Casa del mare
Езерото
Creative Design

Калибриране на монитори

В категории Монитори
Добавено на 28.12.2009 @ 19:46
Разгледан общо 7994 пъти, 2 пъти днес

ColorEdgeCG221

Искам да виждам на екрана това, което ще излезе на печат. Искам монитор, който показва верни цветове. Искам някой да ми калибрира монитора така, че да няма разлика с печата. Като го снимах, изглеждаше по един начин, на екрана е друго, а след печат е трето. Искам да е еднакво. Често сте срещали такива изисквания, нали? А със сигурност и вашите са точно такива. Обвиненията за несъответствие на цветовете почти винаги се отправят към монитора – чисто интуитивно, на човек все му се иска той да може да възпроизвежда с максимална точност това, което е пред очите му. Истината обаче е другаде – дисплеят не е главният виновник. Цитираните изисквания могат да бъдат удовлетворени единствено от „невидимия“ процес, наречен управление на цветовете (Color Management).

За да бъде той ефективен обаче, трябва да бъде разгърнат изцяло – от фотоапарата и скенера, през монитора и принтера, до печатарската машина. Абсолютно задължителни са периодичното калибриране и профилиране на всички хардуерни устройства, използване на софтуер, поддържащ алгоритми за управление на цветовете и преобразуване на цветовите пространства (CMM– Color Matching Module), успешни цветови настройки на софтуера, и нещо много важно – цветова култура и дисциплина на хората, участващи в процеса. Всичко това изисква използването на различни уреди за измерване на цветови параметри, еталонни източници на светлина, добре подбрана околна работна среда. Изводът е, че калибрираният монитор е само един задължителен компонент от големия, същинския процес на управление на цветовете. Дисплеят може много да помогне, но сам-самичък той трудно ще изпълни „простичкото“ желание „Да виждам това, което ще излезе на печат“.

И така, тук ще разгледаме какво точно означава калибрирането на монитор, какви видове калибриране и настройки има. Статията има пряко отношение към теорията на цветовете, включваща цветови пространства, трансформациите им, управлението на цветовете, интерпретацията им в компютрите. Темите са безкрайни, много дълги и обширни, ако щете дори и тежки, поради което ще се ограничим само с практически полезна информация, която ще отговори на няколко въпроса:

» Как се управляват цветовете в компютрите?
» Какво е цветова настройка и калибриране на монитора?
» Каква е разликата между софтуерно и хардуерно калибриране и настройка?
» Кои параметри се калибрират на монитор с хардуерно калибриране и точно какви стойности трябва да им зададем?
» Как да изберем най-добрия монитор за конкретната работа и съответно според бюджета ни.

Преди да започнем обаче, две уточнения:

» В цялата статия под „монитор“ разбирайте TFT LCD монитор. Над 3 години на пазара съществува избрана малка група професионални LCD монитори, които за разлика от масовите им евтини събратя са създадени с цел да се използват за работа, при която цветовете са от изключителна важност. Реплики от рода „TFT мониторите не стават за работа с цветове – в CRT е истината“ отдавна не важат за тази малка група професионални LCD дисплеи. Те обаче важат в пълна сила за масовите бюджетни модели.
» Винаги когато LCD монитор ще се използва за професионална работа с цветове, той трябва да е свързан по цифров (DVI) вход, забележете – и в двата края – и към монитора, и към компютъра!

В колориметрията цветовете се описват чрез дефинирани математически модели – цветови пространства. В тях всеки цвят се дефинира с числа. Бидейки емоционални същества, ние хората сме създали бездушни творения като компютрите, които не работят с емоционална представа за цветовете. Цветът за компютрите са именно числата от математическите модели.

