數位相機的色彩特性化
發表於2008.07.29 02:00

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這是一篇介紹數位相機色彩管理理論的文章, 如果各位是對用甚麼軟硬體可以達成數位相機的色彩管理, 很抱歉以下文章會令大家失望.

如果最近有逛到在下部落格的人, 想必看到了好幾篇模擬數位相機色彩的文章.
要能作到模擬的功能, 那勢必得對模擬對像的特性瞭解, 這個瞭解的過程, 學術一點就叫 "色彩特性化", 再更正式一點就叫作 "色彩特性化演繹" (Color Characterization). 好, 今天不是要為大家上英文課, 而是要簡單介紹一下, 數位相機如何達到色彩管理的方法以及其極限.

色彩特性化是指任何跟色彩相關的設備, 建立其色彩特性的一個過程, 以數位相機和螢幕而言, 通常指的是建立RGB與CIE XYZ(下面簡稱XYZ)之間的關係. 大家耳熟能詳的ICC Profile, 記載的就是這兩者之間的關係.

色彩特性化常被分類為三大類方法:

  1. 物理方法
    以設備呈現色彩的物理原理, 找到物理公式加以描述.
    但是數位相機除了在感光元件部分有物理原則可循, 後端的影像處理, 已不在物理範疇內, 所以數位相機在這類方法是付之闕如.
  2. 數學(數值)方法
    先拍攝色塊取得已知RGB與XYZ, 再以數學方程式建立起RGB與XYZ之間的關係, 利用統計的回歸是最常見的方法. 這個方法為色彩特性化的大宗, 幾乎任何市面上可見的數位相機ICC Profile製作軟體, 都是採用這個方式.
  3. 內插法
    同樣以拍攝色塊的方式, 取得已知RGB與XYZ, 而其中缺乏的部分, 以數學內插法加以預測. 然而色塊的數量不能太少, 否則內插的結果誤差會相當大.

 

取得色塊的方法大家應該多少有看過, 是由X-Rite出品的24色的ColorChecker或者140色的ColorChecker SG. 之前還有更多色的ColorChecker DC, 但是現在已經停產替換成SG. 照理說顏色越多應該越準!? 為何改版換成顏色較少的SG? 在下是沒看到官方有較為正式的回答, 但是一般較為接受的說法是:

  1. ColorChecker DC的尺寸過大, 打光較難以均勻, 因此希望能重新製作色塊數較少的導表.
  2. ColorChecker DC顏色相當多, 分配也蠻均勻, 但是人眼不是對所有顏色的敏銳程度都一樣高, 因此提高人眼較為敏感的 藍天/綠地/膚色 的色塊數量, 更能增進數位相機的色彩特性準確度.

 

至於SG是不是真的比DC好已經不是很重要了, 因為現在DC已經停產, 恐怕很難買到.

 
24色的ColorChecker顏色數量並不多, 但是用來檢驗數位相機的色彩特性已經足夠. 不過要是想要製作數位相機的ICC Profile, 恐怕還是不太適當.

 


140色的ColorChecker SG, SG是SemiGlossy的縮寫, 也就是半光澤(或 半反射) 的意思是, 指的就是色塊上的塗料材質是沒有光澤的.  X-Rite是建議用SG來製作ICC Profile, 但是SG所費不貲, 要價一萬多. 顏色不是要求很精準的話, 一般不會有人願意購入.

 


取得色塊的RGB數值並不難, 只要均勻的打光, 用相機拍攝整張導表即可.

 

剛才所提到的"色彩特性化"方法中, "數學(數值)方法" 和 "內插法" 都可以利用SG當作來源資料, 建構數位相機的色彩特性. 但就算140色的SG其實對於內插法來說, 樣本數還是太少, 因此市場上的軟體還是以 "數學(數值)方法" 製作ICC Profile為主. 而24色的ColorChecker, 雖然也可以用來製作ICC Profile, 但也是因為樣本數不夠多的關係, 並沒有辦法很精準.

