© Waldemar Komorowski

Zarządzanie kolorem to z jednej strony rozległy obszar wiedzy łączący informacje z wielu dziedzin nauki, z drugiej - zestaw standardów, procedur, programów i urządzeń pozwalających na poprawne przetwarzanie kolorów w procesie obróbki fotografii. Z założenia interesować nas tu będzie ten drugi aspekt zarządzania kolorem, chociaż potrzebne będzie odwoływanie się do jego teoretycznych podstaw.

Czy wiedza na temat zarządzania kolorem jest potrzebne fotografowi ? W przypadku fotografii cyfrowej - zdecydowanie tak. Jeżeli uświadomimy sobie, że efektem zrobienia zdjęcia cyfrowego jest plik zawierający kilkadziesiąt milionów liczb, które następnie są wielokrotnie interpretowane i przetwarzane przez różne programy i urządzenia, to nie mając świadomej kontroli nad tym procesem powinniśmy się raczej dziwić, jeżeli w rezultacie obróbki uzyskamy to co chcieliśmy, niż denerwować się , że nasze kolory "odjechały w nieznane".

Problemy zarządzania kolorem występują również w fotografii analogowej, tam jednak nie mieliśmy wystarczającej kontroli i możliwości wpływania na związane z nimi procesy. Jeżeli używaliśmy slajdów, mogliśmy jedynie wybrać sobie materiał ("do porannych mgiełek wolę kolory Velvii niż Provii") i to wszystko. Jeżeli chcieliśmy uzyskiwać odbitki, wszystkie problemy zarządzania kolorem nagle się ujawniały, ale i tak nasz wpływ na nie był niewielki. Technologia cyfrowa w fotografii sprawiła, że cały proces obróbki zdjęcia - od aparatu do wydruku wystawowego powiększenia można przeprowadzić u siebie w domu. Stąd też oraz z naturalnego dążenia do perfekcji problemy zarządzania kolorem znalazły się w obszarze zainteresowania wielu fotografów.




O ile światło jest dobrze opisanym zjawiskiem fizycznym, o tyle kolor jest tylko wrażeniem powstającym w mózgu człowieka w wyniku bodźców odbieranych przez receptory ludzkich oczu. Dodatkowo receptory te wcale nie odbierają monochromatycznych i rozłącznych (o wąskim zakresie fali świetlnej) bodźców, ale szerokie i pokrywające się zakresy fal świetlnych, tak jak to przedstawia poniższy wykres.




Nic więc dziwnego, że podstawą do tworzenia teorii przestrzeni kolorów stały się badania eksperymentalne międzynarodowej organizacji CIE, w wyniku których w 1931 roku określono przestrzeń kolorów widzianych przez człowieka (dla standardowego obserwatora) zwaną CIE L*a*b*. Na tej podstawie stworzono matematyczny model przestrzeni kolorów widzianych przez człowieka nazwany CIE XYZ. Wykres tej przestrzeni w wersji dwuwymiarowej jest chyba najbardziej znanym obrazkiem z książek i artykułów na temat fotografii cyfrowej.




Mając taką podstawę rozpoczęto tworzenie modeli i przestrzeni kolorów, które mogą być wykorzystane w urządzeniach i programach do przetwarzania obrazów.
Dwa podstawowe modele, którymi będziemy się tu zajmować to RGB i CMYK. Mówiąc model RGB właściwie mówimy tylko, że będziemy budować przestrzeń kolorów w oparciu o 3 współrzędne - R, G, B (czerwony, zielony, niebieski). W szczególności nie jesteśmy w stanie umiejscowić modelu RGB na wykresie CIE XYZ.
Aby zdefiniować przestrzeń kolorów musimy do modelu kolorów dodać wiele informacji - w tym zakres kolorów, punkt bieli, wartość gamma. Tak utworzona przestrzeń kolorów otrzymuje również jednoznaczną nazwę: sRGB, Adobe RGB(1998) (dalej będziemy używać nazwy skróconej - Adobe RGB), WideGamut RGB, ProPhoto RGB etc.
Dla tak zdefiniowanej przestrzeni RGB istnieje jedno-jednoznaczna relacja z przestrzenią CIE XYZ. O ile więc jakiś punkt należy do zakresu dwóch przestrzeni RGB można dokonać jego konwersji pomiędzy tymi przestrzeniami za pośrednictwem CIE XYZ. Dla przykładu wartość (5,10,144) RGB nic nie znaczy, ale wartości (5,10,144) sRGB oraz (5,10,144) Adobe RGB są jednoznacznie określone, chociaż zupełnie od siebie różne.
Przyjrzyjmy się zakresom trzech bardzo popularnych przestrzeni RGB wrysowanym wykres w CIE XYZ - sRGB (czarna , ciągła linia), Adobe RGB (czarna, kropkowana linia), WideGamut RGB (ciągła, czerwona linia):



