Оценка цветовоспроизведения при струйной технологии печати и традиционном фото-процессе

ОЦЕНКА ЦВЕТОВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ПРИ СТРУЙНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПЕЧАТИ И ТРАДИЦИОННОМ ФОТОПРОЦЕССЕ

А. Ф. КУДРЯВИЦКИЙ, А. В. РЕДЬКО

Оценка качества цветовоспроизведения современных систем фотопечати сегодня является актуальной проблемой. Под такими системами фотопечати понимают устройства, результат работы которых соответствует высокому качеству цветных фотографических отпечатков и, к которым, прежде всего, следует отнести цифровые минифотолаборатории, печатающие на цветную галогенсеребряную фотобумагу (процесс RA-4), а также и струйные принтеры, предназначенные для печати цветных копий фотографического качества.

Международный цветовой консорциум (International Color Consortium) с момента его основания с 1993 года и по настоящее время проводит исследования по разработке систем управления цветом (Color Management Systems) и, соответственно, спецификации формата цветового профиля, как основы построения систем управления цветом. Идея, заложенная в основание систем управления цветом, заключается в создании программного обеспечения, корректирующего цвет и тон изображения с учетом особенностей воспроизводящего (в нашем случае – печатающего) оборудования и материалов, применяемых для этих целей. Эта идея сегодня активно воплощается в жизнь. Термин «профилирование» знаком теперь каждому не равнодушному к результатам своего труда фотографу, проводящему фотосъемку на цветные носители (если только конечный результат не представляет собой слайд). Это важно также и специалисту, работающему на цифровых минифотолабораториях, использующих процесс RA-4, так как новые модели Durst и Noritsu (по крайней мере те, которые рассчитаны на ширину рулона более 305 мм) поддерживают систему управления цветом. И все было бы хорошо, но результат применения профилирования по-прежнему оценивается на глаз. На вопросы оценки качества цветопередачи желательно получить объективный ответ. Данная статья посвящена исследованию качества цветовоспроизведения, позволяющего оценить, различные системы печати в традиционной и цифровой фотографии. Система печати воспринимается, как некий «черный ящик» и абсолютно всё равно, что там внутри его. Мы понимаем, что если речь идет о цифровой минифотолаборатории, работающей по процессу RA-4, то внутри присутствует какая-то система экспонирования на традиционную цветную фотобумагу, и некий набор растворов, в которых происходит химико-фотографическая обработка цветной фотобумаги. Если же речь идет о струйном принтере, то внутри системы имеется печатная головка, дюзы, сопла, картриджи с чернилами, бумага со специальным покрытием. Итак, на входе – файл с изображением, на выходе цветной отпечаток с тем же изображением. Наша цель оценить насколько изображение соответствует оригиналу.

Первое с чем необходимо определиться - это с идеологией первоначального цветового стимула, то есть с тем - какие именно цвета подавать на вход системы и сколько именно в них должно быть R, G и B, чтобы получить максимально ясное представление о цветовом охвате той или иной системы. Но система RGB в этом случае плохой помощник. Фотографы для определения цвета используют совсем другие категории. Действительно, определить оранжевый цвет, как 255; 128; 000 (в координатах RGB), по меньшей мере, не очень наглядно. Поэтому для построения множества цветов используемых в первоначальном цветовом стимуле мы воспользовались системой HSV, как наиболее близкой восприятию цвета человеком. Цветовая система HSV (Hue, Saturation, Value: цветовой тон, насыщенность, ве­личина яркости) представляет собой одно из цветовых пространств (рис. 1), в которых выбор цвета похож на обращение с палитрой цветов при работе художника с красками. Цветовая система HSV основана на цилиндрических координатах. Поэтому преобразование из RGB в HSV осуществляется по стандартным формулам пе­ресчета из прямоугольных координат в цилиндрические координаты. Величина яркости (V) измеряется вдоль оси цилиндра, «дно-низ» цилиндра соответ­ствует величине V = 0 (черный цвет), а «крышка-верх» соответствует величине V = 100 (белый цвет).

Рис. 1.

Множество цветов, на базе которых будем проводить оценку цветопередачи печатающих систем, представлено тестовой цветной таблицей (рис.2).

