4.ICC色彩管理技术原理

上一堂课的思考题1.三维空间到三维空间的转换一般使用什么方法？2.三维空间到四维空间的转换一般使用什么方法？3.ICC规定了哪几种映射方法？4.这几种方法的映射机理是什么？色彩管理(4)ColorManagement刘真2009.01第一节开闭环色彩管理技术第二节色彩管理操作过程3C第三节ICC设备特性文件第四节色彩转换引擎第四章ICC色彩管理技术原理•色彩管理技术的渊源应该追溯到计算机出现之前，当时是利用印刷色谱进行色彩管理，力争做到所见即所得地实现颜色复制。•有计算机之后，能将屏幕上的RGB转换成CMYK实现所见即所得地输出印刷品，一直是印刷人的努力。色彩管理技术发展是伴随着计算机的发展而发展的。从大的分类上可以分为两大类：•闭环色彩管理技术和开环色彩管理技术。第一节开闭环色彩管理技术•早期的色彩管理方案比较简单，是一对一的色彩管理方案，这种一对一的色彩管理方案亦称为“设备相关色彩转换方案”。其特点是：每台设备必须和所有与其有色彩信息传输的设备建立一对一的双向转换关系。这样需要建立的转换关系数量较多，而且每增加一台设备就需要新建多组匹配转换关系，较为繁琐。封闭式彩色管理ScannerARGBScannerBRGBScannerCRGBScannerDRGBDigitalCameraRGBVideoRGBMonitorARGBMonitorBRGB军标油墨CMYKSWOPCMYKJapanCMYKColorPrinterCMYK这是一对一的色彩管理，是前面介绍的第一种方案。做得好，精度高于ICC，例如GMG设备相关颜色转换特点•设备相关颜色转换主要用于封闭式专用系统中。•是原设备到目标设备之间的一对一的特有转换。•能够做到所涉及的两设备的色域最佳使用。缺点•对于具有n个设备的系统，需要n2个转换。•增加一台设备，要求增加n个色彩转换。•重新校正一台设备，需要n个新的彩色转换。•第二种方案的特点是：在各设备颜色空间之间不直接建立转换关系，而是建立一个标准的颜色空间，每一台设备的颜色空间都与这个标准颜色空间之间建立双向转换关系，每增加一台设备只需要新建一组与标准颜色空间的双向匹配转换关系。这种方案称为“设备无关色彩转换方案”，其应用较为广泛。开放式彩色管理ScannerARGBScannerBRGBScannerCRGBScannerDRGBDigitalCameraRGBVideoRGBMonitorARGBMonitorBRGB军标油墨CMYKSWOPCMYKJapanCMYKColorPrinterCMYKICC-ProfileICC-ProfileCIELab这是前面介绍的第二种方案，基于ICC的开放式色彩管理方案•与第一种方案相比，第二种方案也是一种开放式的色彩管理方案，它必须制定相关的色彩管理标准，凡是承认该标准的颜色输入输出设备，只需新建自己与标准颜色空间的双向匹配转换关系，就可以加入到整个颜色管理群中。ICC（InternationalColorConsortium国际色彩联盟）制定了现有的国际认可的ICC色彩管理标准：特点：•对每一个设备，有一个从设备到PCS的转换。•转换是从原设备到PCS或从目标设备到PCS的转换。优点：•对于具有n个设备的系统，只需要n个色彩转换。•系统中增加一个新设备，只需增加一个新的颜色转换。•重新校正一台设备，也只需一个新的颜色转换。设备无关颜色转换•①确定CIEXYZ或CIELAB作为ICC色彩管理方案的标准颜色空间（CIEXYZ和CIELAB可以很方便地相互转换）；②制定了描述色彩输入输出设备的色彩特性文件的格式标准（符合该格式的描述设备色彩特征的文件称为ICCProfile文件）；③初步推出了4种色空间转换的再现意图方案等等，从而构建了开放的ICC色彩管理框架。ICC的工作第二节色彩管理操作过程3C•ICC色彩管理技术的实现主要由三个过程组成：设备定标（Calibration）、特征描述（Characterization）、颜色转换（Conversion），由于这三个过程的第一个英文字母都是C，所以也被简称为3C过程。