爱色丽浅谈色彩管理在数字影像中的应用

1、让一个摄影的门外汉来谈色彩管理技术在数码影像, 特别是数字摄影中的应用, 笔者着实自觉难于下笔。因此仅从实践中的体会出发，泛泛而谈在工作中所见影友通常遇到的色彩方面的问题，以及通过色彩管理技术进行的求解探索。1.何为色彩管理，为什么要需要色彩管理？    色彩管理按照笔者的理解即是通过一定的方式和方法来实现人们对色彩的准确交流和控制，应用于当今的数字影像流程中，即是控制输入、显示、处理和输出设备的色彩准确性和一致性。其实从影像记录技术和彩色显示技术发明开始，人们从没有间断过对色彩控制方法的探索。在摄影行业以柯达、富士、爱克发等公司为代表的一些著名厂商均有各自己独特

2、的色彩控制技术，但在传统银盐的模拟时代，色彩控制技术都处在各自为政的封闭环境中发展，一方面产生了鲜明的风格（例如很多人对柯达胶片的蓝色、富士胶片的绿色等等，都情有独钟），另一方面色彩的沟通与交流却很难跨越这些鸿沟，色彩的交流必须打上设备的烙印（即与设备相关的颜色表达），国际上也没有形成统一的色彩交流标准。普通的摄影从业者，除了对相机和胶片的选择权，其实对色彩的控制力是非常有限的，很大程度上需要依赖对不同品牌相机、胶片、相纸，及其色彩表现风格的了解。所以绝大多数人只能把希望寄托于挑选一个好的相片冲洗店，才能得到色彩还原好的相片。    随着计算机为代表的数字技术的发

3、展，显示器、扫描仪、数码相机、彩色数字输出设备的出现，给传统影像行业带来了可谓翻天覆地的变化。影像记录和交流的方式变的丰富多彩了，但伴随而来了一系列色彩交流的难题：如何让不同的显示器显示出相似的色彩？如何让扫描仪或数码相机真实还原实物的色彩？如何让彩色数字输出设备（数码冲扩机、打印机等式）稳定的记录准确的色彩，甚至达到于显示一致的效果？等等问题层出不穷？涉及到色彩交流的各行各业都在呼唤着统一的色彩标准，以及可以跨越不同品牌、不同设备、不同介质的颜色交流方法。色彩管理技术与标准从此成为众多厂商关注的焦点。1993 年，由Adobe、AGFA、Kodak、Apple、MircoSoft 等八家国际

4、著名的厂商牵头成立的ICC 组织（国际色彩联盟）应运而生。ICC 组织提供了一个跨平台的、开放式的色彩管理框架和规范。所有设备及软件厂商只要遵循这个规范就可以进行颜色的交流和传递，尽可能的保证色彩交流和记录的准确性和一致性。    1.1 基于 ICC 的色彩管理涉及到几个重要的思想：    i. 与设备无关的表色空间。 不同设备有着不同的色彩表示方法，例如：显示器、扫描仪和数码相机通常使用RGB（红、绿、蓝）数据来记录颜色，打印机则通常使用CMYK（青、品红、黄、黑）数据来记录颜色, 数字冲扩设备实际上是通CMY 染色料记录颜色。而

5、这些描述颜色的方式全都是与设备相关的，即不同的设备既便使用同一组数据，其颜色实现的结果则可能有显著的不同。例如，不同显示器显示同一幅图像常常色彩不一，或者同一幅图像用不同的打印机输出的色彩也不一样，等等。因此，ICC 规范使用与设备无关的表色方法来描述视觉颜色（通常采用CIE Lab 或XYZ 三刺激值来描述）。    ii. 设备的特性化描述。不同设备的颜色特性可以用一个符合 ICC 规范的描述文件来描述(ICC Profiles)。简单来说就是对一个特定的设备建立一个设备色(如RGB/CMYK) 与Lab 颜色的对照表(LUT) 。例如： 当一台打印机打印 (

6、RGB=255.0.0)这个数据的色块，我们可以用一个颜色测量仪器测量出这个色块的色度数据L1a1b1。从而建立起(RGB=255.0.0)与L1a1b1 的对应关系。当打印的色块数量足够多时，就可以很好的描述这台打印机当时的颜色特性了。也就是为这台打印机建立了一个ICC 描述文件。可以理解成建立了这台设备的RGB 与Lab 的对照字典。    iii. 当我们对数字流程中的所有设备都建立了各自的 ICC 描述文件之后，它们之间就有了颜色交流的平台。就好像一群语言不通的几个国家的人们在一起交流时，每个人都有一本自己语言与通用语（如英语）的字典，他们就可以通过查找和

