Анализ цветового охвата цифровой фотокамеры

Анализ цветового охвата цифровой фотокамеры

М.Ю. Сухих,

студент 6 курса

В современном мире основным источником изобразительной информации (оригиналов) для полиграфического репродуцирования стали цифровые фотоаппараты.

Согласно терминологическому стандарту ОСТ 29.40-2003 [1] под цветовым охватом синтеза (гамут) понимается совокупность цветов, возможная для передачи в системе цветовоспроизведения. Чем больше цветовой охват у цифрового фотоаппарата, то есть чем больше он приближен к цветовому охвату человеческого глаза, тем фотография, сделанная на этом фотоаппарате, будет натуральнее. Современные производители предлагают широкий спектр цифровых фотокамер и утверждают, что именно их модели, обладающие определенными запатентованными технологиями, будут лучше воспроизводить цвета.

Целью работы является анализ цветового охвата фотокамеры.

Для проведения анализа требуется следующее оборудование:

1. Цветовой тест Munsell Color Checker X-Rite.

2. Цифровая фотокамера Sony Alpha 200.

3. Источник освещения с цветовой температурой 5000 К.

4. Штатив (опционально).

Программное обеспечение:

- Adobe Photoshop CS5;

- Script Arc Calibrator 1.2 (плагин для Photoshop).

1. Калибровка цветовоспроизведения фотокамеры

Используемый в эксперименте цветовой тест Munsell ColorChecker X-rite состоит из двадцати четырех образцов различного цвета (рис. 1). К тесту прилагается таблица фактически измеренных цветовых координат цветовых образцов в системах sRGB и CIE Lab при освещении стандартными источниками D65 и D50 соответственно. Поскольку предполагается проводить анализ цветового охвата цифровой фотока-

Рис. 1. Munsell ColorChecker X-rite

меры в цветовом пространстве CIE Lab, фотографирование теста выполнялось при естественном освещении с цветовой температурой около 5000 К.

На цифровых фотокамерах нередко присутствует режим ручной установки баланса белого ( WB - white balance), что позволяет настроить желаемую цветовую температуру, соответствующую освещению при съемке. В дальнейшем можно исправить баланс белого при обработке цифрового снимка в формате Camera RAW с помощью ПО.

При использовании Munsell ColorChecker X-rite необходимо учитывать следующее:

1. Если в фотографической системе присутствует проблема в передаче голубой или желтой составляющих цвета, то цвета полей № 6 и № 11 (на тесте сине-зеленый и желто-зеленый) в изображении могут практически поменяться местами.

2. Если на изображении цвет поля № 13 (исходно синий) имеет пурпурный цвет, то в спектре источника освещения при съемке присутствует много красных и теплых тонов.

3. Если серые поля шкалы № 20-23 на изображении остаются ахроматическими, но изменились цветные поля, то это может означать, что в фотографической системе есть проблемы в передаче красных или желтых или синих цветов. Это может означать, что цветовая температура источника при съемке не соответствовала требуемой, в частности, использована вспышка с цветным светофильтром.

Необходимо сделать снимок цветового теста. Оптический стабилизатор цифровой фотокамеры отключен, баланс белого выставляется автоматически. Камера выставила значение выдержки рав-

ной 400 мс. Вследствие чего, чтобы избежать «размытости» изображения, необходимо использовать штатив. Была произведена серия из трех снимков со светочувствительностью равной 100 и задержке равной 1/3 с, светочувствительностью 400 и задержкой 1/10с, светочувствительностью 1600 и задержкой 1/40 с, для получения наиболее объективных результатов. Снимки сохраняются в формате raw. Далее сохраненные изображения открываются в программе Adobe Photoshop. Для отображения полученных цветовых координат необходимо поставить курсор мыши в центр каждого цветового квадрата. Отображение необходимых нам координат в цветовом пространстве Lab осуществляется путем нажатия клавиши F8. Цветовое пространство в Adobe Photoshop выставляется ProPhoto RGB в настройках цвета. Полученные результаты в сравнении с эталонными представлены ниже в табл. 1.

