается.

2) Цветопробное устройство, эмулирующее работу конкретного субтрактивного устройства. Регулярно сравнение изображений на экране с оттисками.

3) Визуализатор изображений, полученных при сканировании слайдов. Регулярное сравнение изображения со слайд-оригиналами.

4) Многофункциональная система, позволяющая оперативно перенастраивать монитор за счет LUT видеоадаптера на любой из предыдущих вариантов использования, не производя при этом новых измерений.

В зависимости от постановки целей использования мониторов требуется правильно выбрать параметры калибровки.

Принципы выбора величин этих параметров для данных вариантов использования монитора-колориметра представлены в таблице:

Принципы выбора величин параметров калибровки в зависимости от целей использования мониторов.

Параметр	Монитор-колориметр как самостоятельное цветовоспроизводящее устройство	Монитор-колориметр как цветопробное устройство	Монитор-колориметр как слайдскан-визуализатор	Монитор-колориметр как полифункциональная система
Фотометрическая яркость белой точки	Выбирается исходя из ощущения оптического комфорта, как правило 80-90 cd/m2. Следует иметь в виду, что оптический комфорт может быть достигнут как на больших, так и на меньших значениях яркости, но: -- выбор большей яркости приведет к сокращению срока службы кинескопа у CRT-дисплеев -- выбор меньших значений яркости приведет к потерям деталей в глубоких тенях изображений.	Уравнивается с фотометрической яркостью тиражной белой поверхности на просмотровом месте	Энергетическая яркость белой точки должны быть в 9-15 раз ниже, чем энергетическая яркость поверхности просмотрового устройства на просвет.	Выбирается максимально возможной. В дальнейшем любая необходимая меньшая энергетическая яркость достигается за счет изменений в LUT видеокарты
Цветовая температура белой точки	Выбирается исходя из чувства оптического комфорта или максимума цветового охвата монитора (как правило, 6500К)	Уравнивается с цветовой температурой света просмотрового места, отраженного от тиражной поверхности	Уравнивается с цветовой температурой света просмотрового устройства на просвет (как правило, 5000К)	Выбирается исходя из максимума цветового охвата монитора (как правило, 6500К). В дальнейшем любая требуемая цветовая температура достигается за счет изменений в LUT.
Необходимый фотометричес-кий контраст монитора	Выбирается максимально возможным и задается уровнем фотометрической яркости черной точки (при выбранном уровне белой)	Должен быть равен фотометрическому контрасту оттисков	Выбирается максимально возможным и задается уровнем энергетической яркости черной точки.	Выбирается максимально возможным и задается уровнем энергетической яркости черной точки.
Фотометричес-кая яркость точки черного	Критерием выбора является минимальная яркость, при которой: -- различимы детали в глубоких тенях изображений -- минимальна хроматическая компонента черной точки	Критерием выбора является уровень фотометрической яркости черной точки оттиска	Критерием выбора является минимальная энергетическая яркость, при которой: -- различимы детали в глубоких тенях изображений; -- минимальна хроматическая компонента черной точки. Приоритет отдается различимости деталей в тенях.	Критерием выбора является минимальная энергетическая яркость, при которой: -- различимы детали в глубоких тенях изображений; -- минимальна хроматическая компонента черной точки. Приоритет отдается различимости деталей в тенях.

Величина степени нелинейности системы (гамма-компенсация) выбирается согласно величине гамма-предыскажения, принятой на данной компьютерной платформе (для Mac - 1.8; РС - 2.2).

2.6 Виды калибровки мониторов

Программная калибровка. Программная калибровка не требует колориметра и полагается на человеческое зрение. С помощью различных программ (например, Adobe Gamma Loader) или современных драйверов видеокарты возможна оценка правильности настройки яркости и контрастности, определение цветовой температуры и гамма-показатели для каждого из трёх каналов «на глаз». Недостатки такого способы обусловлены субъективностью оценки и получением столь же субъективно правильного результата.

Принцип действия программ калибровки монитора:

-- Выполняется построение ICC-профиля монитора (т.е. характеризация устройства)

-- Выполняется калибровка видеосистемы (пары «монитор -- видеокарта»)

-- Как правило, калибровка осуществляется путем перепрограммирования LUT видеоадаптера. Необходим запуск специальной программы при старте системы (у Adobe Gamma эта программа называется Gamma Loader).

В ходе построения профиля (характеризации) определяется следующие параметры:

-- Primaries (первичные, базовые цвета - цветность свечения красного, зеленого и синего люминофора) - узнать их можно из документации и фабричного профиля, поставляемого вместе с монитором

-- Цветовая температура белой точки - определяется визуально с помощью графического теста или же просто выставляется совпадающей с настройкой монитора

-- Функция передачи, исходя из предположения гамма-функции - визуально с помощью теста на уравнивание светлоты полей.