Locus

Вляво –CIE XYZ (1931), ху цветова диаграма. Вдясно – CIE Lab

Задачата на процеса на управление на цветовете не е непременно да предаде цветовете от едно устройство на друго, без никаква разлика за нас хората, а да осигури среда, в която надеждно да предсказваме как точно ще се изменят те. Какво ни е нужно, за да ги предскажем надеждно? Отговорът е четири много важни компонента:

1. Цветови профил на всяко едно хардуерно устройство, използвано в системата, с която се работи. Нарича се още ICC профил и в него са описани цветовите параметри на даденото устройство – повече или по-малко точни. Или с други думи, това е математическият цветови образ на реалното устройство и точно той се използва от приложния софтуер в процеса на преобразуване на цветовете. Представлява малко файлче, което е записано в определена директория на твърдия диск и в идеалния случай отразява с нулева грешка реалните параметри на устройството. Разбира се, идеални неща няма, затова в същинския случай винаги има разлика между описаните в ICC профила цветови параметри и реалните на устройството. Процесът на управление е дефакто преизчисление на цветовете от едно цветово пространство в друго по определен алгоритъм и при спазване на определени приоритети на преобразуване на цветовите параметри, или с други думи, преизчисление от даден входен към даден изходен ICC профил. Колкото този профил по-точно пресъздава реалните цветови параметри, толкова по-конкретни ще бъдат изчисленията на софтуера, и обратно. Съвсем накратко (засега) само ще кажем, че създаването му става чрез калибриране, в края на което се генерира профил. Обикновено в компактдиска, съпровождащ всяко периферно устройство, се съдържа и негов ICC профил. Използването му е крайно непрофесионално поради няколко причини:

» В производството винаги има разлика от бройка до бройка, независимо дали става въпрос за монитор, принтер, скенер или фотоапарат.
» Даденият на компактдиска профил важи само за определени цветови параметри. Ако искаме например да настроим монитора си на други параметри, като същевременно запазим точността на изчисленията в компютъра, трябва да имаме профил, отразяващ новите настройки.
» С течение на времето всяко устройство старее и променя параметрите си, следователно същият този профил от компактдиска ще отразява с по-малка точност реалните му цветови параметри.

2. Софтуерни алгоритми, вградени в приложния софтуер (например Photoshop), в операционната система и в драйверите на самите устройства. Тези алгоритми (Color Maching Module) дефинират и извършват нужните математически изчисления при преобразуване от едно цветово пространство в друго. Това са например ACE (Adobe Color Engine), Apple ColorSync и т.н.

3. Свързващо цветово пространство (Profile Connection Space – PCS) – междинно, независимо от устройствата цветово пространство, през което преминават математическите изчисления в процеса на преобразуване. Такива са L*a*b* и CIE XYZ, които са идеализирани математически пространства, но реално нито едно устройство не може да ги възпроизведе 100%. При цветови трансформации именно PCS са пространствата, в които „влизат“ входните данни и „излизат“ изходните. За информация – при всяко конвертиране на цветовете, било то от един в друг вид RGB, или от RGB в CMYK, Photoshop по подразбиране преминава през L*a*b*.

4. Начинът, по който CMM преизчислява едно цветово пространство в друго. Нарича се Rendering Intent и бива четири вида: Perceptual, Relative Colorimetric, Absolute Colorimetric и Saturation. За да не утежняваме статията допълнително, техните точни дефиниции може да намерите в Help-а на Photoshop.

Color Management

Същността на процеса на управление на цветовете е да осигури среда, в която да можем да предсказваме надеждно как точно ще се изменят цветовете

И така, да видим кои параметри на монитора следва да настройваме и калибрираме.

» Яркост в единица мярка cd/m2
» Цветова температура в градуси Келвин (K)
» Гама коефициент или L* (безмерни величини)
» Опционално – ниво на черното в единица мярка cd/m2. След като сме задали яркост и ниво на черното, това означава, че сме определили и контраста.

Много е важно да се разбере, че има огромна разлика между настройване и калибриране на монитор. Настройването представлява коригиране на цветовите настройки на око, т.е. без уред за измерване на цитираните параметри. След този процес ICC профил не се генерира, следователно няма как да „кажем“ на Photoshop или съответния софтуер, в който обработваме снимките си, какво сме направили. Просто няма профил, а без него програмата не би изчислявала коректно.

