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植基於ICC色彩管理系統的立體器物數位典藏攝影模式之研究

Tags: none 發表: 2008-07-11, 點閱: 6,634 , 加入收藏櫃 , 列印 列印 , 轉寄 轉寄

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植基於ICC色彩管理系統的立體器物數位典藏攝影模式之研究

A Study of Image Capturing Modes for 3D Object’s Digital Archives Based on ICC Color Management System

陳靜嫺

中央研究院歷史語言研究所專任助理

chcdc@asihp.net

摘要

  數位典藏是國家重點發展計畫之一,在書畫文物的攝影方面,已經有一些效果不錯的模式可供參考,但是立體器物卻缺乏理想的攝影模式。本研究針對國立中央研究院歷史語言研究所典藏的史前時代青銅器、陶器、石器,找尋最佳的色彩複製模式。首先,借助GretagMacbeth ColorChecker色卡校正影像的曝光指數與灰平衡,然後再用ICC色彩描述檔編輯軟體調整影像的明度、對比、飽和度。最後以心理物理實驗方式評估這些複製影像在液晶螢幕上的準確度與喜好度。研究結果發現,適度的增加明度、對比、飽和度,能夠提升影像複製的準確度。喜好度的表現也與器物種類有關,陶器需要加強對比與飽和度。與對比不足的影像相比,觀測者偏好對比過高的影像。研究結果值得相關單位參考。

 

關鍵詞:數位典藏,色彩管理,數位相機,色彩校正

 

1. 前言

 

  數位典藏之目的是將有價值的文物資訊,以數位化的資料型態加以保存,避免文物日久遭受腐蝕褪色等自然或非自然性破壞而造成外貌無法復原的損失。此外,數位典藏更提供民眾一個從網路查閱文物影音資訊的管道,不論在文物保存,教育文化,宣傳推廣,與周邊商品加值上,都有積極的作用。數位典藏國家型科技計畫為國家重點發展計畫之一,從2001年開始的第一期五年計畫至今,國內已有許多單位著手進行數位典藏的拍攝工作。然而,這些數位影像的拍攝與處理流程並沒有統一的規範。為了要使數位影像保有典藏物件原始的色彩,讓顯示器與印表機能準確複製影像色彩,因此在文物數位化拍攝工作上,色彩管理是相當重要的一環。

  在數位典藏工作的書畫文物攝影方面,已經有一些效果不錯的模式可供參考,但是立體器物卻缺乏理想的攝影模式。利用色彩管理軟體與標準色卡,可將書畫文物與其數位典藏影像之間的色彩差異縮小到可以接受的程度。然而,在立體器物的拍攝時,所呈現的色彩正確性卻缺乏一套控制與驗證的標準。由於立體器物與平面書畫基本特性的不同,又礙於一般色卡之設計大多以平面拍攝為主,故在拍攝立體器物時必定有所差異。因此,本研究欲針對立體器物攝影的色彩校正方式進行研究,找出立體器物拍攝時最佳的色彩管理軟體相關設定參數,以達到色彩真實呈現之目的。

 

 



2.
研究方法與實驗設計

 

2.1 研究流程

  本研究採用實驗研究法,首先,在確認題目與蒐集相關文獻之後,設定了三個研究問題,分別為:(一)套用色彩管理系統與否對影像器物之差別是否顯著?(二)套用色彩管理系統的色彩描述檔最佳調整模式為何?(三)不同類型的器物是否該使用不同之描述檔調整模式?

  最後針對以上三個研究問題設計了五個實驗,探討植基於ICC色彩管理系統的立體器物最佳數位典藏攝影模式。第一個實驗比較色彩描述檔套用與否的影像色彩差異,第二個實驗企圖用較科學的方式找出最佳的曝光指數及比較白平衡校正有無之差異,第三個實驗探討光源光譜對影像色彩的影響,第四個實驗探討黑/灰/白平衡對色彩複製準確度的影響,第五個實驗是液晶螢幕視覺評估實驗,利用配對比較法,選出「準確度」(accuracy)與「喜好度」(pleasantness)最高的階調調整模式。本研究所有實驗的環境與設備都是相同的,詳細內容將在下一小節中描述說明。

 

2.2 實驗設備與環境

  本研究拍攝立體器物所使用的數位掃瞄機背是Phase One Power Phase FX+,相機機身為ARCA F-class 4×5。照明光源為三座Kino Flo (FLATHEAD 80, CFX-4808)冷光燈,分別架設在立體器物的兩側以及上方。這是拍攝立體器物最常使用的光源擺設方式。

