深入浅出色彩管理

李爽

摘要：为使用户在图像处理中更好的理解和应用色彩管理，以通俗易懂的方式分析了色彩管理的必要性；研究了色彩管理系统的演变；指出了在Win10操作系统中如何进行色彩管理的设置。

关键词：色彩管理；RGB模式；Lab模式；ICC文件；sRGB模式；Adobe RGB模式

中图分类号：TP37 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）08-0203-02

从事图像处理的人员经常听说“色彩管理”这一术语，在Windows操作系统中、Photoshop图像处理软件中均有关于色彩管理的设置。但多数人对色彩管理却不甚了解，有的只知道这些设置可以控制显示器显示图像或打印机打印图像的颜色。似乎只有专业的人员才懂得色彩管理如何设置，相关的文献也都是发表在印刷行业的杂志上。其实，色彩管理对于从事图像处理的人员是必须掌握的基本知识，无论是否涉及印刷，色彩是图像重要的信息，对于每一位图像处理人员都应该尽量把色彩真实的还原，而不应在图像处理的过程中破坏图像原有的色彩信息。色彩管理正是图像处理过程中色彩真实可靠的保证，缺少之保证的图像处理是不科学和严谨的。本文将重点讨论色彩管理的相关内容，旨在使图像处理人员对色彩管理有一个整体、深刻的认识，更好地将色彩管理贯彻到今后的图像处理中。

1色彩的数字化

RGB模式是电脑中用来表示色彩的一种方式，解决的是现实中的色彩在电脑中如何表示的问题。我们知道所有的信息需要在电脑中表示、存储和运算都必须经历数字化的过程，色彩也一样，RGB模式即为色彩数字化后在电脑中表示的一种数学模型。该模式中有三种原色：红、绿、蓝。每种原色被分成256个亮度级别，分别用0至255表示，三种颜色的不同亮度级别的组合，就可以表示256的三次方种颜色。RGB模式是数字化图像处理中最常用的一种模式。

在将数字图像打印输出的时候通常要将RGB模式转换成CMYK模式。CMYK模式是另一种表示色彩的方式，原色是青、品、黄、黑，也是用三种原色的混合表示不同的颜色（其中黑色是专色，专门用来表示黑色）。该模式用的是类似油墨混合的方式表示色彩，原色的值由0至100表示油墨的多少。数字图像打印之前需要转成该模式，它是打印机打印图像时应用的模式。电脑通常将处理过的文件由RGB转换成CMYK模式来模拟打印输出的效果。

无论是RGB还是CMYK模式，都是对色彩的一种数字化，只有数字化后色彩信息才可以输入到电脑或打印机等电子设备中存储和处理等。但问题来了，色彩被数字化后如何保证不失真？比如同一色彩信息在不同的电脑上显示不一致、打印和电子显示效果不一致，要解决这些问题就需要“色彩管理”了。

2色彩管理的必要性

所谓色彩管理，就是解决图像在各色空间之间的转换问题，使图像的色彩在整个复制过程中失真最小。更广义地说色彩管理是解决整个数字化色彩的真实性和一致性问题，包括显示器显示色彩是否失真；图像处理中，从电脑处理到印刷过程中色彩是否一致性。

显示器显示图像时色彩失真是如何产生的？显示器显示色彩的原理是基于RGB模式。显示器用红、绿、蓝三种颜色的混合来显示色彩。但是这里有一个问题，不同显示器的显示能力是不同的，决定了显示的效果是不同的。导致同一个RGB值在不同的显示器上显示的效果是不同的，即是“设备相关”，RGB模式是设备相关的。

另外，图像在电脑后期处理的时经常会遇到色彩模式转换的情况，比如RGB模式转成CMYK模式，这时由于两种模式的色域大小的不同，RGB色域大于CMYK的色域，RGB模式中的部分顏色在CMKY中是没有的，转换时会用CMKY中有的颜色代替。这就是为什么有的图片在电脑上看起来很鲜艳，打印后看起来灰暗的原因。可见图像在模式转换的过程中是可能有色彩损失的。

最后，图像在电脑中处理完成打印、印刷时，不同打印、印刷设备输出的图像色彩也是不同的，也是设备相关的。

所以，上面提到过的这些可能出现色彩失真的状况都是色彩管理的范畴，色彩管理从广义上讲是涉及色彩输出的方方面面的。

3色彩管理系统的演化

色彩管理技术主要分为三个步骤，即：校准、特性化和转换，简称3C。色彩管理系统通过软件或硬件的方式，按照上述三个步骤实现色彩管理。但传统的色彩管理系统比较封闭，色彩最终转换需要建立一对一的映射关系，而这种映射关系仅适用于这两个设备，对于多输入多输出的色彩系统就显得力不从心。而且每个设备厂家有自己的色彩管理解决方案，对外保密，使得色彩管理最初在业界处于混乱状态。