Таблица имеет 96 полей: 12 столбцам таблицы соответствуют 12 цветов цветового круга, взятые через 30 градусов, т. е. для первого столбца значение Н=0 для второго столбца H=30… для двенадцатого столбца H=330. Соответствие значений Н цветам на цветовом круге и обозначениям цветов на графиках цветового охвата, которые будут построены, представлены в табл. 1.

Таблица 1

Значение H	Соответствующий цвет	Обозначение соответствующего цвета на графиках
0	красный	К
30	оранжевый	О
60	желтый	Ж
90	желто-зеленый	ЖЗ
120	зеленый	З
150	зеленовато-синий	СЗ
180	голубой	Г
210	cине-голубой	СГ
240	синий	С
270	синевато-пурпурный	ПС
300	пурпурный	П
330	пурпурно-красный	ПК

Теперь о строках. В нечетных строках (первой, третьей, пятой и седьмой) значение насыщенности S=100, а в четных строках (второй, четвертой, шестой и восьмой) значение насыщенности S=50.Значение яркости в строках 1 и 2 имеет значения: V=100, в строках 3 и 4 V=75, в строках 5 и 6 V=50, в строках 7 и 8 V=25. Зачем так много? Для полноты картины. Ведь по сути дела цветовой охват это объёмное тело в трехмерном пространстве, и графики, построенные на листе бумаги это всего лишь проекции на плоскость (при одинаковом уровне изначально заданной яркости).

Строки (четные) со значением насыщенности S=50 не имеют прямого отношения к определения максимального цветового охвата, но из них можно будет извлечь информацию о качестве передачи полутонов при одном и том же значении цветового тона H. Цветные поля, представленные в данной таблице в значительной мере охватывают интересующий нас диапазон цветов. Теперь, когда таблица цветов построена в интуитивно понятном для человека цветовом пространстве HSV, координаты цвета из HSV преобразуем в RGB, для того чтобы и системам печати тоже стало понятно (для них входное пространство именно RGB).

Таким образом, множество цветов, о котором говорилось выше удобно свести в таблицу цветового охвата. В табл. 2. даны значения цветных полей в системе RGB.

Таблица 2

Координаты цвета тестовой таблицы в системе RGB.

255 0 0	255 128 0	255 255 0	128 255 0	0 255 0	0 255 128	0 255 255	0 128 255	0 0 255	128 0 255	255 0 255	255 0 128
255 128 128	255 192 128	255 255 128	192 255 128	128 255 128	128 255 192	128 255 255	128 192 255	128 128 255	192 128 255	255 128 255	255 128 192
192 0 0	192 96 0	192 192 0	96 192 0	0 192 0	0 192 96	0 192 192	0 96 192	0 0 192	96 0 192	192 0 192	192 0 96
192 96 96	192 144 96	192 192 96	144 192 96	96 192 96	96 192 144	96 192 192	96 144 192	96 96 192	144 96 192	192 96 192	192 96 144
128 0 0	128 64 0	128 128 0	64 128 0	0 128 0	0 128 64	0 128 128	0 64 128	0 0 128	64 0 128	128 0 128	128 0 64
128 64 64	128 96 64	128 128 64	96 128 64	64 128 64	64 128 96	64 128 128	64 96 128	64 64 128	96 64 128	128 64 128	128 64 96
64 0 0	64 32 0	64 64 0	32 64 0	0 64 0	0 64 32	0 64 64	0 32 64	0 0 64	32 0 64	64 0 64	64 0 32
64 32 32	64 48 32	64 64 32	48 64 32	32 64 32	32 64 48	32 64 64	32 48 64	32 32 64	48 32 64	64 32 64	64 32 48

При печати на вход системы, посылается графический файл, содержащий таблицу из 96 цветных полей. Цвету каждого поля соответствуют совершенно определенные значения в HSV (понятные нам) и в RGB (понятные системе печати). А на выходе из «черного ящика» получаем ответ системы в виде отпечатка на цветной фотобумаге. Ясно, что, зная первоначальный цветовой стимул, мы ведь сами задавали значения координат цвета для всех 96 полей, т. е. мы его знаем сигнал, поданный на вход системы, промерив ответную реакцию системы можно составить представление о том, какие искажения вносит система печати.

