Яркость (Luminance) и освещённость (Illuminance)

Значения этих параметров получаются слегка по-разному, в зависимости от типа вашего дисплея. Если у вас LCD или плазменная панель, либо экран обратной проекции, то просто приложите датчик к экрану. Программа получит с прибора измерения либо в fL (фут-ламбертах), либо в метрической системе, в кд/м2 (кандела на квадратный метр, или нит).

Примечание: если вы измеряете в нитах, то для перевода в фут-ламберты нужно умножить полученное значение на 0,292. Если измерения осуществляются в фут-ламбертах, то умножьте на 3,426, чтобы получить ниты. Как ниты, так и фут-ламберты, являются единицами измерения яркости, то есть света, излучённого или отражённого от плоской рассеивающей поверхности. Все колориметры и спектрорадиометры по умолчанию измеряют яркость.

Если у вас проектор, то всё чуть запутаннее. Во-первых, для этого случая полезен хороший измеритель освещённости. Если у вас нет дорогого прибора, способного точно измерять низкий уровень яркости, такого, как Konica Minolta LS-100, то можно получить точные значения, замеряя освещённость, исходящую прямо от лампы проектора (до отражения от экрана). Прибор от AEMC, упомянутый в начале, — хороший выбор.

Просто разместите датчик у экрана и направьте в сторону лампы, чтобы получить значения в люксах. Затем разделите люксы на 10,76 и умножьте на реальный коэффициент усиления (screen gain) экрана*, чтобы получить фут-ламберты. Чтобы получить световой поток лампы проектора в люменах, умножьте люксы на площадь экрана в квадратных футах, затем разделите на 10,76.

* Реальный коэффициент усиления экрана зачастую ниже, чем заявляемый производителем. Stewart – единственная известная мне компания, у которой заявляемые коэффициенты усиления достаточно точны.

Примечание. Освещённость– величина, характеризующая количество света, падающего на некоторую поверхность. Таким образом, измерение с экрана будет измерением яркости в фут-ламбертах (или нитах), а измерение света, идущего прямо от лампы проектора, будет освещённостью, измеряющейся в Люксах (лк). Яркость проекторов, как правило, равна 1/3 яркости типичного LCD дисплея.

Цветового отличие ΔE

Суть ΔE (dE или Дельта-Е) в том, чтобы предоставить нам некую числовую оценку  точности того или иного цвета относительно некого стандарта. Чем меньше это число, — тем точнее цвет. ΔE можно применять как по отношению к градациям серого, так и для оценки точности базовых и дополнительных цветов.

ΔE может базироваться на одной из двух моделей отображения цветов: Luv и Lab. Обе модели были приняты CIE в 1976 и дают немного различный результат. Значения по Luv чуть выше и делают чуть большую ставку на красный, а значения Lab делают ставку на синий.

В 1976, когда в CIE рассматривали вопрос о принятии цветовой модели, которая бы предлагала более равномерное с точки зрения человеческого восприятия расположение цветов. Изначально хотели принять только модель Lab, но представители индустрий, интересы которых организация CIE представляет, не соглашались с этим решением: их беспокоил тот факт, что пространство Lab нелинейно с точки зрения восприятия разницы между цветами. По этой причине исторически сложилось, что большинство значений ΔE для видео берутся на базе Luv. Однако, с 1976, большинство исследований в CIE опирались исключительно на Lab. В 1994 году CIE приняли ещё более визуально однородный стандарт, базирующийся исключительно на Lab, именуемый CIE94.

Как модели Lab, так и Luv 1976 говорят, что вы можете существенно снизить видимые ошибки цвета, вызванные его перенасыщенностью, просто понизив яркость перенасыщенного цвета. В соответствии с формулой CIE94, снижение яркости НЕ снижает эффект перенасыщенных цветов. Вместо этого, цвета начинают выглядеть темнее. Так что из этого правильно? На мой взгляд, CIE94 делает всё правильно, но многие в видео индустрии продолжают полагаться на CIELUV.

Цветовая модель Lab (справа: регулировка цвета по в Photoshop):

  

Начиная с 1994, было проделано много дополнительной работы, а в 2000 CIE приняли новую модель ΔE, известную, как CIEDE2000, но это – ОЧЕНЬ сложная формула, которая не была повсеместно принята где-либо за пределами текстильной индустрии. Дальнейшая работа указывает на новый универсальный стандарт, последняя версия которого – CIECAM02. Однако, формула цветовой разности данного стандарта не были официально поддержаны CIE. Поэтому, пожалуй, пока нам лучше подойдут модели 1976 и 1994 годов, причём модель 1976 года чаще всего упоминают, как стандарт для видео приложений (что не значит, что она – лучшая). Для представления dE я использую CIE94, но во многом это – дело личных предпочтений.

