Casa del mare
Езерото
Creative Design

Защо EIZO? – I част

В категории Монитори
Добавено на 27.12.2009 @ 20:05
Разгледан общо 4143 пъти, 3 пъти днес

Zaglavna1

По различните фотографски форуми поне веднъж седмично се появява тема, в която въпросът е „Какъв LCD монитор да си купя?“, като в повечето случаи изискването е да е супер качествен, идеален за работа с цветове, било то предпечатна подготовка или обработка на снимки, и… на ниска цена. Чета. Гъмжи от мнения и съвети – този модел е прекрасен, онзи е идеален, третият е перфектен и всички са много евтини… Чудя се – явно повечето потребители не са наясно, че качествен монитор за малко пари няма.

И в този момент попадам на безкрайно ясен, точен и еднозначен отговор, състоящ се от една-единствена дума – EIZO. И толкоз. Разбира се, след това изказване следват купчини упреци от типа „EIZO, ама са супер скъпи“, „По-добре си вземи друг монитор за по-малко пари“, „Моделът Х е също професионален“. Да, ама аз не съм съгласна. Защото знам кои LCD монитори могат да се нарекат професионални, и най-важното – защо това е така. От сега да ви кажа – броят се на пръсти. А споменатият модел Х е много далеч от това.

В статиите „Как да изберем LCD монитор” се постарах да обясня всички характеристики на LCD дисплеите, видовете матрици и функционалните им възможности, което, поне според мен, би трябвало да ориентира читателя кое е най-важното, което трябва да съблюдава при покупката на монитор. Логичното продължение на въпросната статия е да обясня какво всъщност означава професионален дисплей, като формата, под която реших да го направя, е да ви запозная от близо с технологиите, вградени в професионалните модели на един от най-добрите производители в света – японската компания EIZO.

И така, да започнем. Защо EIZO? Защото в основата на всеки създаден от компанията монитор стои науката за цветовете. Ако имате познания по колориметрия и управление на цветовете между различни устройства, калибриране и настройки, „екстрите“, които предлага EIZO, ще ви бъдат интуитивни и много лесни за разбиране. Просто знанията си за цветове трябва да пречупите през гледната точка на монитора. Ако сте на „ти“ с цветовете, но на „вие“ с LCD дисплеите, преди да прочетете тази статия, може да се запитате „Е не са ли всички LCD монитори такива?“. Отговорът е голямо НЕ. Буквално на пръсти се броят LCD дисплеите, които наистина могат да заменят професионалните монитори с кинескопи в работата с цветове. Затова все още много професионалисти от бранша настояват, че няма достоен наследник за техния Trinitron или Diamondtron. Но не са прави.

В тази статия ще дефинираме оптичните изисквания към идеалния LCD дисплей за професионална работа с цветове. Някои от тях са общи изисквания за монитор, други се налагат поради спецификата на самите LCD монитори. Ще видим и как, и доколко различните модели на EIZO от професионалната серия ColorEdge ги удовлетворяват.

В началото обаче ще ви дадем малка справка за LCD панелите, които компанията използва в мониторите си, защото почти всички изисквания към професионалния монитор зависят именно от тях.

Всички знаят, че EIZO не произвежда панели, но за сметка на това грижливо подбира доставчиците си. Компанията купува само първокачествената продукция, като част от панелите са с поръчкови параметри на компонентите (цветови филтри, лампи и др.). Dual Domain IPS панелите, използвани в мониторите на EIZO, са произведени от непопулярната за масовия потребител компания ID Tech – Япония. Основана е от един от големите производители на LCD панели – Chi Mei Optoelectronics, и IBM Япония. ID Tech е базирана в Япония, в нея работят японци и се управлява от японци. Единствената цел на компанията е развой и производство на най-висок клас LCD панели, достойни да заместят CRT мониторите в професионалните приложения. Там се правят и панелите за RadiForce – мониторите на EIZO за образна медицинска диагностика, които са дори по-висок клас от ColorEdge.

