1.1 Felbontás
1.2 Árnyalat visszaadás
1.3 Színvisszaadás
1.4 Színmenedzsment, jelek (számok) a képfájltól a megjelenésig
2.1 Képcsöves megjelenítők

1.4 Színmenedzsment, jelek (számok) a képfájltól a megjelenésig.

1.4.1 Színtér

Színtér a színek ábrázolására használható virtuális tér / koordinátarendszer.

A színtérben az ábrázolható színek valamilyen rend szerint kerülnek elhelyezésre (pl. az alapján, hogy a színtér alapszíneinek milyen arányú keverésével állíthatók elő), és a pozíciójukat meghatározó koordinátákkal kerülnek azonosításra (pl. az RGB színérben a (255,0,128) koordinátán a maximális vörös, nulla zöld, és a maximális felének megfelelő kék komponensek összeadásából keletkező szín található).

A legismertebb színterek az RGB és a CMYK.

1.4.2 Színmenedzsment

Napjainkban követelménnyé vált, hogy a számítógépekben tárolt képek a különböző képmegjelenítő eszközökön, amennyire lehetséges, azonos módon jelenjenek meg. Azonos mód jelenti, ha az átlagos (nem színtévesztő stb.) megfigyelő érzetében azonosnak ítéli meg, vagy a lehető legkisebb eltérést tapasztalja az összehasonlítás során.


30.ábra A színmenedzsment célja a lehető legkisebb színeltérés elérése.(Forrás: Canon Inc.)

Ezt a követelményt a modern operációs rendszerek az un. színmenedzselő résszel (Image Color Management ICM) elégítik ki. Az ICM feladata tehát egy eljárás biztosítása, amellyel a megjelenítendő képek (grafikák, szöveg stb.) jelenlegi (generáláskor meghatározott) színrendszeréből, az adatok átválthatók, a megjelenítő eszköz (monitor, nyomtató stb.) színterébe. A feladat elvégzéséhez az ICM-nek szüksége van egy számoló modulra (CMM), és a váltandó színterek leírására (profiles). (31 . ábra) A modul számára a színtereket színprofilokkal definiáljuk.


31.ábra A színmenedzsment arhitektúra.

1.4.3 Színprofilok

Végy 245dkg-ot keverd össze 63dkg-al, végül tégy bele 128dkg-ot ... Egy ilyen recept alapján nem lehet főzni. Meg kell mondani, hogy miből főzzünk. A képfájlokban a képadatok csak százalékokat írnak le, hogy mennyit keverjünk, de hogy miből, és hogyan azt külön kell közölni a feldolgozó rendszerrel. A megjelenítő rendszernek segítség, ha valaki közli, hogy képe RGB vagy CMYK, de ez még mindig csak közelítő megoldás.
Például a CMYK kijelentés nem mond többet, mint hogy az egyes színcsatornák adatai rendre cián, bíbor, sárga és fekete festékkel nyomtatandók. Viszont nem kaptunk válasz arra, hogy a polcunkon lévő és különböző gyártóktól származó festékcsaládok közül melyiket válasszuk, valamint pl. a 142-es adathoz végül milyen tónust rendeljünk. Ezen problémák megoldására dolgozták ki a színprofilokat.
A színprofil feladata, egy berendezéshez (szkenner, monitor, nyomtató stb.) tartozó eszközfüggő színtér eszköz-független színtérrel való meghatározása. Ha ilyen leírás rendelkezésünkre áll, akkor segítségével képesek vagyunk a színeket a különböző eszközökhöz tartozó színterek között váltani. A váltás általában két lépésből áll, először a forrásszín átszámolása egy eszköz független térbe, jellemzően XYZ-be vagy Lab-be, majd ezen érték váltása a célszíntérbe.
Kép esetén, ahhoz, hogy adatait színekre fordítsuk szükséges a képhez hozzárendelni egy színprofilt. Abban az esetben ha a képfájl tartalmaz színprofilt az rendelendő hozzá, ha nem akkor valamilyent társítani kell. A profilt nem tartalmazó RGB képekhez általában az sRGB színteret rendeljük. CMYK képek esetén csak találgatni tudunk.