7、翻译的方式进行交流了。这里的通用语就好像与设备无关的表色方式Lab，而每个国家自己的语言就好像与设备相关的表色方式RGB 或CMYK 等。这种交流或翻译的过程就是设备颜色空间进行转换的过程。2 各种数字设备的色彩管理方法简介。    对以上枯燥难懂的概念有了一个基本的了解之后，我们就可以分析、了解和找到数字影像流程中的许多颜色问题的解决方法了。    2.1 显示器的色彩管理。为什么需要对显示器校色？显示器不是在出厂时已经调校好了吗？许多初涉色彩管理的人常常会有这样的疑惑。基本上有三个主要的原因，第一是由于不同的工作流程对于显示色彩的

8、要求是不同的，所以出厂默认的通用设置难以满足专业化的要求。第二是由于显示器自身的器件在使用过程中会随时间发生衰减和性能下降等变化，造成显示的色彩和亮度也会发生变化。第三是由于系统显示的最终色彩，不仅因显示器而异，还会受到显示卡、电脑硬件、操作系统，甚至应用软件的影响，其中任何一个因素的变化都会导致显示色彩的变化。因此，所谓的显示器校色，即是对整个显示系统，针对工作流程的特定要求而进行的颜色调校。    在色彩管理流程中的显示系统校色主要分两个方面。一方面是标准化，另一方面是特性化。标准化的目的在于通过显示器硬件或电脑软件的调节将影响显示色彩的关键参数调节到某一标准

9、或达到特定的要求，为不同显示系统之间达到相同的显示效果创造条件。例如：显示分辨率、色彩位深、白点色温（或色度）、白点亮度、黑场亮度、Gamma 值等。现在市场上液晶显示器已经逐渐取代了CRT 显示器成为主流。但是两者的校色过程都是非常类似的。下表参考国际标准，并结合我们在影像行业实践中的一些应用环境，列出了一些指导性参考数据，可以让我们更好的了解屏幕校色的要点。    显示器的校色要达到一定的精度，必须借助仪器来实现，主要是依靠屏幕校色仪来完成的。目前常用的屏幕校色仪主要分为单纯的色度计和分光光度仪两种。单纯的色度计大多采用三滤色片式感光器，价格较为低廉。但只能用

10、于显示器校色，精度较低。并且由于没有自校正的机制，当滤色片随使用时间的延长发生老化变色时，仪器对颜色的识别也会逐渐产生偏差。但其低廉的价格和较高的性价比，容易被广大摄影爱好者接受，见下图。    另一种精度较高的屏幕校色仪是分光光度仪，这种仪器采用分光的原理，可以采集颜色的整个光谱数据（被称为颜色的指纹），从而达到更高的精准度，同时分光光度仪都配有自身校正标准白板，使仪器在长时间的使用周期中，保持稳定的精度。除了可以校正屏幕的颜色之外，这类分光光度仪还可以测量环境光源、闪光灯的亮度、色温，以及显色指数。可谓一专多能。见下图。    许

11、多人在做显示、输出校色时，希望达到显示与输出一致的色彩。却往往忽略了标准光源和观察条件对观看输出效果的影响。随随便便的在日光灯或混合的环境光下用显示器比色，这种做法的错误在于忽视了在不同环境光下，即使是同一个输出样张，看上去其颜色也是不同的。我们在进行显示器校色时，大多会把显示器校正到与标准光源相同的色温，例如：6500K 或D65 标准，如果观看样张的光源不符合这个标准，或与之相去甚远则很难达到所见即所得的效果。通常观看样的光照条件应尽量符合表一中的要求，对效果要求严格的影友应尽量选择标准光源箱或看片台，光源的色温为5000K6500K，显色指数达到90%以上。显色性是光源的一个非常重要的参

12、数，我们日常用的普通日光灯，色温一般也能符合要求，但是显色指数却比较低，在这种灯光下观看输出样张颜色，色相、饱和度都会受到影响。条件达不到的影友，没有标准光源箱，也可以选择在柔和的自然光下观看地样张，只要周围没有鲜艳的颜色映射到样张上，一般也可以达到较为满意的效果。    2.2 数码相机的色彩管理    数码相机的色彩管理容易被人误解。有些人认为完全没有必要，认为不同的相机风格不同，没有必要也不可能拍出一样的颜色。还有些人认为，数码图像后期可以随意调整，拍出的图像有些偏色也没有关系。对色彩管理一知半解的人也会常常认为数码相机的校色，