  拍攝文物影像時所使用的電腦是Power PC Mac G4,及經過GretagMacbeth Eye-One Share 3(搭配Eye-One Pro光譜儀)校正成色溫5,500K的EIZO CG211 LCD液晶螢幕。而視覺評比實驗所採用的螢幕,也是經過GretagMacbeth Eye-One Share 3 (搭配Eye-One Pro光譜儀)校正成色溫5,500K的ASUS-W5筆記型電腦。環境照度由東京光電Lux-meter AnA-315照度計獲得。相機色彩校正所使用的色彩導表是GretegMacbeth ColorChecker。建立ICC描述檔的軟體是GretagMacbeth ProfileMaker 5.0。調整描述檔對比與飽和度等色彩參數的軟體是GretagMacbeth ProfileEditor。執行色彩轉換的應用軟體是Adobe Photoshop CS,色彩轉換引擎選用Adobe(ACE)。實驗數據皆以Microsoft Excel 2003與Mathwork Matlab 7.0分析並繪製統計圖表。

  此研究所拍攝的數位圖檔大小約為10MB,300dpi,無壓縮的tiff檔,後續視覺評比實驗部份的圖檔為壓縮過的jpg檔,檔案大小約為1MB,150dpi,在電腦螢幕觀測的圖檔尺寸大小約為600×500畫素,以Microsoft PowerPoint 2003顯示,背景為(R,G,B)=(127,127,127)的純灰色。

  本研究五個實驗的效度,受到測色儀器色彩測量正確度的影響。Eye-OnePro的廠商資料顯示,經由這款儀器所測量的LAB色彩數值與實際正確數值之間的差異,在接近本研究的測色環境中,經白校正後,平均與最大誤差分別是0.4與1.0。儀器本身的重複測量的信度,經白校正後平均色差為0.1,這與本研究中所獲得的色差相比,顯得非常之小,因此在測色儀器方面,本研究的信度與校度都沒有問題。這五個實驗的信度都受到數位相機穩定度的影響,本研究所用的攝影系統,經ColorChecker 24個色塊在光圈為1/15秒下做四次重複測試,套用sRGB描述檔後,先將四次測量的LAB值加以平均,四次測量與平均值之間的平均與最大色差分別是0.72與2.42,皆在人眼不容易區別的範圍之內,因此在本研究中,相機重複使用的信度是合格的。

  所有實驗的信度也受到LCD螢幕在接受色Eye-One Match 3彩校正時的顯示穩定度影響。本研究所使用的LCD螢幕,在連續四個不同的月份分別測量,針對Eye-One Match 3色彩校正所使用的42個色塊計算平均LAB值,四次色彩校正與平均LAB之間的平均與最大色差分別是1.22與3.44,平均值小於視覺可感受明顯差異3的範圍,因此本實驗中,LCD的色彩穩定度是合格的。

  實驗五這個視覺評比實驗的信度與效度也受到觀測者的影響。Raja(2001)等學者比較專業慣測者與非專業觀測者之間對色域對映演算法評比的差異,發現,受過色彩專業訓練的觀測者重複測量的信度較高,他們與非專業者的判斷是不同的。非專業觀測者對色彩的要求較缺乏主見。基於上述原因,加上色彩複製的調整原本就由專家負責,外加上實驗限制中,本研究攝影棚的門禁限制,因此本研究選用本單位(中央研究院歷史語言研究所)中,專門處理數位典藏攝影業務的所有同仁,作為實驗觀測者。實驗的效度可由配對比較法則,做量化描述。評比實驗的效度高低以z分數尺度上95%信賴區間的Error Bar範圍來描述。

 

2.3 實驗設計

實驗一〈色彩描述檔套用與否的差別〉

  本實驗的目的在於探討研究問題(一)使用「色彩管理系統」與不使用「色彩管理系統」的影像器物差別是否顯著?以GretagMacbeth ColorChecker色卡為色彩評價的對象,將本研究所使用的高階攝影系統的攝影結果,分別套用一般螢幕的sRGB描述檔(不使用色彩管理系統),以及用ProfileMaker軟體製作的相機描述檔(使用色彩管理系統),看看兩者的色彩何者較接近正確值。本實驗中的自變項是色彩描述檔,依變項是ColorChecker上24個色塊與標準值相較的色差值。控制變項是數位攝影系統與LCD顯示器的階調與色域特性,以及攝影棚的照明條件。本研究所使用的攝影系統,其色域大於sRGB標準,LCD顯示器色域則符合sRGB標準。以下是本實驗的實驗流程:

