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
中央研究院歷史語言研究所專任助理 陳靜嫺
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 4x5。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600x500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。
接下來將以
(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？
三個問題設計五個實驗做探討，敬請期待下期內容！
2008-02-14