Lonigo, 8-9 Giugno 2007

“Come creare il profilo di una stampante ink-jet”

Enrico Cinalliwww.photoactivity.com

Lonigo, 8 Giugno 2007 2° Riunione nazionale del "Gruppo colore_digitale"

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Cenno sulle coordinate colorimetriche

• Le coordinate RGB e CMYK sono di tipo “Device dependent", ovvero relative al dispositivo che stiamo utilizzando, ma non possono definire in modo preciso un determinato colore.

• Se inviamo lo stesse coordinate CMYK a due stampanti, anche dello stesso modello, possiamo ottenere risultati anche molto diversi, perché quelle coordinate non definiscono un colore bensì una certa emissione di inchiostro.

• Abbiamo dunque la necessità di utilizzare un sistema di riferimento assoluto per determinare i colori della stampante in modo univoco.

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Cenno sulle coordinate colorimetriche• Il modello di coordinate assolute in genere utilizzato è il CIELAB, il quale, fissate

certe ipotesi (solo riflessione, tipo illuminante,ecc.), definisce i colori in modo univoco.

• L* è detta "chiarezza" e assume valori da 0 a 100 (0 = nero, 100=bianco “perfetto” di riferimento)

• a* e b* sono le componenti cromatiche, ed assumono valori da -128 a +127.Per a* e *b = 0 si ha l’asse del grigio, ovvero tutte le sfumature neutre dal bianco al nero. L’asse a* è chiamato asse del rosso/verde mentre l’asse b* viene chiamato del giallo/blu.

Il “Color Picker” di Photoshop

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Cenno sui profili ICC

• I profili ICC realizzano una corrispondenza fra le coordinate relative (Device dependent) e le coordinate assolute Lab.

• Un profilo ICC si può realizzare a tabella (esplicitando in una tabella le corrispondenze) oppure, in modo più compatto, a matrice (una funzione matematica). I profili a matrice non si possono realizzare per dispositivi di output, come le stampanti e i film recorder, per cui d’ora in poi ci riferiremo sempre a profili a tabella (o LUT, look-up table)

• Lo spazio di connessione di un profilo ICC può essere il CIEXYZ o il CIELAB, per comodità ci riferiremo sempre al CIELAB.

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I profili ICC di stampa

• Le moderne stampanti ink-jet fotografiche hanno sempre più dei 4 inchiostri della quadricromia classica (CMYK), per cui ci possono essere vantaggi a pilotarle direttamente in RGB.

• In questo tutorial tratteremo soprattutto della stampa mediante drivers originali, che lavorano in RGB e si occupano internamente della gestione del set di inchiostri della stampante.

Driver originaledi stampa

RGB Raw-Print

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I profili ICC di stampa• Nel nostro caso un profilo ICC di stampa contiene dunque una

tabella di corrispondenza RGB-LabD50 (in realtà le tabelle sono di più, vedremo più tardi)

• Nella tabella non sono riportate le corrispondenze per tutti i colori riproducibili, bensì una certa quantità di riferimenti scelti opportunamente, mentre gli altri saranno ottenuti per interpolazione matematica dal motore di conversione.

• Il concetto basilare del sistema ICC sta nell'utilizzo di almeno due profili: sorgente e destinazione.

• Quando si stampa una fotografia il profilo sorgente è quello dello spazio di lavoro della nostra immagine (sRGB, AdobeRGB, Prophoto), mentre il profilo destinazione è quello della stampante/carta.

• Ciò che serve è una CONVERSIONE tra i due profili: il motore di conversione modificherà le coordinate relative (RGB) per mantenere il più possibile invariate le coordinate assolute (Lab) e quindi i colori .

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I profili ICC di stampa

• Di fatto il profilo ICC è la "carta di identità" della stampante, e ci informa anche dell'insieme di tutti i colori riproducibili (Gamut)

Plot 3D del Gamut di una stampante ink-jet

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Gli intenti di rendering

Comparazione del profilo di un monitor medio (sRGB) e del profilo di una stampante ink-jet media.Diagramma a*b* nello spazio Lab D50 di connessione, con L=50.

