Интерполяция цветов, или псевдотонирование (half-toning),— способ генерации цветов, которые невозможно воспроизвести средствами графической системы непосредственно.

В современных графических приложениях псевдотонирование используется очень часто: увеличение цветового охвата ограниченных палитр, создание реалистических эффектов в играх, имитация художественных техник в растровой графике, моделирование цветовых градиентов, заполнение многоугольников методом Гуро и др. Существует много вариантов псевдотонирования, но все они основаны на одном принципе — замене пикселов с цветами, отсутствующими в палитре, конфигурациями точек, окрашенными в доступные цвета. Интерполяция цвета основывается на том, что глаз человека не обладает высокой разрешающей способностью, он усредняет и смешивает оттенки соседних пикселей, воспринимая совокупный цвет области, как некий новый цвет. Так, зеленый цвет можно получить чередованием желтых и синих точек, а оттенки серого можно имитировать смешением черных и белых точек.

Обсудим более подробно технику псевдотонирования на примере черно- белых изображений. Пусть имеется растровое полутоновое изображение, точки которого принимают произвольные значения в диапазоне от 0 до I, где нулевая яркость соответствует черному цвету, а единичная описывает белый цвет. Рассмотрим возможные алгоритмы приведения такого изображения к монохромному, яркость точек которого может принимать только два значения.

Самый простой алгоритм, решающий поставленную задачу, — пороговый. Выбирается критическое значение яркости (обычно 0,5), которое является основанием для объявления полутоновых пикселов белыми или черными. Все точки, яркость которых выше порога, становятся белыми, остальные точки превращаются в черные. Этот простой алгоритм обычно дает не очень качественные результаты, поскольку заметно обедняет изображение.

Более совершенные алгоритмы псевдотонирования распределяют черные и белые пикселы в полученном изображении так, чтобы на каждом участке изображения концентрация белых пикселов была пропорциональна яркости этого участка в исходном изображении. Один из таких алгоритмов-— упорядоченное псевдотонирование. В этом алгоритме растровое изображение разбивается на небольшие блоки одинакового размера (например, 3x3). Затем в каждом блоке находится средняя яркость изображения. В соответствии с этим значением выбирается количество белых пикселов в соответствующем блоке получаемого монохромного изображения. Обычно эти белые пикселы упорядочиваются в соответствии с некоторым регулярным шаблоном.

Есть другие алгоритмы достижения нужной концентрации белых пикселов в получаемом монохромном изображении. Например, существует класс алгоритмов, в которых монохромное изображение достигают в два этапа. Сначала к изображению добавляется случайный шум необходимой амплитуды, а затем применяется пороговое усечение яркостей. Иногда такой способ псевдотонирования называют диттерингом (dithering).

Псевдотонирование в некоторых случаях может вносить в изображение визуальные дефекты. Группы независимых пикселов в совокупности могут составлять паразитные образы (артефакты), отсутствующие в оригинале. Более надежной является так называемое диффузное псевдотонирование, которое обладает более высокой устойчивостью к появлению артефактов. В алгоритмах этого класса просматривается каждый пиксел изображения, а его новый цвет выбирается так, чтобы отличие нового цвета от исходного было минимальным. Затем вычисляется вносимая ошибка, т. е. разность между новым цветом и старым, и эта ошибка распределяется между соседними пикселами, немного изменяя их оттенки. Например, если новый цвет пиксела содержит меньше красного и зеленого, чем старый, то диффузное псевдотонирование добавит немного красного и зеленого окружающим пикселам. Такой адаптивный подход устраняет артефакты и, как правило, обеспечивает хорошие результаты.

Разновидность псевдотонирования, называемая автотипией, широко применяется в полиграфии для получения цветных и полутоновых оттисков.

1.5. Измерение цвета и калибровка технических средств

Цифровая обработка цветного изображения на современных вычислительных системах во многих случаях представляет собой сложный политехнический процесс, отдельные этапы которого выполняются на компьютерном оборудовании с разными характеристиками и принципами действия. В частности, этому описанию полностью отвечает современная технология подготовки полноцветных изданий, где невозможно получить продукт высокого качества без специальных мероприятий по сохранению цвета. Автоматизированный программно-технический комплекс, обеспечивающий качество цвета на всех этапах жизненного цикла публикации, называется системой управления цветом (Color Management System — CMS).

