摄影和彩色复制中的几个彩色问题
来源:原创 | 作者:林诒洪 | 发布时间: 2014-03-06 | 5603 次浏览 | 分享到:



一、认识和选择RGB系统
 
    关于在数字相机中和使用Photoshop时应该用什么色彩空间的。很多人都建议用ADOBE RGB,理由是它的色彩空间比sRGB更大。还有的人甚至建议用一种空间更大的RGB系统Pro PhotoRGB。但在实际使用中却发现很多问题,最常见的就是图片上网时,在浏览器中看到的和在Photoshop中看到的颜色不一样。于是许多人又改回到sRGB。因此又有一种说法,如果照片要去印,就一定要用ADOBE RGB,因为它能包含所有的CMYK彩色空间色彩,而sRGB不能。这里面涉及的问题很多,我们一个一个地解释。

图1 光谱和几个RGB空间的色品图(引用时请勿删除版权标志)


    图1是按比例精确绘制的色品图,从中我们可以看到,ADOBE RGB和sRGB的区别仅在于绿色。两者红和蓝的基向量定义完全一致,白的定义也一样,都是D65。因此如果有能显示ADOBE RGB的显示器,我们只会看到绿和青色的饱和度略高。其实虽然从二维的色品图上看绿和青的面积大了不少,但人眼在绿色范围内的分辨能力是很差的。如果换到等色差的Lab空间,多出来的空间就小多了。另外关于ADOBE RGB能包含所有CMYK印刷色的说法也另人怀疑,红和蓝与sRGB都一样,只是绿更鲜艳,但我们只要用sRGB的绿去试就会发现它根本不能印出,青也一样。那ADOBE RGB的绿和青岂不更印不出了?我再把sRGB的中等略亮的红(200,0,0)、橙、黄、绿、青、蓝、品红整个转了一圈,都是在印刷范围之外的颜色。它证明了至少在中间偏亮这个对人眼色觉刺激最大的这个范畴内,CMYK(SWOP规范)完全在sRGB空间之内!

    对于ROMM RGB(ProPhoto RGB)我只能感叹到设计者真敢想,他怎么不把点再往外画点,把紫外线和红外线都包括进来。对于不能实现的颜色,定义得再多有什么意义?据考证,此色表的设计与柯达公司有一定关系,所以名字中有了一个Photo。其实柯达相纸一直到消亡能印刷的色域也是几种印刷工艺中最小的,设计这么个大而不当的RGB空间有什么意义。

    尽管图1是按CIE xyY色品图的理论精确绘制的,但我们也不必对其表达的色域面积等等太过认真。其一它是一个三维退化为二维的空间,退化方式还不是一般的标准投影方式,所以它扭曲了很多三维空间的关系,比如CMYK和RGB空间的包含关系。其二,我们在分辨颜色时,对靠近灰色的颜色分辨能力很强,能细分出很多颜色,但对饱和度接近100%时分辨能力大大降低。因此我们看到损失大片高饱和度区域时不必特别担心,因为它损失的我们可分辨的颜色数并不多。

    色品x,y的定义

XYZ彩色坐标的含义看后面的详细介绍。
 

我们再来看这样一个表



彩色空间名称

色域

白点

基向量色品坐标

xR

yR

xG

yG

xB

yB

HDTV (ITU-RBT.709),
sRGB

CRT

D65

0.64

0.33

0.30

0.60

0.15

0.06

scRGB

有符号全色域

D65

0.64

0.33

0.30

0.60

0.15

0.06

ROMM RGB

广色域

D50

0.7347

0.2653

0.1596

0.8404

0.0366

0.0001

Adobe RGB 98

CRT

D65

0.64

0.33

0.21

0.71

0.15

0.06

Apple RGB

CRT

D65

0.625

0.34

0.28

0.595

0.155

0.07

NTSC (1953)
(
FCC 1953, ITU-R BT.470 System M)

CRT

C

0.67

0.33

0.21

0.71

0.14

0.08

NTSC (1987)
(
SMPTE RP 145 "SMPTE C", SMPTE 170M)

CRT

D65

0.63

0.34

0.31

0.595

0.155

0.07

PAL/SECAM (1970)
(
EBU Tech. 3213, ITU-R BT.470 System B, G)

CRT

D65

0.64

0.33

0.29

0.60

0.15

0.06

Adobe Wide Gamut RGB

广色域

D50

0.735

0.265

0.115

0.826

0.157

0.018

CIE (1931)

广色域

E

0.7347

0.2653

0.2738

0.7174

0.1666

0.0089

CIE XYZ (not RGB)