- I due Gamut (insieme di colori riproducibili) sono molto diversi.

- Solo i colori nella zona di sovrapposizione possono essere riprodotti da entrambi i dispositivi.

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Gli intenti di rendering

• Come si risolve il problema?

• Lo standard ICC mette a disposizione quattro "intenti di rendering" e lascia a noi la decisione su quale utilizzare.

• Analizziamo i due intenti più utilizzati in fase di conversione per la stampa: colorimetrico relativo e percettivo.

Il pannello di scelta dell’intento di rendering in Photoshop

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Gli intenti di rendering• Colorimetrico relativo + compensazione del punto del nero:

il bianco del profilo sorgente viene portato sul bianco di quello destinazione; il nero del profilo sorgente viene portato sul valore L* deciso da un algoritmo proprietario di Adobe Systems (generalmente non il tono più scuro riproducibile dal driver).

• A meno che il bianco sorgente e il bianco destinazione non coincidano, tutti i colori vengono un po’ modificati perché cambiano le condizioni di adattamento visivo.

• I colori fuori gamut vengono trasformati nel colore più vicino sul bordo del Gamut destinazione (fenomeno detto clipping).

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Gli intenti di rendering

• Dato che l'occhio è più sensibile ai rapporti cromatici fra i colori, piuttosto che ai valori assoluti, è stato creato un intento apposito per comprimere tutta la gamma dinamica, anche nei colori.

• Vengono modificati un po' tutti i colori, compresi quelli che rientrano nel gamut di destinazione, al fine di mantenere tutte le sfumature, e non solo quelli fuori dal gamut (come nel colorimetrico relativo)

• Il bianco del profilo sorgente viene portato sul bianco di quello destinazione; generalmente il nero sorgente viene portato sul valore RGB 0,0,0 del profilo di destinazione, al quale corrisponderà il valore L* più basso riproducibile (se il driver calibrato correttamente).

Intento percettivo

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Gli intenti di renderingIntento percettivo

Per la creazione della tabella dell’intento percettivo è di fondamentale importanza la validità della strategia di "gamut mapping" utilizzata dal software di profilazione. Lo standard ICC non impone regole in merito alla strategia.

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• diversi metodi di riproduzione del colore (RGB in emissione per il monitor, inchiostri stampati osservati in riflessione)

• Gamut diversi

• diverse condizioni di illuminazione della stampa (sia di intensità che spettrali). I profili ICC non tengono conto dell’intensità della sorgente in visione.

Importanza dei parametri di calibrazione del monitor (intensità e cromaticità del bianco) per ridurre le diversità con la stampa.

Limiti fisici:

Massima corrispondenza possibiletra visualizzazione a monitor e stampa

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Calibrazione della stampante

• La condizione fondamentale per creare un profilo ICC consiste nel disporre di una condizione conosciuta e stabile.

• Nel caso della stampante occorre fissare tutte le variabili, come il tipo di carta, gli inchiostri e la loro gestione

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Calibrazione della stampante

• Utilizzo dei driver di stampa originali: le varie calibrazioni, normalmente disponibili solo per i supporti originali, sono cristallizzate dentro il driver stesso e non sono modificabili se non in misura limitata.

• Esistono sia software di aggiornamento delle calibrazioni dei driver, come ad esempio Epson Color Base, sia sistemi automatici di autocalibrazione, come nel caso delle recenti stampanti HP e Canon dotate di densitometro/ spettrofotometro incorporato.

• Utilizzo di un RIP di stampa: fornisce gli strumenti necessari per una calibrazione totale della stampante, in modo da adattarla a qualsiasi supporto. Vantaggio: ottimizzazione su qualunque supporto, possibilità di gestire la generazione dell’asse del grigio. I RIP sono generalmente molto costosi e non di facile utilizzo, per cui tratteremo solo il caso dei drivers.

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Calibrazione della stampante

• Impostazione del driver HP nel nostro caso: tipo carta, qualità di stampa e disattivazione degli algoritmi di gestione del colore interni al driver.

