Zarządzanie barwą – pierwszy krok do doskonałości

Wokół terminu „Color Management” narosło wiele mitów. Jakże często słyszymy stwierdzenia, że wystarczy zastosować profil barwny, a drukowanie stanie się proste, łatwe i przyjemne. Tak naprawdę wprowadzenie systemu sterowania barwą wiąże się z ogromną samodyscypliną. Color Management nie był i nigdy nie będzie panaceum –uniwersalnym lekarstwem na bolączki współczesnej poligrafii. Ale zacznijmy od początku. Wyobraźmy sobie zatem, że naszym celem jest wykonanie możliwie wiernej reprodukcji obrazu olejnego. Obrazu, rzecz jasna, ze względów technicznych nie umieścimy w skanerze, stąd konieczność posłużenia się fotografią. Choćby cyfrową. Zaopatrzeni zatem w najlepszy aparat cyfrowy, jaki udało się nam zdobyć, robimy zdjęcie. Tak naprawdę pewna bardzo drobna część światła odbitego od naszego obrazu trafiła za pośrednictwem obiektywu na przetwornik naszego aparatu. Następnie każdemu punktowi naszego obrazu zostają przyporządkowane trzy liczby, odpowiadające ilości promieniowania czerwonego, zielonego i niebieskiego w danym punkcie. Dla uproszczenia przyjmijmy, że liczby te mogą przyjmować wartości z zakresu 0-100. Wartość każdej z tych liczb zależy oczywiście od barwy fotografowanego obiektu w danym punkcie, ale nie tylko. Równie ważny jest skład widmowy, czyli barwa światła użytego do oświetlenia naszego obiektu. Przecież gdybyśmy oświetlili go światłem z przewagą promieniowania czerwonego, liczba odpowiadająca czerwieni byłaby wyższa, a obiekt (czyli nasze malowidło olejne) cały czas jest ten sam. To nie wszystko; wartości tych liczb zależą od barwy filtrów zastosowanych w  przetworniku naszego aparatu oraz czułości tego przetwornika na poszczególne długości fali. Innymi słowy, fotografując ten sam obiekt w tych samych warunkach, ale dwoma różnymi aparatami otrzymamy punkty, które na obu naszych fotografiach będą opisane różnymi liczbami.



Nie oznacza to jednak wcale, że któryś zestaw liczb jest „lepszy a któryś gorszy”. Jak się Państwo niebawem przekonacie, oba mogą być „równie dobre”. Tymczasem kopiujemy dane z naszego aparatu (mieliśmy do dyspozycji tylko jeden aparat, więc i zestaw danych tylko jeden) do komputera, aby wykonać z nich formę drukową. Czy nie wydaje się Państwu, że najbardziej naturalnym rozwiązaniem byłoby wydrukować teraz to zdjęcie farbami „czerwoną, „zieloną” i „niebieską”? Przecież każdy punkt naszego elektronicznego obrazu jest opisany zawartością tych właśnie barw. Zastanówmy się, czy byłoby to możliwe. Nic przecież – wydawałoby się – prostszego, jak tylko wypełnić kałamarz maszyny drukującej odpowiednimi farbami (praktycznie wszyscy producenci oferują przecież farbę czerwoną, zieloną oraz niebieską), wykonać formę drukową wprost z naszych danych i start. I tu dopiero zaczynają się problemy; pamiętamy, że liczbie 100 odpowiada pełny kolor, czyli maksimum światła o danej barwie. Pamiętamy też, że biel, to mieszanina wszystkich świateł (bo przecież pryzmat rozszczepia światło białe na poszczególne składowe). Czyli czerwony=100, zielony=100 i niebieski=100 to w naszym obrazie biel, zaś czerwony=0, zielony=0 i niebieski=0, to czerń. Na ekranie monitora wszystko się zgadza; jak mamy same zera, to jest czarny, a jak same „setki”, to biały. Ale papier, na którym drukujemy, jest biały nawet wówczas, gdy go w ogóle nie włożymy do naszej maszyny drukującej. To jak w takim razie uzyskać czerń? No to może drukujmy na czarnym papierze. Widziałem taki w sklepie papierniczym. Cóż, w takim razie nasze farby musiałyby być kryjące, bo w przeciwnym razie nie zakryłyby naszej czerni. Też nic trudnego, zamawiamy kryjące farby i po kłopocie. Już widać, że jest drogo (drogi czarny papier i kryjące farby), ale jeżeli efekt byłby doskonały...