Проблемы рассогласования цветовых параметров во многом объясняются объективными техническими причинами:

•при вводе со сканера используется RGB — цветовое пространство конкретного сканера;

•при обработке графических изображений они воспроизводятся на экране монитора с его RGB цветовым пространством;

•документирование полученных изображений осуществляется с помощью принтера, использующего CMYK цветовое пространство.

Каждый сканер и монитор имеют собственные цветовые пространства RGB и каждый принтер — собственное CMYK-пространство, причем все эти цветовые пространства различны и могут иметь очень большие отличия. В такой ситуации дизайнерам при настройке цветов и выводе пробных отпечатков в настольных графических системах приходится иметь дело с огромным числом неоднозначных решений и работать практически наугад. Сканированные цвета выглядят на мониторе не так, как в оригинале; экранные цвета не совпадают с пробными отпечатками; цвета, сохраненные в файлах изображений, выводятся в различных устройствах на экран и на печать по-разному (в дизайн-студии, сервис-бюро, в типографии). Решить эту проблему помогают системы управления цветом CMS. которые действуют на уровне настольных графических систем, но также оказывают влияние и на решения, принимаемые на различных этапах технологической цепочки.

Разработки систем управления цветом ведутся уже не один десяток лет. Если первые версии систем управления цветом не принимались всерьез даже их создателями, то сейчас ни один квалифицированный компьютерный дизайнер не может рассчитывать на успех без знания основных принципов этой цифровой технологии.

1.5.1. Системы управления цветом

В основе современных систем управления цветом лежат две базовые концепции: калибровка и профилирование. Калибровка— изменение поведения устройства в соответствии с некоторыми признанными стандартами. Профилирование заключается в измерении характеристик устройства отображения и сохранении полученных данных. Это, по сути дела, регистрация фактического положения дел, настройки устройства при этом не требуется. Калибровка и профилирование взаимосвязаны.

Профилирование и калибровка были известны задолго до появления компьютерных систем управления цветом. Они использовались для настройки высококачественных барабанных сканеров, печатающих устройств, предназначенных для получения пробных цветных оттисков и пр. Только с появлением систем управления цветом были разработаны и приняты общие стандарты, дающие единый фундамент процедурам настройки и измерения цвета. Беспорядку со специализированными фирменными форматами был положен конец в 1995 г., когда фирма Apple объявила о создании встроенной в операционную среду системы управления цветом ColorSync 2. Фирма предложила новый стандарт записи профайлов и сделала его открытым. Формат оказался удачным и был стандартизован международным консорциумом по свету ICC (International Color Consortium). Разработка принята сообществом разработчиков программного и технического обеспечения и в настоящее время все системы управления цветом основываются на профилях ICC.

Профилирование и калибровка технических устройств оказываются неработоспособными без надлежащей системной организации. Программно-аппаратная среда, объединяющая средства управления цветом в КГ, называется системой управления цветом и ее часто обозначают аббревиатурой CMS (Color Management System). Существует несколько таких систем, среди которых можно выделить двух явных лидеров: на платформе Windows — Image Color Management (ICM); на платформе Macintosh — ColorSync.

Все системы CMS (рис. 1.9) включают в себя три основных составляющих:

•базовое цветовое пространство системы. Аппаратно-независимый способ описания цветов, свободный от ограничений и особенностей классов и типов технических устройств. Это своего рода общий знаменатель, к которому приводятся цветовые пространства отдельных технических устройств, входящих в технологическую цепочку подготовки цветных публикаций. В последних CMS эти функции выполняют CIE Lab или CIE XYZ. Базовое пространство — важная теоретическая составляющая любой системы управления цветом. Для рядового пользователя она не имеет прикладного значения, поскольку является полностью закрытой;

Ядро системы управления цветом

Рис. 1.9. Структура системы управления цветом.