Jak dotychczasowe teoretyczne rozważania mają się do rzeczywistości ? Każde urządzenie odwzorowujące kolory (wyświetlające, rejestrujące, drukujące) ma własny zakres możliwych do przetworzenia kolorów. Zakresy te są nie tylko grupowe - zależne od rodzaju i konkretnej marki urządzenia, ale również indywidualne - egzemplarze tego samego typu urządzenia mogą się od siebie pod tym względem różnić. Co więcej w ciągu pracy urządzenia sposób odwzorowania kolorów może się zmieniać. Jak zatem w ogóle można zapanować nad tym wszystkim ? Na szczęście istnieją urządzenia, które pozwalają mierzyć kolory produkowane przez inne urządzenia. Na podstawie pomiarów i obliczeń można utworzyć profil urządzenia, będący namiastką przestrzeni kolorów dla niego i pozwalający na konwersję kolorów tego urządzenia na podzbiór przestrzeni CIE XYZ. Jest to profil ICC (pliki z rozszerzeniem .icc lub .icm). Natomiast programy konwertujące i przetwarzające kolory to moduły CMM.

Wróćmy wreszcie do zarządzania kolorem. Cóż ono zakłada i co nam obiecuje ?
W najbardziej maksymalistycznej formie wygląda to następująco:
1. Każdemu przetwarzanemu obrazowi można przypisać przestrzeń kolorów.
2. Każdemu urządzeniu biorącemu udział w przetwarzaniu można przypisać jego profil ICC.
3. Każdemu etapowi przetwarzania można przypisać odpowiedni moduł CMM.
4. System zarządzania kolorem zapewnia automatyczne (!) konwersje przetwarzanego obrazu (na podstawie profili ICC) tak, że w całym procesie przetwarzania uzyskujemy zawsze takie same kolory.

Na gruncie fotografii brzmi to tak:
Raz zarejestrowana fotografia, po jednorazowej uniwersalnej obróbce może być następnie automatyczne przetwarzana na różnych urządzeniach (monitor, projektor, wydruk, odbitka, druk offsetowy) i zawsze w sensie kolorystycznym będzie wyglądać tak samo.
Jak to wygląda w praktycznej realizacji ? Krótko mówiąc nie najlepiej. Ale po kolei ...




Po zrobieniu zdjęcia aparatem cyfrowym matryca rejestruje miliony liczb, mówiących o stopniu jasności światła padającego na poszczególne jej punkty. Ponieważ każdy punkt rejestruje tylko jedną wartość (pomijamy tu technologię Foveon X3 ), a dodatkowo ma własny jednokolorowy filtr (R lub G lub B) to uzyskany obraz nie należy wcale do modelu RGB. Zarejestrowane przez matrycę dane zostają zapisane w pliku RAW i dopiero wtedy rozpoczyna się długa droga ich przetwarzania.
Pierwszym etapem tej drogi jest konwersja pliku RAW do pliku TIFF. Jednak gdy tylko rozpoczniemy taką konwersje wpadamy w sam środek problemów zarządzania kolorem.
Po pierwsze musimy zdecydować się na roboczą przestrzeń kolorów.
Po drugie -ustawić jasność, punkt bieli i krzywą gamma dla każdego zdjęcia, często korzystając z tego co widzimy na monitorze. Tak więc monitor powinien maksymalnie poprawnie pokazywać kolory.
Po trzecie - zapewnić właściwy profil dla aparatu (matrycy), tak by konwersja danych RAW do modelu RGB przebiegła pod względem kolorystycznym jak najwierniej.




