Colormanagement Survival - jak przetrwać w środowisku z zarządzaniem barwą? [część 1.]

Praktycznie każda matryca aparatu czy skanera rejestruje barwy w charakterystyczny dla siebie sposób. Monitory - w zależności od technologii matrycy użytych w niej filtrów, a przede wszystkim rodzaju podświetlenia - potrafią wyświetlać większą bądź mniejszą paletę barw (gamut barwowy). Zupełnie inne kolory możliwe są do uzyskania w druku lub na odbitce, zaś spektrum uzyskiwanych barw będzie się różniło w zależności od barwników i pigmentów użytych do produkcji tuszu, tonera, bądź emulsji światłoczułej oraz właściwości papieru.

Aby opanować całe to szaleństwo posługujemy się zarządzaniem barwą opartym na profilach ICC (International Color Consortium - Międzynarodowe Konsorcjum Barwy). Profile te charakteryzują nasze urządzenia wejściowe i wyjściowe przy pomocy koordynatów PCS (Profile Connection Space - przestrzeni łączenia profili), zwykle przestrzeni niezależnych CIE XYZ dla monitorów lub CIE Lab dla monitorów (Commission Internationale de l’Eclairage - Międzynarodowa Komisja Oświetleniowa), dzięki czemu oprogramowanie do edycji zdjęć uzyskuje dokładne dane, jakie barwy zostały zarejestrowane przez dany aparat lub mogą być wyświetlone, bądź wydrukowane, na danym monitorze/drukarce/minilabie. Za ich sprawą nasze aparaty cyfrowe rejestrują barwy zbliżone do tych, które widzimy podczas fotografowania w naturze i które są następnie poprawnie wyświetlone na naszych monitorach. Możemy też zasymulować efekt, jaki uzyskamy w danej technice reprodukcyjnej oraz uzyskać na wydrukach i odbitkach barwy możliwie jak najbliższe temu, co widzimy na monitorze podczas edycji zdjęć.

W odróżnieniu od koordynatów przestrzeni zależnych RGB, których wartości mogą odpowiadać różnym wrażeniom barwnym, koordynaty przestrzeni niezależnych CIE XYZ (oraz wyprowadzonej z niej drogą przekształcenia matematycznego przestrzeni CIE Lab) opisują konkretny walor postrzegany przez standardowego obserwatora, tj. osoby bez wad widzenia barwnego. Przestrzeń CIE XYZ jest funkcją składowych trójchromatycznych, opisującą uczulenie spektralne czopków czerwono, zielono i niebieskoczułych w siatkówce oka - sposób, w jaki światło, będące promieniowaniem elektromagnetycznym, powoduje w widzialnym dla nas zakresie o częstotliwościach od 400 do 780nm postrzeganie wrażeń barwnych. W uproszczeniu - przestrzeń ta (wraz z wyprowadzoną z niej przestrzenią CIE Lab) stanowi zbiór wszystkich postrzeganych przez nas barw.

Pierwszym elementem wdrażanym w łańcuch zarządzanego barwnie obiegu pracy fotografa, jaki omówimy, będą wyświetlacze. Uzyskanie poprawnego wyświetlania barw na monitorze, tablecie, smartfonie, czy telewizorze bądź projektorze osiągane jest zawsze dwuetapowo - przez kalibrację, następnie charakteryzację (oprofilowanie) urządzenia w jego skalibrowanym stanie.

Zadaniem kalibracji jest uzyskanie parametrów obrazowania będące odzwierciedleniem danego standardu przemysłowego lub indywidualnego medium - np. papieru fotograficznego o konkretnej barwie bieli, oglądanego w danych warunkach oświetleniowych. Charakteryzacja polega na stworzeniu profilu ICC zawierającego charakterystykę kolorymetryczną monitora w jego skalibrowanym stanie - mówiąc obrazowo - mapę wyświetlanych przez niego barw, kojarzącą konkretne kombinacje liczb RGB z odpowiadającymi im wrażeniami barwnymi, jakich doświadczymy podczas ich wyświetlenia na ekranie. Kalibrację i profilowanie przeprowadzamy za pomocą zestawu sensora i oprogramowania.