•механизм согласования цветов. Совокупность программных средств, выполняющих преобразования между различными аппаратно-зависимыми цветовыми моделями. Иногда эту важную часть системы управления цветом называют методом согласования цветов и обозначают аббревиатурой СММ (Color Matching Metod);

•профили устройств (профайлы). Профилем называется файл, который хранит информацию о цветовом охвате устройства и используемой в нем цветовой модели. Если известны профили всех устройств, связанных в технологическую цепочку, то появляется возможность для согласования их цветовых охватов. Базовые принципы (но не реализация) такого согласования очень просты. Надо подавить все оттенки, которые не могут быть воспроизведены хотя бы одним устройством технологической цепочки. Все реализуемые цвета должны быть синтезированы так, чтобы обеспечить наивысшее качество их воспроизведения в данной технологической среде.

1.5.2. Профили ICC

Профиль— документ, описывающий свойства прибора при передаче или отображении цвета. Правила формирования профилей описываются в стандарте международного консорциума по свету ICC. Это открытый документ, который доступен в сети по адресу www.color.org. Стандарт адресован разработчикам, это сложный технический текст на английском языке, трудный для восприятия неспециалистами.

Описание профиля устройства начинается с заголовка. В нем указывается тип устройства отображения (сканер, монитор, принтер и пр.), рекомендуемый модуль управления цветом, вид входного и выходного цветового пространства и другая техническая информация, необходимая для описания свойств устройства цветовоспроизведения. Основной объем профайла занимают таблицы пересчета координат цветовых пространств. Кроме того, сюда входит разнообразная служебная информация, которая объясняет системе управления цветом правила обращения с данным устройством.

На всех стадиях разработки цветных публикаций используются профили:

•профиль сканера описывает то цветовое пространство, в терминах которого прибор описывает RGB-данные, полученные от светочувствительных элементов. Профиль сканера может быть внедрен в каждое оцифрованное изображение или применен к нему после открытия изображения в графическом редакторе;

•профиль монитора характеризует свойства RGB-пространства калиброванного монитора. В любой технологии обработки цифровой графики калиброванный и профилированный монитор играет ключевую роль. Без надлежащей подготовки монитора теряют всякий смысл разговоры об управлении цветом и получении достоверных результатов;

•выходной профиль описывает параметры цветовоспроизведения оконечного печатающего устройства. Обычно принтеры и печатающие станки работа- ют в системе CMYK, но встречаются устройства, для описания которых применяется система RGB. Использование выходных профилей позволяет получить оттиски высокого качества на печатном оборудовании разного типа.

Рассмотренные профили описывают поведение реальных физических устройств: сканеров, мониторов и принтеров. Стандартами [СС предусмотрено использование профилей для связок устройств, работающих совместно, и профили абстрактных приборов, описывающие различные цветовые пространства.

Профили получили полную поддержку производителей компьютерной периферии. В настоящее время трудно рассчитывать на коммерческий успех продукта, не оснащенного точным описанием его цветовых свойств. Некоторые высококачественные сканеры и принтеры снабжаются несколькими профилями, предназначенными на работу в различных условиях. Например, для точного цветовоспроизведения на матовой и глянцевой бумаге принтер может использовать разные профили.

Предустановленные фабричные профили часто имеют ограниченную применимость в реальных условиях. Среды, в которых производитель выполнял калибровку прибора и измерение его цветопередачи, могут радикально отличаться от действительных эксплуатационных условий. Если для мониторов и сканеров иногда удается стандартизировать параметры рабочей среды, то для устройств печати это сделать намного сложнее. Так, одним из многих случайных негативных факторов для струйных принтеров является качество чернил, которые отличаются ограниченным сроком годности и высокой долей поддельных картриджей низкого качества.

Чтобы обеспечить надежную цветопередачу в процессе подготовки цветных изданий, часто приходится использовать заказные профили — описания, которые создаются пользователем и учитывают все особенности реальной производственной ситуации. С технической точки зрения — это несложная процедура, но она требует определенных технических ресурсов и денежных вложений.

Если ограничиться главными составляющими этой технологии, то для построения качественного профиля устройства требуются специальные измерительные приборы (колориметры и спектрофотометры) и программное обеспечение, предназначенное для обработки результатов измерения.

Рынок программного обеспечения предлагает множество различных программ- профайлеров. С одной стороны, это профессиональные пакеты стоимостью несколько тысяч долларов, например MonacoProfiler 3.2 или CompassProfile. С другой стороны, существует бесплатное программное обеспечение, которое входит в комплект поставки некоторых марок компьютерной периферии. Примером такой программы является пакет Colorfic, разработанный фирмой E-Color.