Niestety, jeżeli np. czerwony punkt rastrowy przypadkiem nałoży się na zielony (a tego przecież nie unikniemy), to punktu, który był pod spodem nie będzie widać, bo przecież farby są kryjące. Ano właśnie. Widać, że nie da się drukować wyłącznie farbami: czerwoną, zieloną i niebieską. Czyli fakt, że wszyscy drukują zdjęcia farbą niebieskozieloną (Cyan), purpurową (Magenta) oraz żółtą (Yellow), a uzupełniają obraz czernią, to nie przypadek, tylko konieczność. Istnieją oczywiście systemy pięcio-, sześcio– lub więcej kolorowe, ale podstawowy ich trzon stanowi zawsze CMYK. Zatem, żeby wydrukować reprodukcję naszego malowidła olejnego, musimy dane cyfrowe w których każdy punkt obrazu jest opisany, jak pamiętamy, trójką liczb R (czerwień), G (zieleń) oraz B (niebieski) zamienić na cztery liczby odpowiadające kolejno barwom: C (cyan=niebieskozielony), M (magenta=purpura), Y (yellow=żółty), K (key=klucz=czarny). No właśnie, a po co nam właściwie ten czarny? Przecież tradycyjna fotografia barwna radzi sobie świetnie bez czarnego (kto nie wierzy, niech spróbuj je delikatnie nożykiem poskrobać kolorowe zdjęcie: znajdzie tylko CMY). W przypadku czarnych tekstów – sprawa jasna; spasować cienki tekst z 3 kolorów to wyzwanie nawet dla bardzo doświadczonego drukarza. Ale po co nam czarny w zdjęciach, skoro w oryginałach fotograficznych – i tych tradycyjnych, i tych cyfrowych – nie ma czerni? Przyczyn tak naprawdę jest kilka; otóż nie używając farby czarnej, czerń musielibyśmy uzyskiwać nadrukowując na siebie kolejno trzy warstwy farby: C+M+Y. A farby drukarskie są mocno niedoskonałe. Zacznijmy od tego, że zazwyczaj po nałożeniu na siebie wszystkich trzech zamiast oczekiwanej czerni otrzymamy brąz. Gdyby żółta farba całkowicie tłumiła światło niebieskie przepuszczając bez żadnych strat czerwone i zielone, farba purpurowa (magenta) tłumiła w 100% zieleń przepuszczając całe promieniowanie czerwone i niebieskie, zaś farba niebieskozielona (cyan) była zupełnie nieprzezroczysta tylko dla czerwieni, nałożenie tych farb na siebie skutkowałoby pojawieniem się czerni. Niestety w praktyce farba np. żółta przepuszcza pewną ilość promieniowania niebieskiego (choć je bardzo silnie osłabia), zaś czerwień i zieleń także trochę tłumi (choć w nieporównywalnie mniejszym stopniu niż niebieski). To samo dotyczy pozostałych kolorów. Stąd te wszystkie niepożądane domieszki psują nam czerń. a dlaczego zwykle otrzymujemy brąz? Bo w praktyce zazwyczaj najbardziej „niedoskonały” jest cyan i przepuszcza zbyt dużo czerwieni.