13、与显示器、输出设备校色一样，只需要对数码相机做一个自定义ICC 配置文件就可以了。这些人大多没有意识到色彩管理的初衷是真实的还原与交流颜色。美化或优化图像需要建立在统一标准之上，才可控、易控。因此，色彩管理对于数码相机来说，主要是提供一些工具帮助摄影师在拍摄时尽可能真实还原摄影场景的颜色，或者后期图像处理时有标准的颜色依据可供参考。这样的工具有很多，最常见的要算测光表了。带有色温、照度测量功能的测光表，不仅可以提供曝光参数，还可以帮助摄影师调整光照的匀均和色温的设定。但是由于测光表的价格不菲，功能有限，通常只应用在专业的摄影棚中。对于广大的摄影爱好者，以至于专业摄影师来说，更灵活有效的颜色控制

14、辅助工具是各种标准色卡。见下图：    各种不同的标准色卡，有着不同的作用和应用方法。白平衡卡用于对数码相机进行自定义白平衡校正，或做为白场参考用于在图像处理软件中调整色温。三阶灰卡包含黑、白、灰三个色块，既可用于自定义白平衡，也可用于检验中性色的还原，还可以用于定义黑白场，调整图像的反差和层次。经典的24 色色卡，在传统摄影时期就被用于高质量颜色还原的应用，现在更广泛应用于数字图像颜色还原评测、校色等，涉及到相机的制造、照相系统和摄像系统的颜色还原性能评价、影视摄像中的色标参考、手机摄像头的颜色还原、工业用机器视觉中的颜色还原评价等。在Adobe DNG Edi

15、tor 软件，X-RiteProfileMaker 软件中还可以利ColorChecker24 色色卡制作自定义的数码相机配置文件。对于某些对颜色还原要求极高的商业摄影和文物摄影，配合使用ColorChecker SG色卡是更好的选择，SG 色卡包括了24 色色卡的全部颜色，还增加了许多肤色、色相轮上的各种饱和色，以及用于检测光照均匀性的一周黑、白、灰色块。SG 色卡配合ProfileMaker 色彩管理软件可以生成高质量的数码相机ICC 文件，在摄影棚或可控的摄影光照条件下，可以更好的记录和还原被摄物体的颜色，或进行建立在标准化基础上的图像优化。即使在没有这些标准色卡或无法使用颜色参考标准的

16、摄影环境中，理解色彩管理的原理和应用方法仍然非常有助于在图像处理和输出时控制图像的颜色。    2.3 图像处理中有关色彩管理的设置    谈到数码摄影就不可避免的说到图像处理软件，它们被称之为“数码暗房”，给影像带来了无数种可能。但是无论RGB 数据怎样的千变万化，最终要显示出人眼看到的颜色，都离不开软件对RGB 数据的颜色定义。这种颜色定义可以理解为颜色空间，例如sRGB或Adobe RGB 就是通用的RGB 颜色空间。通常数码相机中的颜色空间常用的有sRGB和Adobe RGB, 有的单反相机还有ECI RGB 或ProPhot

17、o RGB 的设置。当图像处理软件打开这些嵌入ICC 的图像时，就可以使用嵌入的颜色空间来显示图像的颜色，许多影友常常在此时因误选，或设置错误而造成图像颜色的不正常显示，从而影响到视觉上颜色的判断，进而在图像调整或图像输出时产生错误。这里我们以较为典型的Photoshop中的颜色设置为例，简单介绍如何正确的使用软件中的色彩管理设置。    在 Photoshop 的颜色设置中，“工作空间”代表着软件默认的颜色定义，RGB 选项中的色彩空间会影响到Photoshop 新建RGB 图像的颜色，或打开的未标记RGB 图像的颜色。许多影友常常困惑于这里应该选择什么颜色空间

18、，是sRGB，Adobe RGB 还是显示器的ICC？其实答案并不唯一，我个人的建议是选择自己常用的通用色彩空间即可，如sRGB,Adobe RGB 等，可以与自己相机中的设置保持一致。但选择显示器ICC 或输出ICC 是不合适的，因为一方面，数码相机拍摄的图像通常都符合或内嵌sRGB 或AdobeRGB颜色空间，另一方面在Photoshop 中打开未标记图像或新建图像时，以通用色彩空间做为默认的工作空间不但可以避免自定义显示器或输出设备色彩空间的个性差异，并且色域和灰平衡分布均匀、色彩过渡连续、有更好的通用性。    注：sRGB 与Adobe RGB 色彩空间