(一) 將GretagMacbeth ColorChecker色卡放置在靠近立體器物的前方並與之平行的位置,讓色卡角度正好與桌面成垂直九十度,接下來調整燈光照射角度,兩邊的光源皆擺設為45度方向。為強調文物立體感,光比調整為1:4,右邊的光源較強,左邊較弱,兩邊光源距離相同,上方光源加裝蜂巢罩,目的在於避免文物產生嚴重表面反光。用Lux-meter AnA-315照度計測得拍攝環境的照度值:左邊為2,000 lux,右邊為6,000 lux,上方5,000 lux。本研究以上述設定將文物拍攝成影像檔案。

(二) 開啟Phase One拍攝軟體,以曝光為1/20秒的快門速度為實驗例子,拍下色卡在1/20秒快門速度下的影像檔。色卡拍攝完畢之後以相同的照明與曝光方式拍攝文物,至此階段,拍攝的檔案皆為原始檔案,不做任何色彩及階調的調整。

(三) 將曝光為1/20秒拍攝的色卡影像,利用ProfileMaker根據Reproduction模式,以及選擇Daylight 5,500K (D55)的光源,製作數位攝影系統的ICC色彩描述檔。

(四) 比較有套用相機色彩描述檔與沒有套用描述檔的色差值大小。計算ColorChecker中,24個色塊的平均彩度值,使用Real World Color Management書本所附的ColorChecker色卡LAB數值為標準,算出有套用相機ICC描述檔與沒套用描述檔的色卡影像。與標準LAB之間的色差值。沒有套用相機色彩描述檔的是以sRGB色空間將RGB轉換成LAB值。

(五) 將1/20秒曝光下拍攝的青銅器及石器影像檔案,分別以Photoshop開啟,並分別套用上述(三)的色彩描述檔。在sRGB規格的EIZO LCD螢幕上觀看這些影像檔,直接以值化方式描述影像色彩特徵。

 

實驗二〈最佳曝光指數測定及白平衡校正的差異〉

  本實驗的目的在於探討研究問題(二)色彩描述檔的最佳調整模式為何?由於曝光指數與白平衡是影響攝影階調的主要關鍵,因此本實驗同樣以ColorChecker色卡為色彩評價的對象,將本研究所使用的高階攝影系統以不同的曝光指數拍攝色卡影像,分析的色彩何者較接近正確值,最後再經過白平衡處理,看看色彩是否能更進一步接近正確值。本實驗中的自變項是快門速度(曝光指數),依變項是ColorChecker上24個色塊與標準值相較的色差值。控制變項是數位攝影系統的階調與色域特性,以及攝影棚的照明條件。以下是本實驗的實驗流程:

(一) 在1/10~1/60秒快門速度之間,拍攝ColorChecker色卡。此階段拍攝的檔案皆未做白平衡及灰黑平衡校正。

(二) 在Photoshop中打開這些影像,將白色色塊的RGB值記錄下來。然後套上sRGB的Profile。

(三) 將色彩空間轉換至LAB,然後將ColorChecker上24個色塊的LAB值記錄下來。

(四) 將上述24個色塊的a*b*值轉換為彩度值C*。計算24個色塊的平均彩度值,使用Real World Color Management書本所附的ColorChecker色卡LAB數值為標準,算出每一級曝光下與標準LAB之間的色差值。

(五) GretagMacbeth建議: 正確曝光時,白色(19號色塊)的RGB值應該落在210~245之間。在(四)步驟中,檢查彩度平均值最高與色差最低的影像,檢查它的白色RGB值是否落於上述區間。將能夠使平均彩度最高色差最低,白色RGB值落點最正確的曝光指數(快門速度),做為後續實驗的曝光指數。

(六) 得到最佳曝光指數之後,接著使用上述相同方式,針對最佳曝光指數的色卡做白平衡校正,測試是否可以得到更高的彩度值與更低的色差值。

(七) 白平衡在Photoshop中的製作步驟如下:先打開「曲線」調整工具,將滴管移至ColorChecker影像的白色色塊區,測量其RGB值,之後分別調整紅R、綠G、藍B值,使其調整後的白色RGB值為(240,240,240),再將將調整結果儲存為副檔名為acv的檔調整。這台機背掃瞄式數位相機所拍攝的所有影像檔案自此可直接在「曲線」調整工具載入這個acv檔,獲得白平衡的影像處理效果。

 