Omówienie zaczniemy na przykładzie oprogramowania podstawowych zestawów X-Rite serii ColorMunki - kolorymetru ColorMunki Display (kalibracja i profilowanie wyświetlaczy) oraz spektrofotometru ColorMunki Photo (kalibracja i profilowanie wyświetlaczy oraz drukarek).

Po zainstalowaniu i uruchomieniu oprogramowania ColorMunki wybieramy opcję profilowania wyświetlaczy. W przypadku, jeśli mamy podłączone więcej niż jeden monitor, wybieramy ten, który będzie poddawany naszym zabiegom. W kolejnym oknie dialogowym wybieramy rodzaj naszego wyświetlacza, przełączamy oprogramowanie w tryb zaawansowany, a następnie definiujemy target (cel) naszej kalibracji. W przypadku podstawowych zestawów wybór parametrów obrazowania ograniczony będzie do kilku predefiniowanych barw punktów bieli, oraz poziomów luminancji, oraz funkcja doboru poziomu luminancji monitora do warunków, w jakich będą eksponowane nasze wydruki/odbitki.

W przypadku barwy bieli za cel zalecam obrać D65, tj. barwę hipotetycznego iluminantu światła dziennego, o skorelowanej temperaturze barwowej 6500K. Przesłanki przemawiające za tym wyborem to fakt, że jest to najbardziej rozpowszechniony standard dla wyświetlaczy - D65 jest standardem telewizyjnym i kinowym. Praktycznie wszystkie telewizory, projektory, tablety, smartfony, monitory biurkowe oraz wyświetlacze w notebookach mają podświetlenie o barwie dążącej do D65 (z lepszym bądź gorszym skutkiem) a efektem tak przeprowadzonej kalibracji jest uzyskanie naturalnie odbieranej bieli i przyjemnych, wizualnie neutralnych (nie za chłodnych, nie za ciemnych) szarości. Wybór ten jest zatem obowiązkowy w przypadku edycji zdjęć publikowanych w Internecie, bądź edycji materiałów video.

Nieco inaczej wygląda sytuacja w zastosowaniach związanych z przygotowywaniem zdjęć do druku. Za podstawę kolorymetrii w branży graficznej i fotograficznej przyjmuje się iluminant D50 - hipotetyczny iluminant światła dziennego o skorelowanej temparturze 5000K. Wszystkie standardowe profile ICC tworzone dla kombinacji drukarek i papierów są obliczane pod D50, sztuczne źródła światła symulujące światło dzienne dążą swą charakterystyką do barwy oraz charakterystyki widmowej tego iluminantu. Wynika to z faktu, że statystyczna średnia skorelowana temperatura barwowa światła dziennego w pomieszczeniach mieszkalnych jest zbliżona do 5000K.

Paradoksalnie jednak kalibracja wyświetlaczy do D50 skutkuje zwykle uzyskaniem zbyt ciepłego odcienia bieli/szarości w stosunku do bieli/szarości na papierze fotograficznym, oświetlonym światłem dziennym bądź sztucznym 5000K. Dzieje się tak m.in. z uwagi na fakt, że papiery fotograficzne wybielane są OBA (Optical Brightening Agents - wybielaczami optycznymi), czyli barwnikami reemitującymi pochłaniane promieniowanie elektromagnetyczne z zakresu UV na 440nm w zakresie widzialnym - czyli mówiąc po ludzku, świecącymi na niebiesko.

Barwników tych (powszechnie obecnych np. w proszkach do prania, dzięki czemu biel ubrań staje się jeszcze bielsza) może w zależności od papieru być więcej bądź mniej, wzbudzane są raz mocniej, raz słabiej, w zależności od ilości UV w świetle, na co wpływ może mieć np. zwykła szyba pochłaniająca 50% UV czy szkło muzealne z filtrem, pochłaniającym blisko 100% promieniowania z tego zakresu. Dlatego między innymi nie sposób określić, jaka konkretna wartość sprawdzi się w naszym przypadku - można jednak wykonać kalibrację do D50, D55, D65 i wizualnie stwierdzić, który cel daje najlepszą zgodność z kombinacją naszego papieru i warunków oświetleniowych. Wybór luminancji determinują docelowy sposób prezentacji naszych fotografii.