Вот таблица, позволяющая вычислить ΔE по стандартам CIELUV, CIELAB, или CIE94, используя SMPTE-C или Рек. 709 на базе полученных вами данных.

Итак, как мы измеряем цвета?

На протяжении многих лет белый цвет обозначали с помощью цветовой температуры, 6500К означал нейтрально белый. На рисунке — расположение линии цветовой температуры на диаграмме CIE:

Последние годы стала очевидной неадекватность этого подхода, связанная с тем, что оценивается только относительная интенсивность красного и синего: красноватый белый даёт более низкую цветовую температуру, а синеватый белый – более высокую цветовую температуру. Полностью игнорируется зелёный, что означает, что даже зелёноватый белый или пурпурно-белый, также считаются 6500К. К тому же, цветовая температура бесполезна в ситуациях, когда требуется оценка точности базовых и дополнительных цветов.

Параметр ΔE подходит гораздо лучше. В организации SMPTE (Общество инженеров кино и телевидения) установили стандарт точности цветов для цифрового кино, составляющую 4 единицы шкалы Lab (1976) или меньше. (Это приблизительно эквивалентно 1,5 единицам CIE94). Такая погрешность кажется вполне адекватной. К сожалению, никуда не исчезла проблема, описанная выше: какой стандарт ΔE нам использовать? SMPTE не даёт пояснений, почему ими выбран CIELAB.

Ниже – перенасыщенный, но тёмный оттенок зелёного (по шкале CIE xyY):

x0.296, y0.678, Y0.535 (на рисунке ниже — примерное положение этого цвета, без учёта яркости и положение эталонного зелёного по стандарту Rec. 709)

 

Как далеко это от стандарта Рекомендации 709? Используя ΔE, это очень сложно сказать. В пространстве Luv получается, что у этого зелёного ΔE составляет 11,4, что, хотя и  превышает допустимую цветовую ошибку почти в 3 раза, всё ещё не так уж и плохо. Однако,  такой же зелёный получает ΔE по стандарту 1994 года в 11,2, и в 7 раз превышает допустимую ошибку цвета. Две системы ΔE говорят о совершенно различном результате относительно одного и того же цвета!

Таким образом, хотя ΔE остаётся очень полезным инструментом, возможно, мудро было бы снабдить его более объективным инструментом измерения цветовой ошибки. Полагаю, лучший вариант – просто указывать отклонение от стандарта в процентах. Таким образом, помимо нашего значения ΔE мы можем добавить, что относительно стандарта Рек. 709, вышеупомянутый зелёный смещён:

По яркости: -10.9%
По насыщенности: + 17.3%
По тону: +0.1%

Добавьте к этому требование, что ни у одного цвета ошибка яркости, насыщенности или тона не должна превышать +-2%. Но даже этот метод не идеален. Человеческий глаз не в одинаковой степени чувствителен к ошибкам яркости, насыщенности и тона, как и не одинаково он чувствителен по отношению к различным базовым и дополнительным цветам. К примеру, ошибки красного замечаются легче, чем ошибки синего. ΔE старается учитывать эти факторы, но мы видели, как разные формулы ΔE приносят различный результат.

Тестовые изображения

В конце поста я разместил ссылку на файл, с которого вы сможете записать калибровочный DVD со всеми здесь упомянутыми тестовыми изображениями. При использовании тестовых изображений нужно помнить два правила:

1. Как для цветов, так и для белого, используйте изображения с одинаковой интенсивностью. К примеру, 75% белое с 75% цветным. То же самое относится к оконному и полноэкранному вариантам – не нужно мешать одно с другим.
2. Для ЭЛТ и плазмы используйте только изображения с рамками. Для остального можно использовать оба варианта.

Устанавливаем уровень белого (Контрастность)

Регулировка контрастности определяет предельные значения яркости, отображаемые вашим дисплеем (максимальный и минимальный). Слишком низкое значение лишит изображение энергии. Установите контрастность на слишком высокий уровень, – и вы потеряете точность цветопередачи и детали на ярких участках изображения (в светах), это также может приводить к излишнему напряжению глаз.

Стандартный метод установки контрастности таков: вы смотрите на тестовый рисунок, на котором имеется полоса цвета, чуть-чуть темнее белого на белом фоне. Нужно установить уровень контрастности настолько высоко, насколько возможно, не потеряв возможность различить эту полосу. Изображение включено в калибровочный DVD.