• Queste sono le condizioni con le quali realizzeremo il profilo ICC e stamperemo successivamente le immagini: l’impostazione di parametri diversi invaliderà il profilo ICC.

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Realizzazione del profilo

Il processo di creazione del profilo ICC si articolanelle seguenti fasi:

• scelta del tipo di target

• stampa del target nelle condizioni di calibrazione decise

• completa asciugatura della stampa

• misura e salvataggio su disco dei dati spettrali del target (caratterizzazione)

• calcolo del profilo ICC

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Realizzazione del profiloEsempio pratico di esecuzione di un profilo con il software Profile Maker

• Profile Maker è uno strumento professionale ma abbastanza costoso: si è scelto di utilizzarlo per la completezza delle possibilità che offre.

• la scelta del target cade, per motivi di tempo disponibile, sul target i1.5 da 288 patches. Per realizzare profili più accurati esistono target con un numero maggiore di patches: in genere un buono stato di calibrazione rende più facile il compito del profilatore.

(invio in stampa del target)

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Realizzazione del profilo

Spettro visibile

• Lo strumento di lettura del target: lo spettrofotometro.

• E’ il miglior tipo strumento utilizzabile, perché è capace di leggere la distribuzione spettrale del visibile, suddividendola in 36 bande di 10nm ciascuna (380-730nm).

• Si effettua cioè una analisi approfondita delle singole patch, in modo da poter calcolare anche il colore delle stesse anche sotto illuminanti diversi

• Viene letta anche la riflessione del vicino UV, in modo da rilevare la presenza di sbiancanti ottici nel coating della carta.

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Realizzazione del profilo

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Realizzazione del profilo

Dopo un tempo sufficiente di asciugatura della stampa,si misura del target con “Measure Tool”

e si salvano su disco i dati di caratterizzazione

(corrispondenze tra valori RGB inviati al driver di stampa e dati spettrali delle patch generate)

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Realizzazione del profiloUtilizzando i dati di caratterizzazione appena misurati,

si crea il profilo ICC.

Con i software più evoluti è possibile effettuare alcune scelte:• Dimensione del profilo: cambia la dimensione della tabella

Standard 24x3 campi Grande 32x3 campi• Resa dell’asse del grigio (carta o neutro): influisce sull’asse del grigio

nella zona delle alte luci. Nel primo caso i grigi medi seguono il colore della carta, nel secondo caso si riproducono con a*=b*=0 fino alle patch più chiare, dopo di che si arriva bruscamente al colore della carta. Questa scelta influisce solo sull’intento percettivo.

• Gamut Mapping: si può scegliere fa tre “Logo”, che in pratica sono tre differenti strategie di calcolo dell’intento percettivo.

• Scelta dell'illuminante in visione: generalmente si utilizza l’illuminante daylight a 5000K (D50), ma è possibile utilizzare altre sorgenti predefinite oppure misurate sul luogo dove le immagini saranno esposte. Questa scelta influisce su tutti gli intenti (ovviamente escluso l’Assoluto).

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Stampa da Windows XP

• I profili generati sono nella cartella di sistema:\Windows\system32\spool\drivers\color

• Windows XP mette a disposizione i profili ed un motore di conversione (ICM), ma non esegue la compensazione a monitor

• L’unico modo per gestire il colore con la tecnologia ICC è utilizzare software che gestisca internamente le conversioni, come ad esempio Photoshop

Esempio di stampa da Photoshop CS2

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Stampa da Mac OSX

• I profili generati, per essere utilizzabili da parte di tutti gli utenti, possono essere scritti nella cartella di sistema:/Libreria/Colorsync/Profiles

• MacOSX dispone di un motore colore (Apple CMM), che mette a disposizione delle applicazioni per eseguire la compensazione a monitor. Per questa operazione Photoshop utilizza invece un proprio algoritmo.

Esempio di stampa da MacOSX

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Ecco il nostro profilo !

