Система керування кольором (CMS)

1. Система керування кольором (CMS)

Color Management Systems (CMS) - cистема керування кольором, розроблена на основі стандартів International Color Consortium (ICC).
Задача CMS - отримання передбачуваних кольорів, не залежно від апаратної платформи або пристроїв, що використовувалися для захоплення зображення, перегляду або друкування.
Основні складові CMS: ICC-профілі, Profile connection space (PCS), Color Management Module (CMM), Gamut mapping.

Спрощена схема роботи CMS:

Коротко про суть CMS

Кожен пристрій має власний колірний простір, відповідно для кожного пристрою можна створити залежний від пристрою ICC-профіль, який саме для цього пристрою описує правила перерахунку в Profile connection space (PCS).
Кожен графічний файл (зображення) створюється у певному робочому колірному просторі і при збереженні до графічного файлу прикріплюється відповідний незалежний від пристрою ICC-профіль.
Якщо є графічний файл з прикріпленим ICC-профілем та ICC-профіль пристрою (наприклад, монітора), тоді CMS може зробити відповідні перерахунки з колірного простору графічного файлу в колірний простір монітора (максимально коректно, наскільки це можливо для кожного випадку). Докладніше дивіться нижче.

Як працює CMS у програмах з підтримкою CMS?

Розглянемо спрощену схему, як працює CMS на прикладі такої програми, як Photoshop.
Кожне зображення, яке ми відкриваємо (створюємо) у Photoshop, обов'язково відкривається (створюється) з певним Working Spaces (робочим колірним профілем), наприклад, з робочим колірним профілем sRGB.
Але від моменту, коли ми натиснули кнопку "відкрити файл" і до моменту, коли файл відкрився у вікні Photoshop, CMS у Photoshop виконує певну роботу.

Робота, яку виконує CMS

1) Зображення конвертується з робочого колірного профілю, наприклад, sRGB, в Profile connection space (PCS), наприклад, в CIE 1976 L*a*b* (Lab).
2) Значення Lab конвертуються в значення RGB по icm (icc)-профілю монітора.
3) Отримані значення передаються в драйвер відеокарти.
4) В драйвері відеокарти дані трансформуються згідно компенсаційних кривих (компенсаційні криві окремим тегом прописані в профілі монітора і завантажені в LUT відеокарти).
5) І на екрані ми нарешті бачимо результат роботи CMS у Photoshop для даного відкритого зображення.

Зауваження. Вся ця робота виконується лише для того, щоб ми побачили правильні кольори на екрані монітора, а файл як був відкритий в sRGB, так і після закриття залишиться без змін в тому ж форматі sRGB.

Зауваження. При цих трасформаціях використовується Color Management Module (CMM). А оскільки в кожній програмі з підтримкою CMS використовуються свої ноу-хау і свій Color Management Module (CMM), тому в різних програмах зображення можуть виглядати зовсім трошки по-різному навіть на профільованому моніторі.

Зауваження. В програмах без підтримки CMS зображення можуть виглядати суттєво інакше, аніж в Photoshop чи інших програмах з підтримкою CMS.

CMS нового покоління, iccMAX (ICC Labs)

International Color Consortium вже певний час веде розробку CMS нового покоління.
Під час розробки CMS використовується тимчасова термінологія:
iccMAX (ICC Labs) - система керування кольором нового покоління;
V5 - назва ICC-профілів нової версії.

iccMAX не пропонується як повна заміна існуючої архітектури ICC.1, але в якості доповнення або альтернатива, на той випадок, коли вимоги не можуть бути повністю задоволені за рахунок ICC.1 * (archive).
В багатьох галузях і надалі будуть використовуватись профілі V4 (чи навіть V2), за умови, що це буде відповідати існуючим потребам керування кольором.
iccMAX декларується як така, що зможе коректно обробляти профілі V4, V2. Проте, профілі v5 не будуть підтримуватись у вже існуючій ICC.1.

iccMAX випущена лише для публічного тестування. І тільки згодом буде затверджена у якості нового стандарту.
iccMAX може стати частиною ISO 15076 * (archive).
Поточна специфікація iccMAX - ICC.2:2023. Попередня версія, ICC.2:2019, також опублікована як ISO 20677-1.

Докладніше на сторінках:
ICC Labs * (archive); Introducing iccMAX * (archive); iccMAX * (archive).