W przypadku dążenia do uzyskania zgodności wydruku z monitorem staramy się wybrać poziom luminancji odpowiadający wizualnie bieli papieru w warunkach oświetleniowych, w których będzie on eksponowany. Natężenie światła dziennego w pomieszczeniach mieszkalnych jest stosunkowo niewielkie, przez co praca na zbyt wysokim poziomie luminancji monitora może prowadzić do uzyskiwania wydruków bądź odbitek wizualnie “zbyt ciemnych” w stosunku do tego, co widzieliśmy podczas przygotowywania zdjęć do druku.

W zastosowaniach tego typu preferowana będzie zatem zwykle wartość 80cd/m². Przygotowując zdjęcia do publikacji w Internecie należy się spodziewać, że będą oglądane na relatywnie jaśniejszych wyświetlaczach i tu można się pokusić o kalibrację poziomu luminancji do 120-160cd/m².

Po zdefiniowaniu celu kalibracji, kalibrujemy spektrofotometr ColorMunki Photo lub odsłaniamy optykę kolorymetru ColorMunki Display.

Następnie umieszczamy sensor na ekranie, lekko go odchylając, by dobrze przylegał do jego powierzchni.

Kierując się wskazaniami profilera regulujemy moc podświetlenia wyświetlacza, zmieniając wartość Brightness/Jasność w menu OSD monitora, bądź regulując suwakiem jasności lub klawiszami, w przypadku laptopa. Co istotne - staramy się, by uzyskana wartość luminancji nie przekraczała celu naszej kalibracji, w przeciwnym razie luminancja zostanie zredukowana krzywymi korekcyjnymi w LUT (Look-Up Table - tabela korekcyjna) karty graficznej, co zmniejszy kontrast wyświetlacza i pogorszy jego jakość tonalną.

Po wstępnej kalibracji oprogramowanie przechodzi do pomiarów mających na celu kalibrację krzywej odpowiedzi tonalnej (TRC - Tone Response Curve), starając się, by przebieg gradacji od bieli do czerni był zgodny z krzywą ɣ2,2 (stanowiącą obecnie najbardziej rozpowszechniony standard w wyświetlaczach komputerowych), oraz by w całym przebiegu gradacji zachowana została barwa szarości zgodna z zadanym celem (w przykładzie D65). Korekta linearyzacyjna zapewni poprawną reprodukcję informacji tonalnej w światłach, śródtonach, cieniach i okołoczerniach, poprawną neutralność szarości oraz dokładne odwzorowanie barw. Linearyzacja zostanie zakończona pomiarem charakteryzacyjnym, dostarczającym informacji potrzebnych do stworzenia profilu ICC naszego monitora.

Po zakończeniu pomiarów zdejmujemy z ekranu sensor, definiujemy nazwę i tworzymy profil. Możemy również ustawić, bądź wyłączyć, przypominanie o ponowieniu procedury kolejnej kalibracji i profilowania.

Profil zostanie zapisany w katalogu systemowym oraz przydzielony jako profil ekranu w ustawieniach systemowych zarządzania kolorem - od tego momentu będzie on automatycznie używany podczas wyświetlania zdjęć przez aplikacje wyposażone w moduł zarządzania barwą (CMM - Color Management Module), takie jak Adobe Photoshop, Lightroom i inne programy do konwersji RAW, edycji i katalogowania zdjęć, bądź przeglądarki internetowe.

Możliwości oprogramowania wchodzącego w skład podstawowych pakietów sensorów serii ColorMunki są stosunkowo ograniczone. Na przykładzie oprogramowania i1Profiler wchodzącego w skład pakietów kolorymetru i1Display Pro oraz spektrofotometru i1Pro 2 omówimy funkcje bardziej zaawansowanego oprogramowania kalibracyjnego.

W przypadku kolorymetru X-Rite i1Display Pro procedurę rozpoczynamy od wyboru technologii podświetlenia. Kierujemy się prostą regułą - nowe monitory od dłuższego czasu są podświetlane W-LED w przypadku monitorów o normalnym gamucie, oraz GB-LED w przypadku monitorów o gamucie poszerzonym, tj. oferujących ok. 100% pokrycia przestrzeni Adobe RGB. W przypadku starszych konstrukcji, sprzed kilku lat, najpopularniejszym rodzajem podświetlenia będzie CCFL (świetlówki) - monitory te są zwykle nieco grubsze, powierzchnia matrycy jest cieplejsza, a obraz w przypadku mocniej wyeksploatowanych egzemplarzy jest zażółcony i ciemny. Starsze monitory szerokogamutowe (z >90% pokryciem Adobe RGB) będą posiadały podświetlenie typu Wide Gamut CCFL (świetlówki szerokogamutowe).