全色域

E

0

1

1

0

0

0

 表1 色度空间和构成空间的基向量的色品坐标


    我们注意一下sRGB与目前的高清电视标准完全相同,和欧洲也就是中国的PAL制式的彩色电视标准也几乎一致(只是绿的色度坐标差了极小的一点)。这说明sRGB不仅用于计算机行业,还是目前彩色电视行业的标准。这也说明它也是彩色显示制造业的一个硬件标准。
如果要说色域。我们注意到有一种scRGB的系统,它的基向量与sRGB完全一样,但可以取负值,这样它的定义就从原来的1个象限扩展到了8个象限,因此可   以表达所有可见光。它彻底解决了RGB系统不能表达全色域的问题。
    ADOBE RGB基本是NTSC 1953年版本的一个翻版,绿色取它的,红和蓝取sRGB。另外我们注意到NTSC 1987版已和sRGB非常接近,而随后制定的HDTV版则完全就是sRGB。说明美国的电视行业已与计算机行业殊途同归。从时间上看应该是计算机行业采纳了电视行业的彩色标准。

 
    先亮明我的态度吧。我是支持使用sRGB的。原因很简单,因为现在的硬件都是用sRGB的色度选择滤色片(液晶显示器或数字相机的感光元件)。因此我们得到的第一手数据是sRGB标准的,或者说想充分利用显示器的色彩空间就应该用sRGB的数据去显示。这里想纠正几个说法:
    1、目前多数液晶显示器都可以达到sRGB的标准。早期设计的一个RGB标准是美国的NTSC 1953彩色电视RGB色彩空间。自设计出来后一直也没达到过。sRGB的色度(压缩到二维色度空间)空间大约是NTSC 1953 RGB的72%多点。因此现在看到的测试结果72%实际就是sRGB的标准色度空间。如前所述,美国国家电视标准早已放弃了NTSC 1953标准,实行了和sRGB一致的HDTV高清电视彩色标准。
    2、目前的广色域显示器多是采用改进背光,如使用RGB LED背光等,来提高色饱和度。经测试,许多广色域显示器已经能达到NTSC 1953 RGB色域的100%以上。注意只改背光没有改液晶板,说明液晶板上的滤镜还是sRGB的三基色,色相没变,只是基色的饱和度更高了。而ADOBE RGB绿色和红色的色相明显与sRGB不同。用ADOBE RGB调好的图发到网上绿色往往显得很黄就是这个原因。

图2 广色域sRGB的大概位置(引用时请勿删除版权标志)
 

    说它是大概位置是因为与背光的光谱分布有关。但为了得到比较高的亮度,RGB LED背光的光谱峰值和滤膜的透光光谱峰值一定不会相差很多,所以最终显示的红绿蓝基色色相应该与sRGB标准相差不大,但饱和度可以大大提高。把sRGB数据放到广色域显示器上直接显示,不会感觉颜色有什么变化,但与标准sRGB显示器比较后会发现图片漂亮了些。

    验证显示器的硬件是不是sRGB最简单的方法就是用Photoshop和网页浏览器分别看同一幅用ADOBE RGB定义的图,如果绿色变了,就说明显示器的硬件是sRGB标准的。

    3、sRGB与Adobe RGB之间的变换是有损的,除层次损失外,还有一些颜色会消失。Adobe RGB由于色彩空间比较大,把sRGB的数据装进去不能充满整个空间,因此编码效率降低。在24位RGB图像中,层次会有很大损失。反之,把Adobe RGB的数据送到sRGB的显示器上显示,会有一些不同的颜色变成同一种颜色,如在sRGB定义空间之外的颜色都会变成sRGB中的某一颜色。且不说这些更多的颜色定义都是白费力气,原来能有的颜色变化一显示也没有了。

    在三维的彩色空间中,几种RGB系统的空间差别究竟有多大?我根据每种RGB系统的官方文件提供的RGB-XYZ变换公式得出它们在XYZ空间中的相对体积

    VsRGB=0.2071

    VAdobeRGB=0.3020

    VProPhotoRGB=0.4363

    这意味着我们从sRGB的硬件获取的数据,如果装进Adobe RGB的编码空间,就只能用上68.58%。比如一个sRGB的JPG文件,转换为Adobe RGB后,颜色数会降低到1145万种颜色,损失了31.42%。或者说,假设硬件是sRGB标准,如果一定要用8位的Adobe RGB来记录,就最多只能记录1145万种颜色。如果换为8位的sRGB记录,就能记录1670万种颜色。8位RGB(总24位)编码的颜色本来就捉襟见肘,再削减31.42%,图像的层次会明显变差,很容易出现色阶。

装入ProPhoto RGB空间就更别提了,损失超过一半的颜色。

    4、既然通过提高sRGB基色饱和度的方法能扩大色度空间到比那个从来也实现不了的Adobe RGB更大,还有必要用Adobe RGB吗?所有的RGB设计都有这个问题。我们可以设计一个足够大的RGB空间,以把人眼可见的所有颜色都装进去。但这个空间根本没有实现的可能,这个设计还有意义吗?空间越大,意味着编码效率越低,通过sRGB的数字相机采集来的数据装进去后层次损失也越严重。

 