Като пример за технологичното лидерство на ID Tech може да дадем модела им MD22292хх. Само четете. Това е 9,2-Мпикселен LCD монитор с разделителна способност 3840х2400 пиксела при диагонал едва 22,2 инча, което означава невероятно фина стъпка 0,1245 mm между пикселите или плътност 204 точки на инч! Има 4 DVI входа за едновременна визуализация на четири независими екрана, всеки с 1920х1200 пиксела, 10-битови LUT таблици и хардуерно калибриране. Е, това е доставчикът на панели за ColorEdge моделите на EIZO.

Нека да отбележим, че наличието на LCD панел с дадена технология далеч не означава професионален монитор. Равномерността на осветеността, поръчковите цветови филтри и лампи, изпълнението на електрониката, собствените процесори и алгоритми за изчисления вътре в самия монитор, стабилизацията на яркостта, собственият безплатен софтуер за калибриране, натрупаното ноу-хау, опит и собствено производство в Япония правят голямата разлика в качеството на крайния продукт.

Брой на реално възпроизвежданите цветове

Съвременните графични контролери подават 16 777 216 цвята (по 8 бита за всеки RGB цвят) към монитора. Съществува и 10-битов интерфейс, с който към монитора се подават 1 073 741 824 цвята. Следователно мониторът трябва да възпроизвежда не по-малко от физически 16 777 216 цвята, без използване на хитрини като Frame Rate Control. Това значи мониторът да има физически 8-битов LCD панел и 8-битова управляваща го електроника. Само с това изискване от „листата на професионалните LCD монитори“ отпаднаха 90% от тях, защото те са с 6-битови панели (262 144 цвята). Всички дисплеи EIZO ColorEdge са с истински 8-битови LCD панели.

Цветово пространство

Най-важното изискване към професионалния монитор е да възпроизвежда цветовете възможно най-прецизно, т.е. с максимален брой нюанси. Почти всички LCD монитори имат претенцията да са sRGB съвместими. На фиг. 1 CIE Lab цветовото пространство е представено чрез т.нар. цветови локус, в който може да видите обхвата на sRGB, Adobe RGB и CMYK (ISO Coated) пространствата. Да погледнем разликата между sRGB и CMYK, което се използва при печат на печатарска машина. В sRGB не са включени жълтозелените, наситенозелените, изумрудените, циановите и най-късовълновите нюанси на синьото. Част от тях обаче влизат в CMYK пространството или, с други думи, отпечатъкът ще съдържа повече цветове, отколкото виждаме на монитора. Рискът от неприятна изненада никак не е малък. Спасението се нарича цветна проба, след която в повечето случаи се налага коригиране на изображението. Да, но това отнема време, нерви и пари.

Locus2

Фиг. 1. CIE Lab цветовото пространство, представено чрез цветовия локус

Хайде сега да погледнем Adobe RGB и CMYK. Ясно се вижда, че CMYK цветовото пространство се вписва напълно в Adobe RGB. Изводът? Ами за професионална работа с цветове ни трябва монитор, възпроизвеждащ Adobe RGB. До момента на писане на тази статия в света има само три такива LCD дисплея. Два от тях работят с подсветка от светодиоди (LED), а единственият, който е с CCFL лампи, но покрива напълно Adobe RGB, е EIZO ColorEdge CG220/221.

Дали това, че останалите модели от серията ColorEdge работят в sRGB, е фатално? Не, не е. Не е фатално обаче само в случаите, в които мониторът е калибриран, и се работи с профили на съответното входно или изходно устройство – скенер, принтер, минилаб, печатарска машина и т.н. Запомнете го! Това е принцип, който всеки, работещ с цветове, трябва да спазва – за да получите коректен краен резултат, мониторът ви трябва задължително да е калибриран. Независимо какъв е. Забравете за профили, свалени от Интернет! Калибрирането се прави за всеки монитор поотделно и няма нищо общо с марката, модела или производителя.