Visualizzazione 3D del Gamut ottenuto, nello spazio Lab.(a sinistra il confronto con lo spazio sRGB)

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Considerazioni sulle stampe - 1) Gamut• L’estensione del Gamut dipende dai materiali utilizzati (carta, inchiostri) e dalla

bontà della calibrazione effettuata.• In particolare, le carte glossy e semiglossy consentono di ottenere Gamut più ampi

rispetto alle carte matte• Il Gamut non deve essere valutato solo nella gamma media di L*, ma è importante

che sia ben distribuito rispetto all’asse del grigio anche nelle alte luci e nelle ombre.• Il Gamut nelle ombre è determinato soprattutto dalla cromaticità dell’inchiostro nero

e dalla qualità della calibrazione.

Gamut ottenuti con HP9180 ed una EpsonR300 (ink dye-based, no grigi) sulla stessa carta lucida

L* = 15 L* = 50 L* = 85

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Considerazioni sulle stampe - 2) Metamerismo

Si cambia illuminante per visionare la nostra stampa:brutte sorprese?

Il difetto di metamerismo

- Il fenomeno del metamerismo si presenta quando due stimoli di diversa composizione spettrale danno luogo ad eguaglianza percettiva. Ad esempio il giallo della radiazione di 580 nm è metamerico a quello di una miscela di 540 e 620 nm, con opportune intensità relative.

- Nelle stampe si parla di “difetto di metamerismo” quando due aree danno luogo ad eguaglianza percettiva sotto un certo illuminante, ma ci appaiono diverse sotto un illuminante diverso.

- In particolare, ciò che salta all'occhio in modo evidente sono quelle zone della stampa che in una condizione di illuminazione appaiono neutre, mentre in un'altra appaiono affette da dominanti di colore.

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Considerazioni sulle stampe - 2) Metamerismo

• In pratica, fissate determinate ipotesi, il colore percepito è frutto della combinazione tra la distribuzione spettrale della sorgente luminosa e la riflettanza spettrale del nostro soggetto.

• Ecco gli spettri di emissione di due illuminanti molto comuni: D50 (daylight 5000°K) e A (lampada ad incandescenza 2850°K)

D50

A

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Considerazioni sulle stampe - 2) Metamerismo• Nell’esempio due patches hanno riflettanze spettrali completamente diverse (una è

inventata), ma vengono entrambe percepite come “grigio neutro” sotto l’illuminante D50 (Lab=50,0,0)

• Utilizzando invece un illuminante di tipo A lo spettro piatto continua ad apparire come “grigio neutro”, mentre quello irregolare appare addirittura verde, con un DeltaE =20 rispetto alla percezione sotto il D50.

Measure tool – “Comparazione” – “Cambia stabilità”

Grigio di SintesiGrigio HP9180

Bianco carta

19.11.50.2Delta E rilevati

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Considerazioni sulle stampe - 2) Metamerismo• Il grigio generato dalla Canon6600, a parità di valori Lab D50, ha un andamento spettrale

molto più irregolare dei grigi generati dalla HP9180. Questo è un limite dovuto in larga parte all’assenza di inchiostri grigi a pigmenti, per cui il grigio viene realizzato utilizzando gli inchiostri colorati CMY.

• Questo andamento determina una percezione diversa dell’asse del grigio utilizzando illuminanti diversi, come ad esempio D50 ed A. Il valore DeltaE di oltre 6 è da considerarsi scarso:

Measure tool – “Comparazione” – “Cambia stabilità”

GrigioCanon6600Grigio HP9180

(RGB)

Bianco carta

6.41.20.2Delta E rilevati

Grigio HP9180(ink grigi)

1.5

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La particolarità della stampa ink-jet in Bianco e Nero

- Da quanto esposto, risulta evidente che la stampa in B/N deve essere effettuata con stampanti che dispongano di almeno un inchiostro grigio, oltre ovviamente al nero (come nel caso della nostra HP9180)

- La presenza di un secondo inchiostro grigio chiaro rende ancora migliore la stampa B/N, perché si annulla la visibilità del punto di stampa nella zone più chiare.