При калибрирането се използва уред за измерване на цветовите параметри, а не се настройва на око. Накрая на процеса от получените резултати се генерира ICC профил и Photoshop знае какви са цветовите параметри на монитора ни.

Съществуват два вида калибриране – софтуерно и хардуерно. При софтуерното корекциите на цитираните цветови параметри се правят изцяло или частично във видеокартата. При хардуерното това се прави в самия монитор.

Е, сега остава да направим комбинации от думичките настройка, калибриране, софтуерно и хардуерно.

Софтуерна настройка

При софтуерната (визуалната) настройка задаваме яркостта, контраста, гама корекцията и цветовата температура на видеокартата. Като пример може да се даде Adobe Gamma Loader, който се инсталира заедно с Photoshop. Тук всичко се прави на око и е излишно да обясняваме, че това е домашен метод за някаква цветова корекция на монитора.

В ноутбуците и мониторите от ниския клас единствената контрола е яркостта. В лаптопа тя може да се променя на стъпки (5–10), в мониторите от ниския клас – в проценти от 0% до100%. На пръв поглед, изглежда, яркостта не е проблем – тя може да се променя на всеки монитор, независимо от неговия клас. Дали обаче това наистина е така?

Колориметрията и процесът на управление на цветовете „се интересуват“ единствено от яркост, изразена в cd/m2, а не в проценти от неизвестна величина. Ако направите един експеримент и измерите яркостта на монитора си, ще видите, че почти никога зададената в спецификацията не отговаря на реално измерената. Обикновено разликите са между 10 и 30 cd/m2 за чисто нов монитор и се увеличават в процеса на стареене на монитора. Да не говорим, че яркост 50% далеч не означава, че това е половината от възможния максимум. Ако днес примерно 35% ви удовлетворява, след половин година например, за да имате същата яркост, трябва да зададете друга стойност на същия този процент. Дотук добре. Но на базата на какъв обективен критерий ще направите това? Ами отговорът е, че няма такъв, защото настройката е направена на око.

Да видим какво става с цветовата температура при софтуерната настройка. Ако мониторът не може да променя съотношението между трите цвята – R, G и B, което всъщност е цветовата температура, единственото място, където може да се направи тази корекция, е във видеокартата. Как става това?

На изхода на всяка видеокарта има таблици на съответствие. С малки изключения те са 8-битови. Дори да са 10-битови, масово използваните приложения подават за визуализация към видеокартата 8-битов сигнал. Следователно трябва да изберем такова съотношение между RGB каналите, което да отговаря на избраната от нас цветова температура за целия диапазон на входните нива от 0 до 255.

При софтуерната настройка гама коефициентът се променя изцяло чрез LUT (Look Up Table – таблицата за съответствие) на видеокартата. Защо това далеч не е най-добрият вариант? Както вече споменахме, цветовата температура е съотношение между трите цвята – R, G и B. Гама коефициентът е връзката между изходната яркост на монитора за всеки един от трите цвята и входните нива от видеокартата за всеки един от тези три цвята. Когато LUT на монитора не може да се променя, не ни остава нищо друго, освен да манипулираме сигнала от видеокартата така, че да получим желания гама коефициент на изображението на монитора. LUT на видеокартата обаче са 8-битови, изходът също е 8-битов, следователно е невъзможно да получим гладка гама крива. Неизбежно е на няколко нива (градации), подавани от софтуера към видеокартата, да съответства едно и също изходно ниво. Точно това е фундаменталният недостатък на софтуерната настройка и софтуерното калибриране на гама коефициента.

Да видим един пример. Помните ли онези играчки-ребусчета с 15 плочки с цифри, подредени в 4 реда и 4 колони? Имаме 15 плочки и едно празно 16-о място, за да местим плочките. Днес същото ребусче го има и в софтуерен вариант. Нека плочките са градации, а общият брой на възможните места за плочките (16 в нашия пример) са общият брой места в LUT на видеокартата. Да си представим, че плочките са 16 – точно колкото е максимално възможният им брой в 4 реда и 4 колони. Нека сега да се опитаме да подредим плочките. Невъзможно. Защо? Защото няма нито едно празно място, в което да местим плочките. Точно това е случаят с 8-битовите LUT на видеокартата и 8-битовия им изход. Ако искате да пренаредите плочките, трябва да изхвърлите плочки, за да освободите празни позиции, т.е. да загубите градации, респективно цветове.