1.4.4 Az sRGB színtér

Példaként és elterjedtsége miatt kivonatosan bemutatjuk az sRGB színtér definícióját. A teljes leírást a www.w3.org honlapon találja a kedves olvasó.

Feltételek
sRGB
Monitor fényerő 80 cd/m2
Monitor fehérpont x = 0.3127, y = 0.3291 (D65)
Képet körülvevő felület 20% reflexió szürke
   
Kívánatos környezet megvilágítottsága 64 lux
Kívánatos környezet fehérpontja x = 0.3457, y = 0.3585 (D50)
Kívánatos mennyisége a monitorfelületről tükröződő fénynek < 1.0%
   
Tipikus környezet megvilágítottsága 200 lux
Tipikus környezet fehérpontja x = 0.3457, y = 0.3585 (D50)
Tipikus mennyisége a monitorfelületről tükröződő fénynek < 5.0%
   
2. táblázat sRGB környezeti paraméterek.

Fotók feldolgozásához természetesen a kívánatos feltételeknek kell megfelelni. A tipikus környezet egyszerű irodai alkalmazásokra vonatkozik.
Az sRGB színrendszer bázisszíneinek meghatározásához a CIE színmérő szabvány adja az alapot. A színrendszert meghatározó alapszínek és a referencia fehér CIE xy koordinátái a 3. táblázatban láthatók.

Red
Green
Blue
D65
x 0.6400 0.3000 0.1500 0.3127
y 0.3300 0.6000 0.0600 0.3290
         
3. táblázat sRGB alapszínek és referencia fehér.

Váltás XYZ rendszerből sRGB rendszerbe. Az XYZ rendszerből első lépésként, a 3. táblázat adataiból adódó mátrix , szorzásával kiszámoljuk a lineáris R' G' B' értékeket:



A legtöbb rendszer a negatív, illetve az 1.0-nél nagyobb sRGB értékeket nem támogatja. Ez esetben egyszerűen korlátozzuk az értéket. Második lépés a gamma függvény alkalmazása:



A fenti definíció kissé különbözik a közvetlen 2.2-es gamma korrekciótól, de a beépített kis eltolás lehetővé teszi, egész aritmetikánál is, az inverz transzformációt.

Váltás sRGB rendszerből XYZ rendszerbe.
Gamma vissza:



Inverzmátrix:



Érdekes megfigyelni, hogy a linearizált sRGB' értékekből fekete-fehér átalakításnál a szürke' = 21% R + 72% G + 7% B összefüggés érvényes. Végül szürke=Gamma( szürke') adja a szokásos értékeket.

1.4.5 Gamma, gamma, gamma

Gamma korrekción (függvényen) általában egy hatványfüggvénnyel leírható (nemlineáris) jelátalakítást értünk. y = xgamma illetve log(y) = gamma * log(x)

Képfeldolgozással kapcsolatban számos helyen beszélünk gamma korrekcióról, amiből gyakran félreértés adódik. Ezt tisztázandó, néhány gamma definíciója:
- nézeti (megfigyelési) gamma : a teljes képátviteli rendszer eredő gammája, nézeti_gamma = felvevő_gamma * megjelenítő_gamma
- felvevő gamma: a képérzékelő eszköz (digitális fényképező, videókamera, szkenner stb.) átviteli függvénye, melyet gyakran szabvány ír elő,
- képcső gamma: a képcső trióda jellegéből adódó átviteli függvény,
- LUT gamma: a videókártya programozható átviteli függvénye, az egyes operációs rendszerek más-más értéket ínak elő, ezzel jól összezavarva mindenkit.
- megjelenítő gamma: elektronikus képmegjelenítő rendszer eredő átviteli függvénye, megjelenítő_gamma = képcső_gamma * LUT_gamma
- fotónagyítás során az árnyalat terjedelem módosulásából adódó (lágyul, keményedik) átviteli függvény,

A televíziós gyakorlatban teljes képátviteli rendszer gammája 1.125 .. 1.25 közé esik. Ugyanezek az értékek megfelelőek a digitális fotózás és monitoros megjelenítés esetén is.
Az 1.0 átviteltől, a megfigyelési és a felvételi környezet eltérő megvilágítottsága miatt térünk el. A Goldberg szabálynak megfelelően a sötétebb környezethez alkalmazkodott szem kissé lágyítja a megfigyelt képet. Mivel a visszajátszási környezet általában félhomályos, az azonos érzet eléréséhez a visszajátszott képet kissé keményíteni kell. (Ugyanez a magyarázata, hogy miért kell a vetített diákat, ill. mozifilmeket nagy kontraszttal készíteni.)

