4.1 设备的颜色特性化

4.1.1 特性化的含义

我们知道，设备是用自己的语言表现颜色的。这里的设备语言是指诸如扫描仪、数字相机响应物体色所形成的记录值RGB、控制显示器呈现出某一色光的控制数字RGB，以及控制输出设备色料输出量的数值CMYK/RGB等。表现的颜色即响应的物体色、出射的色光和硬拷贝基质材料上的色样颜色等，实质上是指这些颜色的视觉三属性。

于是，一个颜色设备在其性能固定的状态下，一组设备颜色值一定对应着一个确定的视觉颜色，即一组确定的颜色三属性数值。这样，所有的设备颜色值，就决定了其所有能够形成的视觉颜色值。

所谓设备的特性化（Characterization），指建立设备在某一状态下所有设备颜色值与其对应的视觉颜色值之间关系的过程。这种颜色关系称为设备的特性化关系。

例如，从第3章中我们已经知道，sRGB颜色空间可代表符合表3-2条件下CRT显示器在一种状态下的呈色特性。于是，在这样的状态下，当给予显示器一组RGB控制数值时，显示器上呈现的色光三刺激值便遵从式（3-1）～（3-4）的规律。这种关系的建立即是此时显示器的特性化，式（3-1）～（3-4）即为此时该显示器的特性化关系。

设备的颜色特性化实质上是从视觉的角度赋予了设备颜色的含义，使得具有各自特征的设备颜色语言可以从人眼的视觉感知角度去理解。这样，所有设备表现的颜色便可用人眼的视觉感知属性这种统一的标准去衡量、比较和交流。

设备特性化所建立的特性化关系在色彩管理工作流程中，可实现设备颜色值与CIE色度值（表征视觉颜色）之间的相互转换，也提供了设备所能表现的颜色范围，即色域的信息。利用色域信息，可建立设备色域的有效描述，为颜色在设备间传递的映射打下基础，而颜色转换和色域映射，是色彩管理流程中必不可少的关键内容。

4.1.2 设备的校准

一个设备的性能是由其可调节、控制的参数决定的，颜色性能也是如此。

比如，显示器的亮度和对比度可以通过调节旋钮控制，这对阶调和颜色的显示影响很大。又比如，打印机在怎样的控制值下输出多大的色料量，以及可输出的最大色料量，对复制的图像阶调以及颜色范围构成了主要影响因素。

无疑，我们希望设备具有优良的颜色表现，该表现体现于以下两方面：

1．性能稳定

设备的性能稳定是通过色彩管理技术实现颜色跨媒体传递的基础，因为设备的颜色特性化关系只对应设备一定的状态，工作流程中做不到实时更新设备的颜色特性关系。

2．具有理想的阶调和颜色表现

阶调是颜色的层次或反差，是图像表现的基础。

显示器通过三个色光的混合呈现颜色。其中，每个颜色通道的数值控制值与对应通道的发光强度关系称为阶调曲线。假若红光通道的阶调曲线如图4-1中的实线所示，则会有这样的结果：当红光输出的数字控制值在R1和R2间变化时，输出的红光强度已几乎没有差异。也就是说，影像中代表不同红光含量的颜色值会在显示器上用相同的红光呈现出来。倘若这些颜色没有绿光和蓝光的参与，那么，原来不同的红色在显示器上就分不出来了。这种现象称为层次的损失。

显然，层次缺损的颜色表现不是我们所期望的，也就不是合适的阶调表现了。

实际上，显示器三个色光通道的阶调曲线都希望有图4-1中虚线所示的效果。在数字控制值较小的区域，输出光亮度差异较小，对应暗色调较小的层次差异；而对于中等数值以上的数字控制值，对应显示的亮度层次拉得较开，形成较明显的颜色差异。这些特征是经过视觉实验而确认的较适合图像表现的层次关系。

此外，从颜色控制的角度看，图4-1中实线所示的阶调曲线也不利于建立设备的颜色特性关系。因为在R1和R2之间几乎为多对一的函数关系，其相反的过程（对应从视觉颜色CIE色度值到设备颜色值的变换）则不能给出确切解，即一个呈现的颜色得不到对应的设备颜色值。所以，不能对设备进行有效的特性化，也就缺少了对设备进行色彩管理的基础。

在颜色表现的另一方面，图4-1中实线的情况，还会因为输出的最大亮度较低，降低（红）颜色可达到的最大明度和饱和度，同时也会因此降低红光与绿光或蓝光混合形成的黄色和品红色的最大明度和饱和度，进一步讲，减少了可形成的颜色，减小了该显示器的色域。如果另外两个色光通道的阶调曲线并非如此，则这样的三色混合也很难达到灰平衡。

如此看来，只有在一定的条件下设备才具有优良的颜色表现。而设备的颜色表现优良、可控，又是对多媒体颜色传递中设备工作状态的基本要求。但设备的优良状态并不是唯一的。例如，对于图像表现而言，图4-1中虚线所示的阶调关系可能是最佳的，但对某些特殊目的的研究而言，可能输入、输出间的线性关系最适合。因此，设备颜色表现优良性也与具体要求相关。

在应用中，我们将设备调整到一个颜色表现优良的、可控的合适工作状态的过程，称为设备的校准。这是实施色彩管理流程的必要步骤。

通常，诸如扫描仪、打印机这样的设备，开发商对其设备的颜色性能具有深入的研究和了解，会将合适的参数固定为默认值作为出厂时的设置，也在驱动程序中通过软件命令，可在任何应用过程中恢复到这个默认参数。但显示设备则不然，亮度、对比度等多个旋钮可以调节，给予了用户充足的应用空间。一般应用时，可由视觉感知调节旋钮至合适的位置即可。对于多媒体颜色传递中的设备，则需要用户有一定的能力或技术手段进行合理选择。

为了对设备进行校准，首先需要对设备有一个合理的评价。通常，测量的手段是不可少的。

测量能够反映设备的状态是否合理，并及时发现问题所在。例如，对于显示器来说，通过测量最亮的白光和最暗的黑点亮度，能够认知是否在保证暗色调的基础上具有了足够的亮度。对于输出设备，通过测量不同单色色料量输出的色度数值，能够认知是否在保证最佳色域的基础上，可达到准确的灰平衡和理想的阶调层次。正是诸如此类不同目的的测量，使我们能够认知和评判设备的工作状态是否理想、是否能够满足需求。

在认知的基础上，可改变设备参数，得到满意的测量结果，即设备理想的工作状态。