3.1开放的色彩管理系统之ICC标准

为了解决封闭式色彩管理系统的问题，1993年由国际照明组织提出了ICC标准，该标准是色彩管理的国际统一标准，使得开放的色彩管理系统成为可能。该标准中，ICC借助于一个虚拟的、与设备无关的色彩空间即设备特征描述文件连接空间（Profile Connection Space，缩写PCS）作为色空间转换的中间色空间（Lab模式对应的色空间即为这样的中间色空间），使得色彩传递不依赖于色彩设备，从而实现了对色彩的开放性管理。

Lab模式是国际照明委员会于1976年提出的，解决了RGB模式的设备相关性的问题。Lab模式在表示颜色上也分为三个通道：明度通道L和两个颜色通道a和b。Lab模式的讨论详见文献。

Lab模式是设备不相关的，它是一种理论的色彩模式，它的色域最广。显示器在显示颜色时都尽量向Lab中的标准颜色值靠近。它们在显示颜色时的这种与标准颜色的差别及调整性信息被记录在所谓的ICC的文件中。通过这种方式，不同的设备就尽自己最大的努力，将自己与Lab模式这一标准靠近。这也就解释了有时我们需要指定某个显示器配置文件，其实就是指定这个ICC文件，该文件是在校正显示器时生成的。有了ICC文件，显示器所显示的颜色才更标准。校正显示器、生成ICC文件、指定ICC文件的过程就是色彩管理的过程。显示器会按照配置文件中的信息作最终的转换，尽量显示出接近标准的颜色。

ICC色彩管理技术将色彩管理分成四个部分，分别是特性文件连接空间PCS，上述提到的LAB模式对应的色空间即为这样的特性文件连接空间；设备的色彩描述文件，即上述提及的ICC文件；色彩管理模块：用于计算色彩空间转换关系的算法；再现意图：对超出色域的颜色处理的方式。色彩管理的四部分内容将结合Photoshop在另一文章中详细论述。

3.2简化的色彩管理——SRGB与Adobe RGB的选择

在ICC色彩管理系统中，由于设备相关性，导致每种设备在使用之前要通过校正的过程生成ICC文件，才能更好地接近Lab色彩标准模式。但是并不是每个人都懂色彩管理。有些人可能根本不知道电子设备还需要校正才能准确的表示色彩。所以为了使得色彩管理对于大多数用户达到透明，微软、惠普出面指定了sRGB色彩模式。该模式配有量身定做的ICC文件，即sRGB IEC61966-2.1.icc。当所有的色彩相关设备都设置成sRGB模式，系统会自动为其配备sRGB的ICC文件，使得色彩管理对于设备用户而言只是对色彩模式的一种选择性设置，这是很多用户所不知道的，在不知不觉中其实就完成了色彩管理。

后来由于sRGB的色域较小，无法满足专业摄影、印刷等需求，又由Adobe公司提出了Adobe RGB色彩模式，并为其也配有专门的ICC文件，即“Adobe RGB（1998）”。

sRGB与Adobe RGB是RGB模式的两个更为具体的标准模式，它们的色域大小不同，在实际应用中对前者支持得比较普遍，后者需要更专业的软、硬件支持。在文献【5】中有两种色彩模式的详细探讨。

所以，sRGB和Adobe RGB是用来简化色彩管理的，但并不是不用色彩管理。

4软件中色彩管理的具体设置

通过上述分析，用户对色彩管理在理论上有了一定的认识，具体将色彩管理落实到实处，需要在软件里进行设置。比如显示器，通常需要在操作系统中指定色彩管理的方式、颜色模式等；比如图像处理软件Photoshop，需要指定使用的色彩工作空间等等。Photoshop中色彩管理的内容在另一文章中详细论述。下面讨论一下Win10中的色彩管理。

在控制面板的“颜色管理”中，选择要指定配置文件的设备，比如显示器，点击“添加”按钮后可以看到供选择的ICC配置文件，有显示器厂家特别配置的配置文件，也有为sRGB颜色模式配置的标准配置文件，根据自己的需求选择所需要的即可，还可以去网上搜索下载所需要的配置文件，加载到本机中，这里不作过多解释。

5结束语

通过本文的论述，使图像处理人员明确了色彩管理的必要性、色彩管理系统的演变，ICC文件的作用；从色彩管理的角度，明确了RGB模式、CMYK模式、Lab模式、sRGB模式、AdobeRGB模式之间联系與区别；了解了Windows10操作系统中色彩管理的相关设置。为图像处理人员今后更好的理解和应用色彩管理铺平了道路。