Одно из основных препятствий для внедрения управления цветом в съемочную технику - непостоянство источника освещения. Если требуется точное попадание в цвет, то калибровать камеру нужно, фактически, под каждую конкретную съемку (под каждый конкретный источник света). С другой стороны, при оперативной съемке точное попадание в цвет редко является важным критерием качества. Заложенные в камеру или ПО алгоритмы коррекции баланса белого и «пересчета» фильтров на матрице в RGB-цвета файлов JPEG/TIFF/RAW работают вполне корректно. В нашем случае, если взглянуть на полученные результаты, то можно убедиться, что данные в большинстве случаев достаточно сильно отличаются от эталонных. Поэтому будем осуществлять полуавтоматическую калибровку камеры.

Полуавтоматический процесс калибровки с помощью AcrCalibrator

Для автоматизации процесса калибровки воспользуемся плагином для Photoshop AcrCalibrator, созданным Томом Форсом (Thomas Fors). С сайта [http://fors.net/chromoholics/] можно загрузить модуль AcrCalibrator 1.2 и инструкцию по его применению. Перед началом калибровки модуль выдал предупреждение о том, что эта версия не тестировалась с ACR 6.3. Однако процесс калибровки завершился успешно.

Использование AcrCalibrator осуществляется следующим образом. Его (файл AcrCalibrator.jsx) нужно загрузить в папку PhotoshopCS5/Presets/Scripts и перезагрузить Photoshop.

Снимок цветового теста открывается в Camera RAW. Баланс белого устанавливается по второму слева «серому» полю (рис. 2).

При следующих настройках файл открывается в Adobe

Photoshop:

а) режим 8 бит/цвет;

б) цветовой профиль ProPhoto RGB;

в) наименьшее разрешение (для ускорения обработки).

Таблица 1

Цветовые координаты, полученные в результате эксперимента в сравнении с эталоном

м in

Номер Название цвета CIE 1АВ(эталон) CIE LAB Iso 100 CIE LAB Iso 400 CIE LAB Iso 1600

L a b L a b L a b L a b

1 Dark skin 37,986 13,555 14,059 30 15 11 29 14 11 30 13 11

2 Light skin 65,711 18,13 17,81 64 19 9 64 18 10 64 18 10

3 Blue sky 49,927 -4,88 -21,925 46 -7 -32 47 -7 -31 47 -9 -31

4 Foliage 43,139 -13,095 21,905 40 -14 21 40 -15 21 39 -16 23

5 Blue flower 55,112 8,844 -25,399 50 5 -34 50 5 -34 49 5 -34

6 Bluish green 70,719 -33,397 -0,199 66 -27 -11 66 -28 -11 68 -28 -9

7 Orange 62,661 36,067 57,096 56 39 63 56 39 63 57 39 65

8 Purplish blue 40,02 10,41 -45,964 37 7 -58 37 7 -58 35 5 -57

9 Moderate red 51,124 48,239 16,248 48 53 17 48 53 17 46 52 20

10 Purple 30,325 22,976 -21,587 23 20 -28 21 19 -27 22 19 -26

11 Yellow green 72,532 -23,709 57,255 69 -23 50 71 -23 49 70 -24 52

12 Orange yellow 71,941 19,363 67,857 68 18 68 68 19 69 69 18 69

13 Blue 28,778 14,179 -50,297 25 13 -59 21 18 -58 26 11 -58

Окончание табл. 1

М 1Л 1Л

Номер Название цвета CIE 1АВ(эталон) CIE LAB Iso 100 CIE LAB Iso 400 CIE LAB Iso 1600

