杨跃川，王萌萌，赫思意，巩　彬，张显斗

(杭州电子科技大学数字媒体与艺术设计学院，浙江 杭州 310018)



基于自制色卡的网络色彩管理

杨跃川，王萌萌，赫思意，巩彬，张显斗

(杭州电子科技大学数字媒体与艺术设计学院，浙江 杭州 310018)

摘要：为了提高互联网显示图像与原物的颜色一致性，依据ECI数字化文件设计了ECI自制色卡，并根据色卡中各个色块对应的CIE色度值制作了符合ISO 12640标准的数字化文档，在此基础上生成了用于数码相机色彩管理的ICC文件，将该文件分别嵌入到在不同浏览器显示的图像中用于实现数码相机到显示器的网络色彩管理。视觉实验结果表明，不同浏览器的颜色复现效果各异，相对于sRGB及基于普通商用色卡制作ICC文件的颜色管理方案，基于ECI自制色卡的颜色管理方案在不同浏览器上均取得了较好的图像颜色复现效果。

关键词：视觉与色彩；跨媒体颜色复现；色彩管理；ICC；数码相机；色卡

0引言

数码相机和显示器等数字图像设备以及互联网在人们日常生活和工农业生产中取得了越来越广泛的应用，但由于数码相机和显示器的色域及呈色机理不同，经数码相机获取的图像在显示器上显示时经常出现颜色失真现象[1]，这严重影响了诸如电子商务、网络艺术馆、网络博物馆、远程医疗等对彩色图像跨媒体复现精度有较高要求的领域发展。国际色彩联盟(International Color Consortium，ICC)[2]建立了ICC颜色管理系统用于提高彩色图像在数字图像设备间传输时的颜色一致性。在ICC颜色管理系统中，ICC文件质量的高低直接影响了彩色图像跨媒体复现的颜色一致性。在数码相机到显示器的色彩管理过程中，显示器的稳定性较高且大部分显示器都满足通道独立性和相加性，通过简单的Matrix/TRC模型[3-4]可以准确生成显示器的ICC文件[5]。而对于数码相机，其ICC文件生成精度则在很大程度上受到拍摄环境和相机参数设置的影响[6]。另外，当被复现图像介质和色卡介质不一致时，其颜色复现精度往往很低。本文依据ECI数字化文件设计了ECI自制色卡，在此基础上生成了用于数码相机色彩管理的ICC文件，并分别设计了基于IE、SaFari、FireFox、Chrome等7款主流浏览器的视觉实验，对不同ICC文件在不同浏览器上的颜色复现效果进行对比分析。

1网络色彩管理研究

1.1　拍摄环境搭建及数码相机参数设置

由于数码相机智能化程度较高，需要进行手动设置的参数很多，而且其成像质量受外界照明光源的稳定性及均匀性影响较大，因此在对数码相机进行色彩管理之前，应首先搭建稳定均匀的照明及观察环境，并在此基础上对数码相机进行合理的参数设置。本研究选取晴天午后2点钟左右的“北窗光”照明观察环境，对Canon EOS 550D商用数码相机进行手动参数设置。首先调整相机与待摄色卡的距离，使得色卡充满拍摄视场且无形变，关闭闪光灯，选择局部测光模式，然后以Color Checker白卡为拍摄对象对数码相机进行手动白平衡设置，并将拍摄图像存储为tiFF格式。在此基础上，综合调节光圈、快门速度和ISO值使数码相机具有适度曝光量，使得CCSG色卡中的白色色块RGB值在235左右，黑色色块RGB值在30左右，完成数码相机的参数设置。

1.2　数码相机色彩管理

在对数码相机进行色彩管理之前，首先利用EPSON 7910打印机打印出3幅包含水果、花草、人物、景观等具有代表性的图像以对色彩管理效果进行质量评价，如图1所示。采集CCSG色卡和上述3幅评价图像的数字化图像，利用ProFilemaker软件生成了CCSG色卡对应的ICC文件，并在Photoshop软件中将生成的ICC文件应用于3幅图像中，然后分别与原始图像进行视觉比较，结果表明CCSG色卡进行色彩管理生成的数字图像颜色与原图颜色差异较大。目前，ECI数字化样本[7]在打印印刷等对彩色图像跨媒体复现精度有较高要求的领域已经得到了广泛应用，本文根据ECI数字化样本制作了包含1 500个色块的数字化彩色图像文件，然后通过EPSON 7910打印机打印得到ECI自制色卡。充分晾干后，利用X-Rite Eye-one Isis分光光度计测量每个色块对应的光谱反射比，并在CIE D50标准照明体和CIE1931XYZ标准色度观察者条件下计算各个色块对应的CIELAB色度值，在此基础上，制作得到了符合ISO 12640标准的色度文件。然后，在与CCSG色卡相同的拍照环境下采集自制色卡的数字化彩色图像，结合色度文件即可在ProFilemaker软件中生成自制色卡的ICC文件。