實驗三〈以不同光源資料製作ICC Profile的差異〉

  本實驗的目的在於進一步探討研究問題(二)色彩描述檔的最佳調整模式為何?由於光源是影響物體色彩表現的主要關鍵之一,因此本實驗同樣以ColorChecker色卡為色彩評價的對象,比較在製作相機描述檔時,使用實際測量光源光譜值與色溫相近的日光光譜值,在分別套用這兩種描述檔後,色卡影像的色彩何者較接近正確值?本實驗中的自變項是照明光源的光譜能量分佈曲線(spectral power distribution),依變項是ColorChecker上24個色塊與標準值相較的色差值。控制變項除了數位攝影系統的階調與色域特性之外,最重要的是本研究所使用的燈管的光譜分佈曲線。使用完全不同的光源,可能會獲得不同的結果。不過本實驗所使用的燈管是D55色溫,演色性佳的高階燈管,這種燈管普遍用在數位典藏的拍攝工作上。以下是本實驗的實驗流程:

(一) 使用Eye-One Share軟體配合Eye-One Pro光譜儀,實際量測拍攝光的頻譜,並將頻譜儲存為cxf檔。

(二) 打開ProfileMaker,載入上述曝光最正確的色卡影像。

(三) 從Light Source選單中,取用剛才測量的光譜,並在Photo Task選單中選用理論上色彩複製準確度最高的Reproduction模式,分別製作Daylight 5,500K與實際測量的兩種描述檔。

(四) 在Photoshop中打開之前實驗的最佳曝光影像,分別套上兩種光譜所產生的描述檔,接著重複實驗二的步驟,比較這兩者的色差值。

 

實驗四〈校正白//黑平衡後的差異〉

  本實驗的目的在於進一步探討研究問題(二)色彩描述檔的最佳調整模式為何?由於實驗二中所使用的白平衡,可能無法將暗部的灰色校正至正確的位置,影響色彩複製準確度,因此本實驗同樣以ColorChecker色卡為色彩評價的對象,比較在製作相機描述檔前,先對色卡影像作白/灰/黑校正,是否能進一步提高色彩複製的準確度?本實驗中的自變項是是否加入白/灰/黑校正的處理,依變項是ColorChecker上24個色塊與標準值相較的色差值。控制變項是數位攝影系統的階調與色域特性,以及攝影棚的照明條件。以下是本實驗的實驗流程:

(一) 在前面幾個實驗中得知,最正確的曝光指數為1/15秒,白平衡處理後的影像色差明顯降低,加上影像套用拍攝光譜的色彩描述檔,平均色差值更降低為4.27。但我們的目標是希望將平均色差值控制在3以下。

(二) 為了進一步提升色彩準確度,接著針對1/15秒曝光指數的色卡檔案,做白/灰/黑平衡校正。

(三) 除了用Photoshop做白灰黑平衡之外,也用Phase One所附的拍攝軟體,另外拍攝一張軟體內先校正過白灰黑平衡的色卡檔案。

(四) 這個階段在Photoshop的白灰黑平衡校正,跟實驗二的白平衡校正方式相當類似:先打開「曲線」調整工具,將滴管移至ColorChecker的白/灰/黑三色色塊區域,測量其RGB值。之後分別調整紅R、綠G、藍B值,使其調整後的19號白色RGB值為(240,240,240),22號灰色RGB值為(110,110,110),24號黑色RGB值為(20,20,20)。將調整結果另存acv檔,這台機背掃瞄式數位相機所拍攝的所有影像檔案自此可直接在Photoshop CS的「曲線」調整工具載入這個acv檔,獲得白/灰/黑三色平衡的影像處理效果。

(五) 將這兩張分別以Phase One附贈軟體與Photoshop做過白/灰/黑校正的色卡影像檔案,分別套入光譜5,500K的數位掃瞄機背色彩描述檔,計算兩者與ColorChecker標準LAB值之間的色差值。

 

實驗五〈液晶螢幕視覺評比(明度/對比/飽和度調整幅度的比較)

  本實驗的目的在於步探討研究問題(三)不同類型的器物是否應該使用不同的描述檔調整模式?本研究針對青銅器/陶器/石器三類立體器物,以不同的明度/對比/飽和度參數調整實驗四所獲得的最佳描述檔,並以觀測者液晶螢幕視覺評比的方式,選出每一種器物的最佳調整參數組合。本實驗中的自變項是相機描述檔的明度/對比/飽和度調整參數,依變項是觀測者對套用這些不同描述檔的文物影像的配對比較評價結果(最後以z分數平均值呈現)。控制變項是數位攝影系統與液晶顯示器的階調與色域特性、攝影棚的照明條件、以及觀測者的觀測條件。以下是本實驗的實驗流程:

(一) 由於本實驗利用ASUS-W5筆記型電腦的液晶螢幕評估文物影像複製效果,因此需要對液晶螢幕作色彩管理。本研究採用Eye-One Match 3軟體結合Eye-One Pro光譜儀建立液晶螢幕的ICC描述檔,螢幕的色溫與gamma分別被校正成5,500K與2.2。螢幕色彩複製的準確度必須評估:由於ICC描述內存有42個RGB色塊的測色資料,因此可以與螢幕在Photoshop中所呈現的色彩比較色差。首先,將利用這些RGB值繪製色塊影像檔,接著在Photoshop中開啟「指定描述檔」功能,將螢幕的描述檔設定為指定描述檔,然後再轉換至LAB空間,在Photoshop的資訊視窗讀取這些色塊的LAB值。比較這42個色塊的測量值與Photoshop中對映的LAB值發現平均與最大色差竟然分別高達4.73與8.27。但閱讀ICC文獻得知螢幕描述檔將RGB轉換至LAB時,會分別將黑與白對映成(L*,a*,b*)=(0,0,0)與(L*,a*,b*)=(100,0,0)。如果將Photoshop中的LAB值轉換至XYZ,再根據螢幕黑色與白色的XYZ值作線性常態化調整,最後再轉回LAB值,則處理後的數值與測量值之間的平均與最大色差可分別降至2.97與6.40。這對色彩特性複雜的液晶顯示器色彩校正而言,還算合理。

(二) 拍攝的文物影像檔分為三個種類,分別是:青銅器、陶器以及石器。在ProfileMaker的ProfileEditor軟體中,分別打開已套用實驗四中最佳描述檔的三張文物影像檔,使用軟體左邊的Global Correction功能選單,分別調整其文物影像的明度、對比、與飽和度。

(三) 首先,根據對文物的觀察與判斷,先調整出一組影像色彩最接近文物實體的參數組合,然後再依據這最佳組合稍作變化,產生其他四種組合,這五種不同組合分別為:(1)明度/對比/飽和度均不變(2)整體稍亮/中等對比/低飽和度(3)明度不變/中等對比/低飽和度(4)整體稍亮/高對比/高飽和度(5)明度不變/高對比/高飽和度。將每一種組合所製作的描述檔加以存檔。在Photoshop中打開實驗四中最佳曝光指數下拍攝的三張文物影像檔,然後再分別指定上述在ProfileEditor中製作的五種不同組合的描述檔,並儲存成不同條件的文物影像檔,據此產生15張文物影像檔,它們的明度、對比與飽和度的調整參數見表1。這些參數如果分別調整,對於ColorChecker上所有顏色的影響見圖1。由圖可知,明度調整主要影響影像的L*平均值,對比調整主要影響影像的L*標準差。飽和度則主要影響影像a*與b*的標準差。

  

1 明度(Lightness)、對比(Contrast)與飽和度(Saturation)的調整參數(用於液晶螢幕視覺評比)

 

青銅器 A

陶器 B

石器 C

編號

明度 l

對比 c

飽和度 s

明度 l

對比 c

飽和度 s

明度 l

對比 c

飽和度 s

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

2

10

30

20

15

30

10

15

30

20

3

0

30

20

0

30

10

0

30

20

4

10

60

40

15

60

20

15

60

40

5

0

60

40

0

60

20

0

60

40

 

1 三種調整參數分別對影像L*平均值、L*標準差以及a*b*標準差的影響

 

(四) 將文物置於原始拍攝位置。將相機移開,避免阻擋視線。

(五) 將在Photoshop中開啟「轉換為描述檔」功能,將「目的地色空間描述檔」設定為液晶螢幕的描述檔,據此將上述五組明度/對比/飽和度調整影像,轉換至能夠讓液晶螢幕正確顯示色彩的RGB影像檔。不同調整模式所建立的影像在存檔之後,以配對方式製成PowerPoint投影片,每種文物影像檔就會產生十種不同的配對組合。正式實驗時,依雙眼同時比較法(simultaneous binocular matching, Braun, 1996),請觀測者依隨機順序配對比較螢幕上兩張階調不同的影像與文物實景之間的色彩複製「準確度」與「喜好度」。觀測者共12人,都是色視覺正常,經常接觸文物影像的專業人士。配對比較結果將根據文獻探討中所提到的「Thurstone配對比較法則」統計分析。

(六) 根據統計結果,建議「準確度」與「喜好度」最高的兩種階調調整模式。

 


 

3. 實驗結果分析

 