图3 麦克亚当彩色分辨椭圆


    这是1942年柯达公司的研究员麦克亚当经测试得出的彩色分辨椭圆。从椭圆的中心起向外改变颜色到被测人感觉出同等色差,连接起来,成了25个椭圆。椭圆的长轴越长,说明人眼对这个区域和方向上的颜色越不敏感。很明显,绿色和青绿色是最不敏感的区域,尤其是延饱和度变化方向。


二、关于CMYK系统


    我一再向摄影师强调,无论是拍摄还是图像处理时都不要考虑CMYK系统。原因是:

    1、CMYK系统是一个有特定限制的印刷色系。原来Photoshop中缺省的CMYK系统的限定条件是:北美卷筒纸4色胶印SWOP。注意这里的条件是北美的印刷油墨色系;圆对圆的卷筒纸胶版印刷工艺(打样时的平对圆,丝网印刷,柯罗版印刷都不属这个范畴);黑色替代使用GCR方式;网点扩大率为20%等等。最近改为日本的印刷规范,但CS5又改回SWOP,可能是奥巴马爱国主义教育的结果。总之它的颜色范围和颜色定义都与印刷工艺密切相关。如果我们按某一工艺去定义颜色,到另一工艺中去印颜色肯定会不正确。用CMYK定义的颜色转回RGB或另一个CMYK定义不会是无损的。

    2、CMYK印刷不一定都是减色法。我用黄、品、青、黑、白(或水)五种颜料可以配出90%以上的油画或国画颜色,应用的原理是减色法。彩色相纸中只有CMY三种染料,它的成色也是减色法。胶版印刷虽然也用CMYK四种油墨,但成色原理是加色法。原因是它不能印出有浓淡变化的墨层,只能靠网点大小来实现视觉上的浓淡变化。如果我们用一枚高倍放大镜去看一件印刷品,会发现里面只有黄、品、青、红、绿、蓝、混合黑、黑、白单一浓淡的9种颜色。根据它们所占面积的不同,当我们远看时,这9种色光的混合叠加(色光矢量叠加的加色法)构成新的颜色。经典的分色算法也是按加色法算出CMYK和RGB的关系。胶版印刷能比相纸印出更多的颜色也从另一方面证明了胶版印刷是加色法。

    3、CMYK不是图片印刷的唯一选择。比如激光冲印相纸中就只有CMY。最近的广色域印刷中往往添加了红、绿、紫、橙等颜色。如最近出现的12色专业喷墨打印机等等。经我们试验,如果配以好的RGB到多色墨的转换算法,这些打印机可以印出色域非常宽广的图片。但如果我们将数据记录成CMYK 4色的,要想再印出那些被丢弃的颜色就不可能了。 所以最好用RGB(假如一定要用Adobe RGB就用吧)记录你的图片,转CMYK的工作就交给打印机驱动程序或印刷厂去做。他们会根据自己的工艺特点考虑用什么参数和算法来转换。

    4、不一定用比较小的色彩空间定义图片就会有一些颜色印不出来。这个问题是从RGB到CMYK或更多墨色转换的方法问题。这个问题很复杂,我们研究了十几年,最近才悟到真谛。这个问题要用一个比较长的篇幅才能讲清楚。


 三、其它彩色坐标系统


    CIE XYZ系统

    虽然我们很少见到用XYZ系统描述的色彩,但它却是色度学的最基础坐标系统。我们注意到色品图的横纵坐标就是x,y色品坐标,它也来源于XYZ系统。

    建立色度学最早的彩色系统是 CIE 1931 RGB系统。考虑到其中没有单一的亮度信息,因此通过一个简单的线性变换,得到CIE XYZ系统,其中Y是单纯的亮度信息,无论红色还是绿色,只要Y相同就意味着这个颜色给我们的亮度感觉是相同的。或者说如果单独把用XYZ描述的彩色照片中Y的数据提出来,就能构成一幅黑白照片。

     Lab系统

    在XYZ系统中往往不能很好地表现人眼对色差的感觉。比如我们前面说到的Adobe RGB在绿和青色部位扩展了大片空间,但这不意味着人眼能分辨的颜色数就增加了31.42%,因为人眼对绿色和青色的颜色变化反应不敏感。于是人们想建立一种空间尺度与人眼对颜色分辨相当的彩色系统,这种空间叫匀色空间,或者也叫等色差空间。

    首先人们考虑到改变亮度坐标Y。Y是与光的辐射能量成正比的一个值。早期的科学家通过一个试验推定人的感知系统与刺激它的能量成对数关系,比如音量的设定现在还是用对数关系。由此而推断人眼对光刺激的反应也是对数关系。这个观念表现在与摄影相关的感光胶片特性曲线、相机光圈与快门的设计等方面。早年的韦斯顿亮度体系就是一条对数曲线。甚至区域曝光法等等也都是基于对数关系设计的。

    后期研究人眼视觉特性的人又采取了一种心理统计方法。做出一系列从亮到黑的色块,让人们先挑出介于最亮和最黑之间的中间灰色,然后再挑出最黑和中间灰色之间以及中间灰色与最亮之间的灰色。以这种方法建立出亮度Y与心理亮度(等差亮度,也叫明度)L之间的关系。这种关系几经修定,最后成为以下公式