L a b L a b L a b L a b

14 Green 55,261 -38,342 31,37 52 -39 27 51 -39 27 53 -42 30

15 Red 42,101 53,378 28,19 41 55 33 41 55 34 40 55 35

16 Yellow 81,733 4,039 79,819 78 6 69 78 6 70 80 6 69

17 Magenta 51,935 49,986 -14,574 49 50 -23 49 51 -22 48 50 -21

18 Cyan 51,038 -28,631 -28,638 46 -24 -39 46 -24 -39 49 -26 -39

19 White (.05*) 96,539 -0,425 1,186 86 -1 -5 85 -1 -4 85 -1 -5

20 Neutral (.23*) 81,257 -0,638 -0,335 77 -1 -7 76 -1 -7 77 -1 -6

21 Neutral (.44*) 66,766 -0,734 -0,504 65 -1 -8 64 -2 -8 65 -2 -7

22 Neutral (.70*) 50,867 -0,153 -0,27 45 -1 -7 47 -1 -7 49 -3 -7

23 Neutral (.1.05*) 35,656 -0,421 -1,231 29 -1 -8 30 -1 -7 29 -3 -6

24 Black (1.50*) 20,461 -0,079 -0,973 8 0 -4 7 0 -4 12 0 5

Рис. 2. Установка баланса белого

Инструментом «перо» на мишени нужно нарисовать прямоугольник, выставив его углы в центры полей мишени: «темная кожа» -«белый» - «черный» - «зелено-голубой» (угловые поля нужно выбрать именно в такой последовательности) так, как показано на рис. 3.

Затем запустить скрипт AcrCalibrator и подождать. Скрипт выдал на экран данные калибровки примерно через двадцать три минуты. Тест был запущен второй раз для получения более объективных результатов. Они оказались идентичны предыдущим. Результаты, полученные после проведения полуавтоматической калибровки, приведены в табл. 2.

Рис. 3. Прямоугольник, нарисованный поверх изображения теста при применении модуля АсгСаНЬга^г

Таблица 2

Цветовые координаты, полученные в результате эксперимента в сравнении c эталоном после проведения полуавтоматической калибровки камеры

Номер Название цвета CIE 1АВ(эталон) CIE LAB Iso 100 CIE LAB Iso 400 CIE LAB Iso 1600

L a b L a b L a b L a b

1 Dark skin 37,986 13,555 14,059 37 15 15 38 14 16 37 15 18

2 Light skin 65,711 18,13 17,81 66 18 14 64 19 15 66 18 15

3 Blue sky 49,927 -4,88 -21,925 50 -1 -23 50 -2 -23 47 -5 -21

4 Foliage 43,139 -13,095 21,905 47 -18 29 44 -19 32 48 -19 33

5 Blue flower 55,112 8,844 -25,399 54 11 -26 54 10 -26 55 9 -23

6 Bluish green 70,719 -33,397 -0,199 71 -25 0 72 -25 1 71 -25 2

7 Orange 62,661 36,067 57,096 59 38 63 56 39 63 62 36 63

8 Purplish blue 40,02 10,41 -45,964 38 18 -53 37 18 -53 35 17 -53

9 Moderate red 51,124 48,239 16,248 51 55 15 50 55 17 50 53 20

10 Purple 30,325 22,976 -21,587 29 26 -26 25 26 -25 22 28 -26

11 Yellow green 72,532 -23,709 57,255 74 -28 56 74 -29 57 73 -29 62

12 Orange yellow 71,941 19,363 67,857 71 14 74 72 14 75 73 14 75

13 Blue 28,778 14,179 -50,297 28 23 -53 24 24 -59 21 24 -60

Окончание табл. 2

М 1Л 09

Номер Название цвета CIE 1АВ(эталон) CIE LAB Iso 100 CIE LAB Iso 400 CIE LAB Iso 1600