Drugim powodem konieczności stosowania osobnej, czarnej farby jest fakt, że w większości technik (poza wklęsłodrukiem) farba na inną farbę przyjmuje się znacznie gorzej niż bezpośrednio na niezadrukowane podłoże. Trzeci czynnik, to ekonomia: po co kłaść w jedno miejsce trzy warstwy drogich, kolorowych farb, zamiast jednej, taniej czerni? Czwarty – trudność utrzymania uzyskanej z trzech kolorów prawdziwie neutralnej szarości. Jakiekolwiek zachwianie ilości podawanej farby w którymkolwiek z kolorów w maszynie drukującej natychmiast skutkowałoby zachwianiem balansu szarości wszędzie tam, gdzie ta szarość składałaby się z trzech kolorów. Jeśli natomiast miejsca zabarwione neutralnie drukujemy tylko (lub prawie tylko) farbą czarną, uniezależniamy się od takich niespodzianek. Powodów, dla których stosujemy w zdjęciach kolor czarny jest znacznie więcej, ale już te wymienione powinny przekonać Państwa, że bez czarnego się nie da. Wracając do naszej reprodukcji, aby wykonać zadanie musimy dokonać przekształcenia danych z postaci RGB do CMYK. w praktyce, przeliczyć kolejno wszystkie trójki liczb (RGB) opisujące poszczególne punkty obrazu, na czwórki liczb (CMYK), określające ilość farby, jakie maszyna drukująca musi w tych punktach nanieść. Na pierwszy rzut oka zadanie wydaje się proste, tylko nieco pracochłonne; wystarczyłoby każdej kombinacji wartości R, G oraz B przypisać optymalną kombinację liczb C, M, Y oraz K. Przy założeniu, że tych liczb może być 100 dla każdego koloru podstawowego, otrzymamy 100 x 100 x 100=1 000 000 możliwości. w praktyce, skok o 1 punkt procentowy okazuje się za duży –zbyt mało precyzyjny, stosuje się zatem zamiast 100 liczbę znaną informatykom: 256. Jest to bardzo wygodne z „komputerowego” punktu widzenia, a zapewnia wystarczającą dokładność (1/256 x 100%), czyli ok. 0,39%. Wtedy jednak nasza tabela miałaby prawie 17 milionów rubryk. To stanowczo za dużo. Nie musimy jednak w tabeli umieszczać wszystkich możliwych kombinacji (byłoby to wprawdzie najdokładniejsze, ale bardzo trudne do zrealizowania w praktyce). Wystarczy dokładnie zmierzyć i określić tylko niektóre z nich, a pozostałe wyliczać na bieżąco metodą interpolacji. w ten sposób dochodzimy do najprostszego profilu barwnego, zwanego z angielska „device link profile”, czyli profilu łączącego urządzenia. Jak można go sporządzić? Już wiemy.



Zaopatrujemy się w najbliższym sklepie w aktualny wzornik kolorów CMYK i fotografujemy go za pomocą naszej kamery cyfrowej. Następnie przystępujemy do najbardziej żmudnej części naszej pracy. Odczytujemy mianowicie z pliku cyfrowego kolejno dane RGB każdego pola (możemy zrobić to w dowolnym programie graficznym za pomocą narzędzia zazwyczaj mającego postać „pipety”) i notujemy w tabeli. Aby wykonać to zadanie dobrze, powinniśmy w zasadzie wykonać dla każdego pola po kilka pomiarów i je uśrednić, w celu wyeliminowania przypadkowych błędów. Następnie obok odczytanych z komputera wartości wpisujemy to, co napisane było na odpowiednich polach wzornika. Jeszcze tylko potrzebujemy programu, który wyliczyłby wartości, których akurat zabrakło w tabeli (pamiętamy, że w naszym pliku RGB kolory opisywane są co ok. 0,4%, zaś wzornik w najlepszym wypadku drukowany jest co 5% (i to nie wszystkie kombinacje).





W ten sposób uzyskaliśmy metodę, która pozwoli nam wiernie wydrukować nasz olejny obraz. Jest ona prosta; wykonujemy zdjęcie cyfrowe, a następnie, zgodnie z posiadaną tabelą, przeliczamy każdy punkt uzyskanej fotografii z RGB na CMYK. Naturalnie zrobi to już za nas komputer. w ten sposób każdy punkt na odbitce nakładowej będzie miał dokładnie tę samą barwę (z dokładnością do tego, jak solidnie wykonaliśmy nasz profil i jak duży błąd wprowadziła interpolacja), co nasz oryginał. Niestety, dla tych, którzy sądzą, że problem zarządzania barwą i idealnej zgodności odbitek został definitywnie rozwiązany mam dwie złe wiadomości: pierwsza, to taka, że nasza interpolacja, to bardzo poważny problem. Zakładając, że nasz wzornik zawiera wszystkie możliwe kombinacje kolorów drukowanych co 5%, musiałby on liczyć