Podobnie jak w przypadku podstawowych pakietów, również tutaj zaczynamy definiowanie celu kalibracji od wyboru barwy bieli - mamy tu jednak większą niż poprzednio swobodę wyboru, możemy podać dowolne koordynaty chromatyczne bieli, bądź skorelowaną temperaturę światła dziennego.

Możemy również dokonać pomiaru barwy światła emitowanego przez inny monitor, oświetlającego dane miejsce lub odbitego od papieru (czyli z uwzględnieniem barwy papieru oraz świecenia wybielaczy obecnych w podłożu).

Kolejnym krokiem jest określenie docelowej jaskrawości monitora. Pozostałe parametry to krzywa odpowiedzi tonalnej - tu zawsze zostawiamy ɣ2,2 jako najbardziej rozpowszechnione rozwiązanie. Parametr zmiany kontrastu (Contrast Ratio) umożliwia dopasowanie kontrastu monitora do kontrastowości wydruku/odbitki, bądź kontrastowości teoretycznej odbitki określonej przez ICC na 287:1. Natywny kontrast monitora jest zwykle wyższy (1000-1500:1), więc w przypadku zbyt wysokiej kontrastowości obrazu, przejawiającej się wizualnie wyższym nasyceniem, można posiłkować się tą opcją. Na początek polecam jednak zostawić ją w ustawieniu domyślnym - realnie postrzegany kontrast monitora ograniczany jest przez flarę światła otoczenia, która odbijając się od czerni, redukuje wizualną kontrastowość obrazu.

Po zdefiniowaniu celu kalibracji przechodzimy do opcji tworzenia profilu - tu zalecam zmianę standardu profilu z domyślnego ICC v.4 na ICC v.2 - lepsze jest wrogiem dobrego, obecne oprogramowanie nie korzysta realnie z atutów specyfikacji v.4, a niektóre aplikacje miewają problemy z profilami zgodnymi z nowszą specyfikacją. Adaptację chromatyczna pozostawiamy domyślną (również nie ma znaczenia), podobnie macierzowy typ profilu (Matrix based).

Tablicowy typ profilu stosujemy w przypadku wyświetlaczy kiepskiej jakości - laptopów i monitorów z matrycami typu TN (w wolnym tłumaczeniu Twoje Nieszczęście), mocno nieliniowych, o bieli podświetlenia odległej od D65. W tego typu przypadkach stosujemy taktykę chińskich generałów (atakujemy małymi grupkami po dwa-trzy miliony) - w następnym oknie dialogowym zwiększamy zestaw próbek pomiarowych z małego (small) na jak największy (large).

W kolejnym oknie wybieramy ręczne ustawianie jasności, kontrastu i balansu kanałów RGB (Adjust brightness, contrast and RGB gains manually), zawieszamy sensor, klikamy Start Measurement, wybieramy RGB Controls i Brightness, przystępujemy do czynności kalibracyjnych.

W menu OSD naszego wyświetlacza staramy się odnaleźć opcję “gain RGB”, “custom white point” itp. dającą nam możliwość przycinania kanałów RGB celem skalibrowania barwy wyświetlanej bieli. Pozwoli nam to ograniczyć stopień korekty wprowadzanej do LUT karty graficznej, która z uwagi na 8- bitową głębię zawsze wprowadza straty tonalne w dostępnej palecie barw.W oparciu o wskazania oprogramowania przycinamy dwa z trzech kanałów w ten sposób, by zrównoważyć je z kanałem najsłabszym. Zwracamy przy tym uwagę na koordynaty chromatyczne x,y, starając się doprowadzić je do zgodności z celem (Target).

W kolejnym kroku ustawiamy Jaskrawość podświetlenia w sposób analogiczny, jak w przypadku oprogramowania dla serii ColorMunki.

Ciąg dalszy również jest podobny, jak wcześniej, po zakończeniu pomiarów oprogramowanie tworzy profil i przydziela go w systemie naszemu monitorowi w ustawieniach zarządzania kolorem.