L a b L a b L a b L a b

14 Green 55,261 -38,342 31,37 59 -41 35 60 -40 35 58 -44 39

15 Red 42,101 53,378 28,19 43 60 34 42 61 35 42 61 36

16 Yellow 81,733 4,039 79,819 83 0 88 83 0 90 84 1 90

17 Magenta 51,935 49,986 -14,574 50 56 -22 52 55 -21 54 53 -19

18 Cyan 51,038 -28,631 -28,638 50 -16 -31 50 -16 -30 53 -18 -28

19 White (.05*) 96,539 -0,425 1,186 87 0 1 85 0 2 88 0 2

20 Neutral (.23*) 81,257 -0,638 -0,335 78 0 0 78 0 1 79 0 2

21 Neutral (.44*) 66,766 -0,734 -0,504 67 0 -1 67 0 0 66 -1 2

22 Neutral (.70*) 50,867 -0,153 -0,27 51 0 1 51 0 1 57 -2 2

23 Neutral (.1.05*) 35,656 -0,421 -1,231 34 0 -1 35 0 -1 34 -1 1

24 Black (1.50*) 20,461 -0,079 -0,973 14 0 0 13 0 1 14 -2 2

AcrCalibrator - Version 1.2

Copyright (c) 2007 Thomas Fors <tom@fors.net>

ACR Version 6.3 UNSUPPORTED

/e/Pictures/%DO%A3%Dl%87%Dl%91%DO%Bl%DO%BO/%DO%94c/oDO%B8%DO%BF

Color Temp: 4850 Tint: 2

Exposure: 0.1 Shadows: 0 Brightness: 56 Contrast: -3 Saturation: 0 Shadow Tint: -2 Red Hue: -22 Red Sat: 25 Green Hue: -15 Green Sat: -6 Blue Hue: 22 Blue Sat: 10 Done.

Elapsed Time: 22.21 mins. Speed: 19.36

Рис. 4. Данные, показанные в диалоговом окне ArcCalibrator

после проведения полуавтоматического процесса калибровки

Следующим шагом является сохранение и применение полученных настроек. После получения результатов при помощи модуля AcrCalibrator, настройки необходимо записать и после выставить необходимые значения во вкладках Basic и Camera Calibration в режиме Camera Raw. Настройки сохраняются в профайл для их дальнейшего воспроизведения. Профайлу можно присвоить необходимое имя, по умолчанию ему присваивается имя, идентичное имени файлу фотографии.

Если сравнивать данные таблиц 1 и 2, то видно, что после калибровки камеры цветовые координаты оказываются более приближены к эталонным, однако все равно не идеальны. Также можно наблюдать тот факт, что изменение светочувствительности слабо влияет на цветовой охват фотокамеры.

Результаты также представлены в виде экспериментального графика (рис. 5). На графике изображены цветовые координаты в виде векторов. На графике не наблюдается какая-либо тенденция изменения цветовых координат, однако с точностью можно заметить, как и по таблицам, что цветовые координаты далеки от эталонных значений. Соответственно, поле цветового охвата будет не таким, каким нам бы хотелось его видеть.

2. Измерение и оценка цветового охвата фотокамеры

Здесь нам потребуется наличие тест-объекта для проведения эксперимента. В качестве тест-объекта был выбран цветовой пан-

-1 щ див V jjj е —г И 4 rj.l || — _ —j_ -г ч 1 1 и ! is — S | Зрд л

-г г ic igr 1 1 - Ш "--р.

___ а 3 И Д Ж 1  | .....- ¡¡1 :J : 1 Т: pj ~7 15 1 — BBj  -(ч 4

Рис. 5. Экспериментальный график с цветовыми координатами, полученными после процесса полуавтоматической калибровки камеры

тонный веер «Colid coated». Был сделан снимок пантонного веера (рис. 6), после чего сняты данные с цветовых ячеек.

Рис. 6. Пантонный веер «Colid coated»

Эти данные наносятся на координатную плоскость, образуя некий контур (рис. 7). Этот контур и будет являться искомым цветовым охватом фотокамеры.

Рис. 7. Графики эталонного и искомого цветовых охватов

На графике под цифрой 1 изображен цветовой охват эталонных цветов, под цифрой 2 - искомый цветовой охват. Можно наблюдать, что в некоторых областях искомый цветовой охват оказывается внутри эталонного, в других же наоборот выходит за его пределы. Это, безусловно, является отклонением от нормы. Такие результаты могли получится из-за неправильных условий освещения, либо из-за самого цветового охвата фотокамеры (что более вероятно).

Выводы: ожидается, что разные фотокамеры будут иметь разные цветовые охваты. После проведения полного исследования будет возможным написание рекомендаций по выбору фотокамеры для разных видов работ, будь то реклама косметики или художественное репродуцирование. Также ожидается разработка собственной методики по регистрации цифровых изображений с максимально широким цветовым охватом.

Библиографический список

1. ОСТ 29.40-2003, Технология и оборудование допечатных процессов в полиграфии. Термины и определения.

2. Shagara Singh, Adobe Photoshop Glossary of Terms, Phrases & Acronyms.

3. http://www.xrite.com/home.aspx

4. http://fors.net/chromoholics