2. ICC-профіль

ICC-профіль (ICC profile) - це набір даних, що характеризує пристрій введення або виведення кольору, або колірний простір, відповідно до стандартів, оприлюднених International Color Consortium (ICC).
Версії ICC-профілів:
- ICC v2 Specification * (archive);
- ICC v4 Specification * (archive).

Місцезнаходження ICC-профілів
Windows\System32\spool\drivers\color - для Windows.
Library/ColorSync/Profiles - для Mac OS X.

Залежні від пристроїв профілі - це профілі, що створені при профілюванні монітора та принтера. Кожен з цих профілів працює виключно з тим пристроєм, для якого такий профіль було створено під час профілювання.

ICC-профіль принтера - це файл з математичним описом кольоровідтворюючих можливостей даного принтера (кольоровідтворюючої системи "принтер-чорнило-папір-режим друку"),
що дозволяє програмам, що підтримують CMS, максимально коректно відображати кольори при друкуванні фотографій на цьому принтері.

ICC-профіль монітора - це файл з математичним описом кольоровідтворюючих можливостей даного монітора, що дозволяє програмам, що підтримують CMS та ICC-профіль монітора, максимально коректно відображати кольори на цьому моніторі. Окрім того профіль монітора як правило містить поправки (компенсаційні криві), які будуть завантажуватись в LUT-відеокарти.

Незалежні від пристроїв профілі - це Profile connection space (PCS) профілі (наприклад: CIEXYZ, CIELAB) та профілі колірних просторів sRGB, AdobeRGB.



Приклади фігур колірного гамуту профілів в колірній координатній системі CIE xy:
оливковий трикутник - ProPhoto RGB,
білий трикутник - BT.2020 (Rec.2020),
сірий трикутник - AdobeRGB,
синій трикутник - DCI-P3,
чорний трикутник — sRGB (Rec.709).

3. Profile connection space (PCS)

Profile connection space (PCS) - колірний простір зв'язку між колірними профілями (проміжний колірний простір). PCS - колірний простір, незалежний від пристрою. PCS застосовується для з'єднання профілів пристрою-джерела з профілем пристрою-призначення. Найпоширеніші PCS, які розроблені International Color Consortium: CIEXYZ, CIELAB.
У 1931 році створено CIE 1931 RGB та CIE 1931 XYZ.
У 1976 році з колірного простору CIEXYZ було математично виведено колірний простір CIELab. Інша назва колірного простору CIELab - CIE 1976 L*a*b*.

4. Color Management Module (CMM)

Color Management Module або Color Matching Method, або CMM (модуль керування кольором або метод зіставлення кольорів) – це «двигун», який фактично виконує роботу з керування кольором.
Отже, CMM відповідає за роботу з ICC (ICM) профілями та за колориметричні розрахунки.
Рекомендований CMM для Photoshop - Adobe Color Engine (ACE).
Приклади інших CMM: ICM 2.0 для Windows, Apple CMM, Kodak CMM, Heidelberg CMM. Можна посперечатися, яка CMM найкраща. Але оптимально у всіх програмах використовувати одну і ту ж CMM.
Докладніше на сторінках:
Color Matching Method; Adobe Color Management Module * (archive).

5. Gamut mapping

Gamut mapping - трансформація, що має місце, коли здійснюється перетворення з одного робочого простору в інший, або перетворення з профілю одного пристрою в профіль іншого пристрою.
Всі ці трансформації виконуються модулем Color Management Module.

6. Rendering Intent

International Color Consortium визначив чотири алгоритми gamut mapping, чотири Rendering Intent:

1) Perceptual ("Відчуттєве", "Сприйнятливе") – щоб привести кольори пристрою з більшим гамутом до кольорів пристрою з меншим гамутом, майже до всіх кольорів пристрою з більшим гамутом застосовується стискання.
При цьому зберігається баланс сірого. Мало сатуровані кольори стискаються дуже мало. Більш сатуровані кольори стискаються більше.
Можлива і зворотня ситуація, коли, щоб привести кольори пристрою
з меншим гамутом до кольорів пристрою з більшим гамутом, майже до всіх кольорів пристрою з меншим гамутом застосовується розширення. Perceptual є оборотним.
Отже, при Perceptual зберігається баланс сірого, але колориметрична точність не забезпечується, тому що всі кольори зсуваються.
Perceptual можна рекомендувати для фотографій.