Нека сега си представим, че имаме таблица с 256 възможни входни градации, с пространство с 256 възможни позиции и изход с 256 възможни градации. Всяка една градация на входа е заета. Всяка една градация има попадение вътре в LUT и е заета. Искаме да променим съответствието между входните 256 градации и изходните 256 градации. Както стана ясно от примера, това е възможно единствено ако на няколко входни градации съответства една изходна. С други думи, при софтуерно настройване и софтуерно калибриране (във видеокартата) е възможно да се получи коректен гама коефициент, но само за определени нива от 0 до 255. Следователно градиентите на екрана на монитора няма как да бъдат плавни.

Това обаче далеч не е цялата картина. Ако си спомняте какво казахме за цветова температура, ще видите, че при софтуерно (във видеокартата) настройване и калибриране и гама коефициентът, и цветовата температура се настройват в едно и също място – таблиците на съответствие на видеокартата. Вече стана ясно, че дори и сам, гама коефициентът е компрометиран. Сега отчетете, че същите тези LUT трябва да се настроят и от гледна точка на точна цветова температура. Става ясно, че при софтуерно настройване гамата и цветовата температура се определят с голям компромис. Най-често „страдат“ тъмните тонове, където цветовата температура може да „избяга“ с хиляди Келвини.

Е, софтуерното настройване е безплатно, резултатът му е с домашно качество. Каквото и както и да се направи, Photoshop не го разбира, защото не разполага с профил. Може да се направи на всеки монитор просто защото се коригира не мониторът, а видеокартата.

Софтуерно калибриране на монитор без контрол на RGB

Калибрират се яркост, цветова температура и гама коефициент във видеокартата, но за разлика от софтуерната настройка, се мери с уред и се генерира профил. Резултатът от хардуерното калибриране на монитор, който няма контрол върху RGB нивата, е незадоволителен. В този случай с генерирания профил трябва да извършат множество изчисления, за да се компенсират отклоненията на монитора от желаната цел.

Отново да разгледаме един пример. Имаме монитор, работещ със 7000 K и гама 2,2, който няма контрол нито на гама коефициента, нито на RGB нивата. Целта е да го настроим според препоръките за предпечат на 5000 K и гама 1,8. Профилът (отново чрез LUT на видеокартата) трябва да компенсира цели 2000 K и гама 0,4. Това са огромни разлики, водещи до неизбежната загуба на поне 40 градации за всеки RGB цвят.

Целта на калибрирането е мониторът да светне с определена яркост, цветова температура и гама коефициент. Гама коефициентът и цветовата температура трябва да запазят точните си стойности за целия обхват от 0 до 255 на входния сигнал. След това трябва да се генерира ICC профил. С други думи, имаме 3 цветови пространства – цел (желаната яркост, гама, цветова температура), реален монитор и ICC цветовото пространство, описано в получения след калибриране профил. В идеалния случай същите тези три съвпадат, и то за целия обхват на стойности от 0 до 255 за всеки RGB цвят. В реалния случай съвпадението не е 100% и не важи за всяко ниво от 0 до 255.