Но да се върнем към единствения монитор в света с CCFL подсветка, възпроизвеждащ Adobe RGB цветовото пространство – EIZO ColorEdge CG220/221. Как го постига? От миналите статии знаем, че цветовите филтри на LCD панела имат за цел да преобразуват „бялата” светлина на лампата в цвят, т.е. те трябва да пропускат светлина с определена дължина на вълната. Спектърът на CCFL лампата обаче е доста широк, а цветовите филтри трябва да могат да потискат дължини на вълната, които са извън спектъра на дадения червен, зелен или син цвят. Филтрите на панела на EIZO CG220/CG221 са подбрани така, че да имат висок коефициент на пропускане за зеления цвят, с което „зеленият“ връх на триъгълника се отмества нагоре в локуса. Освен това в спектъра на лампата присъства зелена компонента с по-къса дължина на вълната и голяма амплитуда, с което зеленият връх се отмества и наляво. Или, с други думи, възпроизвеждането на Adobe RGB пространството зависи от спектралните свойства на подсветката и от честотната лента на цветовите филтри на LCD панела.

Предавателна характеристика

Мониторът най-просто казано преобразува електрическите сигнали в оптически. От видеокартата постъпват сигнали с нива от 0 до 255 за всеки R, G и B цвят. На изхода на монитора на всяко ниво отговаря яркост. Каква трябва да бъде връзката между тях за оптимално възпроизвеждане на цветове? Човешкото око средно е по-чувствително в по-тъмните области на изображението, отколкото в по-светлите. Следователно връзката (гама кривата) е експонента с коефициент над 1.

При CRT мониторите т.нар. модулационна характеристика на кинескопа има естествена нелинейност. При LCD дисплеите обаче, нелинейността се създава изкуствено чрез електрониката. Тази характеристика е най-видна, ако се визуализира градиент. В случай, че мониторът не може да го възпроизвежда плавно и равномерно, то той не може да възпроизвежда коректно и цветове. Близките тонове ще се сливат или ще се оцветят нереално.

Предавателната характеристика на монитора зависи от свойствата на самото течнокристално вещество (т.нар. тон характеристика на панела) и от управляващата електроника. След производство, всеки LCD панел е с неравномерна тон характеристика. Дори два съседни на поточната линия дисплеи от един и същ модел ще са с различна крива. И още нещо – след като той е произведен, тон характеристиката му не може да се променя.

Как EIZO постига идеалната гама крива от панел с неидеална крива? В мониторите са интегрирани три 10-битови таблици на съответствие (LUT) – по една за всеки цвят. Какво значение има това? Ами просто е. Ако електрониката на обикновения монитор обработва сигнала така: 0, 1, 2, …, 254, 255, то EIZO с 10-битова LUT таблица го обработва така: 0, 0,25, 0,5, 0,75, …,254,5, 254,75, 255. Следователно за всеки R, G и B цвят броят на електронните нива вече не е 256, а 1021 (не е 1024, защото бялото няма как да стане по-бяло), което ще рече, че стъпката е много по-фина – 1/1021. Именно с тази стъпка се избират стойностите от физическата неидеална тон характеристика на панела (синята крива на фиг. 2), с които да се интерполира крива, възможно най-близка до идеалната (червената). Или с други думи за всеки един от входните 16 777 216 цвята отговарят 3х1021 = 1 064 332 261 вътрешни в монитора електронни цвята, от които ние отново виждаме само 16 777 216, но подбрани така, че да няма сливане между близките нюанси.

10-bit gamma

Фиг. 2. 10-битова гама корекция

Хайде сега погледнете отново триъгълника, обхващащ sRGB цветовото пространство, и си представете как от равномерно разположени в него около 1 млрд. точки трябва да се изберат 16,7 млн., които, съобразно човешкото зрително възприятие, ще дадат възможно най-линейно оптично зрително усещане. Как става този избор? По единствения възможен начин – чрез ръчно измерване. Във фабриката на EIZO в Япония, японец, на тъмно, с цялата му японска отдаденост, за всеки един панел, за всеки един монитор, за всяко едно входно ниво от 0 до 255, за всеки един от трите RGB цвята мери и подбира кое ниво от 0 до 1021 в LUT таблицата да отиде към самия панел. Всичко това, разбира се – с уреди. Сега вече започна ли да ви става ясно защо тези монитори са скъпи?