    中Yn是与白点(如D65)有关的一个常数。如果把它画出来会发现它比对数亮度更接近线性。也就是说光的能量对人眼的刺激感受更接近线性的Y方式的表达而不是对数的关系。柯达灰板定在18%亮度(Y)也是因为它是明度L*中的50%。

    人们对亮度表达的修改是对建立等色差空间的第一项努力。人们希望在新的坐标系统下,距离就等于色差。比如人眼会认定明度L为15-16%,和80-81%时人眼感觉的亮度差是一样的。或者换个方法说。如果用100个明度级,我们会看不出色阶,但如果用100个Y亮度级,我们在暗部就会看出色阶。

    这当然都是CIE设计者的理想。在实际执行过程中用CIE明度做出来的灰阶更不连续。所以现在印刷界还是使用Y系统的等亮度差做的灰阶来检验印品质量。

    Photoshop中Lab系统的L和CIE的有很大区别。我们如果做一个RGB的等差灰阶(全部色块都是灰的,因此一个颜色的值就等亮度Y),会发现Photoshop的L几乎就是线性的。例如将RGB设为127,127,127时,它的亮度显示是50%,而Photoshop的明度显示却是L=53%。或者反过来,当L=50%时,亮度是47%,不是CIE系统中的18%。以我们十几年的经验看,Photoshop的明度更符合人眼的特性。

    CIE的L*是和色彩无关的,只和亮度Y值相关,但Photoshop的L则不同。同一个Y值,饱和度高的颜色L值就高。这也比较符合人眼的习惯。取Photoshop的L值将彩色照片转为黑白照片,其亮度关系更符合人们的心理感受。

    CIE L*a*b*另两个坐标的变换公式是

                                       

    这几个变换公式的目的都是要把XYZ空间变成等色差的L*a*b*空间。

    没有考证Photoshop的Lab系统中a,b两个坐标与CIE的有什么差别。但与XYZ或RGB的转换肯定都只能是非线性运算。如果要达到一定转换速度,精度肯定会受影响。通过实际检验我发现在CS4中,将8位RGB数据转换为8位Lab数据时会产生很大误差,基本不可用。在Photoshop中只能使用16位的Lab系统。

    尽管很少人使用Lab系统,但这个颜色表达系统在Photoshop中却非常重要。根据ADOBE的官方技术文件说,当RGB系统与CMYK系统相互转换时,都要先转换为Lab系统。另外一个很重要的现象是,在Photoshop中的色相-饱和度调色操作中,如果用Lab系统,饱和度和色相的改变与明度L基本是隔离的。但我们在实际操作时也会发现,即使采用16位Lab系统,改变饱和度时色相也出现了不应有的变化,这就是从Lab系统变换为RGB系统时的计算误差所致。尽管如此,用Lab系统做色相-饱和度的操作也比在RGB系统中做效果好得多。在RGB系统中基本不能做加饱和度操作

用以下一个饱和度递增的RGB色阶来看 

  

图4 饱和度递增的RGB色阶


用Photoshop的色相-饱和度工具加30%的饱和度后变成了这样,从右数第2块颜色居然饱和度超过了最右一块,达到100%;而最右一块反而不到100%

 

图5 用Photoshop提高30%饱和度后的色阶


四、印制照片时的彩色问题


    照片为什么一定要印出来?首先是印出的照片信息密度大,一幅12英寸的照片可容纳人眼看得清的像素数大约是1000万左右。而12寸的显示器连150万都不到。所以800万像素以上的相机,只有把它拍摄的内容印成10寸以上的照片才有意义。其次是它交流比较方便,在电子纸没有达到足够普及和足够好的质量之前,没有比印出来的图片更便于展示和交流。电子纸至少在十年内很难达到现代印刷技术的信息密度。第三是超过36寸的大幅照片营造的现场感是显示器不能替代的,50寸的电视也不行,因为它的信息密度不够。

    在印照片时最令我们不满的不是繁琐的送取过程,而是印出照片的颜色与我们期待的大相径庭。这里的问题有
    1、颜色期待
    在没有数字摄影的时候,我们对照片的颜色期待基本局限于柯达公司或富士公司能给我们多大的彩色空间。当时的相纸也不能再现柠檬黄、翠绿、紫红等鲜艳的颜色。但图片从拍摄到冲印出来已经过去了很长时间,我们对现场的颜色已经淡忘。再者当时别无选择,因此除一些偷工减料做出来的灰片外,我们多数没什么怨言。
    现在不同了,数字相机、图像处理软件、显示器都越来越好。我们在显示器上看到的也和现场色彩相差无几,再用相纸的色彩空间对付我们就不那么容易了。
    2、印刷手段
胶版印刷的色彩比彩色相纸好一些,但它也有缺陷,比如密度范围不如相纸大,有些人认为它不够抢眼。再者多数人的照片也轮不到用胶版印刷。
喷墨印刷是目前质量最好的一种工艺,它在色彩空间、密度范围、清晰度(信息容量)、可印介质等方面都远超以上两者。另外它也比较普及,个人直接操控它的可能性更大。
    3、怎么控制输出颜色
在近期的文章和论坛中都有大量篇幅讨论输出颜色的问题,很多人的目光都放在了色彩空间的选择上,比如选ADOBE RGB会比sRGB好一些,甚至要选CMYK彩色系统之类的观点。其实控制印刷色彩除后端的印刷手段外(选相纸、胶印还是喷墨),关键在中间的一系列软件过程,对很多人来说,这个过程只能是了解,却不能操控。
 