Как се оценява разликата? Чрез параметъра ΔE. Това е разстоянието между две точки в цветово пространство L*a*b*. Когато ΔE е 1, човешкото око едва долавя разликата между двата цвята. Реално осезание за разлика средностатистическият човек получава при ΔЕ над 2. Много хора оспорват хардуерното калибриране, като твърдят, че и при софтуерното ΔE е от порядъка на 1, та дори и по-малко. Въпросът е между кои две от трите пространства се говори – цел, реален монитор или ICC, и дали измереното ΔE важи за целия обхват от 0 до 255 на входа. Ако говорим за разлика ΔE<1 само между реалния монитор и генерирания ICC профил само за определени нива между 0 и 255 или ΔE за цветовата температура на определено ниво от 0 до 255, това говори за високо качество на софтуера, създал профила. Ако говорим за ΔE<1 между реалния монитор и зададената цел (стойности на яркост, гама и цветова температура) и едновременно за ΔE<1 между ICC профила и реалния монитор, и то за всички нива от 0 до 255 на входа, това говори за високото качество на профилиращия софтуер и най-вече за високото качество на монитора. Последното изречение дойде малко дълго, но с повторно четене става ясно. Та това изречение е технически факт, който важи само за мониторите с хардуерно калибриране и не може да се покрие от софтуерното, въпреки активните твърдения за обратното. Ако трябва да сме честни докрай, въпросното изречение всъщност е вярно дори за ограничен брой монитори с хардуерно калибриране.

Нека все пак да кажем, че има съществена разлика в изображението на монитора преди и след софтуерно калибриране.

Софтуерно калибриране с хардуерно OSD изменение на RGB нивата на монитора

И така, имаме монитор, който може да променя яркостта си и нивата на RGB цветовете. В зависимост от модела и марката на монитора може да имаме по 100 стъпки за контрол на всеки RGB цвят плюс още 100 стъпки за контрол на яркостта. Такъв тип калибриране е интерактивен процес, изискващ неколкократно „гъделичкане“ на настройките на монитора. При толкова възможни комбинации обаче е почти невъзможно да се постигне точно зададената цел. Разликата трябва да се компенсира отново чрез профила.

Какво става с гамата обаче? Марките монитори с хардуерен контрол на гама коефициента са по-малко от пръстите на едната ръка. Ако нашият монитор не е такъв, гамата трябва да се компенсира софтуерно с профила, при което се губят около 19 градации за всеки RGB цвят или по друг начин казано 19х19х19 = 6859 цвята.

Между другото може да си направите опит, за да прецените дали 19 градации са малко или много. Пуснете си линеен градиент от черно до бяло, но чрез тестова програма, а не чрез Photoshop. От тестовата програма започнете да намалявате броя на градациите от максималните 256 със стъпка едно. Уверявам ви, че максимум при достигане на 251 градации ще кажете, че виждате ивици (Banding) и градиентът не е плавен. А това са едва 5 изгубени градации. Това е случаят със софтуерното калибриране, дори при монитори с контрол на RGB каналите.

Пълна хардуерна настройка

Е, следващата стъпка към върха са мониторите с възможности за пълни хардуерни цветови настройки. Думата „пълна“ е критична и означава най-малкото: яркост, множество и точни стъпки на цветовата температура, променлив гама коефициент. И добре дошли са възможност за контрол на ниво черно, независим контрол на цветовия тон и цветовата наситеност за всеки R, G, B и C, M, Y цвят, контрол на цветови тон и наситеност общо за всички цветове. Различните настройки се избират от екранното меню или от фирмен за монитора софтуер, който директно променя електрониката на монитора и използваните в него таблици за съответствие (LUT). Личният ни опит показва, че фабричните настройки например на цветовата температура на такъв TFT LCD дисплей се различават от целта с между 150 K и 20 K и почти няма нужда да се променят чрез манипулация на видеокартата. Някои от тях имат дори софтуер за директен запис в таблиците на съответствие.

Shema_hard

Типична схема на обработка на сигналите в професионален монитор с хардуерно калибриране

Нека доразвием дадения пример с играта с плочките. Представете си, че вместо 8 бита, в LUT има 10 бита. Това означава, че на всяка от входните 256 градации съответстват 4 вътрешни в LUT градации (на всяка плочка – празно място за още 3 плочки). Изключението е за градация 255, която си остава с едно ниво. Съвсем очевидно е, че и гама коефициентът, и цветовата температура могат да се настроят значително по-прецизно и с много по-малък компромис. Сега си представете, че LUT таблиците стават 12-битови и 14-битови. На всяка от входните 256 градации съответстват 16 или 64 градации в LUT (на всяка плочка, още 15 или още 63 празни позиции). Гамата и цветовата температура стават все по-точни, а компромисът – все по-малък. А сега си представете, че точността на алгоритмите, с които изчисляват съответствията в LUT, нарастват от 8 на 10, 12, 14, че и 16 бита.