Аппаратно-программный метод, который наиболее распространён, основывается на калибрации и характеризации монитора с помощью аппаратных средств, но приводка гаммы выполняется видеокартой, как и при программной калибровке. Недостаток в том, что видеокарта может не поддерживать такую коррекцию с помощью таблицы преобразования -- look-up table, LUT, но в настоящее время это умеют почти все современные адаптеры, то есть созданные в конце 90-х и позднее. Второй недостаток -- табличные данные необходимо загружать при каждой смене видеорежима или как минимум при включении компьютера -- то есть требуется программа, совместимая с данной версией операционной системы, которая реализует решение этой задачи.

Аппаратная калибровка предполагает подключение колориметра к самому монитору. Такие мониторы и совместимые с ними измерители стоят дорого и оправдывают себя только у профессионалов высокого уровня. 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. (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.

Недостаток аппаратного способа в низкой оперативности смены режимов: при калибровке через LUT можно создать несколько профилей и менять их одним движением. Монитор при этом не перестраивается, а потому не требует времени на «разогрев». Также, LUT позволяет получить произвольное значение контрастности, в то время как аппаратное изменение одних цветовых настроек почти всегда влечёт изменение других: яркость белого влияет на изменение яркости чёрного и т. д.

Результаты калибровки подлежат обязательной проверке (верификации) с последующим составлением паспорта калибровки. В результате верификации выявляется погрешность такой. Так как человеческий глаз не может точно определять параметры цвета и света, но может с большой точностью видеть различие между двумя соседними образцами цвета, а сами приборы имеют допустимую погрешность напрямую стандартизированную с возможностями зрения человека, то используются и смешанные типы профилирования, где ряд аппаратных промеров проверяется и правится по гамма-адаптированным тестовым мишеням визуально. После чего производится повторная верификация данных [11].

2.7 Программное и аппаратное обеспечение калибровки мониторов

Колориметрическую настройку монитора производит человек с помощью измерительного оборудования и при поддержке специального программного обеспечения.

2.7.1 Аппаратное обеспечение калибровки мониторов

В колориметрии применяются два вида измерительных приборов: фотоэлектрические колориметры и спектрофотометры.

Колориметр -- прибор для измерения трёх координат цвета в одной из колориметрических систем. Фотоэлектрические колориметры позволяют измерять как цвет излучения, испускаемого источником, так и цвет излучения, отражённого или пропущенного предметом. Сущность метода состоит в измерении спектрального распределения энергии излучения и последующем вычислении цветовых координат X, Y, Z путём перемножения найденной функции соответственно на три стандартизованные функции сложения основных цветов и интегрирования произведений.

При измерении цвета излучения, отражённого (или пропускаемого) предметом, учитывается ещё функция спектрального отражения (или пропускания).

Анализ измеряемого излучения и вычисления координат цвета в фотоэлектрическом колориметре выполняются автоматически с помощью трёх селективных фотоприёмников, функции спектральной чувствительности которых при помощи светофильтров подбираются совпадающими с функциями сложения основных цветов. Каждый из фотоприёмников преобразует излучение своей спектральной области в электрический ток, выполняя при этом действие перемножения спектральных функций и интегрирования произведений. В результате этого обеспечивается пропорциональность выходных электрических сигналов координатам измеряемого цвета X, Y, Z. Прибор оценивает результирующее излучение от предмета, учитывая как его избирательное отражение (или пропускание), так и освещённость предмета.

Таким образом, 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. Поэтому на выходе датчиков фактически готовые цветовые координаты, 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 некоторыми нужными оптическими характеристиками. Поэтому наиболее точными являются системы аппаратной калибровки, где фильтры точно подогнаны под конкретную модель кинескопа или ЖК-панели.

Спектрофотометр -- это прибор для исследования спектрального состава по длинам волн электромагнитных излучений в оптическом диапазоне, нахождения спектральных характеристик излучателей и объектов, взаимодействовавших с излучением, а также для спектрального анализа и фотометрирования.

Спектрофотометр осуществляет сравнение измеряемого потока с эталонным (референтным) для непрерывного или дискретного ряда длин волн излучения. Спектрофотометр обеспечивает отсчёт или автоматическую регистрацию результатов сравнения в соответствующей двумерной шкале: абсцисса -- длина волны, ордината -- результат фотометрирования на этой длине волны.

Спектрофотометры дают точное представление о структуре приходящего светового потока и являются универсальными приборами цветовых измерений. Только спектрофотометры позволяют собрать необходимую информацию чтобы определять метамеризм (метамерия -- свойство зрения, при котором свет различного спектрального состава может вызывать ощущение одинакового цвета) 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.