印刷照片的彩色过程
    除胶版印刷外,绝大多数打印机或激光冲印设备的驱动程序都只接受RGB数据,如果收到的是CMYK数据,就在要软件内把它转换为RGB数据后再发送到下端的打印驱动程序中。我们先来关注一下这个彩色过程。第一步要做的就是把发光体色系的RGB转换到吸收光色系中去。
 
    发光体色系到吸收光色系的转换
    我们这里不说RGB或CMYK是因为它不是这两个色系的显著特征。发光体常用RGB是因为RGB的能张开较大的色彩空间且编码效率高。比如也有人在显示器上用Lab色系处理图像的。Lab张开的色彩空间更大,可以覆盖整个可见光区。但编码效率低,用8位编码时很容易产生色阶。
    显示也是一种印刷或输出手段,所以我们不能用印刷来区分两个色系。我们用吸收光色系来定义两者的不同。另外我们也不能简单用加色法和减色法来区分。发光体色系肯定是加色法,如网点印刷用的原理也是加色法,而现在大多数现代印刷恰好都是用的网点版。
    其实吸收光系统也不一定只能用CMYK之类的颜色。如果用能够准确定位的电子油墨,用RGB做基色可能可以收到更好的效果。但如果不能准确定位,如现在的胶版印刷工艺,如果用了RGB,在很多重叠色处会产生黑色或接近黑色,饱和度很低的颜色,如RG,RB,GB。这样整个色系的色彩空间会缩得很小,而且颜色很不稳定。但CMY系统就不同。CM在不重叠时是红色,重叠后也是红色(只是色相和饱和度略有差异),因此套色误差的变化对颜色影响不大。另外新的印刷系统,如喷墨打印机往往增加了红、绿、蓝、紫、橙等颜色,它们在印刷时的使用量可以达到和CMY相当的程度。如前所述,加入了红绿蓝等颜色的印刷系统墨点定位要求比较准确,另外分色系统应该重新建立,否则互补色出现在同一色块时如果定位精度发生变化就会极大影响颜色的稳定性。


彩色空间的匹配 这两个色系的转换首要问题就是彩色空间的匹配。通常来说,后一种色系的色彩空间总是比前一种要小一些。但也不一定,特别是多色印刷系统就有一些颜色超出sRGB甚至ADOBE RGB。

一种匹配的观点是只选两者的交集,凡是印不出来的颜色在RGB系统中就不应该包含。比如传统的平面设计就有这个禁忌,凡在Photoshop调色板上出现惊叹号的颜色都是当前印刷色系不可印刷的颜色。
 
图6 新颜色边上的惊叹号表示sRGB表达的绿(0,190,0)超出了当前CMYK色系
 
    在设计时要回避这种颜色,以免出现不可预料的结果。这意味着如果这种颜色出现在照片数据上,印出的颜色也将是不可预知的。
    如果只把RGB包含在某个CMYK中的颜色印出,超出部分随便印成黑的或白的或大概接近的颜色,这种做法估计是谁也接受不了的。尤其是摄影,谁能保证每一小块颜色都不超出CMYK色域。
    一种做法是不改变超出颜色的色相和亮度,然后降低饱和度直到进入CMYK色域范围内为止。这种做法的优点是保持人眼最敏感的亮度关系(素描关系)和色相关系不变。但因此又有一个问题出现,像下图两种颜色,都是不可印刷色,色相一样,L明度也一样,如果也用减饱和度印出法,这两者变成一个颜色,原来的差别就消失了。
 

图7 当前与新颜色有明显差别,但色相H和明度L相同


于是人们就想到是不是把原来可印出的,界于CMYK边缘的颜色往里挤一挤,腾出一定的空间来表现刚才那两种颜色的差别。我最早听到介绍这个概念的是ADOBE公司的一个工程师。但他们做得如何呢?