Jako ciekawostkę dodam, że posiadając sensor i1Display Pro lub i1Pro 2 możemy również oprofilować urządzenia mobilne. W tym celu należy pobrać na smartfon lub tablet aplikację X-Rite ColorTrue (dostępna dla iOS i Androida), podłączyć sensor do komputera będącego w zasięgu tej samej sieci bezprzewodowej co smartfon. Aplikacja automatycznie wykrywa obecność sensora i przeprowadza profilowanie urządzenia, dzięki czemu możemy później np. wyświetlać klientom zdjęcia o poprawnej kolorystyce.

Atutem kolorymetrów i spektrofotometrów X-Rite serii i1 jest fakt, że z uwagi na wysoką jakość i olbrzymią popularność, stały się praktycznie standardem. Dzięki temu są one wspierane przez każde oprogramowanie do kalibracji i tworzenia profili, jakie jest na rynku. Umożliwia to wykorzystanie naszego sensora do kalibracji sprzętowej profesjonalnych monitorów, do zastosowań o krytycznym znaczeniu barwy, popularnych wśród fotografów i grafików.

Współczesne monitory graficzne dysponują zwykle matrycą w technologii IPS, cechującej się najmniejszymi przekłamaniami w funkcji kąta obserwacji - dzięki temu obraz w rogach ekranu lub dla osoby siedzącej obok fotografa, nie jest przekłamany (rozjaśniony, ocieplony itp.).

W celu zapewnienia płynności i precyzji wyświetlanych tonów stosowane są matryce 10- bitowe, wyświetlające 1024 odcienie pośrednie na kanał, sterowane 14- bitową, programowalną, trójwymiarową tablicą korekcyjną (3DLUT). Tablica ta umożliwia również sprzętową emulację przestrzeni sRGB, umożliwiając poprawne wyświetlanie zdjęć wyrenderowanych do sRGB w aplikacjach nieposiadających modułu zarządzania barwą (CMM).

Podświetlenie niebieskimi i zielonymi diodami z czerwonym luminoforem (GBr LED) umożliwia uzyskanie pełnego pokrycia przestrzeni AdobeRGB, umożliwiającej lepsze wykorzystanie palety urządzeń drukujących oraz wierniejszą reprodukcję zarejestrowanych przez aparat barw, z zakresu od zieleni szmaragdowej przez turkus, błękit, aż po granatowy.

Monitory tej klasy zwykle są zaopatrzone przez producenta w oprogramowanie do automatycznej, sprzętowej kalibracji. Pierwszą zaletą tego rozwiązania jest uproszczenie procedury - użytkownik nie musi interaktywnie regulować parametrów obrazowania z poziomu menu OSD. Całość wszystkich regulacji przeprowadza oprogramowanie, wystarczy zdefiniować w oprogramowaniu cel (barwa i jaskrawość bieli, TRC itd.), a następnie przyłożyć sensor. Drugim atutem jest fakt, że linearyzacja krzywej odpowiedzi tonalnej (TRC) przeprowadzana jest z użyciem wewnętrznej 14- bitowej, trójwymiarowej tablicy korekcyjnej (3DLUT), co w powiązaniu z 10- bitową matrycą, zapewnia najwyższą precyzję z odchyłkami poniżej progu ludzkiej percepcji i najwyższą jakość tonalną wyświetlanego obrazu - wyświetlanie wszystkich niuansów w światłach i cieniach, przejścia tonalne bez posteryzacji (bandingu) tj. przebarwień i zlewania się tonów.

Przykładową procedurę kalibracji sprzętowej zademonstruję na przykładzie oprogramowania Palette Master Element, dołączonego do monitora BenQ SW2700PT.

Profiler posiada wsparcie dla kolorymetru X-Rite i1Display Pro oraz spektrofotometru i1Pro 2. Opcje definiowania celu kalibracji, podobnie jak we wcześniejszych przypadkach, pozwalają zadać barwę i luminancję punktu bieli, krzywą odpowiedzi tonalnej.

Nastawy i korekty kalibracyjne przechowywane są w dwóch bankach pamięci (Calibration 1 oraz Calibration 2). Pojawia się również opcja wyboru specyfikacji profilu ICC (v2 i v4), macierzowego lub tablicowego typu profilu oraz wielkości zestawu próbek pomiarowych.