Однако, с этим методом имеется пара проблем:

• Некоторые дисплеи, особенно LCD, даже при контрастности, установленной на 100%, не достигнут точки, когда начнут теряться детали в светах, и данный метод приведёт к установке слишком высокой контрастности.
• Метод не берет во внимание цветопередачу. Многие экраны теряют способность отображать нейтральный белый на высоких уровнях яркости, когда контрастность устанавливается, как рекомендуется здесь.

Полагаю, что лучший метод установки контрастности – устанавливать её на уровне, совместимом как с хорошей цветопередачей, так и приличным световым потоком для конкретного устройства. Какой уровень считать приличным?

• ЭЛТ дисплеи: 30-40 фут-ламберт
• Плазма: 30-40 фут-ламберт
• LCD панели: 30-40 фут-ламберт
• Обратная проекция: 30-40 фут-ламберт
• Передняя (стандартная) проекция: 12-16 фут-ламберт

 

Выставление уровней чёрного (Яркость)

Классический метод выставления уровня чёрного – используя специальный тестовый рисунок, на котором отображается объект, чуть светлее чёрного и другой объект, чуть темнее чёрного на чёрном фоне. Необходимо так установить яркость, чтобы объект, который немного светлее чёрного, был едва различим, а тот, что едва темнее чёрного, — невидим. Чем цвета этих объектов к чёрному, тем точнее настройка. (предполагается, что устройство не отсекает за ненадобностью информацию о более тёмном цвете, чем чёрный).

Вот ещё один метод, который хорошо работает. Отобразите абсолютно чёрное поле. Увеличьте яркость на несколько пунктов. А теперь начинайте медленно, на одну позицию за раз, снижать яркость. В один момент вы обнаружите, что дальнейшее снижение яркости не делает экран темнее. Это – правильный уровень яркости.

Примечание 1. Если у вас устройство цифровой видеозаписи, то просто запишите эффект затемнения, затем воспроизведите его и поставьте на паузу, — это и будет ваш 0% тестовый рисунок.

Примечание 2. Параметр «Гамма», относится, в основном, к балансу между различимостью деталей в тенях и их глубиной (близостью к чёрному). Гамма 2,5 даст большую контрастность и более глубокие уровни чёрного, но позволит различить меньше оттенков в тёмных сценах. Я рекомендую гамму в диапазоне 2,2 — 2,35.

Выставление резкости

Здесь всё просто. Используйте тестовое изображение резкости для обнаружения по краям горизонтальных и вертикальных линий артефактов, вроде заметных контуров по краям линий. Установите регулировку резкости в предельное положение, при котором удаётся свести эти артефакты к минимуму (хотя, возможно, не полностью избавиться от них). На некоторых устройствах нужно устанавливать резкость на 0, но для большинства она обычно составляет около 1/3 пикселя. Этот тестовый рисунок включён в калибровочный DVD.

Регулировка Цвета/Оттенка (Color, Tint)

Стандартный метод предполагает, что нужно смотреть на цветные полосы SMPTE через синий фильтр, но у него два недостатка. Во-первых, это, в лучшем случае, – некое приближение к правильным настройкам. Во-вторых (что важнее), на некоторых дисплеях это может просто не работать. В частности, на некоторых плазмах я замечал, что данный метод приводит к чрезвычайно неточным настройкам. Вот другой понятный метод, в котором не используются фильтры.

Цвет

1. Наведите колориметр или люксометр на экран и отобразите 100% белый рисунок.
2. Замерьте значение Y белого (светлоту).
3. Отобразите 100% Красный рисунок, измерьте Y. Вы обнаружите, что по мере регулировки Цвета вверх и вниз, значение Y красного увеличивается и уменьшается, а у белого остаётся неизменным.
4. Установите цвет в положение, когда Красный составит ближайшее к 21% значение от белого.

Заметка: Неважно, используете ли вы изображения с 100%, либо 75% белого и красного. Главное – использовать одинаковую интенсивность для обоих.

Оттенок

1. Если вы ещё этого не сделали, то отрегулируйте шкалу серого, чтобы она была как можно ближе к D65 (x=0,3127, y=0,329) по всему диапазону.
2. Направьте колориметр на экран и отобразите циановый тестовый рисунок.
3. Установите регулировку оттенка в нейтральное (среднее) положение.
4. С помощью вашего ПО обозначьте циан на диаграмме CIE.
5. Регулируйте оттенок вверх и вниз, пока фиксируемый прибором тон циана не приблизится как можно ближе к целевому значению на диаграмме CIE (полезно, когда у программы есть режим считывания показаний с прибора в реальном времени, что позволяет вам сразу видеть вносимые изменения оттенка)
6. Если пришлось существенно регулировать оттенок относительно нейтрального положения, чтобы получить точный тон циана, то проверьте и остальные дополнительные цвета. Возможно, придётся выбрать другую настройку, которая позволит приблизить все 3 дополнительных цвета как можно ближе к правильным тонам.
   
