色彩管理

在数字成像系统中,色彩管理是各种设备(如图像扫描仪,数码相机,显示器,电视屏幕,胶片打印机,电脑打印机,胶印机和相应介质)的色彩表示之间的受控转换。

色彩管理的主要目标是获得跨彩色设备的良好匹配; 例如,一帧视频的颜色在计算机LCD监视器,等离子电视屏幕上以及印刷海报上应该显示为相同。 色彩管理有助于在所有这些设备上实现相同的外观,前提是设备能够提供所需的色彩强度。 通过摄影,您的印刷品或在线画廊展示他们的目的是非常重要的。 色彩管理不能保证相同的色彩再现,因为这很少可能,但它至少可以让您更好地控制可能发生的任何变化。

该技术的一部分在操作系统(OS),辅助程序库,应用程序和设备中实现。 色彩管理的跨平台视图是使用兼容ICC的色彩管理系统。 国际色彩联盟(ICC)是一个行业联盟,它定义了:

OS级别的颜色匹配模块(CMM)的开放标准
颜色配置文件为:
设备,包括代表从源设备到目标设备的完整色彩转换的设备链接配置文件
工作空间,颜色数据意味着要处理的颜色空间

除了使用ICC配置文件外,还有其他的颜色管理方法。 这部分是由于历史原因,部分原因在于ICC标准涵盖的其他需求。 电影和广播行业利用了一些相同的概念,但他们经常依赖更有限的精品解决方案。 例如,电影行业通常使用3D LUT(查找表)来表示针对特定RGB编码的完整色彩转换。 在消费者层面,色彩管理目前对静态图像的应用比对视频更多,而色彩管理仍处于初级阶段。

概观
表征。 每个受色彩管理的设备都需要一个个性化的表格或“颜色配置文件”,以表征该特定设备的颜色响应。
标准化。 每种颜色配置文件都相对于标准化的一组参考颜色(“配置文件连接空间”)描述了这些颜色。
翻译。 色彩管理软件然后使用这些标准化配置文件将颜色从一个设备转换到另一个设备。 这通常由颜色管理模块(CMM)执行。
硬件
描述
另请参阅:ICC配置文件
为了描述各种输出设备的行为,必须将它们与标准色彩空间进行比较(测量)。 通常首先执行一个称为线性化的步骤,以消除伽玛校正的效果,以便充分利用有限的8位色彩路径。 用于测量设备颜色的仪器包括比色计和分光光度计。 作为中间结果,设备色域以散射测量数据的形式进行描述。 将分散的测量数据转换为应用程序可用的更常规形式称为分析。 分析是一个复杂的过程,涉及数学,强烈的计算,判断,测试和迭代。 分析完成后,会创建设备的理想颜色描述。 这种描述被称为简档。

校准
主要文章:颜色校准
校准就像特征描述,不同之处在于它可以包括设备的调整,而不仅仅是设备的测量。 色彩管理有时会通过将设备校准到通用的标准色彩空间(如sRGB)来回避; 当这种校准足够好时,不需要颜色转换来使所有设备始终如一地处理颜色。 避免色彩管理的复杂性是sRGB发展的目标之一。

颜色配置文件
嵌入
图像格式本身(如TIFF,JPEG,PNG,EPS,PDF和SVG)可能包含嵌入的颜色配置文件,但图像格式不需要这样做。 国际色彩联盟标准的制定将各种开发人员和制造商聚集在一起。 ICC标准允许以元数据形式交换输出设备特性和色彩空间。 这允许将颜色配置文件嵌入到图像中,并将它们存储在数据库或配置文件目录中。

工作空间
工作空间(如sRGB,Adobe RGB或ProPhoto)是可在编辑时提高效果的色彩空间。 例如,R,G,B值相等的像素应呈中性。 使用大的(色域)工作空间会导致贴图,而使用小的工作空间会导致裁剪。 这种权衡是关键图像编辑器的考虑因素。

颜色转换
颜色转换或颜色空间转换是将颜色表示从一个颜色空间转换为另一个颜色空间的转换。 只要数据在色彩管理链内进行交换并由色彩匹配模块执行,就需要进行此计算。 通过将配置文件数据引用到标准颜色空间来实现将配置文件颜色信息转换到不同的输出设备。 它可以更轻松地将颜色从一个设备转换为选定的标准颜色空间,并从其中转换为另一个设备的颜色。 通过确保参考色彩空间覆盖人类可以看到的许多可能的色彩,该理念允许您在许多不同的色彩输出设备之间交换色彩。 颜色转换可以由两个配置文件(源配置文件和目标配置文件)或由设备连接器配置文件表示。 在这个过程中,有一些近似值可以确保图像保持其重要的色彩质量,并且还可以控制颜色如何变化。

档案连接空间
在国际色彩联盟的术语中,两个色彩空间之间的转换可以通过色彩连接空间(PCS):色彩空间1 → PCS(CIELAB或CIEXYZ) → 色彩空间2; 进入和离开PCS的转换每个由配置文件指定。

色域映射
在几乎所有的翻译过程中,我们都必须处理不同设备的色域范围有所不同,这使得不可能进行精确的再现。 因此他们需要在色域边界附近进行一些重新排列。 有些颜色必须移到色域的内部,否则它们不能在输出设备上表现出来,只会被裁剪掉。 例如,当我们将色域较宽的RGB色彩空间转换为色域范围较窄的CMYK色彩空间时,就会出现所谓的色域不匹配。 在这个例子中,典型的计算机显示器的“蓝色”原色的黑色高度饱和的紫蓝色不可能通过典型的CMYK打印机打印在纸张上。 打印机色域内最接近的近似值将不太饱和。 相反,喷墨打印机的“青色”原色,饱和的中等亮度绿蓝色,在典型计算机显示器的色域之外。 色彩管理系统可以利用各种方法来实现所需的结果,并为有经验的用户控制色域映射行为。