我们把图6和图7的色块列出在图8中
 
图8 两个不同饱和度的绿色块
 
    这两个色块在Photoshop中色相都是120度,明度L都等于67,但饱和度分别是100%和65%,按SWOP胶印工艺两色块的分色结果是
   CMYK=77,0,100,0            CMYK=72,0,100,0
   从数据看,右色块比左色块变亮了,而且偏黄了,但饱和度并没有降低。由此可以看出,Photoshop对超过CMYK色域的颜色并没有采取合理的对应,其结果仍是不可预知的。
    在eH2009分色系统中,两色块的色相也都是120度,但心理亮度分别是55和62,比Photoshop定义的暗且有很大的亮度差别。二者的饱和度分别是100%和58.3%,针对惠普喷墨打印机HP Z3200 RC相纸四色印刷状态下分色的结果是
       CMYK=41,0,69.9,2          CMYK=22.5,0,39.9,14
    把心理亮度差和饱和度的变化都表现出来了。
    我们再看一个实际印刷的例子。
a
b
c
d
图8 不同系统做出来的转换
 
    图8中a是原始数据,b是用Photosop分色出来的结果,我们看到,它并没有保持红色块之间的亮度关系,而是为了达到最大饱和度牺牲了亮度关系。我们在印有红色花的照片时,经常发生红色变成一个平面,没有了立体感,原因就在此。再看c,这是eh2009做出来的CMYK红色阶,在亮度增加时,保证了亮度差而牺牲了饱和度。我们注意到d是eH2009使用了红墨的CMYKRGB多色系统印出的色阶,它基本做到了既保持亮度差又有足够的饱和度。
    除Photoshop的分色系统外,我还观察了激光冲印、喷墨打印机等许多系统,基本都是以饱和度优先的原则来执行色系转换,好像它们很怕出来的颜色不够鲜艳,客户不能接受。我研究过一些打印机,发现很多系统印出的颜色比这台打印机实际能印出的最大色域小得多。这里面一定还有色系转换之外的问题。
最理想的印刷系统第一先要把可印的色彩空间做大,在此基础上要把RGB色系的每一种颜色都合理地对应到这个可印的空间上去。合理的对应有以下几点要求
1、RGB色系中每一色都应有合理的交待,不得有不可预测的结果;
2、应确保亮度和色相能被准确印出,色饱和度可以打折扣;
  3、在RGB色系统中有差别的颜色到新色系中也应该有差别,饱和度的差别允许被缩小,但不得消失或缩小得太多近乎消失。在印刷色系大于RGB色系的地方饱和度的差别允许(也应该)被扩大以填满整个印刷色系。
  4、饱和度变化时靠近灰色核心的变化应该少些,基本与RGB色系相符,最大的变化应该放到高饱和度的区域。因为人眼对低饱和度区域饱和度变化的分辨能力更强。
    很多思维僵化的人不能接受第3条,特别是扩大RGB色域的做法,实际上RGB色域也比自然界的可见光小,我们把颜色拍摄到RGB色域时未尝没有压缩自然色光的饱和度,这个展开可能还使颜色还原到当初了。
    打印或冲印以下色卡并与专业显示器的显示效果对比可以看出印制系统的色系转换特点。参照我们上面的4条来评判印制系统的优劣。
图9 怡泓等心理亮度色卡
 
    对绝大多数人来说,对印制系统的色系转换无能为力,只能选择,无力改变。但了解了以上过程会知道自己的照片问题出在哪里,如何选择一个好的输出系统。
 
色阶问题
    印渐变难这是平面设计中尽人皆知的一个常识。即使是在Photoshop中用渐变工具拉出的渐变色条,没经过任何有损层次的调色操作,在转换为CMYK色系后去印刷都可能出现色阶。因此为渐变色加噪声成为消除色阶的一个小秘密。这恰好和我们在摄影处理图像时的操作相反,我们找各类工具来消除噪声。但这张片子去交付印刷时操作员很可能会给你加上噪声以避免出现色阶。
    色阶是怎么产生的?根据我十多年的实践最后发现就是在RGB色系转换到CMYK色系时产生的。即使不用下面要介绍的最容易加大色阶的ICC校色,Photoshop中单纯的变换也会产生色阶。甚至用16位RGB到16位CMYK也不能幸免。它表明了很多色系转换算法的数学模型连续性不好,从几何的观点看就是曲线或超曲面不够平滑。为了检验色系变换后会否出现色阶可用以下组合了渐变色阶的图像去输出。

图10 怡泓输出系统测试卡

 
    ICC校色
    许多人将此校色方式奉为圣旨,认为无论什么系统,只要用它做过一遍就乌鸦变凤凰了。我们来看一下它究竟是个什么过程。
    Photoshop在RGB到CMYK的色系转换中提供了这样一些控制:9个基本颜色的色度坐标