1.4.6 Az ICC színprofil

Annak érdekében, hogy a különböző gyártóktól származó berendezések és programok tudják kezelni egymás színadatait, szükséges szabványosítani a színprofilokat. Egy ilyen színprofil szabvány az ICC ( International Color Consortium) szabvány. A szabvány meghatároz több módszert az eszközfüggő színterek leírására és pontosan rögzíti (bájtról bájtra), hogy ezeket hogyan kell tárolni a fájlokban. A színprofilok értelmezését az operációs rendszer színmenedzselő modulja végzi. Színprofilt elméleti alapokon, vagy színmérés segítségével az eszköz gyártója, de a felhasználó is készíthet (kalibráció).
Színprofil szempontjából az eszközöket három csoportra osztjuk:
- beviteli eszközök (kamera, szkenner, fényképező)
- monitorok (értjük alatta általában az additív (RGB) megjelenítőket)
- kiviteli eszközök (ez inkább szubtraktív megjelenítő (CMYK nyomtató), de monitor is lehet).
Ez a hármas csoportosítás a megfelelő struktúrájú színtérleírást tükrözi. Színtérleírás alatt a CIE szabványon alapuló pontos matematikai utasítást értünk, amely meghatározza, hogy egy adott számhármas (számnégyes, ötös stb) mint vezérlőjel (vagy mint mért érték) az adott eszközön milyen színt (XYZ vagy Lab stimulust) eredményez, illetve a függvény inverze, adott színt milyen bűvszámokkal lehet megjeleníteni. Azt, hogy a valóságban mennyire működik a dolog, a profil pontossága, de a profilban nem figyelembe vehető körülmények is meghatározzák. A körülmények, például a környezet fényviszonyainak figyelembevétele a profilok generálásakor és felhasználásakor, napjainkban még a kutatás tárgyát képezik.
A legtöbb esetben a színtereket relatív színmetrikával illesztjük, vagyis a fehér (és a fekete) pontot egyezőnek tekintjük, függetlenül azok abszolút színkoordinátáitól. Ha meggondoljuk, egy nyomtatott kép esetén, esély sem lenne abszolút színvisszaadásra, hiszen a kép tekintése során a fényviszonyok nagyságrendeket változnak. Figyelembe véve az adaptációról mondottakat, átlagos környezethez hangoljuk a transzformációt.
Nézzük meg, néhány kiragadott példán, hogy a színtérleíráshoz, milyen matematikai lépéseket javasoltak a szabványt készítő mérnökök.

1.4.7 Három-komponensű Mátrix-alapú bemeneti színprofil

Ez egy egyszerű színprofil a következő matematikai modellel:
(Ndb 1D bemeneti tábla) => (NxN mátrixszorzás)
Kibontva 3D esetén:



Ennek megfelelően a profil lényegében tartalmaz 3 db egydimenziós táblázatot, ahol szabadon megadhatjuk a detektor érzékenységének görbüléseit, és egy 3x3-as mátrixot, amiben leírjuk, hogy a detektor érzékenyítése milyen lineáris kombinációja (vagy annak közelítése) az fX fY fZ görbéknek. Mind az RGB, mind az XYZ értékek normáltak (0..1). Színtanilag még a fehérpont megadása érdemel említést.