2) Relative colorimetric ("Відносне колориметричне") – точно відтворює кольори у межах гамута і стискає кольори поза гамутом до найближчих
у гамуті за колірним тоном (hue).
Застосування Relative colorimetric (RC) має певну особливість:
два абсолютно різні кольори для пристрою з більшим гамутом можуть стиснутись в один колір для пристрою з меншим гамутом.
RC переміщує whitepoint.
При друкуванні біла точка оригінального зображення буде переміщена відповідно до білої точки паперу.
RC можна рекомендувати для логотипів. Також RC можна рекомендувати для зображень, де переважають мало сатуровані кольори, наприклад пастельні відтінки або для зображень, які не містять важливі надто сатуровані кольори.

3) Saturation ("За насиченістю") – трансформує насичені кольори (chroma) джерела у насичені кольори пристрою призначення, нехтуючи відмінностями по колірному тону (hue) та яскравості (lightness).
Можна рекомендувати для графіків та діаграм.
Saturation не представляє інтересу для фотографів (хоча можливі і якісь виключення з цього правила).

4) Absolute colorimetric ("Абсолютне колориметричне") – варіант Relative colorimetric, відмінність в тому, що Absolute colorimetric не переміщує whitepoint.
При друкуванні кольоропроби біла точка оригінального зображення збережеться і не буде переміщена відповідно до білої точки паперу.
Отже візуально whitepoint буде збережено.
Absolute colorimetric не представляє інтересу для фотографів, в основному використовується для кольоропроб у типографіях.

Rendering intent - спосіб масштабування колірних значень (метод передачі кольору) при переході від одного гамута до іншого.

7. Black Point Compensation (BPC)

Black Point Compensation (BPC) - це спосіб масштабування максимального рівня чорного та тонального діапазону при переході від одного колірного простору до іншого колірного простору.

Приклад:
Колірний простір sRGB має максимальне значення білого L* 100 та максимальне значення чорного L* 0, тональний діапазон L* 100-0.
Колірний простір принтера має максимальне значення білого L* 93 та максимальне значення чорного L* 18, тональний діапазон L* 93-18.
Конвертування фотографії з sRGB у колірний простір струменевого принтера.

BPC увімкнено:
масштабування йтиме з sRGB (тональний діапазон L* 100-0)
у колірний простір принтера (тональний діапазон L* 93-18).
Отже, максимально чорний в sRGB (L* 0) масштабується в трохи менш щільний чорний колір струменевого принтера (L* 18) і всі інші тони будуть масштабуватися відповідно. Таким чином, буде збережено весь тональний діапазон оригінального зображення, хоча тони будуть дещо стиснуті.

BPC вимкнено:
масштабування йтиме з sRGB (тональний діапазон L* 100-18)
у колірний простір принтера (тональний діапазон L* 93-18).
Отже, масштабування відбуватиметься не від максимального чорного кольору sRGB (L* 0), а від рівня чорного sRGB (L* 18). Таким чином, тональний діапазон оригінального зображення буде обрізано, а всі деталі в тінях, від L* 0 до L* 17, буде втрачено.

Висновок: конвертування зображення з колірного простору sRGB в колірний простір принтера з увімкненим BPC гарантує збереження всього тонального діапазону оригінального зображення, буде збережено якомога більше деталей у тінях, хоча тони будуть дещо стиснуті.
Докладніше на сторінці: Black point compensation: Thumbs up or down?.

8. Color Space

Color Space (колірний простір) - опис діапазону видимих ​​кольорів, заснований на використанні колірних координат. Оскільки людський зір базується на трьох типах світлосенсорів (колбочки "червоний", "зелений", "синій"), колірні простори зазвичай є "тривимірними".
Наприклад, RGB є тривимірним колірним простором, де кожен колір описаний набором з трьох координат.
Колірний простір можна визначити за допомогою будь-якої колірної моделі.

9. Color Model

Color Model (колірна модель) - математичний спосіб прогнозування поведінки людського зору або кольорових пристроїв.

10. Додаток. Глосарій

Зібрання слів, що потребують пояснень, знаходиться на сторінці: "Глосарій".

Теги: Система керування кольором, Color Management Systems CMS, ICC-профіль, Profile connection space, PCS, Gamut mapping, Color Management Module, CMM.