图1　打印生成的3幅评价图像

视觉比较表明，基于ECI自制色卡对数码相机进行色彩管理的效果明显优于基于CCSG色卡进行的色彩管理。CCSG色卡仅包含140个色块，在生成ICC文件时大部分颜色需要通过模型算法或插值方法实现RGB值到色度值的转换，颜色转换精度较低，而本文所提出的自制色卡是基于ECI数字化样本制作的包含有1 500个色块的数字化文件，可以显著提高ICC文件生成过程中的颜色转换精度；其次，本文在设计自制色卡时，充分考虑到数字化文件所依附的介质对颜色转换精度的影响，采用与打印图像相同介质的材料得到了ECI自制色卡，有效避免了由于CCSG色卡的材质与打印图像的材质不同而引起的颜色预测误差；另外，用于色彩管理效果评价的3幅图像色彩丰富，尤其是包含了蓝天、树木和草地等蓝绿色，CIELAB色度空间本身对该区域颜色的描述不均匀[8-9]，再加上CCSG色卡在该颜色区域的色块数较少，极易导致ICC文件在蓝绿色区域颜色预测精度较低的问题，而本文提出的ECI自制色卡则包含有更多的蓝绿色块，且自制色卡的色块均匀分布在印刷中已经广泛应用的CMYK颜色空间中，有利于颜色转换。实际结果也证明，基于ECI自制色卡可以有效提高ICC文件生成过程中的颜色转换精度。

1.3　显示器的色彩管理

显示器的校准能够调整设备的参数使其达到最佳状态，在进行色彩管理之前对显示器进行颜色标定[5]保证其色彩复现的精度。目前一些专业显示器带有自动校准功能，缩短了对显示器进行色彩管理的时间。本文选用EIZO CG211液晶显示器，在开始视觉实验之前采用X-Rite Eye-one Pro测色仪器对EIZO CG211液晶显示器进行了颜色标定，生成ICC文件并将其应用于显示器的色彩管理中。在此基础上，分别基于CCSG和ECI自制色卡实现了由数码相机到显示器的色彩管理。

2网络应用实现及评价

目前在实际应用中一般采用Color Checker SG (CCSG)色卡生成数码相机的ICC文件，由于其色块数较少且介质固定，生成的ICC文件用于其它介质的颜色转换时精度较低，而sRGB[10]ICC文件则是大部分数码相机默认的配置文件。因此本文分别就基于sRGB ICC、CCSG色卡ICC和自制色卡ICC文件的数码相机到显示器的色彩管理效果进行质量评价，并在此基础上对SaFari、FireFox、Opera、Chrome、IE8、搜狗(IE8内核)、遨游(IE8内核)共7款浏览器分别设计了视觉实验，网络应用实现如图2所示。

图2网络应用实现

首先在相同条件下，再次生成基于ECI自制色卡的ICC文件，并将sRGB ICC、CCSG色卡ICC和ECI自制色卡ICC文件分别应用于拍摄得到的3幅图像中，3个ICC文件与3幅图像组合共获得9幅图像。利用Dreamweaver软件将这9幅图像和3幅原图像整合到同一个网页中并保存成HTML格式。然后对EIZO CG211专业显示器进行颜色标定并置于源拍摄环境内，分别利用上述7款浏览器依次打开由12幅图像整合得到的HTML文件。在视觉实验中，由于目前还没有一种现成的数学公式用以对视觉图像进行整体的质量评价。因此本文采用视觉评价的方法对图像的质量进行评价，这也是目前在相关领域普遍采用的一种方法，在保证实验过程和数据分析尽可能客观的基础上所取得的实验结果比较有代表性。本研究让5名视觉正常观察者对显示图像与原图像的颜色一致性进行视觉评价，并根据其一致性进行五级制评分，评分依据如表1所示。为了保证实验数据的客观真实性，在实际的视觉评价过程中，由观察者首先判断图像颜色一致性介于哪两个评分等级，再根据与其就近等级的接近程度在两个等级之间估计出一位有效小数。5名观察者对12幅图像的评分统计结果如表2所示，表2中的数据为5名观察者评价分数的平均分。