24色ColorChecker比較常見的用法,  是到PhotoShop下去對照每一個色塊的顏色, 修正到較為接近正確值. 但由於PS較難去調整局部顏色的特性, 所以很難做到24個顏色面面俱到, 通常都是以較為重要的顏色能夠準確即可.

ColorChecker之所以不建議用來製作ICC Profile的原因, 其實有一部分來自於方法本身的問題, 所謂的"數學(數值)方法", 其實就是統計常見的的多項式回歸. 由於多項式回歸純粹是數學的工具, 應用在色彩特性化上並沒有把人眼的特性完全考慮進去, 所以在樣本數不夠多的狀況下, 所回歸的結果並沒辦法符合人眼特性, 也就造成特性化之後不夠準確. 所以採用較為符合人眼特性的方法, , 配合24色的ColorChecker, 也可以達到相當準確的結果.


要能模擬數位相機的特性, 不單單是方法本身的問題, 還牽扯到ICC Profile本身結構的問題.


在色彩特性化的方法中, 依照色彩空間的轉換方向的不同, 分為前導以及反推. 前導指的是由相機的RGB轉換到CIE XYZ, 而反推則是從CIE XYZ推回RGB. 一般數位相機ICC Profile的製作宗旨是為了顏色準確, 因此具備前導模式就足夠, 沒有必要用一個CIE XYZ去預測相機應該有的RGB.

但是要作到模擬數位相機, 反推是很重要的. 簡單的說, 當我們從A相機的前導, 得知影像當中某個像素的RGB對應CIE XYZ, 再從B相機的反推以CIE XYZ推回RGB, 就能從A相機的RGB轉到B相機的RGB. 所以整個模擬, 前導以及反推是缺一不可的. 反推不會太難做, 但是廠商認為用不到, 所以產生的ICC Profile是沒有反推. 這就造成空有數位相機的ICC Profile, 你也沒辦法從A相機轉到B相機. 有試著用PS去轉數位相機ICC Profile的人, 應該能感同身受.

至於能夠作到反推ICC Profile, 有螢幕以及印表機. 但是螢幕特性較數位相機單純很多, 所以產生出的ICC Profile相當不準確. 印表機的特性與數位相機不同, 且考量的點又太多, 結果也是不盡理想.

將數位相機特性化後, 想利用市面上現有的軟體作到相機模擬!? 據我所知目前是無解.
但是免費的色彩管理軟體 "Argyll" 能夠以前導的結果推算出反推, 對於數位相機的模擬應該是有解. 但是 "Argyll" 的方法是否能符合數位相機的特性? 還有待實際驗證.

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路迢迢  於2008.08.10 01:31  

請問小壁虎兄弟,在拍攝是如何使用由X-Rite出品的24色的ColorChecker或者140色的ColorChecker SG,以及,在拍攝后,在電腦上如何調整,謝謝

版主回應︰ 於 2008.08.17 00:47

拍攝的時候, 只要先拍一張ColorChecker, 然後接下來的拍攝都用相同的拍攝值以及拍攝地點. 只要更換地點, 或者光線有改變, 最好再重拍一張ColorChecker, 作為調整的依據.

1. 作ICC Profile.
麻煩但是可以相當準確. 有興趣的話, 改天開個專文跟大家介紹:)

2. 直接以色塊的RGB作調整.
ColorChecker的 (3,1) (3,2) (3,3)分別是B,G,R三個色塊.
對應在 sRGB裡的理想RGB分別是 (46 60 153) (71 150 69) (177 44 56)
可以用PhotoShop的工具去調整, 讓這三個色塊的RGB數值跟上面的理想RGB很接近.
顏色就可以接近了. 但是能準到甚麼程度, 還是要看相機而定.

至於其他色塊的RGB, 可以參考以下網址:
http://brucelindbloom.com/index.html?ColorCheckerRGB.html

Wesleyeh  於2013.06.02 06:04  

可以請問一下有什麼建議或什麼軟體,可以用24色的colorcheck 還是140色的 ColorChecker SG 來製作 ICC Profile 的呢? 因為x-lite的colorcheck passport只能用DNG檔製作DCP,所以不知道可不可以推薦一下,謝謝~

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