Po zakończeniu procedury kalibracyjnej (sprowadzającej się do założenia sensora na ekran) i stworzeniu profilu pojawia nam się możliwość walidacji profilu - sprawdzenia odchyłek pomiędzy pomiarami użytymi podczas kalibracji oraz do stworzenia profilu, a późniejszym pomiarem kontrolnym.

Wyniki w raporcie podawane są w jednostkach ∆E (delta Empfindung - niem. “Wrażenie”). Jednostki ∆E obliczane są z użyciem wspomnianej już przestrzeni CIE Lab, będącej zbiorem wszystkich walorów barwnych, jakie jest w stanie zobaczyć standardowy obserwator. Przestrzeń ta jest wynikiem matematycznego przekształcenia przestrzeni CIE XYZ, mającego na celu uzyskanie jak najlepszej równomierności percepcyjnej. Osie przestrzeni Lab odpowiadają przeciwstawnym wrażeniom barwnym - ciemny-jasny (L*), czerwony-zielony (a*), żółty-niebieski (b*). Dzięki względnie dobrej równomierności percepcyjnej tej przestrzeni przyrost wartości L* oznacza, że coś staje się proporcjonalnie jaśniejsze, przyrost dodatnich wartości a* informują o postępującym wzroście zieloności, przyrost ujemnych - czerwoności, itd. Parametr 1∆E obliczany w koordynatach przestrzeni Lab odpowiada zatem najmniejszej różnicy pomiędzy dwoma walorami barwnymi, jaka jest możliwa dla zaobserwowania przez ludzkie oko. Różnice poniżej 1∆E oznaczają, że dane walory będą dla nas nie do rozróżnienia, zaś wartości dystansu kolorymetrycznego większe od 1∆E informuje nas o wielkości różnicy pomiędzy dwoma stymulantami.

Wpływ na sposób, w jaki będziemy postrzegali barwy na ekranie mają również warunki oświetleniowe wokół wyświetlacza. W pomieszczeniu do pracy nie powinno być zbyt jasno, należy unikać ostrych źródeł światła padającego na powierzchnię matrycy, powodującego powstawanie flar obniżających kontrast. W efekcie zbyt jasnego otoczenia, odbijania się jasnych powierzchni, okien bądź źródeł światła, uzyskamy zbyt niską kontrastowość obrazu i może się okazać, że monitor o potencjalnym współczynniku kontrastu 1000:1 będzie wizualnie wyglądał na mniej kontrastowy, niż odbitka czy wydruk.

O ile przed monitorem powinno zatem być możliwie ciemno, w tle wokół monitora, znajdującym się w zasięgu wzroku, nadmierny mrok spowoduje wizualne rozjaśnienie informacji w okołoczerniach, cieniach i śródtonach. Dodatkowo, jeżeli “scena” naszego wyświetlacza będzie mieć intensywny kolor lub będzie ją oświetlać światło o wyraźnym zabarwieniu (np. LEDy bądź świetlówki często mają zielonkawy lub purpurowy zafarb), na ekranie będziemy postrzegać odcień negatywowy w stosunku do barwy tła, przez co będziemy bezwiednie korygować zdjęcia w kierunku barwy tła - np. zielonkawe światło LEDów spowoduje postrzeganie różowego zafarbu ekranu, przez co będziemy np. podczas ustawiania balansu bieli, przyzieleniali nasze fotografie.

Optymalna sytuacja ma miejsce, kiedy po wyświetleniu średniej szarości na ekranie, tło w zasięgu wzroku nie jest wyraźnie ciemniejsze ani jaśniejsze a zbliżone swą neutralnością do szarości ekranu. Do osiągnięcia tego stanu rzeczy najlepiej pracować na tle białej ściany (lub ustawić za monitorem biały ekran z kartonu, pianki modelarskiej, blendy, tła fotograficznego), którą wieczorami oświetlamy światłem zbliżonym do dziennego, o skorelowanej temp. 5000K - jak np. lampki GraphiLite, halogeny Solux Daylight, świetlówki do drukarni (Osram Lumilux Colorproof, Philips Graphica Master 950).

Artykuł powstał przy współpracy z firmą: XP Distribution.