渲染意图
当源色彩空间的色域超过目的色域时,饱和色彩可能会被剪辑(不准确地表示),或者更正式地被烧毁。 色彩管理模块可以通过几种方式处理这个问题。 ICC规范包含四种不同的着色意图。 在实际渲染意图执行之前,您可以通过软打样临时模拟渲染。 这是一个有用的工具,因为它可以预测颜色的结果,并可在许多颜色管理系统中作为应用程序使用:

绝对比色法:
绝对比色法和相对比色法实际上使用相同的表格,但对于白点媒质的调整不同。 如果输出设备具有比源配置文件大得多的色域,即源中的所有颜色都可以在输出中表示,则使用绝对比色法渲染意图理想地(忽略噪声,精度等)给出精确的输出的指定CIELAB值。 感知上,颜色可能看起来不正确,但是结果输出的仪器测量值将与源相匹配。 校样打印系统可能的颜色以外的颜色将映射到色域的边界。

绝对比色法对于获得精确指定的颜色(例如,IBM蓝色)或量化映射方法的准确性非常有用。

相对比色:
相对比色法的目标是对指定颜色保持真实,只对媒体进行更正。 相对比色法在打样应用程序中非常有用,因为您正在使用它来了解一台设备上的打印如何显示在不同的设备上。 媒体差异是你真正想要调整的唯一的事情。 显然还必须有一些色域映射也在进行。 通常这是以降低饱和度为代价保持色调和亮度的方式完成的。

相对色度是大多数系统的默认渲染意图。

感知和饱和度:
感知和饱和意图是结果真正取决于简介制造者的地方。 这甚至是这个市场中的一些竞争者如何区分它们自己。 这些意图应该由配置文件制作者创建,以便在感知意图的情况下出现令人满意的图像,同时吸引人的商业图形伴随着饱和意图而发生。 这是通过使用不同的数据感知重新映射以及不同的色域映射方法来实现的。

建议使用感知渲染进行分色。

在实践中,摄影师几乎总是使用相对或感知意图,就像自然图像一样,绝对原因是色彩偏移,而饱和度会产生不自然的色彩。 相对意图通过将这些颜色剪裁(燃烧)到色域的边缘来处理色域外,从而保持色域内的颜色不变,而感知意图将色域外的颜色平滑地移动到色域,保留渐变,色域的颜色。 如果整个图像在色域内,则相对是完美的,但是当色域超出色域时,更优选取决于具体情况。

饱和度意图在图表和图表中最为有用,其中有设计师希望饱和的颜色离散调色板,以使它们变得激烈,但特定色调不太重要。

履行
色彩管理模块
颜色匹配模块(也称为方法或系统)是一种软件算法,用于调整发送到不同设备或从不同设备接收的数值,以使它们产生的感知颜色保持一致。 这里的关键问题是如何处理在某个设备上无法再现的颜色,以便通过不同的设备显示该颜色,就好像它具有相同的颜色一样,就像彩色透明胶片和印刷品之间可再现的颜色范围一样是不同的。 这个过程没有通用的方法,性能取决于每种颜色匹配方法的能力。

一些着名的CMM是ColorSync,Adobe CMM,LittleCMS和ArgyllCMS。

操作系统级别
自1993年以来,Apple的经典Mac OS和MacOS操作系统通过ColorSync提供了OS级色彩管理API。 macOS自动在操作系统中添加了自动颜色管理(假设sRGB适用于大多数情况),应用程序必须解决此问题才能提供更准确的颜色管理。

自1997年以来,Windows中的色彩管理通过ICC色彩管理系统(ICM)提供。 从Windows Vista开始,Microsoft推出了一种称为Windows Color System的新色彩架构。 WCS是Windows 2000和Windows XP中的图像颜色管理(ICM)系统的补充,最初由WCS编写 海德堡 。

使用X Window系统进行图形处理的操作系统可以使用ICC配置文件,并且支持Linux上的颜色管理,但仍然不如其他平台上的成熟,通过Freedesktop.org上的OpenICC进行协调,并使用LittleCMS。

文件级别
某些图像文件类型(TIFF和Photoshop)包括用于指定文件颜色模式的颜色通道的概念。 最常用的通道是RGB(用于显示和打印)和CMYK(用于商业打印)。 额外的alpha通道可以指定透明度掩码值。 某些图像软件(如Photoshop)使用指定的ICC配置文件(如US Web Coated(SWOP)v2)执行自动分色以保持CMYK模式下的颜色信息。

应用级别
截至2005年,大多数网页浏览器都忽略了颜色配置文件。 值得注意的例外情况是,Safari从2.0版开始,Firefox从版本3开始。尽管Firefox 3.0默认禁用,但可以通过使用附加组件或设置配置选项来启用ICC v2和ICC v4颜色管理。

截至2012年[当?],着名的浏览器对色彩管理的支持是:

Firefox:默认情况下,对于ICC v2标记的图像启用版本3.5,版本8.0支持ICC v4配置文件,但需要手动激活。
Internet Explorer:版本9是第一款部分支持ICC配置文件的Microsoft浏览器,但它不能根据Windows ICC设置正确显示图像(它仅将非sRGB图像转换为sRGB配置文件),因此不提供真正的颜色管理所有
Google Chrome:在macOS上使用系统提供的ICC v2和v4支持,而在版本22中默认支持其他平台上的ICC v2配置文件。
Safari:从版本2.0开始支持
Opera:从12.10开始支持ICC v4。
Pale Moon从第一个版本开始支持ICC v2,自2013年Pale Moon 20.2开始支持v4。