1.4.8 RGB monitorprofil

Ennek a profilnak a matematikai modellje teljesen azonos a három-komponensű Mátrix-alapú bemeneti profillal, bár itt inkább az inverz formulát használjuk (kimeneti eszköz). A lényeg, hogy megváltozik a mátrix jelentése. Ebben az egyes színképző fényforrások (fényporok) színkoordinátái szerepelnek. A tónuskorrekciós táblázatokba a gamma függvények töltendők.
Sok esetben az RGB színtereket a színképzők CIExy koordinátáival és a fehér CIExy koordinátájával jellemzik. Ezen adatokból a következő összefüggés adja a mátrix elemeit:



Megjegyzendő, hogy az 5.5 PhotoShop programhoz adott színmenedzser varázsló ilyen profilt generál, valamint az RGB színterek (sRGB, AdobeRGB, KodakProRGB stb.) is ilyen profillal adhatók meg.

1.4.9 Színes kimeneti profil

Ennek a színprofilnak a következő matematikai modellje:

(NxN mátrixszorzás) => (Ndb 1D bemeneti tábla) => (Mdb Ndimenziós kereső tábla) => (Mdb 1D kimeneti tábla)

Ilyen színprofilt mérés alapján szokás készíteni. Nyomtatunk egy tesztábrát (32. ábra). A tesztábra lényegében egyenletesen osztja fel a színteret, ezen felül az ismert kritikus színeknél sűrűbb. A nyomtatott tesztábrát spektrofotométerrel bemérjük. A mérés eredményeként hozzájutunk egy táblázathoz, melyben szerepelnek az adott eszköz színkoordinátáihoz tartozó eszköz-független mérési adatok. (pl dfl_mc_printer_CMYK=80, 0,70, 0 -> Lab=59,-54,29 ) A mért értékekből megfelelő program segítségével generáljuk a színprofilt.


32.ábra Szinprofil generálásához használt tesztábra.

Egy színes kimeneti színprofil minimum 6 db a fenti matematikai modellnek megfelelő adathalmazt tartalmaz. A 6db leképezés 3 db CMYK->Lab és 3 db Lab->CMYK-ra osztható. Ezek páronként egymás inverzei. A 3db Lab->CMYK leképezés a különböző szándékokat takarja, vagyis hogyan kezelje a színmenedzser az eszközön nem ábrázolható színeket:
- próbálja érzethelyesen transzformálni (pl. fotók)
- inkább használjon telt színeket (pl. grafikák)
- tartsa meg a világosságértéket (pl. proof).


33.ábra Szinkezelés beállítása a különböző szándékoknak megfelelően.(Forrás: Canon Inc.)

A színprofil generáló program a CMYK->Lab leképezéseket leíró keresőtáblákat aránylag egyszerűen kitölti, mivel a mért értékek szinte egy az egyben felhasználhatók, legfeljebb interpolációra van szükség. Az első gondot az NxM dimenziós, mérési adatokkal leírt nemlineáris függvény invertálása jelenti. Amennyiben N=M akkor az un. inverziós kitöltés módszere közvetlenül alkalmazható.
Ha M>N szükséges egy stratégia a 'felesleges' dimenziók kiszámításához. Ilyen stratégia CMYK esetén pl. a szürkék alatti színvisszavétel. (GCR) A stratégiát nem csak színtani megfontolások, hanem egyéb technológiai követelmények is befolyásolják.
A másik gondot a különböző szándékok kódolása jelenti. Ezek közül főleg az érzethelyes a nehezen megfogható (már megint színmetrika). A linearizáló 1D-os táblák használata esetleges. Érdemes például használni őket a festékterülés jellemzésére. Ez esetben az NxM-es kereső tábla lineárisabb lehet, így javítva színszámító modul esélyeit.
Annak érdekében, hogy egy fejlett kezelő program jelezhesse a felhasználónak (színtérváltás után) mely színek nem jeleníthetők meg , a profil tartalmaz még egy a színterjedelmet leíró tagot. (gamutTag) Ezt is a profilgeneráló tölti ki a mért értékek alapján. Ezen felül a profil tartalmazza a média fehér (papír-fehér) színkoordinátáit is. A papír-fehér értéket abszolút értelemben pontos színmegjelenítési szándék esetén használja a színmenedzser. Az itt leírt színprofilok csak a minimálisan megkövetelt tagokat tartalmazták. Bemutatásukkal a lényegi elemek szemléltetése volt a célunk. A teljes definíciót a www.color.org honlapon találhatjuk.

Folyt. köv ....