3.1 實驗一〈色彩描述檔套用與否的差別〉

  此實驗發現套用與無套用色彩描述檔差異非常大,由表2得知,測量1/20秒曝光下的色卡得知,沒有套用色彩管理系統的色卡平均色差值為29.37,而有套用色彩管理系統的色卡平均色差值為18.53。差距將近兩倍。不過兩者的色彩距離標準值都遠大於視覺可接受的3

 

2 1/20曝光下沒套用色彩描述檔與有套用色彩描述檔的平均色差

平均色差

未套用色彩描述檔

-20.38

-9.54

-15.83

-10.72

2.26

29.37

有套用色彩描述檔

-11.96

-0.29

-3.29

-13.24

-1.05

18.53

 

  分別將曝光1/20秒拍攝的青銅器以及石器影像套入色卡在曝光1/20秒所製作的色彩描述檔後存檔,另外,比較沒有套用色彩描述檔的青銅器以及石器影像。結果發現,有套用色彩描述檔的文物圖檔就算曝光不足,依舊能調整回與文物原件相差不遠的顏色。相反地,沒有套用色彩描述檔的文物檔,明顯可以看出整張檔案偏藍,無法與原件做比對。因此,此階段實驗驗證,拍攝文物圖像必需套用色彩描述檔,以接近文物顏色的正確性。下面兩張圖是以1/20曝光拍攝的青銅器文物檔作為例子,分別為無套用(見圖2左)與有套用色彩描述檔(見圖2右)。

 

2 沒有套用描述檔()與有套用描述檔()之青銅器

 

3.2 實驗二〈最佳曝光指數測定及白平衡校正的差異〉

  首先,從實驗過程得到1/10~1/60秒快門速度下拍攝的色卡影像以及其分別的白色色塊RGB值。接著,計算出色卡在每一級曝光下的彩度值及色差值。從GretagMacbeth建議下得知,正確曝光時,24色ColorChecker上的白色(19號色塊) RGB值應該落在210~245之間。因此,找出上述色卡在1/10~1/60不同曝光下的彩度平均值與色差值,並檢查它們分別的白色色塊RGB值是否落於210~245區間。將能夠使平均彩度最高色差值最低,白色色塊RGB值落點最正確的曝光指數(快門速度),做為後續實驗的曝光指數。

 

3 不同快門速度對色彩的影響(*號代表合格)

快門速度(單位:秒)

1/10

1/15

1/20

1/30

1/40

1/60

19號色塊平均RGB值

*242

*227

189

162

128

91

24色塊平均彩度(C*)

34.59

34.16

31.09

26.61

23.72

20.10

24色塊平均色差()

25.79

21.91

21.31

24.80

29.15

35.69

 

  由表3的實驗結果得知,快門速度1/10與1/15秒下的白色色塊平均RGB值是落在210~245間的,兩者的平均彩度相近,但1/15秒時的色差較小,因此最佳曝光時間為1/15秒。在1/15秒曝光未做任何白灰黑平衡校正之下,24色ColorChecker所量得的白色RGB值為(179,247,255),(見圖3)整張ColorChecker的平均彩度值C*為34.16,平均與最大色差值分別是21.91與37.62。(見圖5左)最後針對做過白平衡校正的色卡重新量測得到白色RGB值為(240,240,240),(見圖4)整張ColorChecker的平均彩度值C*為27.83,平均與最大色差值為9.07與19.63 (見圖5右)。

 

3 未做白平衡白色色塊RGB值為(179,247,255)

 

4 白平衡後白色色塊RGB值為(240,240,240)

 

5 1/15曝光未做白平衡()與有作白平衡()的色卡

 

3.3 實驗三〈不同光譜製作ICC Profile的差異〉

  此實驗測得兩種光譜製成的ICC 描述檔,在套用後的影像上差異並不大。使用Daylight 5,500K (D55)光譜所得到的平均與最大色差值分別為4.28與14.04。(見圖6左)使用Eye-One Share軟體實際量測的光譜為5,900K,它的平均與最大色差值為4.44與15.03 (見圖6右)。兩者的色差大小並無顯著差異(見表4),因此使用者不需採購Eye-One Pro光譜儀也能做好色彩管理。

 

6 1/15曝光色卡分別套用5500k日光光譜()與是測量5900k燈管光譜()描述檔

 

4不同光譜製作ICC 描述檔的差異

平均色差

使用CIE D55光譜

0.33

-0.46

-1.88

0.94

-1.04

4.28

使用螢光燈光譜

0.08

-0.54

-2.25

0.94

-0.61

4.44

 