przeszło 194 tysiące pól. Takich wzorników nikt nie produkuje. Gdyby jednak wyobrazić sobie, że istniałby, to i tak liczba zawartych w nim pól stanowiłaby tylko 0,0045% wszystkich możliwych do wydrukowania. Czyli w naszym pliku wynikowym 99,9955% wartości opierałaby się na interpolacji. Ale przecież w rzeczywistości sytuacja wygląda jeszcze gorzej, bo, jak wspomniałem, tak dokładnych wzorników nikt nie produkuje. Drugi problem jest jeszcze większy; nasza procedura zakładała, że mamy tylko jedną kamerę cyfrową i to stabilną w czasie, korzystamy z jednego ustawienia balansu bieli, z jednej czułości itp. Na dodatek mamy tylko jedną maszynę drukującą, jeden, stały rodzaj farb od tego samego producenta oraz drukujemy zawsze na tym samym podłożu. Nie tylko w naszych warunkach jest to czysta utopia. Co zatem należałoby zrobić? Przeprowadzić identyczną procedurę dla wszystkich pozostałych kombinacji w układzie „każdy z każdym”. Czyli dziesiątki, a nawet setki profili. Pomijam już ogromną pracochłonność i czasochłonność takiego rozwiązania; czy wyobrażacie sobie Państwo zapanowanie nad tak ogromna liczbą profili? Poza tym łącząc oryginały pochodzące z różnych źródeł, szczególnie zewnętrznych, mielibyśmy problem nie do rozwiązania. Trzeba zatem wymyślić inny sposób. Należałoby zacząć od znalezienia metody przedstawienia barwy w sposób całkowicie obiektywny, niezależny od jakiegokolwiek urządzenia. Problemem tym specjaliści od teorii barwy zajmują się od wielu lat. Powstało wiele matematycznych modeli barwnych, czyli sposobów liczbowego opisu wrażenia, jakie w mózgu człowieka wywołuje światło o określonej długości fali, bądź mieszanina tych świateł. Zjawisko widzenia barwnego okazało się bardzo trudne do opisania w stosunku np. do wrażeń dźwiękowych. O skali trudności problemu niech świadczy następujący przykład: człowiek jest w stanie rozróżnić dwa lub trzy dźwięki brzmiące jednocześnie i nawet osoba bez specjalnie rozwiniętego słuchu muzycznego jest w stanie odróżnić pojedynczy dźwięk od dwudźwięku lub akordu. Zupełnie inaczej wygląda widzenie barwne. Światło monochromatyczne (czyli zawierające falę o tylko jednej długości) może wywoływać identyczne (niemożliwe do rozróżnienia bez stosownych przyrządów pomiarowych) wrażenie barwne jak mieszanina fal o różnych długościach. Aby się o tym przekonać możemy wykonać prosty eksperyment. Nikt nie ma wątpliwości, że tęcza zawiera barwę żółtą, czyli że istnieje światło monochromatyczne o barwie żółtej (tęcza to przecież efekt rozszczepienia światła białego na fale monochromatyczne wchodzące w jego skład). Weźmy zatem szkło powiększające i popatrzmy przez nie na ekran telewizora bądź monitora komputerowego, najlepiej wówczas, gdy wyświetlany jest jakiś żółty obiekt.



Co zobaczymy? Tylko czerwone i zielone świecące punkty. Ani śladu żółtego! a patrząc z pewnej odległości, bez lupy, widzimy żółty! Czyli zauważamy, że w przeciwieństwie do ucha i wrażeń dźwiękowych nie byliśmy w stanie rozróżnić, czy do naszego oka dociera fala o jednej długości, czy też mieszanina fal. Wrażenie za każdym razem było identyczne. Mimo tego utrudnienia udało się znaleźć sposób na obiektywny, liczbowy opis wrażenia, jakie powstaje w mózgu pod wpływem bodźców dostarczanych do niego za pośrednictwem oka. Warto tylko w tym miejscu zaznaczyć, że przytoczony opis odnosi się jedynie do tzw. statystycznego obserwatora. Wiadomo, a w każdym razie mamy poważne podstawy przypuszczać, że każdy człowiek postrzega świat nieco inaczej, stąd trudno mówić o całkowicie obiektywnym opisie barwy. Łatwo to stwierdzić badając na przykład dolną bądź górną granicę długości postrzeganych fal. To, co dla jednego człowieka jest jeszcze np. ciemną czerwienią, dla innego jest już tylko czernią; z kolei to, co dla jednego obserwatora jest jeszcze fioletem, drugi może postrzegać jako czerń. Stąd pojęcia „podczerwień” i „ultrafiolet” są dość subiektywne i należało przyjąć jakieś ich definicje na bazie statystycznej. Nie chcąc Państwa zanudzać teorią powiem tylko, że Międzynarodowa Komisja do spraw Oświetlenia (CIE) w 1976 r. wybrała