一、设备定标（校正）•设备定标指将设备调校到最佳工作状态。以印刷机为例，利用测控条和印刷质量检测仪器，将印刷机的各种工作参数：实地密度值、相对反差值、网点扩大值、套准精度等都调整到最佳参数值。因为设备描述色彩的能力与自身的工作状态相关，只有把各设备都调校最佳的工作状态，并稳定，才能进行下一步的特征描述。其实质是在颜色空间转换的过程中，固定目标颜色空间，在此前提下才能准确地实现转换。二、特征描述•特征描述指在设备性能稳定的前提下制作设备的色彩特性文件。ICC色彩管理机制有时候称为：Profile---PCS---Profile机制。因为这一机制是在输入特性文件的支持下，将输入的图像色彩转换到标准颜色空间（PCS），在标准颜色空间进行色域映射，然后再在输出特性文件的支持下，将图像色彩转换到输出设备的颜色空间输出。由此可见，特性文件的制作是ICC色彩管理中很重要的一步。ICC色彩管理机制CMM（色彩管理模型）色彩连接空间目标设备数值原设备数值源Profile文件目标Profile文件CMM（色彩管理模型）实例CIELABRGBCMYK扫描仪Profile印刷机ProfileCMMCMM设备到设备之间的转换一个典型的工作流程C3M3Y3K3CIELABR1G1B1R2G2B2扫描仪Profile显示器ProfileCMMCMMCIELAB印刷机Profile显示器ProfileCMMCMMCMYK一个典型的工作流程CIELABR：210G：22B：22扫描仪Profile显示器ProfileCMMCMMCIELAB印刷机Profile显示器ProfileCMMCMML：46A：68B：53R：200G：29B：18L：46A：68B：53C：22%M：98%Y：100%K：0%问题1：在颜色空间转换的过程中，色度值是否不变？问题2：倘若变化，与设备值的变化相比，它的变化有何特点？三、颜色转换•颜色转换指CMM模块利用特性文件提供的设备值与色度值之间转换的已知值，完成彩色图像的设备值到色度值的转换或色度值到设备值的转换。•如果没有色彩管理技术，扫描输入计算机RGB彩色图像也必须转换为CMYK彩色图像才能印刷输出。在ICC，扫描输入计算机RGB首先转换到CIE，再由CIE转换到CMYK。•使用了ICC色彩管理技术后，首先利用输入特性文件提供的设备值到色度值的转换关系，CMM实现原图色彩信息的设备值到标准颜色空间的色度值转换，然后在标准颜色空间中完成输入设备与输出设备之间的色域映射，最后CMM再利用输出特性文件将色度值转换为CMYK输出设备值输出。色彩管理中的特征（性）文件第三节ICC设备特性文件一、ICCProfile文件结构二、基于矩阵转换方式的标记三、基于查找表转换方式的标记一、ICCProfile文件结构•Profiles文件是色彩管理系统的重要组成部分.•ICC制定了一个标准的profile文件格式,这一文件格式既不属于任何一个销售商，也不属于一个专门的软件平台和操作系统，只要您接受这个格式，您研发的软件就可以参于ICC色彩管理技术。相同的profile文件可以被不同的软件或者操作系统兼容。ICCProfile文件所包含的信息•特性文件只不过是一个计算机文件，一个用来将设备的颜色值（设备值）和设备无关的颜色值（色度值，表示人们看到的设备值的实际颜色）相关联的文件，换句话说它提供了从设备值到色度值的转换关系。设备值是设备的控制信号值，通常为RGB或CMYK数值，将设备值传送给设备，设备就会产生相应的颜色。•但是由于设备本身的特性不同，能表示颜色的能力或原色有差异，同样的设备值可能会在不同的设备上产生不同的颜色。这样问题就出现了。解决的方法使用色度值来准确地表示设备值的颜色感觉。•设备特性文件还包含了设备运转状况的三个主要变量信息：色域、密度动态范围（白场和黑场的颜色和亮度值的范围）、呈色剂的阶调复制特性。