- I migliori risultati si ottengono con inchiostri ai pigmenti di carbone, perché hanno una risposta spettrale piatta, perfetta per scongiurare il difetto di metamerismo. Anche le stampe a colori si avvantaggiano della loro presenza, perché si riduce molto il metamerismo sulle tinte vicino all’asse del grigio.

- I migliori risultati si ottengono con l’uso di RIP di stampa, che permettono il controllo dei singoli inchiostri della stampante: è così possibile regolare con precisione la tinta, la linearizzazione, ed adattare la calibrazione al particolare tipo di supporto utilizzato.

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Considerazioni sulle stampe - 3) Lucidezza

- E’ un parametro sul quale il profilo non ha alcun effetto, dipende dalla fisica dell’inchiostro utilizzato. Ha molta importanza per l’effetto finale che conferiscono alle stampe su carta lucida e semilucida.

- La principale differenza fra gli inchiostri delle stampanti ink-jet provate, sta nel fatto che la HP utilizza inchiostri a pigmenti (pigment based) mentre la Canon e la Epson utilizzano inchiostri a base di colorante (dye based).

- I coloranti si distinguono dai pigmenti per il fatto che, se posti in opportuni solventi, non creano diffusione della luce mentre i pigmenti sono sempre diffusori.

- Le ultime generazioni di inchiostri pigmentati hanno parzialmente risolto il problema, grazie alla all’incapsulamento dei pigmenti in sostanze a base di resine.

- L’ottimo effetto dei dye-based sulle carte lucide resta tuttavia ineguagliato.

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Considerazioni sulle stampe - 3) Lucidezza

Test di specchiatura di una fonte di illuminazione sulle stampe (carta Lucida)

Inchiostro a pigmenti Inchiostro a coloranti

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Considerazioni sulle stampe - 4) Differenziale di lucidezza

- Dato che i pigmenti si depositano a formare una patina più opaca della carta, nelle zone non coperte dall'inchiostro nasce il fastidioso effetto chiamato “differenziale di lucidezza” o “bronzing”.

- L’effetto è visibile con luce molto angolata rispetto all’angolo di visione, ed è particolarmente fastidioso quando i neri specchiano la luce diventando addirittura più chiari del bianco carta.Viceversa, in certe situazioni il bianco carta appare più scuro delle zone adiacenti coperte dall’inchiostro.

- In alcune moderne stampati a pigmenti il bronzing viene ottimamente risolto con la stesura sulle parti bianche dell’immagine di una sostanza chiamata “gloss-optimizer”, che uniforma la lucidezza del bianco carta a quella dei pigmenti. La nostra HP non ne è provvista.

- Gli inchiostri coloranti sono totalmente esenti da questo difetto.

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Considerazioni sulle stampe - 4) Differenziale di lucidezzaOsservazione di una stampa con illuminazione radente (carta Lucida)

Inchiostro a pigmenti (no Glop) Inchiostro a coloranti

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Conclusioni

- La realizzazione di un profilo ICC per ciascuna carta utilizzata è un passaggio fondamentale per gestire correttamente il colore in fase di stampa.

- Per le applicazioni fotografiche è spesso consigliabile l’utilizzo dell’intento percettivo, perché si scongiura il clipping e perché di norma si ottiene un nero di stampa più profondo.

- La scelta dell’intento da utilizzare andrebbe comunque effettuata immagine per immagine, aiutandosi con la soft-proof.

Il risultato finale, in termini di accuratezza della riproduzione, non può tuttavia prescindere dalle scelte fatte a monte della profilazione:

a) Tipo di inchiostro utilizzato dalla stampante (pigmento o colorante)b) Composizione del set di inchiostri, con particolare riferimento alla presenza

di uno o più inchiostri grigi “stabili”c) Accuratezza della calibrazione effettuata sul particolare tipo di supporto in

uso. Con i driver si utilizzando calibrazioni “cristallizzate”, relative esclusivamente ai supporti scelti dal produttore della stampante, mentre con i RIP è possibile ottimizzare la calibrazione e realizzare calibrazioni ad hoc per qualsiasi supporto.