   

Регулировка шкалы серого

Если коротко, то процесс регулировки шкалы серого (баланса белого) означает использование специальных регулировок дисплея с целью получить нейтральный оттенок белого по всему диапазону, от чёрного, до самого яркого белого.

В отличие от приличной системы управления цветом (CMS), которые встречаются редко, почти у всех дисплеев есть регулировка шкалы серого. Иногда они находятся в пользовательском меню, но зачастую бывают спрятаны в сервисном меню, которое активируется только специальной последовательностью кнопок на пульте. Ваша цель – для каждой градации светлоты привести измерения xy по шкале CIE как можно ближе к 0,3127/0,329. Программы для калибровки покажут вам эти значения, наряду с каким-нибудь графическим представлением баланса RGB относительно целевой палитры цветов. В идеале, вам нужно получить 100% баланс красного, зелёного и синего, что и означает определение нейтрального белого для данного цветового диапазона.

Для калибровки шкалы серого:

1. Направьте измерительный прибор на экран.
2. Выберите на калибровочном DVD изображение с 80% белого.
3. Отрегулируйте RGB Контрастность, пока RGB не будет сбалансирован на 100% или пока не получится значение x0.3127, y0.329.
4. Откройте окно с интенсивностью 20% с того же DVD и используйте регулировку RGB яркости, чтобы сбалансировать RGB на уровне 100%, или достичь x0.3127, y0.329. 
5. Повторяйте два последних шага столько раз, сколько потребуется, пока и 80% окно и 20% окно не начнут показывать нейтральный серый. Может потребоваться провести измерения несколько раз.
6. Наконец, снимите целую серию измерений шкалы серого с шагом 10%, от чёрного, до 100% белого, чтобы убедиться в том, что дисплей правильно отображает серый по всему диапазону.
   
   

Иногда может оказаться, что даже хотя на уровне 80% и 20% получились нейтрально серые, в середине диапазона, на уровне 40-60%, — нет. Это значит, что ваш дисплей не обладает хорошей шкалой белого и вам придётся идти на некоторые компромиссы. Проверенный метод здесь – сосредоточиться на том, чтобы в среднем диапазоне отображался нейтрально серый.

Примечание: Повсеместно принятые обозначения для регулировки шкалы серого отсутствуют. Можно встретить термины: RGB Контрастность/Яркость, RGB Gain(Усиление)/Bias(Смещение), RGB Gain/Offset, RGB Drives/Cuts. Всё это обозначает одно и то же. Контрастность, Усиления и Drives созданы для регулировки яркого края шкалы серого. Яркость, Смещение, Cuts – для регулировки тёмного края шкалы (аналогично настройке контрастности и яркости, но по отдельным цветам).

Настройка цвета с помощью системы управления цветом (CMS)

1. Направьте колориметр на экран и включите белое тестовое изображение, снимите показатели прибора.
2. Включите красное тестовое изображение с тем же уровнем интенсивности, что и у белого, снимите показатели прибора.
3. Повторяйте вышеописанный шаг, пока не измерите все базовые и дополнительные цвета.
4. С помощью ПО отобразите яркость, насыщенность и оттенок для всех этих цветов.
5. Один за другим отрегулируйте эти параметры для каждого из цветов используя CMS, пока Яркость, Насыщенность и Оттенок не подойдут как можно ближе к эталонным значениям для вашей цветовой палитры (см. таблицы, приведённые выше). Полезно, когда ПО способно осуществлять считывание показателей прибора в реальном времени для простоты отслеживания изменений.
   
   

Заметка 1: Возможно, у вас не получится выстроить все цвета идеально, но постарайтесь приблизиться к эталонам как можно ближе.

Заметка 2: Некоторые программы располагают изменения только на CIE диаграмме. Это позволяет получить правильные насыщенность и тон, но не говорит вам о том, как ваши изменения повлияли на яркость цветов. К сожалению, некоторые CMS автоматически изменяют яркость цвета после того, как вы меняете насыщенность. Это даст вам хорошую картинку на диаграмме CIE, но цвета в итоге могут оказаться менее аккуратными, чем то, с чего вы начали.