При почти всички модели ColorEdge ръчната настройка на LUT е за гама 2,2. Изключение прави единствено CG220/CG221, който е за гама 1,8. Защо? Защото той покрива 100% AdobeRGB (оттам и CMYK ISO Coated) и се предполага, че ще се използва като еталонен монитор, който да покаже цветовете едно към едно, каквито ще ги създаде печатарска машина. Всеки ColorEdge монитор идва със сертификат, на който е начертана ръчно калибрирана във фабриката гама крива.

Та ето така се постигат плавни и фини градиенти в дисплеите на EIZO. Мониторите от серията ColorEdge са с хардуерно калибриране на гамата в диапазон от 1 до 2,6 през стъпка 0,1, като самото калибриране се прави с колориметър или спектрофотометър и безплатния софтуер ColorNavigator, влизащ в комплекта на монитора.

Всички тези процеси включват преобразуване на цветови пространства, което значи умножение на матрици. Крайният резултат зависи драстично от точността на изчисленията, а специалистите на компанията са установили, че стандартните интегрални схеми не могат да дадат нужната прецизност. Затова те изобретяват собствена специализирана схема, която е 14-битова в повечето модели от серията ColorEdge (с изключение на CG211 и CG221, при които е 16-битова). Защото с колкото повече бита е точността на изчисленията, толкова по-малко грешки се получават при преобразуване на цветовите пространства, и толкова повече нюанси ще се възпроизведат, особено в тъмните области.

gamma_greshka

Фиг. 3. Процент на грешката при 10-битови (вляво) и 14-битови изчисления. Долу – така изглежда сивата скала при съответните изчисления

В началото на статията споменахме за 6-битовите LCD монитори, които са около 90% от продаваните на пазара. Тяхната предавателна характеристика няма как да е идеална, защото постъпващите 16 млн. цвята се „орязват“ до 262 хил., следователно гама кривата ще е много далеч от идеалната. Много производители наричат 6-битовите си модели „професионални“ или „графични“, с което директно подвеждат потребителя. Много важно е да знаете, че 6-битов панел по никакъв начин не може да се използва за професионална работа с цветове. Дори без да отчитаме останалите критерии като ъгли на видимост, контраст, яркост и стабилност на яркостта, яркостна и цветова еднородност.

Как стои въпросът при мониторите с реални 16 млн. цвята, но без 10- или 12-битова гама крива? Ами при тях стойностите от физически непроменимата S-образна тон характеристика на LCD панела се избират през стъпка 1/256, следователно цветовете ще са по-некоректни, а градиентите – по-лоши.

Изводът – поради природната S-образната тон характеристика на LCD панела, дори той да е наистина
8-битов, ако гама кривата не се коригира с 10- или 12-битови LUT таблици, няма как да видим физически 16 млн. цвята на екрана.

След като още в началото от „списъка на професионалните“ отпаднаха 90% от мониторите, предлагани на пазара, след последното изискване за 12-битовите LUT като че ли останаха само две марки, които за сега издържат на „теста“ за професионализъм – EIZO и NEC/LaCie (професионалните LCD монитори LaCie всъщност са еднакви с NEC).

Компенсация на яркостната и цветовата нееднородност

В добрите стари CRT монитори тези два дефекта на изображението се получаваха вследствие на неточно попадение на електронния лъч и на неравномерно нанасяне на луминофора на екрана на кинескопа. При LCD дисплеите това е един от най-големите недостатъци по принцип. Причините са различни – нееднородна осветеност, неидеална геометрия на LCD панела, нееднородност в някой от слоевете, нееднородни свойства на самото течнокристално вещество, управляващите схеми… Всичко това води до появяването на яркостно и цветово неравномерни области от общата повърхност на екрана.