2.7.2 Программное обеспечение калибровки мониторов

В соответствии с методами калибровки, программное обеспечение для колориметрической настройки делится на две группы:

1) программы для калибровки монитора без использования аппаратных средств

2) программы, поддерживающие аппаратную калибровку.

К первой группе относятся такие программы, как:

-- Adobe Gamma, ранее входившая в комплект поставки Adobe Photoshop

-- Atrise lutcurve, ее функциональность значительно выше, чем у Adobe Gamma. Внешний вид программы представлен на рисунке 8.

-- Cltest

-- Quickgamma

-- Natural Color Pro

-- и т.д.

Рис.8. Внешний вид программы Atrise lutcurve

Программы, поддерживающие аппаратную калибровку:

-- basiCColor display

-- Argyll CMS (Agryll Color Managment System)

-- Profile Maker

-- встроенные утилиты колориметрического оборудования.

При помощи знаний основ колориметрии, калибровка монитора посредством специальных программ, перечисленных выше, выполняется пошагово и интуитивно понятна.

Заключение

В ходе выполнения курсовой работы был проведен анализ предметной области науки о цвете -- колориметрии, изучены основные понятия, специфические для данной области. Рассмотрены проблемы полиграфии, связанные с работой с цветом, причины, обуславливающие необходимость калибровки мониторов, а также выявлены физиологические закономерности, влияющие на восприятие цвета человеком, что также учитывается в вопросах колориметрической настройки оборудования.

Также были изучены аппаратные и программные средства колориметрической настройки мониторов.

Полученные теоретические знания были использованы автором для изучения принципов и методов решения проблем, связанных с работой с цветом в процессах допечатной подготовки.

Полученные результаты открывают возможности для самостоятельной колориметрической настройки мониторов, правильного оборудования рабочего места для работы с цветом, а также для дальнейшего изучения колориметрии на практике с помощью колориметрических измерительных приборов.

Список использованных источников

1. Цвет [Электронный ресурс] // Википедия - свободная энциклопедия -- Электрон. дан. -- М., 2012. -- Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/Цвет. -- Загл. с экрана.

2. Колориметрия (наука) [Электронный ресурс] // Википедия - свободная энциклопедия -- Электрон. дан. -- М., 2012. -- Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/Колориметрия_(наука). -- Загл. с экрана.

3. Цветовая модель [Электронный ресурс] // Википедия - свободная энциклопедия -- Электрон. дан. -- М., 2012. -- Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/Цветовая_модель. -- Загл. с экрана.

4. Айриг С., Айриг Э. Сканирование -- профессиональный подход [Текст]/ Айриг С. -- М.: Попурри, 1991 г. -- 176 с.

5. Синяк М., Сапошников Н. Управление цветом [Электронный ресурс] // Блог Инк-Маркет -- Электрон. дан. -- М., 2012. -- Режим доступа: http://www.ink-market.ru/info/detail/post/74.html

6. Управление цветом [Электронный ресурс] // Википедия - свободная энциклопедия -- Электрон. дан. -- М., 2012. -- Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/Управление_цветом

7. Шадрин А., Френкель А. Color Management System (CMS) в логике цветовых координатных систем. [Электронный ресурс] // DarkRoomPhoto -- Электрон. дан. -- М., 2012. -- Режим доступа: http://www.darkroomphoto.ru/stati/tsvet-i-kolorimetriya/color-management-system-cms-v-logike-tsvetovyih-koordinatnyih-sistem.-chast-i.html

8. Шадрин А., Френкель А. Колориметрическая настройка мониторов. Теория и практика. [Текст] / Шадрин А. -- М.: Август-Борг, 2005 г. -- 152 с.

9. Куликов А. Гамма и мифология [Электронный ресурс] // Цвет, освещение, метамеризм -- Электрон. дан. -- М., 2012. -- Режим доступа: http://whycolor.narod.ru/GammaMythology.html

10. Косенков А. Организация рабочего места цветокорректора [Электронный ресурс] -- Электрон. дан. -- М., 2012. -- Режим доступа: http://colorizator.ru/?p=2402

11. Самсонов А. Калибровка монитора: от простого к сложному [Текст]: : информ.-аналит. журн. «Мир ПК» / учредитель ЗАО "Издательство "Открытые cистемы". -- 2006, июнь -- . -- М. : ЗАО "Издательство "Открытые cистемы", 2006. 2006, № 04.

12. Киппхан, Г. Энциклопедия по печатным средствам информации [Текст]: / Г. Киппхан; пер. с нем. -- М.: МГУП, 2003. -- 1280 с.

13. Фершильд, М. Модели цветового восприятия [Текст]: / М. Фершильд; пер. с англ. -- USA: Rochester Institute of Technology, 2004. -- 439с.

Размещено на Allbest.ru