Wszystkie konwertery RAW pracują w modelu RGB i oferują wiele przestrzeni kolorów - sRGB, Adobe RGB, WideGamut RGB, ProPhoto RGB itd. Którą z nich wybrać jako przestrzeń roboczą ? Będzie to przestrzeń wykorzystywana w całym procesie przetwarzania i stanowiąca podstawę do uzyskiwania efektów końcowych (wydruk, strona www, etc.).
Przede wszystkim powstaje pytanie jak naprawdę szeroki zakres kolorów może zarejestrować matryca. Znane mi wyniki testów dla CANON 1Ds wskazują, że zakres ten zawiera cały sRGB, jest w pewnym spektrum szerszy niż Adobe RGB, a w pewnym węższy, natomiast w całości zawiera się w ProPhoto RGB. Wyglądałoby na to, że warto wybrać jedną z szerokich przestrzeni kolorów - WideGamut RGB lub ProPhoto RGB. Prześledźmy jednak jak dalej zachowywać się będzie taka przestrzeń robocza. Kiedy dojdziemy do etapu wydruku, to rzeczywiście będziemy mogli wydrukować kolory, które zarejestrowała matryca, a które nie mieszczą się w zakresie Adobe RGB. Z drugiej jednak strony przestrzenie WideGamut RGB czy ProPhoto RGB są dużo szersze niż możliwości monitora i drukarki, stąd więc część kolorów będzie musiała być konwertowana. Na co więc się zdecydować ?

Wybrałem podejście eksperymentalne. Sprawdziłem jaki jest typowy zakres kolorów zdjęć, które robię. Nie ma bowiem, moim zdaniem, sensu rozszerzać tego zakresu w procesie obróbki w Photoshopie.
Wybrałem kilkadziesiąt typowych zdjęć i skonwertowałem je do WideGamut RGB. Następnie korzystając z funkcji Gamut Warning w Photoshopie dla sRGB i Adobe RGB sprawdziłem ich zakres kolorów. Okazało się, że wiele zdjęć przekracza sRGB, ale tylko jedno Adobe RGB. Zapewne w dalszym przetwarzaniu w Photoshopie w przestrzeni WideGamut RGB łatwo przekraczałbym Adobe RGB (zwłaszcza przy nasycaniu), ale byłby to już efekt sztuczny. Tak więc w moim przypadku zdecydowałem się na Adobe RGB. Tym bardziej, że w tej chwili wielu producentów stara się uzyskać pełny zakres tej przestrzeni w swoich monitorach i drukarkach. Ogranicza to istotnie ilość koniecznych konwersji. Jednocześnie jest to świadoma rezygnacja z pewnych możliwości kolorystycznych matrycy i drukarki atramentowej.
Oczywiście można sobie wyobrazić sytuację, w której fotografujemy głównie kwiaty o kolorach spoza zakresu Adobe RGB, ale akurat mieszczące się w zakresie matrycy i używanej przez nas drukarki. Wówczas wybór szerokiej przestrzeni roboczej będzie najlepszym wyjściem.




Wszyscy, którzy zajmują się obróbką obrazów w tej sprawie mówią jednym głosem - monitor, na którym pracujemy musi być sprzętowo skalibrowany tzn. musi być dla niego utworzony za pomocą specjalnych urządzeń indywidualny profil ICC. Dodatkowo proces tworzenia profilu trzeba stale powtarzać co najmniej raz w miesiącu. Co jest nam do tego potrzebne ? W miarę dobry monitor CRT lub LCD, posiadający sprzętową regulację składowych R, G, B oraz kalibrator monitorów taki jak Spyder firmy ColorVision, Eye-One Display firmy GretagMacbeth, czy MonacoOPTIX firmy X-Rite.
Raz w miesiącu wieszamy kalibrator na monitorze, uruchamiamy program i po 10 minutach mamy gotowy aktualny profil ICC. Profil ten ustawiany jest następnie jako standardowy w Windows. Czasami musimy go również ręcznie dołączyć do niektórych programów (np. w przypadku DPP Canona).
Czy naprawdę cykliczna kalibracja jest potrzebna ? Średniej klasy monitor LCD Eizo, przy pierwszej kalibracji nie wykazywał praktycznie odchylenia od standardu. Widać to było na krzywej kalibracji, która była prostą nachyloną pod kątem 45 stopni.
Natomiast po 6000 godzin pracy tego monitora krzywa kalibracji wyglądała następująco:





Widać wyraźne wygięcie ku górze mówiące, że odchylenie od standardu wzrosło.
W procesie kalibracji monitora ustawiamy 2 ważne parametry: punkt bieli i wartość krzywej gamma. Obie te wartości zależą od wybranej przez nas przestrzeni roboczej. W przypadku Adobe RGB czy sRGB są to - punkt bieli D65, a wartość gamma 2,2 (wyjaśnienie obu pojęć poniżej).
Warto podkreślić, że jedynie kilka najdroższych modeli monitorów jest w stanie odwzorować pełną przestrzeń Adobe RGB. Tak więc zwykle będziemy mieli do czynienia z sytuacją, w której część kolorów naszej przestrzeni roboczej będzie automatycznie konwertowana wg profilu ICC do węższego zakresu kolorów monitora.




Punkt bieli to wybrany w przestrzeni kolorów punkt, któremu przyporządkowujemy najjaśniejszy neutralny kolor (biel). Wartość D65 to konkretny punkt przestrzeni CIE XYZ, który odpowiada w przybliżeniu emisji ciała doskonale czarnego o temperaturze 6 500 K. W warunkach naturalnych jest to barwa światła dziennego przy całkowicie zachmurzonym niebie.
Wartość krzywej gamma, to pojęcie nieco bardziej skomplikowane. Aparat cyfrowy, jako urządzenie rejestrujące światło działa w sposób liniowy. Dwukrotnemu zwiększeniu jasności światła w danym punkcie odpowiada dwukrotne zwiększenie wartości liczbowej przyporządkowanej temu punktowi. Natomiast ludzkie oko nie działa liniowo. Zależność pomiędzy odczuciem zwiększenia jasności a rzeczywistym zwiększeniem natężenia światła odwzorowuje krzywa, która rozjaśnia obszary ciemne, a spłaszcza obszary jasne. Dzięki temu zresztą ludzkie oko potrafi "przetworzyć" ogromne kontrasty, jakie występują na przykład przy spoglądaniu z ciemnego pokoju na rozświetloną słońcem ulicę. Podobnie zresztą - nieliniowo zbudowane są monitory oraz zaprojektowane były materiały światłoczułe w slajdach czy negatywach.
Nieliniowość odbioru światła - w przypadku wyświetlania lub drukowania cyfrowego obrazu próbuje się aproksymować funkcją potęgową:

wyjściowa jasność = (wartość punktu w pliku)  ^gamma

A wartość krzywej gamma to wykładnik potęgi w tej funkcji.
Z kolei, ponieważ matryca przetwarza światło liniowo, to przy konwersji z RAW do TIFF trzeba zastosować funkcję:

wartość punktu w pliku = (wartość punktu w RAW)  ^1/gamma

Wartość gamma musi być zawarta w definicji przestrzeni kolorów i jest istotną jej własnością.