12 IT8 7-3色卡
 
    这个色卡是用CMYK数值标记的TIFF文件,先用打印机在无任何色彩管理的方式下按CMYK方式直接打印这个文件;然后用分光光度计读取此色卡的色度值并用Lab数据记录;按一定格式将这些数据记入一个后缀为.icc的文件中。这个文件就是该打印机的彩色特性文件。我们注意到色块的设置差不多列出了CMYK色域边缘上的(最鲜艳的)所有颜色,也列出了中间的一些过渡颜色。
    通过分析每一个色块的CMYK值和Lab值(可转换为任意一种RGB色系值),Photoshop就可以从中提取它的分色模型所需的基本参数。
    我们注意到,ICC彩色特性文件只能解决色系转换系统的基本参数标定问题,并不能解决转换系统原来固有的问题,如色阶问题、6个基色中间颜色(肤色、橙色等)控制不准、印刷色域之外颜色处理不当等问题。所以ICC彩色特性文件在彩色管理方面不是万能的,它只能做到颜色的基本匹配,关键还在印刷系统内部的色彩转换模型。
    很多打印机在换了替代墨之后企图通过做ICC彩色特性文件来保证颜色的准确输出,但很多情况下都不理想。因为没有考查每一不成功案例的操作过程,很难断定问题出在哪里。另外我观察到很多彩色设备在嵌入外部ICC文件后层次明显变差,我想这可能与嵌入的位置和提取彩色特征信息的程序有关。嵌入的位置最好在输出流程中唯一的RGB转换为CMYK的地方。很多专业打印设备都是在打印机内部进行RGB到CMYK的转换,这些打印设备往往也允许外部嵌入ICC彩色特性文件。对这些设备最好将ICC文件嵌入到打印机内。还有就是要求打印机的程序在提取彩色信息时能达到编写原始驱动一样的水平,这有时有些困难,对于现代打印机,如有不同黑墨的打印机,在不同介质上几种黑色墨应该怎样运用才能达到最佳效果,这在ICC文件的格式中是无法描述的。ICC文件的很多参数都是传统印刷分色参数,即便如此,第三方制作人员也不知道厂商如何选择这些参数使打印的效果最佳。最后的问题就是ICC文件没有与时俱进,它只能提供CMYK四色组合的色度信息,这对具备红绿蓝等更多墨色的打印机来说等于屏蔽了多色墨创造的新彩色空间。
    与前面讨论的问题一样,对打印驱动程序的ICC校正并不能改变打印机内部或打印驱动程序在色系转换时固有的一些缺陷。正确的ICC操作只能保证基本颜色准确,并不能让乌鸦变凤凰。如果使用的是原厂的耗材,不如不用外嵌的ICC文件,用厂家提供的基础校色最好。
    色系转换是照片印刷过程中最重要的一个彩色过程,大部分色彩问题出现在这个环节。遗憾的是我们并没有提供自己动手的解决方案,原因是这个过程太复杂,人个操控它的能力不足,对多数人来说,能做的只是选择输出系统。这里要塞一点广告啦,选择eH2009吧,它基本实现了我们前面所说的理想的解决方案:达到4条要求的色彩空间匹配、消除变换色阶、充分利用多色打印机创造的新彩色空间和介质适应性。
 
 
印刷系统的彩色空间
    按常理或我们前面的描述,印刷系统彩色空间的大小好像是由印刷工艺或设备决定的,一般的消费者甚至照片印刷从业人员对此都无可奈何。其实并非如此,我们在其中的操作空间甚至大于彩色系统的转换过程。
 
   激光冲印
    如我们前面所说,激光冲印的彩色空间是最小的。它的彩色空间也不是一成不变的,会受到多种因素的影响,但作为消费者,我们很难左右其中的因素。比如采用的相纸、激光光功率的校准(激光器的输出功率逐年下降)、扫描定位、冲印药水成份控制等等。对于这些因素我们只有选择。先通过冲印图10的测试卡海选输出公司,对于选出的几家还需定期输出测试图以确定最近去哪家输出。
 
    对于一般胶版印刷和喷墨打印,影响它们彩色空间的因素是差不多的。首先肯定是印刷墨色,超过CMYK的多色印刷才可能有更大的彩色空间,这个问题我们在最后讨论。剩下的有工艺问题也有软件问题。
 