表1　网络浏览器色彩复现效果评价依据

表2　EIZO显示器中浏览器色彩显示质量评价统计表

通过横向比较表2中各浏览器的得分总数可以看出，在实验中涉及的7款浏览器内，色彩复现质量最好的是Opera浏览器，其次是SaFari For Windows，第三是FireFox浏览器。由于Windows XP系统的色彩管理系统与苹果(MAC)系统的Colorsync色彩管理系统的色彩管理效果相差甚远，因此SaFari For Windows的图像显示效果没有预想中的好。

对表2进行纵向比较可以看出，对于图1(c)，基于CCSG色卡的ICC颜色复现效果要明显优于sRGB ICC，但对于图1(a)和图1(b)，其颜色复现效果较sRGB ICC不是很高。所有图像基于ECI色卡ICC文件的颜色复现效果则明显优于其它两个ICC文件。在试验过程中，观察者普遍反映基于ECI色卡ICC颜色管理图像的对比度和清晰度明显高于其它两个ICC文件的颜色管理效果。尤其是对于包含了蓝天、草地和树木等蓝绿色颜色比较多的图1(a)，基于ECI色卡ICC的颜色管理效果明显和原图像更加一致，其它两个ICC文件对蓝绿色区域颜色偏色较严重。其主要原因为ECI色卡中包含了更多蓝绿色色块，这样在色彩管理过程中对蓝绿色区域颜色的色度预测精度更高，继而提高了最终的颜色复现精度。另外ECI色卡的介质和用于评价复现效果的3幅图像的介质相同，进一步提高了RGB值到CIE色度值的颜色预测精度。

3结束语

本文在严格控制数码相机照明环境和参数设置的基础上，分析了彩色数字图像在不同设备和不同浏览器间传输产生颜色差异的关键因素，实现了基于普通商用CCSG色卡的数码相机色彩管理，并对其颜色管理效果较差的原因进行了归纳分析。在此基础上，设计了基于ECI数字化样本的自制色卡，并通过实验实现了基于自制色卡ICC、CCSG色卡ICC及sRGB ICC的数码相机到显示器的色彩管理。视觉实验结果表明，Opera浏览器对彩色图像的颜色复现效果在本文所涉及的浏览器中表现最佳；与普通商用CCSG色卡和日常默认的sRGB色卡相比，基于ECI自制色卡生成的ICC文件可以明显提高从数码相机到显示器的颜色复现精度。

参考文献

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Digital Internet Color Management From Digital Cameras to

Display Based on SelF-made Color Chart

Yang Yuechuan， Wang Mengmeng， He Siyi， Gong Bin， Zhang Xiandou

(SchooloFMedia&Design，HangzhouDianziUniversity，HangzhouZhejiang310018，China)

Abstract:In order to improve the consistency between image colors displayed on the Internet and the original， the ECI color chart was designed and printed based on the ECI date set， and the corresponding colorimetric date File was designed according to the ISO 12640 standard. In this Foundation， the ICC proFiles used by digital camera color management were generated based on the selF-made color chart. Then the ICC proFile was embedded into pictures displayed on the diFFerent internet browsers to implement the color management From camera to display. The visual experiment results indicated that diFFerent internet browsers have diFFerent color reproduction ability， and the images displayed on the internet were most similar to the original object with the ICC proFile generated by the selF-made color chart comparing to the ICC generated by the deFault sRGB ICC and ordinarycommercial color checker SG color chart．

Key words:vision and color; cross-media color reproduction; color management; ICC; digital camera; color chart

中图分类号：TP391.41

文献标识码：A

文章编号：1001-9146(2015)03-0106-05

通信作者：

作者简介：杨跃川(1993-)，男，山西太谷人，在读本科生，色彩管理.张显斗副教授，E-mail: xiandouzhang@126.com.

基金项目：国家自然科学基金资助项目(61205168)；国家科技支撑计划课题资助项目(2012BAH91F03)；大学生创新创业训练计划资助项目 (XJ201316)

收稿日期：2014-06-23

DOI:10.13954/j.cnki.hdu.2015.03.023