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(2)
中央研究院歷史語言研究所專任助理 陳靜嫺
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/灰/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。
表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)
圖1：三種調整參數分別對影像L*平均值、L*標準差以及a*和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。
下期將針對上述實驗進行結果分析，敬啟期待。
2008-03-06