    墨层薄厚
    假设品红色墨可以滤去绿色光,剩下红和蓝组成品红色。如果墨层太薄,绿光就过滤不干净,造成饱和度下降。墨层越厚,绿光肯定过滤得越干净,但太厚了红蓝也会有一定衰减,所以要厚得适可而止。但目前主要问题还是厚度不够。
    丝网印刷可以印出较厚的墨层,因此它的色彩空间比一般胶版印刷要大一些。缺点是它的网点大,清晰度差些。除非印巨幅的照片。
    胶版印刷墨层薄的主要杀手是纸张和水。使用最好的铜版纸后问题就在水了。传统胶印利用亲油和亲水来区分印和不印油墨。因此印版需要先上水,水上少了本来不印的地方容易沾上油墨,就是常说的脏版。水上多了墨层就容易变薄。很多水平低的印刷厂怕脏版出废品都尽量加大水量,印出来的图片都发灰。新的无水胶印工艺中印版本身就可以做成不亲油的,无需用水来隔离油墨。墨层厚度大大增加。因此出摄影画册时,尽量选择无水胶印的工厂来印。
    无水胶印也不能无限制地加厚墨层。墨太厚了网点就会扩大粘连,造成不同墨色混合,反而降低色彩空间。一种广色域印刷工艺是印两遍CMYK来扩大彩色空间。其目的就是增厚墨层。
    来讨论我们比较熟悉和可控的喷墨打印吧。
    喷墨打印影响墨层薄厚的主要因素是介质,最典型的是中国传统宣纸,墨水在上面扩散后墨层变得很薄,饱和度大大降低。不同的墨水在这类纸上的扩散程度也不同,染料墨扩散严重根本无法在宣纸上使用,颜料墨扩散小得多,如果控制得当可以在宣纸上印出不错的照片。但总得来说,在其上实现的彩色空间还是偏小。
    染料墨在一种类似凝胶的膨润相纸上能印最厚的墨层,颜料墨在微孔结构的RC相纸上可以印最厚的墨层。这两种涂层还是透明或半透明的,能充分发挥墨层的过滤作用。即使都是用这两种涂层的纸,涂层的薄厚还有很大关系。有些廉价纸涂层很薄,还是形成不了厚的墨层。因此对这两类纸也要打印试样,对比后才可大量购买。做得不太好的膨润相纸很怕受潮,因此不可多存。RC相纸主要质量问题有表面硬度,表面硬度低的纸稍一磕碰或被打印机压纸轮压过就会留下痕迹。
    另一种用二氧化硅为主要材料的涂层纸也能实现不错的饱和度。但它因涂层不透明,另外表面有漫反射,因此饱和度比前两种纸略低。相应的彩色空间也较小。有关这一点的解决方案我们会在后面给出。
其余的无涂层纸就比较难形成较厚的墨层,如果加大墨量,墨水向四周扩散,不同颜色的墨水混合后会降低饱和度。对这种纸,一要墨滴尽量小,二要打印机定位精确,这样还是可以做出比较厚而不混杂的墨层。我们在传统宣纸上就尝试做出了和传统国画一样大的彩色空间,用来印照片也能得到不错的效果。
 
    定位精度和墨滴大小
    主要是防止墨水混合降低色饱和度。通过打印图10的输出系统测试卡可以测出。
 
    多色印刷问题
    最难印的颜色是什么?明亮的橙色、翠绿色;紫色;深红色。单用黄品青墨无法做出这些颜色,只有增加新的墨色才有可能。
    增加红色可以印出鲜橙色和深红色,增加紫色(通常叫蓝色,实际更偏红一些,色相大约在260度左右)可以印出更鲜艳的紫色和深品红色。增加翠绿色当然是为了印翠绿,但目前打印机多数增加的是深绿,这对扩大色域作用不大。有的打印机增加的不是红墨而是橙色墨,虽能改进鲜橙色的输出效果,但对印深红色帮助不大,不如用红色墨可一举两得。
 
    如果没有软件支持,新增加的这些墨并不能扩大色域。
  1、如果用ICC校色系统(目前绝大多数“专业”彩色管理系统都用这种方式)打印机只能收到CMYK数据,在此局限下,新增的墨色很难有所作为。有的打印机只好在内部软件中用红墨替代品加黄,以节省用墨,却难以达到扩大色域的效果。
  2、必须按我们前面建议的四条原则建立RGB(或LAB)到CMYKRGB的全新数学模型,如果只是在原来的CMYK变换模型基础上修修改改不可能张开完整的CMYKRGB空间。
 
 
    照片的观赏性
    外界光源在照射到照片表面时会产生两次反射,第一次是空气和色料之间的介面(通常是介质表面,因为墨水已被吸收入其中)产生的反光,这次反射光没有经色料的过滤,因此是白光;第二次反射是穿过色料照射到基底后反射回来并经过色料再次过滤的光,是色光。第一次反射的白光和第二次的色光叠加,颜色的饱和度就会下降。如果介质是镜面的,如传统传统相纸或现在的高光相纸漫反射少,如果能避开主反射光,就能看到饱和度很高的图像。而亚光介质由于有漫反射光无法避开,因此饱和度通常低于光面介质。但光面介质也有很大缺陷,如果不能把它表面处理得非常平整我们就很难找到没有反光的观赏位置。传统照片的装饰价值不高就在于此。
    除油画外,大多数传统绘画都采用漫反射介质,有近乎180度的观赏角。有很好的装饰效果。当然用这类介质印照片,也能大大提升照片的装饰效果。但照片的色彩空间不可避免的会有所降低。
    有没有办法既能保持很大的观赏角度,又能避免漫反射降低照片的饱和度?镜头玻璃表面的镀膜给了我们一些提示。当然完全仿照镀膜的原理在光面相纸上做干涉镀膜成本未免太高。我们只能用一些低折射率的透明膜来降低介质表面的反射。比如类似传统油画刷涂的上光油。就是在油画表面刷涂了一层低折射率的树脂来减少漫反射。我们用类似工艺做出的照片就可以有足够大的观赏角度和较高的色饱和度。



北京怡泓网软件有限公司    版权所有    备案:京ICP备08101684号-1