3.4 實驗四〈校正白灰黑平衡後的差異〉

  此實驗得到更小的色差值,用Photoshop做白灰黑平衡的影像平均色差值為2.87與11.81 ,(見圖7左)用Phase One附贈軟體作白灰黑平衡的影像平均與最大色差值分別是2.59與9.48。(見圖7右)這次的實驗已經可以把平均色差值控制在3以下,由表5可知,不論在明度、色相、彩度方面,平均色差都相當小。

 

7 1/15秒曝光在Photoshop做白灰黑平衡之色卡()phase one軟體做白灰黑平衡之色卡()

 

5校正白灰黑平衡後的差異

平均色差

使用Photoshop CS

-0.46

-0.50

-0.38

-0.62

-0.55

2.87

使用Phase One附贈軟體

-0.08

-0.33

-0.33

-0.58

-0.56

2.59

 

3.5 實驗五〈液晶螢幕視覺評比(明度/對比/飽和度調整幅度的比較)

() 最佳準確度及最佳喜好度圖檔

  此實驗以三種不同類型的文物,加上五組不同的明度(l)/對比(c)/飽和度(s)階調調整組合,總共產生十五張不同的文物影像檔,經過視覺評比實驗會分別得到三張「準確度」最佳及三張「喜好度」最佳的圖檔。

 

1. 文物類型:青銅器

8 亮度不變加上中等對比低飽和度(A3)最佳準確度()整體稍亮加上中等對比低飽和度(A2)最佳喜好度()

 

2. 文物類型:陶器

9 整體稍亮加上中對比低飽和度(B2)最佳準確度()整體稍亮加上高對比高飽和度(B4)最佳喜好度()

 

3. 文物類型:石器

10 亮度對比飽和度均不變(C1)最佳準確度()整體稍亮加上高對比高飽和度(C4)最佳喜好度()

 

() 液晶螢幕視覺評比結果分析

11 視覺評比結果。調整模式的代號見表1

 

(1)青銅器A

  從青銅器視覺評比的z分數表現來看(見圖11左上),得知A3(l0,c30,s20)是最準確的,而A2(l10,c30,s20)是喜好度最高的。從這些數值可以看出青銅器的顏色本來就偏暗,所以得證A3沒有調整亮度加上中等對比及飽和度的最為準確,而從個人喜好來看,發現大家偏愛青銅器有些亮度光澤,因此A2稍微增加亮度/對比及飽和度的色彩調整模式是最為大家的喜愛。

(2)陶器B

  從陶器視覺評比的z分數表現來看(見圖11右上),得知B2(l15,c30,s10)是最準確的,而B4(l15,c60,s20) 是喜好度最高的。陶器在製作當時的年代表面應該是比較鮮豔的,但是經過時間的摧殘,表面可能有嚴重的退色現象,顏色顯得暗淡。觀測者「喜好」彩度與對比實物高的陶器影像,可能是認為調整後的影像較接近「褪色前」顏色。「準確度」評估的最佳組合是比較不鮮艷的,相反的,由「喜好度」的評比結果可以看出大都偏好高對比及高飽和度的組合。

(3)石器C

  從石器視覺評比的z分數表現來看(見圖11下),得知C1(l0,c0,s0)是最準確的,而C4(l15,c60,s40)是最喜好的,從石器的準確度數值來看,可以得證石器本身原本就是灰灰土土偏暗沉,因此跟C1沒有調整任何亮度、對比以及飽和度相符合,而從喜好度發現,有調整亮度加上高對比及高飽和度為大家的喜好,除此之外,從石器和陶器的圖可以看出,石器的喜好度組合跟陶器的喜好度是一樣的,因此,可以證明大家都偏好鮮豔、高對比及高飽和度的顏色。

 

() 三種器物類型的總論:

  從三種器物在z分數上的平均表現來看(見圖11),可以發現準確度不等於喜好度。喜好度會依文物類型而有不同,「準確度」最高的模式是將亮度、對比以及飽和度都增加一點點。而從喜好度的選擇可以證明,大家都喜歡器物的複製影像比實物更鮮豔,對比更強。此外,從三種器物的z分數可以看出每個文物的第二個組合都較為準確,這也驗證在實驗前的篩選跟視覺最終結果是一致的。因此,如果要以「喜好度」為影像複製的原則,文物圖檔是需要經過一些亮度、對比以及飽和度的調整的。

 