Zgodnie z założeniami zarządzania kolorem również aparat powinien mieć swój profil ICC. W tym miejscu jednak napotykamy duże trudności. Należy podkreślić, że mówimy tu o profilowaniu aparatu pracującego w trybie RAW. Profilowanie aparatu pracującego w trybie JPG lub TIFF jest znacznie prostsze. Fotografujemy w ustalonych warunkach oświetleniowych i przy określonych ustawieniach aparatu któryś ze standardowych wzorców kolorów (np. ColorChecker Chart firmy GretagMacbeth ) a następnie za pomocą programu takiego jak ProfileMaker firmy GretagMacbeth tworzymy profil ICC.
Sprawa z RAW jest zupełnie inna.
Jak już mówiliśmy dane RAW nie mają wiele wspólnego z modelem RGB.
Tak więc konwerter RAW musi wykonać następujące operacje:
- interpolacja danych RAW do pełnego modelu RGB (wartości 3 kolorów dla każdego punktu matrycy)
- konwersja danych RAW do konkretnej przestrzeni RGB (czyli dołączenie informacji o zakresie kolorów, punkcie bieli, wartości gamma etc.)
- uwzględnienie korekt, które wprowadził użytkownik funkcjami konwertera (np. jasność, saturacja, balans bieli)
Pierwszy i drugi krok wymaga profilu opisującego własności całego układu rejestrującego obraz. Ten profil jest niestety tajemnicą producenta, nie jest więc dostępny dla zewnętrznych firm software'owych tworzących konwertery RAW (jak Adobe), nie może być również zamieniany na indywidualnie utworzony profil. Nic również nie wiadomo, czy są duże różnice pomiędzy poszczególnymi egzemplarzami aparatów oraz czy z czasem ich własności rejestracji ulegają zmianie.
Firmy tworzące konwertery RAW na własną rękę budują profile do każdego aparatu. Sądząc jednak po rezultatach - jakości kolorów oraz jednoznaczności ich odwzorowania - nie jest to proste. Stąd też wyniki są zaskakująco różne (przykłady można obejrzeć tutaj ). Niektóre konwertery pozwalają na dołączenie do procesu konwersji korekt kolorów (np. Camera Raw Adobe) lub pełnych profili (np. PhaseOne). Jednak w sytuacji, gdy duże firmy software'owe mają kłopoty z przygotowaniem profilu dla konwersji RAW, trudno przypuszczać, że indywidualny użytkownik może stworzyć coś lepszego.
Mamy, rzecz jasna, możliwość ręcznej korekty kolorów w czasie konwersji RAW. Ale w przypadku fotografii krajobrazowo-przyrodniczej jest to niezwykle trudne. Jak wskazać jeden z 16 milionów kolorów, który najlepiej będzie odpowiadał kolorom "wściekłego" zachodu słońca, czy barwom storczyka ? Ja nie potrafię.
W tej sytuacji (po wykonaniu dodatkowych prób z innymi konwerterami) zdecydowałem się na używanie do konwersji RAW firmowego oprogramowania producenta aparatu, który powinien mieć najpełniejszą wiedzę o sposobie rejestracji kolorów przez własny produkt. Jednocześnie obróbkę w konwerterze ograniczam tylko do tego czego nie da się już później zrobić w Photoshopie, czyli:
- ustawienie jasności
- ustawienie balansu bieli
- korekta krzywej konwersji RAW
Warto dodać, że problem z odwzorowaniem kolorów w momencie rejestracji obrazu nie jest nowy i nie pojawił się wraz z technologia cyfrową. Praktycznie każdy materiał światłoczuły slajdów i negatywów inaczej rejestrował kolory.




Podsumujmy jak przebiega realizacja założeń zarządzania kolorem w I etapie obróbki fotografii cyfrowej od aparatu do pliku TIFF.
1. Przestrzeń robocza - mamy do dyspozycji duży wybór przestrzeni RGB, dobrze zdefiniowanych i dostępnych na wszystkich etapach przetwarzania.
2. Profile ICC
Tworzenie profilu dla monitora jest proste i może być systematycznie powtarzane.
Dla aparatu cyfrowego pracującego w trybie RAW nie można w zasadzie utworzyć profilu ICC. Profile konwersji tworzone przez różnych producentów konwerterów dają różne wyniki.
3. Moduły CMM
Moduły CMM odpowiadające za wyświetlanie zdjęć na monitorze (w MS Windows i/lub w konwerterach) działają bez problemów.
Moduły CMM konwertujące dane RAW różnych firm dają różne wyniki.
4. System zarządzania kolorem - na etapie rejestracji obrazu i jego konwersji do modelu RGB nie daje jednoznacznych rezultatów.


Do Czytelników


Rozpoczęty tutaj cykl artykułów to wynik analizy dostępnych nam informacji oraz własnych doświadczeń i przemyśleń. Wiedza dotycząca tego tematu jest rozproszona, a jednocześnie stale szybko się rozwija. Dlatego też prosimy o przesyłanie do nas uwag, komentarzy, uzupełnień lub pytań (Kontakt).