Заметка 3: Человеческий глаз не в одинаковой степени чувствителен ко всем цветам и ко всем цветовым разницам. К примеру, более важно отрегулировать красный и зелёный, чем синий. Также, важнее отрегулировать тоны, чем насыщенности.

Регулировка Гаммы

Для начала, важно понять, что не все дисплеи и проекторы позволяют напрямую осуществлять калибровку гаммы (например, плазмы от Panasonic). При этом, есть несколько способов изменить кривую гаммы дисплея.

• Во-первых, убедитесь, что вы уже откалибровали уровень белого, чёрного и серого. Сами по себе, эти шаги зачастую могут вас сильно продвинуть в направлении хорошей кривой гаммы.
• Экспериментируйте с различными предустановками и режимами картинки, выбирайте те, которые дают лучшую кривую гаммы. Под «лучшей» имеется в виду самый плоский в диапазоне от 2,2 до 2,35.
• Экспериментируйте с различными предустановками гаммы. У некоторых дисплеев выбор предустановки гаммы независим от режима картинки. Просто выберите лучший.
• Наилучший вариант – те немногие дисплеи, которые позволяют вам напрямую калибровать гамму, меняя выходные уровни на каждом шаге усиления сигнала. Опять таки, выбирайте на каждом уровне значение, дающее наилучший уровень гаммы.

Вот и всё. Теперь нужно снова измерить уровни белого и чёрного, шкалу серого и цветовую палитру. Между различными внесёнными изменениями могли иметься взаимосвязи, поэтому есть вероятность, что вам придётся до трёх раз проходить через все измерения, пока все измерения не покажут правильные значения.

Калибровочный DVD

Я создал очень простой калибровочный диск, на котором собрал все нужные тестовые изображения. Я сравнивал его по качеству с другими известными дисками. Мой можно скачать бесплатно. Диск включает:

• Шкала серого на 11-позиций, в окне и на весь экран
• Чередующиеся окна на 80% и 20% и экраны для первичной калибровки шкалы 
• Тестовые изображения 75% RGBCYM (базовые и дополнительные цвета), в полный экран и в окнах
• Изображения с участками чуть-темнее-белого для установки контрастности и чуть-ярче-чёрного для установки яркости. 
• Изображения для проверки гаммы.
• Тестовое изображение для проверки резкости.

Переходы от изображения к изображению осуществляются через навигацию по главам (вперёд-назад)

Необходимые DVD файлы я предоставил в двух форматах:

• Для тех, у кого есть Nero, можно скачать образ *.nrg в архиве .zip. После скачивания и извлечения на жёсткий диск, просто сделайте двойной щелчок по файлу, — и он откроется в Nero Burning ROM.
• Также я выложил в архиве сами DVD файлы. После скачивания и извлечения на жёсткий диск, можно с помощью DVD Shrink, DVD Decrypter или других программ записать их на диск.
• В запакованном виде все файлы весят менее мегабайта, поэтому их можно легко скачать.

Скачать образ Nero
Скачать файлы DVD
Скачать образ Nero в формате PAL

Что ещё вам понадобится

Все дисплеи обладают возможностью регулировки Цвета, Оттенка, Яркости, Контрастности и Резкости. Можно использовать настроечные изображения с калибровочных дисков, чтобы правильно отрегулировать эти параметры. Однако, чтобы откалибровать проектор или другой дисплей, нужно выйти за пределы этих базовых настроек, потребуются ещё две вещи:

• Калибровочное оборудования, которое я обсуждал в начале данной статьи.
• Дисплей, обладающий настройками, выходящими за рамки перечисленных здесь базовых пользовательских настроек. Это – самое большое препятствие на пути к хорошей калибровке. У большинства дисплеев попросту отсутствуют регулировки, необходимые для полноценной их калибровки.
  
  

В дополнение к базовым инструментам пользовательской регулировки, у большинства дисплеев имеется регулировка шкалы серого, хотя и спрятанная зачастую в сервисном меню и обозначаемое устаревшими терминами. Иногда производители предлагают и того меньше. На ум приходит JVC RS1, у которого был легко доступная через пользовательское меню регулировка серого, но она регулировала сразу весь диапазон шкалы, не предлагая отдельных настроек для тёмных и ярких оттенков серого.

Декодирование цвета и получающиеся в результате ошибки цветовой палитры являются стандартным явлением у сегодняшних дисплеев, и у большинства отсутствуют настройки, позволяющие правильно отрегулировать эти важнейшие параметры. Таким образом, перед тем, как решать, хотите ли вы откалибровать свой дисплей, нужно сначала убедиться, что его вообще можно правильно откалибровать с помощью имеющихся у него возможностей. Большинство – нельзя…