4. 結論

  本研究針對中央研究院歷史語言研究所典藏的青銅器、陶器、以及石器,找尋最佳的色彩複製模式。首先,借助GretagMacbeth ColorChecker色卡,校正機背掃瞄式數位相機的曝光指數,影像經灰平衡之後,再用ProfileMaker與ProfileEditor這兩個 ICC色彩描述檔編輯軟體,調整影像的明度、對比、飽和度。最後以心理物理的視覺評比實驗方式,評估這些複製影像在液晶顯示器上的準確度與喜好度。研究結果發現,在本研究的實驗環境下,適度的增加明度、對比、飽和度,能夠提升影像複製的準確度。喜好度的表現則與器物種類有關,陶器特別需要加強對比與飽和度。若與對比不足的影像相比,觀測者多偏好對比略高的影像。應用本研究的實驗結果前,需注意本研究的觀測者是負責數位典藏拍攝工作的專業人員,優化調整參數的數值也可能受到數位相機、顯示器的色域範圍與階調特性的影響。

 

  經過本研究的系列實驗驗證發現,使用「色彩管理系統」與不使用「色彩管理系統」的影像器物色彩有明顯差異,因此,拍攝數位圖檔最後一定要套用色彩描述檔,這個是圖檔在後續處理應用上,或是在不同電腦開啟時,是否會產生色偏的主要關鍵因素。而最佳的色彩描述檔的調整模式,首先必須找出影像的最佳曝光指數,因為實驗發現,曝光指數關係著色差的大小。此外還有一個重要步驟需要執行,那就是白/灰/黑平衡,不管是在拍攝時透過拍攝軟體來設定,或是圖檔拍攝後,白/灰/黑平衡都是拍攝必須要做的步驟,因為實驗發現它對色差的影響很大,經過白/灰/黑平衡處理的影像,平均色差值已能達到3以下了。另外,本研究實驗發現,每種器物類型都有它獨特的顏色及特性,必須針對每種類型的器物來製作數位相機色彩描述檔,才能得到最佳及最真實的色彩複製影像。

 

  本研究目前只針對三種器物類型:青銅器、陶器、以及石器做實驗,後續可以嘗試更多其他類型的器物做更深入的拍攝及色彩研究。除了不同器物類型的色彩研究,不同的打光方式、不同的紙張使用、不同的光源種類、和印刷物放置在不同的觀測環境、等等,這些都是可以也值得繼續研究的項目。相信這些後續的研究必能解決現階段實驗所不能達到的,並得到一套更佳完善的立體器物拍攝流程。

 

針對三種不同類型器物的色彩特性,本研究建議三種最佳立體器物數位攝影色彩複製模式組合如下:(見表6)

6:三種立體器物最佳數位攝影色彩複製模式

 

螢幕呈現

準確度

喜好度

青銅器

明度, 對比+, 飽和度+

明度+, 對比+, 飽和度+

陶器

明度+, 對比+, 飽和度+

明度+, 對比+ +, 飽和度+ +

石器

明度, 對比, 飽和度

明度+, 對比+ +, 飽和度+ +

 

(一) 青銅器

  就螢幕呈現上,由於青銅器的顏色本身就偏暗,因此就準確度來衡量,是不需調整明度的。而從個人喜好來看,發現大家偏愛青銅器有些亮度光澤,因此,稍微增加亮度、對比及飽和度是最佳的色彩調整組合。

(二) 陶器

  就螢幕呈現上,因為陶器經過時間的摧殘,表面顏色顯得暗淡,因此在準確度的調整上,明度、對比及飽和度皆不需要太多的調整。而由喜好度的評比結果發現,觀測者喜好彩度與對比較實物高的陶器影像,因此,在陶器的色彩調整組合上,是建議調高對比以及飽合度。

(三) 石器

  就螢幕呈現上,由於石器本身就是偏暗沉,因此,建議不需調整任何亮度、對比以及飽和度。而由喜好度評比發現,大家都偏好鮮豔、高對比及高飽和度的顏色,因此,建議石器的色彩調整組合增加亮度,並調高對比及飽和度。

 

  最後,從本研究的五個實驗結果得到一套最佳數位典藏立體器物的拍攝流程(見圖12),希望此拍攝流程對其他相關單位會有幫助。

 

12 本研究所建議之數位典藏立體器物的拍攝與印製流程圖




 

參考文獻

中文部分

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英文部分

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[7] ICC (2001) Specification ICC.1:2001-04 — File Format for Color Profiles, 2001, International Color Consortium (ICC).

[8] IEC (1999) IEC 61966-2-1: Multimedia systems and equipment - Colour measurement and management - Part 2-1: Colour management - Default RGB colour space – sRGB.











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