19、的区别：    上图是在 ProfileMaker 软件的色域查看器中同时打开sRGB 和Adobe RGB 进行的色域比较。可以看出红线代表的Adobe RGB 色域边界要明显大于黄线代表的sRGB 色域边界。但是它们两者都是人类视觉色域（整个马蹄形区域）的子集，也就是说它们都不能达到我们人类视觉能看到的所有色域。对于大多数影友来说，sRGB 是一个简单而又方便的选择。sRGB 是sRGB IEC61966-2.1 标准的缩写，这个标准是由微软和惠普公司共同开发的，使用的极为广泛，几乎所有的数字输入、显示和输出设备都支持这一标准。许多低端数码相机、显示器、打印机

20、和投影仪甚至将它做为唯一的色彩标准。Windows98以后的操作系统以及IE 浏览器也仅支持sRGB 色彩标准。所以对于没有专业输入、显示和输出设备的一般影友，或希望通网络与别人分享图片的人，应该选用sRGB。否则，如果你的图片是在Adobe RGB 色彩空间下处理的，当传到网页上或传给只支持sRGB的设备，图像会显得像水洗过一样，图像的色彩饱和度会降低许多。Adobe RGB 如上图所示，描述了更大的色域空间，但需要更大色域的显示(目前还需要专业显示器)和输出设备配合才能充分利用其大色域的表现。因此，建议具有专业设备条件的人可以采用，或者用以保留原文件或Raw 文件，有待将来输出或印刷时有更

21、大的选择余地。    CMYK 选项则影响到新建CMYK 图像的颜色，或打开的未标记CMYK 图像的颜色。灰色选项中的Dot Gain(网点增大)数值，则会影响到灰度图像的显示。专色选项的DotGain 只影响专色通道，一般影友也无需了解，因为大部分的影像作品都只需在RGB 模式下进行处理。色彩管理方案设置中，我们建议全部选择“保留内嵌配置文件”并勾选所有“打开时提问”“粘贴时提问”的复选框。这样软件会在颜色配置文件缺失或不匹配的时候提醒你，以避免因误错选择配置文件造成图像颜色明显变化。进行图像处理时，应尽量避免不同色彩空间之间的转换，因为在进行色域映射时，图像的

22、层次丢失是不可避免的。    2.4 输出设备的色彩管理    大多数影友经常接触到的输出方式应该照片冲扩和打印。了解输出设备的色彩管理首先需要了解影响输出设备色彩表现的因素，对于数字冲扩机来说，相纸、药水、冲洗温度、曝光、显影、定影等都会影响到输出的色彩质量，在目前的冲印市场上，高档的冲扩机通常配有密度仪来做日常的早调，一方面检查药水、曝光等环节是否正常，另一方面也进行校色进而达到稳定的动态范围和灰平衡表现。此外，许多相纸供应商也为冲扩店提供测量该相纸的ICC 色彩配置文件，以保证相片的色彩还原更加接近于标准色彩空间(如sRGB)显

23、示的图像色彩。对于打印机来说，影响输出色彩的因素包括打印头状态、打印介质类型、使用的墨水、驱动设置、打印软件的选择等等。打印的方式越来越被人们广泛接受，因为其色域、动态范围，介质的适应性都超越了冲扩，层次和分辨率也达到了可以与冲扩相媲美的程度。通常打印机厂商都对其原厂墨水和常用纸张做了较好的色彩管理和参数配置，一般的爱好者只要选对相应参数设置都可以得到较好的输出效果。但是当使用了较长的时间后，一旦打印头的状态发生了较大的变化，或是使用一些成本更低的代用耗材，输出色彩就会发生很大变化，影响到影像的品质。在使用一些特殊的介质如宣纸、绢、美术纸、油画布等，为了达到最佳的输出效果，仅仅通过驱动打印是不够的， 需要为这种介质测量自定义的ICC 配置文件，甚至需要使用打印RIP软件更细致的控制打印机墨量，测量纸张线性，及色彩管理。最常用也是最便捷的校色方法是通用色彩管理工具来测量每种类型纸张的ICC 配置文件，然后在打印时选择该配置文件。见下图。    这种方式的原理是，在关闭打印驱动的自动色彩管理后，打