Ето как изглежда един реален LCD монитор от тази гледна точка. В центъра екранът е по-светъл, по периферията неравномерно потъмнява и дори се оцветява. Според разположението на лампите, картинката може да с друга геометрия, но принципът се запазва. Ако цветовата разлика ΔЕ в тези области е по-малка или равна на 1, то тя се счита за неразличима. Стойност 2 за ΔЕ се смята за праг на различимост, а от 3 нагоре е ясно изразена и видима. Изводът е, че яркостта и цвета на един пиксел зависят от пространствените му координати в двумерната равнина на екрана.

Представете си сега, че екранът е бял или сив, и започнем да мерим нееднородността му. Ще установим, че в различните области от екрана тази нееднородност ще е различна, т.е. LCD панелът ще има различна гама крива (различна нелинейност). Така, освен от координатите, яркостта и цвета на един пиксел ще зависят и от подадения от видеокартата сигнал. Едно и също изображение ще изглежда с различни цветове в различни части на екрана.

За да се справи и с този проблем, EIZO прилага технология, наречена Digital Uniformity Equalizer (DUN), след прилагането на която за всяко ниво на входния сигнал ΔE става ≤1, а само в самите краища ΔE става ≤2. За сега тази технология се прилага само в моделите ColorEdge CG221 и CG211. Ето как работи тя.

Да си представим, че към монитора е подаден сигнал за бяло (R=G=B=255). Яркостната и цветовата нееднородност трябва да бъдат компенсирани поотделно. Екранът се дели на множество правоъгълни области.

Компенсация на яркостната нееднородност (фиг. 4). За всяка област се мери средна яркост. Ако тя надхвърля строго определения праг от средната яркост на съседните ù области, се коригира до постигане на еднаквост със съседните ù. Коригирането се извършва, като се променя яркостта на всеки подпиксел в рамките на коригираната област. Когато този процес се приложи последователно за всички области, в края на процеса екранът ще има равномерна яркост.

DUN_Brightness

Фиг. 4. Компенсация на яркостната нееднородност

Компенсация на цветовата нееднородност (фиг. 5). Цветовата нееднородност на дадена област се компенсира аналогично, но чрез промяна на съотношението между трите R, G и B цвята така, че да се постигне уеднаквяване с централната област на екрана.

DUN_Color

Фиг. 5. Компенсация на цветовата нееднородност

Компенсация за всички нива на яркост (фиг. 6). Дотук всички направени компенсации бяха за ниво бяло (255). Да, но нивата са от 0 до 255, т.е. трябва да бъде приложено същото за всички нива от 0 до 255. След края на този процес за всяка точка от екрана за всяко входно ниво ще е постигната и яркостна, и цветова еднородност. Или гама стойността на всеки пиксел вече няма да е функция на пространственото му разположение.

DUN_Uniformity

Фиг. 6. Компенсация на всички нива на яркост

Как става това? Ами пак във фабриката в Япония. От японец. За всяка една бройка, защото и нееднородността е случаен и неповторим феномен за всеки монитор. Този път обаче процесът е много по-сложен. Използват се тримерни матрици, множество измервания и изчисления. Например компенсацията на цветовата нееднородност означава възможност да се променят много фино нивата на трите основни цвята. 10-битовите LUT таблици вече се оказват недостатъчни и затова в моделите, работещи с технологията DUN (CG221 и CG211), се използват 12-битови таблици. От своя страна по-финото изменение изисква по-малка грешка при изчисление, поради което процесорът на EIZO вече не е 14-битов, а 16-битов. Специализираната схема отново е собствена разработка. И какво се оказва? Ами оказва се, че, за да правиш професионални монитори, се налага да разработваш и специализирани 16-битови процесори.