spośród wielu innych i zaproponowała do stosowania w systemach sterowania barwą pewien obiektywny, liczbowy sposób opisu barwy. Jest on, z niewielkimi modyfikacjami, stosowany do dziś, i nosi nazwę CIE La*b* od stosowanych w nim trzech współrzędnych: L – czyli jasności, oraz dwu współrzędnych chromatycznych: „a” oraz „b”. Jednostka w tym układzie współrzędnych została tak dobrana, aby dwie barwy (reprezentowane przez dwie trójki liczb) odległe od siebie o 1 były dla przeciętnego obserwatora na tyle zbliżone, żeby nie było możliwości stwierdzenia pomiędzy nimi różnicy. Jak wspomniałem „przeciętnego” obserwatora. Oznacza to mniej więcej tyle, że z pewnością zdarzą się osoby, które zobaczą różnicę pomiędzy barwami odległymi od siebie nawet o mniej niż jeden, i znajdą się na pewno także tacy, którzy nie będą w stanie rozróżnić barw odległych np. o trzy jednostki w tej skali. Pomijam tu naturalnie sytuację osób o upośledzonym postrzeganiu barw (np. daltonizm, barwoślepota etc.), gdyż w ich przypadku może wystąpić trudność z rozróżnieniem barw odległych nawet o kilkadziesiąt jednostek. Mamy zatem układ współrzędnych barwnych, przydałby się jeszcze przyrząd, który pozwoliłby nam zmierzyć barwę i podać wynik w naszej przestrzeni barwnej (CIE La*b*). Skonstruowano taki przyrząd, jest to spektrofotometr. Jego zasada działania polega na tym, że mierzy on proporcje natężenia światła wpadającego do wnętrza urządzenia dla poszczególnych długości fal. Im więcej długości fal spektrofotometr jest w stanie rozróżnić, tym przyrząd jest teoretycznie dokładniejszy. Następnie, na podstawie dokonanych pomiarów wbudowany (lub zewnętrzny) komputer dokonuje wyznaczenia oczekiwanych przez nas współrzędnych barwnych. Wyposażeni w taki instrument możemy teraz sporządzić swój własny wzornik kolorów, z tym, że będzie on zawierał opisy pól w systemie La*b*. Aby jednak umożliwić zamianę przestrzeni RGB naszej kamery cyfrowej na przestrzeń CMYK naszej konkretnej maszyny drukującej (przy założeniu, że dysponujemy konkretnymi farbami, podłożem etc.) musimy dysponować nie jednym, lecz dwoma profilami barwnymi. Jeden pozwoli nam zastąpić trójkę liczb RGB inną trójką liczb: L, a oraz b dla każdego punktu obrazu; zaś drugi pozwoli przekształcić właśnie obliczone L, a oraz b na czwórkę liczb CMYK, odpowiadającą wartościom tonalnym dla cyanu, magenty, żółcieni i czerni naszej maszyny drukującej. Co osiągniemy dzięki takiemu rozbiciu jednego profilu (pamiętamy: device link profile) RGB/CMYK na dwa inne: RGB/La*b* (profil wejściowy, czyli input profile) oraz La*b*/CMYK (profil wyjściowy, czyli output profile) poza większą komplikacją? Komplikacja jest pozorna. Teraz każdy profil związany jest z dokładnie jednym, konkretnym urządzeniem, a nie parą urządzeń (w przypadku maszyny drukującej jako urządzenie rozumiemy naturalnie cały zestaw: maszyna, farba, podłoże). Przy większej liczbie urządzeń zmniejsza to liczbę potrzebnych profili. Ponadto, zdjęcia przy pomocy kamery cyfrowej mogą być wykonywane w innym miejscu, mieście, a nawet kraju niż drukarnia. Stąd może nie być w ogóle możliwości technicznej wykonania device link profile. Nawet zaś gdyby taka możliwość istniała, to w przypadku konieczności późniejszego wykonania tej samej pracy np. innymi farbami lub na innej maszynie musielibyśmy pamiętać, gdzie i jaką kamerą wykonane były wszystkie zdjęcia oraz reprodukcje. Musimy także pamiętać, że urządzenia, to nie tylko kamery cyfrowe i maszyny drukujące (wraz z farbami i podłożem), ale także skanery, monitory oraz urządzenia do wykonywania odbitek próbnych. Teraz wystarczy nam znacznie mniej profili, bo tylko po jednym na każde urządzenie. Zarządzanie takimi profilami jest znaczenie łatwiejsze i, co najważniejsze, możliwe stało się oddzielenie profili urządzeń wejściowych (jak kamery cyfrowe czy skanery) od profili urządzeń wyjściowych (jak maszyny drukujące, drukarki komputerowe czy monitory). Dzięki wprowadzeniu pewnych standardów sterowanie barwą stało się jeszcze prostsze.

Andrzej Kunstetter
Znalezione na starym dysku twardym, datowane na 2006 rok.