Ответную реакцию системы промеряли на спектрофотометре Eye-One фирмы Gretag Machbet, значения координат цвета при этом получим и в XYZ и в Lab. При измерении на колориметре, значения получим только в Lab, что для наших прикладных целей вполне достаточно.

Выполнив промеры надо перевести весь немалый объем информации (96 полей х3 координаты цвета в табличной форме), во что-нибудь более наглядную, графическую форму. Остается лишь выбрать цветовое пространство, в котором предстоит построить графики. И в этот момент снова стоит вспомнить об интуитивно понятной системе HSV.

Заметим, что выбор этого пространства в сравнении с Lch (Lab в полярных координатах) продиктован именно наглядностью последнего, проигрывая Lch в точности передачи насыщенности, HSV берет верх постоянством отображения цветового тона, что на практике оказалось более важным. Здесь следует отметить, что без вычислительных возможностей современных ЭВМ вряд ли подобная методика была бы привлекательна. Объем вычислений очень велик, чтобы накопить статистику позволяющую понять, что к чему потребовалось бы огромное время. А так вся технологическая цепочка от получения ответа системы (отпечатка на фотобумаге) до построения графиков цветового охвата занимает 15 минут. За этот промежуток времени можно сделать вывод, что представляет собой система печати. Все вычисления проводились в среде программирования MATLAB, алгоритмы преобразования взяты из книг Д. Джадд, Г. Вышецки «Цвет в науке и технике» и Р. Гонсалес, Р. Вудс «Цифровая обработка изображений».

Перейдем к примерам. Файл с тестовой цветной таблицей распечатан на фотобумаге, промерен на спектрофотометре, применены алгоритмы преобразования одних цветовых пространств, в другие. График цветового охвата поможет нам оценить цветовоспроизведение печатной системы (рис. 3.).

Рис. 3.

Рис. 4.

На рис. 4. представлен график цветового охвата слайда, полученного на фотопленке Kodak Ektachrome Professional Film.

рис.5.

На рис. 5, отображен цветовой охват принтера Canon MP 600 (для величины яркости в первоначальном стимуле V=100) и представлено взаимное расположение кривых в зоне желтого (H = 30 – 60) и зеленого цветов (H = 120 – 150). Значения Н располагаются на графиках вдоль окружности, обозначенной сплошной линией, а соответствующие им названия цветов указаны в табл. 1. В желтой зоне расстояние между кривыми равно 0.5, т. е. как раз 50 %, это говорит о том, что полутона в этом случае будут переданы нормально (отклик системы равен первоначальному импульсу). В зеленой зоне ситуация совсем иная – сплошная кривая соответствующая насыщенности S=100 и пунктирная кривая, соответствующая насыщенности S=50, кривые идут практически рядом, т. е. богатой гаммы полутонов не получить. На практике это может привести к тому, что в изображении, содержащем много оттенков зеленого в светах (рассматриваемые кривые отображают самые светлые части изображения) будут потеряны тональные переходы. А если в изображении нет множества оттенков светло-зеленого, то, скорее всего, при рассматривании фотографии эту проблему будет заметить не легко. Тем более, что при переходе к меньшим яркостям ситуация нормализуется. Рис. 6 как раз и иллюстрирует эту нормализовавшуюся ситуацию, здесь величина яркости в первоначальном стимуле V=75.

Рис.6.

Немного о том, что же следует считать нормой. Скорее всего, изображение полутонов следует признать нормальным, если и в отклике системы сохраняется те же пропорции между цветами различной насыщенности, что и в первоначальном цветовом стимуле. Если в первоначальном цветовом стимуле соотношение между цветом 100 % насыщенности и цветом 50% насыщенности равно 2, то и в отклике системы это значение отношения следует признать нормой.

Обратимся к рис. 7., где отображен цветовой охват для принтера EPSON 1410 и проиллюстрировано такое интересное явление, как передача цвета 50% насыщенности более ярким, чем цвет 100 %.

Рис. 7.