Е, такава видеокарта няма все още, но със сигурност има такива монитори. Всички тези LUT таблици са „изнесени“ в мониторите с хардуерна настройка и хардуерно калибриране, заедно със специализирани 14- и 16-битови процесори за изчисление. Сигналът от видеокартата не се докосва. Благодарение на многото битове в LUT на тези монитори и голямата точност на изчисление на процесорите в мониторите и софтуера за хардуерно калибриране компромисът при калибриране на гама корекцията и цветовата температура е практически невидим. Нулев дори на теория компромис между цветова температура и гама коефициент има само в един-единствен TFT LCD монитор в света – NEC SpectraView Reference 21.
Защо? Защото е с подсветка от регулируеми светодиоди, с които калибрирането на гамата и цветовата температура са два хардуерно разделени процеса. Гамата се калибрира в LUT на монитора, цветовата температура – с интензитета на светодиодите. Ето че вече сме в истинския High-еnd клас.

Е, да речем, че сме щастливи притежатели на монитор с възможности за пълна хардуерна настройка. Искаме да постигнем цел 6500 K, гама 2,2, яркост 100 cd/m2. Бъдете уверени, че тези монитори имат предварително зададени 6500 K и гама 2,2. Ако на такива предварително зададени 6500 K съответстват реално 6400 K – добре. Може да опитаме на 6600 K или 7000 K, за да стигнем по-близо до реалните 6500 K. Хубавото е, че имаме избор и много на брой стъпки. В зависимост от марката и модела, не се учудвайте, че на предварително зададените 6500 K отговарят например реални 6539 K. Точността на фиксираните настройки на професионалните монитори с пълна хардуерна настройка може да бъде съизмерима с резултата след калибриране. Как се постига ли? Чрез мерене във фабриката. За всеки модел LCD панел и прилежащите му лампи чрез мерене се изработват LUT, при които се постигат оптимални резултати за определени стойности на цветовата температура и гама коефициента. Фабричните ръчни измервания за мониторите с пълна хардуерна цветова настройка се правят за модел LCD панел, но не и за всяка бройка готов монитор, както е в „царския“ клас – мониторите с хардуерно калибриране.

Следващата стъпка е да изберем гама 2,2 от OSD. Остава яркостта. В този клас тя се настройва в проценти, макар че вече има модели, при които в самия OSD яркостта се мери в cd/m2. Ако все пак нашият монитор отчита яркостта си в проценти, можем да фиксираме яркостта на око и да пристъпим към

Софтуерно калибриране на монитор с пълни хардуерни цветови настройки

Благодарение на многото и точни стъпки за избор на цветова температура и гама коефициент софтуерното калибриране на монитори с пълна хардуерна цветова настройка се свежда почти само до профилиране. Нужните корекции във видеокартата ще са незначителни, защото чрез настройките си мониторът вече ще е „застанал“ много близо до желаните стойности на цветова температура и гама. Следователно тези монитори са подходящи за работа, изискваща постигането на точни цветове.

Какви са все пак недостатъците? Колкото и да са точни фиксираните хардуерните стойности, тази точност не е гарантирана и варира от бройка до бройка. В процеса на стареене на LCD монитора е възможно фиксираните предварително зададени стойности все повече да се отклоняват от предвидените.

Calibration60

Горе – хардуерно, долу – софтуерно калибриране

Hard

Градациите при хардуерно калибриране

Soft

Градациите при софтуерно калибриране

Бисер Василев



Коментари към “Калибриране на монитори”

  1. Иван Костов
    март 11th, 2010 10:44
    1

    Здравейте,

    Доколкото разбрах от материали в интернет, профила на монитора след софтуерно калибриране не се използва като обща изходна врата от компютъра към монитора, а само от някои “colour-managed” програми. Вярно ли е това, и какво е действието на хардуерното калибриране в тази връзка.

    Благодаря,

    Иван Костов

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