Compensation

Фиг. 7. Примерни измервания на цветовата нееднородност на монитори на EIZO преди и след компенсирането

В тази връзка къде са обикновените монитори? Ами отидете на някое изложение и питайте китаеца на щанда на масовата фирма. Ако го накарате да разбере какво го питате, медитацията ви е завършила напълно. Нямате никакви емоции. Монитор не ви трябва. Вие сте в нирвана.

Цветова температура

Защо мониторът трябва да има коректна цветова температура, е ясно. С оглед на това, че аудиторията е фотографска, само ще кажем, че цветовата температура на всички монитори EIZO ColorEdge се калибрира в диапазона 4000–10 000 K през стъпка 100 K. Съотношението между трите цвята се напасва посредством същите 10-, 12-битови LUT таблици, а софтуерът за калибриране позволява да измерите спектъра на светлината в стаята и буквално да го вкарате в монитора. Така по-коректно може да сравнявате цветовете на току-що взетия отпечатък от печатницата с тези на монитора. Това в случай, че сте си забравили източника на еталонна светлина.

Ъгли на видимост

Професионалният монитор трябва да има минимално изменение на цветовия тон и наситеността под ъгъл. Това зависи единствено от технологията на LCD панела. Колкото по-еднакво изглеждат молекулите под различен ъгъл на гледане, толкова по-малко ще се мени и изображението. Ъгълът е важен, не защото ще гледате монитора отстрани. Както обяснихме в статиите за избор на LCD монитор, ъгълът на видимост по спецификация се дава на база изменение на контраста. Ако беше на база изменение на цветовия тон и наситеността, или да речем ΔE (L*ab), което всъщност е важно за нас, щяхме да гледаме едноцифрени градуси в спецификациите на 99% от моделите на пазара. Ако гледаме на дисплей с TN матрица (над 90% от пазара), само при движение на погледа (без главата) ще виждаме различен нюанс. Аналогична е ситуацията, когато сме отворили две еднакви изображения едно до друго, а още по-лошо едно под друго. Следователно малкото изменение на цветовия тон и наситеността под ъгъл е абсолютно задължително.

В момента това е достижимо само за S-IPS, Dual Domain IPS, AS IPS, A-TW-IPS матриците. За минимално изменение на тона и наситеността под ъгъл те имат до 4 оптични направления за всяка молекула от течния кристал. С известни уговорки при LCD дисплеи с диагонал над 21 инча е възможно да се използва и S-PVA технология.

EIZO ColorEdge CG19 и CG220/CG221 са с Dual Domain IPS панел, CG210/CG211 са с AS-IPS. EIZO CE210W, CE240W са с S-PVA панел, който не променя цветовия тон и наситеността си при фронтално гледане. Изменение ще види например седящият до вас човек.

Къде са масовите монитори с TN панели? Ако помните, благодарение на гама корекцията (или по-точно липсата на такава) на тях им останаха по-малко от теоретичните максимални 262 144 цвята. Е, сега поради много лошите им ъгли на видимост, от гледна точка на цветови тон и наситеност, им останаха още по-малко…

За жалост тази статия започна да придобива заплашителни размери и, предполагам, вече ви е отегчила. Не знам дали написаното дотук е достатъчно да ви убеди, че за професионални цели EIZO е най-подходящият избор, но така или иначе статията ще продължи в следващия брой. Там ще може да научите повече за контрола и стабилизацията на яркостта, статичния и динамичния контраст и времето за реакция на мониторите от серията ColorEdge на EIZO.

Изказваме специални благодарности на Бисер Василев, който взе дейно участие при подготовката на тази статия и предостави всички необходими материали и илюстрации.

Ваня Абаджиева-Бучел



Напиши коментар



Коментарите се публикуват след одобрение от страна на администраторите и модераторите на сайта. Администрацията не поема ангажимента да публикува всеки получен коментар и не дължи обяснение защо даден коментар е публикуван или не.

Полетата със звездичка са задължителни.



Последни тестове