Площадь, ограниченная пунктирной кривой выходит за пределы площади ограниченной сплошной кривой в области цветов с H = 240-330 (т. е.синие, фиолетовые и пурпурные цвета). Pассмотрим данный вопрос более подробно. Поскольку графики цветового охвата в трехмерном пространстве HSV объемные трехмерные фигуры, а лист бумаги - плоскость, то естественно для иллюстраций используются проекции пространства HSV на плоскость H-S (ось V перпендикулярна плоскости листа бумаги), но и здесь есть одно допущение, о котором мало кто упоминает. По сути дела проекцию на H-S это проекция не на плоскость, а на поверхность весьма причудливой формы, зависящей от значения координат яркости контрольных точек в отклике системы. Если в первоначальном импульсе яркость всех 12-ти цветов была одинакова, то вовсе не факт что будет одинакова яркость 12-ти цветов в отклике системы. Если представить себе график цветового охвата в трехмерном пространстве, то он окажется телом достаточно сложной формы. В общем случае координата насыщенности S стремится к нулю, а координаты яркости V к крайним положениям (черному и белому).

Однако, вернемся к рис. 7. и выясним, действительно ли цвета меньшей насыщенности первоначального цветового стимула передаются более насыщенными цветами в отклике системы, чем цвета большей насыщенности первоначального цветового стимула? Для этого надо посмотреть яркости интересующих нас точек в файле с координатами цветов в пространстве HSV. В табл. 3 представлен фрагмент такого файла соответствующий точкам с Н=270 (фиолетовый цвет) в первоначальном цветовом стимуле.

Таблица 3

H	S	V	Вид кривой
275	32	19	сплошная
284	40	26	пунктирная

Данные позволяют сделать вывод, что первоначальное предположение о передаче цвета 50 % насыщенности более ярким, чем цвет 100 % насыщенности оказалось неверным. Просто сплошная кривая ниже пунктирной кривой (при H =270) относительно оси яркости V и её меньшая насыщенность не является чем то из ряда вон выходящим. Можно лишь сделать вывод о том, что ни о какой передаче градаций в темно-фиолетовой области у данной печатной системы речи не идет.

И, наконец, проанализируем с помощью графиков ещё одно явление, назовем его смещением цветового тона . Для анализа воспользуемся рис. 8., иллюстрирующим поведение контрольных точек для кривой соответствующей яркости V=100 и насыщенности S=100 и характеризующим цветовой охват принтера EPSON 1410.

Рис. 8.

На рис.8. стрелками показано, куда сместились контрольные точки. Видно, что синий цвет практически неотличим от сине-голубого цвета. Попутно заметим, что и насыщенность в зеленых и пурпурных цветов, оставляет желать лучшего. Значения H, как и Н измеряются в градусах. Величины H(i) представляет собой среднее значение разностей между первоначальным цветовым стимулом, теми координатами цвета, которые прописаны в файле, посланном на печать и откликом системы, т. е. теми значениями цвета, которые промерены на листе фотобумаге после процесса печати. Значения H1…H8 относятся соответственно к 1..8 строкам тестовой таблицы: например, H3 - среднее отклонение цветового тона, соответствующее V=75 яркости и S=100 насыщенности по 12 замерам, взято через 30 градусов. - это среднее значение от H по восьми кривым, т. е. по всем строкам таблицы H(i).

На основе анализа смещения цветового тона H у 8 печатных систем (цифровые минифотолаборатории Noritsu 3300, Noritsu 24pro, Fuji 355, струйные принтеры Epson 1410, Epson 2400, Canon 600, Canon 4300), которые мы исследовали, можно сказать, что приемлемым уровнем смещения цветового тона H является величина не более 10 градусов.

Таким образом, следует заметить, что предложенная система оценки цветопередачи применима как к традиционным галогенсеребряным носителям (процесс RA-4) так и к бумагам для печати на струйных принтерах, полиграфическом оборудовании и т. п., что является её несомненным достоинством. Графическое отображение информации о качестве цветопередачи более наглядно, чем табличное, тем более что графики представлены в равноконтрастном цветовом пространстве HSV более понятном для большинства потенциальных пользователей. Введение критерия смещения цветового тона H позволяет в какой-то степени одним числом оценить насколько будут «гулять» цвета на отпечатке.

Данный подход к оценке цветопередачи позволяет представить, как исказит изобару цветов печатное устройство в файле, переданном на печать.