•有许多Profile查看软件可以详细的解读profile文件的内容，可以通过查看profile文件内部组成，加深对profile文件的了解与掌握。使用最多的是ProfileInspector软件。通过查看profile文件内部数据,我们可以知道:–设备类型（输入还是输出设备）–profile文件的真正名称–profile文件建立的时间–profile文件的类型（是单向的，还是双向的—AtoBBtoA)等等。ProfileInspector软件ICCProfile文件结构ICCProfile文件结构•一个ICCprofile文件有三部分:①文件头、②标记列表、③标记列表对应的数据。•Profile文件头提供了必要的信息以便接收系统对ICCprofiles提供的信息进行查找与分类信息。profile文件头长128字节，包含18个字段。①头文件(第一部分)字节偏移量内容0..3Profile文件大小4..7CMM类型指定8..11Profile文件版本号12..15Profile/Device类别（mntr、scnr、prtr）16..19数据颜色空间（如：RGB、CMYK、YCbCr）20..23Profile文件连接空间（CIELAB、CIEXYZ）24..35首次生成Profile文件的各类数据显示、输入、输出头文件(第二部分)字节偏移量内容36..39特性文件标志，①定义特性文件是单独的特性文件还是已经嵌入到图像中的特性文件，②已经嵌入的特性文件是否允许提取出来，成为单独的特性文件。40..43原操作系统平台（用来定义特性文件是在什么操作系统平台下建立的，如PC还是Mac等）44..47针对CMM的不同选项（例如分部处理，高速缓存选项等）48..51特性文件所描述的设备的型号及生产厂商52..55特性文件所描述的设备的设备模型头文件(第三部分)字符偏移量内容56..63特性文件所描述的设备的相关介质信息（彩色或黑白、反射或透射、光泽或无光泽）64..67RenderingIntent（映射方法）68..79连接空间白点的XYZ数值.80..83创建Profile文件的软件84..99ProfileID号100..127预留28字节用于扩展ProfileInspector软件中的标记列表②标记列表•标记列表示特性文件的第二部分，也是最小的部分。这一部分相当于数据库中的索引文件，或也可以联想为一本书的目录，因此很重要。在这部分的开头是告诉读取软件：本特性文件中标记的总数，后面接着就是：所包含的标记列表序列。每一列表项用4个字节著明标记的名称（这些标记名称是在ICC注册过的，没有自定义的）。然后用4个字节表明对应数据的起始地址偏移量，最后用4个字节表示该标记数据的长度。ProfileInspector软件中的Profile头文件③标记列表对应的数据•一个形象地比喻是：标记列表好比是图书馆的书目分类卡片，而列表对应的数据就好比是要查找的书和书中的内容。书还有封面，列表对应的数据比作没有封面的书更为恰当。•特性文件的第三部分包含的是真正的实际内容。利用这一部分提供的数据，可以完成从设备空间到PCS空间（从设备值到色度值）的转换，同样，也完成了色域映射。为了保证正确转换，提供的数据要包括：白点信息；各种再现意图的转换矩阵数据或查找表；阶调复制曲线等等。•Profile文件描述标记：Profile文件的真实名称。•版权标记•存储介质白点标记•设备值到色度值（或色度值到设备值）的转换关系，即颜色空间转换的必要已知条件数据，可以是转换矩阵数据（告诉转换的数学关系），或LUT查找表（利用查找表的方式转换）。•阶调复制曲线TRC。Profile文件最主要的标记数据•XYZ数组标记:–rXYZ–gXYZ–bXYZ•传递曲线数据标记:–rTRC–gTRC–bTRC二、基于矩阵转换的标记基于数组的Profile文件•基于数组的Profile文件色彩空间的转化已知条件有:1.R