Kijelzőkalibrálás [1] – upgraded

Mielőtt a „Hogyan kalibráljam a monitoromat?” kérdés taglalásába belemélyednénk, elkerülhetetlennek látszik legalább az additív színkeverés elvén működő bármely elektronikus megjelenítő eszköz kalibrálásáról beszélni. Természetesen ebbe a csoportba tartoznak a monitorok is, ám a különböző rendeltetésű kijelzők kalibrálása nem egészen egyforma módon történik. Nem beszélve a kamerákról, szkennerekről, nyomtatókról. Most azonban csak az elektronikus kijelzőkkel foglalkozunk.

Átdolgozás: 2019. június 20. Írásunk első változata részletesen elkezdte tárgyalni a színtan alapjait, a színinger és fényinger mérési módját, a különféle színtereket stb., így maga a kalibrálás a távoli jövő ígéretének látszott. Ezért úgy határoztunk, hogy az elméleti alapok részletes ismertetése helyett (ami a téma iránt mélyen érdeklődők számára szükséges lesz) a lehető legrövidebbre fogjuk a legfontosabb – valóban nélkülözhetetlen – tudnivalókat, a színek részleteiről pedig egy külön sorozatot indítunk. Az első változatot (Kijelzőkalibrálás [1]) hamarosan törölni fogjuk, de a benne foglalt tartalom más (főleg a színekről szóló) írásokban maradéktalanul megtalálható lesz.

A kijelzőkalibrálásról

A kijelzőkalibrálás legnagyobbrészt színkalibrálást, más szóval színtérkalibrálást, még pontosabban színingertér-kalibrálást jelent, beleértve egy adott háromdimenziós színtér összes színét, kiegészítve a megfelelő gamma (elektro-optikai átviteli függvény), és a felhasználó számára elfogadható fényerő (fénysűrűség) beállításával. A többi beállítás, mint a szürke semlegessége, a végpontozás (a kódtartomány beállítása), a szabványos színhőmérséklet stb. szintén elválaszthatatlanul kapcsolódik a színkalibráláshoz. Emellett a kalibrálás során szokás elvégezni a kontraszt mérését, az optikai jellemzők ellenőrzését (élesség, a 3-chipes projektoroknál a konvergencia), a geometriai jellemzők beállítását stb., de ezek részben kevésbé tartoznak szorosan a kalibráláshoz, mint az előbbiek. A maradéktalan kalibrálás a kijelzők kisebb-nagyobb hiányosságai miatt csak közelítően – olykor jó közelítéssel – végezhető el.

Közelebbről, a kalibrálás egy kijelző műszeres beállítását jelenti úgy, hogy a megjelenített (optikai) kép a lehető legpontosabban megközelítse az eredeti, megjelenítendő képet, amelyet a kijelző bemenetére érkező (elektromos) jel reprezentál. „Eredeti képen” érthetjük a fotó- vagy videokamerával felvett képet, vagy egy utómunka-stúdióban elkészített mesterképet, vagy akár a számítógéppel előállított (CGI – Computer Generated Imagery) képeket, számítógépes videojátékokat. Az „eredeti kép” nem tévesztendő össze a valósággal, az eredeti jelenettel. Ez utóbbi „felbontása”, dinamikája, színgazdagsága egyelőre messze meghaladja minden mai kijelző eszköz képességeit.

Mindig kell kalibrálni?

Mindemellett nincs mindig szükség kalibrálásra. A kalibráció fenti definíciójából következik, hogy ha nem ragaszkodunk az eredetihez hű kép megjelenítéséhez (vagy nem akarunk konkrét szabvány szerinti álló- vagy mozgóképet előállítani), akkor nem kell a kijelzőt kalibrálnunk! Az eredmény ekkor is lehet többé-kevésbé kielégítő vagy elviselhető (pl. egy termékismertető prezentáció esetén), de lehet lesújtóan gyenge minőségű is (pl. egy film vagy fotó megjelenítésekor). Ezen túlmenően használhatunk teljesen egyedi színteret is (pl. a kijelző natív színterét), de ekkor csak a saját rendszerünkben tudunk színhelyes megjelenést biztosítani az ugyanezen színtérben készített forrásanyaghoz („fordított” kalibráció).

Kalibrálásra mindig szükség van egy „mesteranyag” végleges változatának elkészítésekor a stúdiókban (ez egyúttal meghatározza a referencia-színteret is, amelyhez felhasználói szinten a kijelzőnket kalibrálni kellene). Az otthoni vagy irodai kalibrálásra a fent mondottak vonatkoznak (vagyis hasznos, de nem mindig  elengedhetetlen). Emellett, ha a munka megkívánja kalibrált eszközök használatát, a kalibrálást bizonyos időközönként újra el kell végezni a kijelzők öregedése, elhasználódása miatt.

Képhűség és képminőség

A kijelzőkalibrálás célja a megjelenített kép hűségének közelítése az eredetihez, és a „képhűség” nem tévesztendő össze a képminőséggel. Az persze mindenképpen szempont, hogy a kép minősége lehetőleg ne romoljon (ezt lehet objektíven és szubjektíven is értékelni), de a kalibráció az eredeti kép minőségén nem tud javítani, viszont a kijelző jellemzőit tudja a kedvező irányban befolyásolni.

A kép „javítására” sok gyártó által bevetett különféle eljárások, mint a felskálázás, az élesítési algoritmusok, a képinterpoláció, a zajcsökkentés, a dinamikus kontraszt stb. nem részei a kalibráció folyamatának, sőt ezeket kalibrálás előtt a legtöbbször hatástalanítjuk.

Mindamellett nem lehet minden képjavító módszert eleve „rossznak” minősíteni, mivel adott esetben a szubjektív élményt javíthatják. Sokkal célravezetőbb azonban a képminőséget a kijelző előtt (eredendően a felvételi vagy a képalkotási oldalon) magasabb szintre emelni, és olyan kijelzőket gyártani, amelyek alkalmasak ennek reprodukálásra. Ezzel visszajutottunk az elejére: a kalibrálásnak „csupán” a kép hűségét kell biztosítania.

Vegyünk egy konkrét példát! Ami a képminőséget illeti, az utóbbi egy-két évtizedben radikális változáson ment át az elérhető felbontás (ha a videót tekintjük, a HD, a 4K, mostanában pedig a 8K és a 16K megjelenése), a színtartomány kiterjesztése (DCI-P3, Rec. 2020), az egyidejű kontrasztátfogás eddig nem látott bővítése két-három nagyságrenddel (HDR), a forrásoldali képfrekvencia (frame rate) növelése a digitális filmnél akár 120 Hz-re, a számítógépes játékoknál szinte határtalanul stb. Mindezek a változások azonban a forrásoldalon kellett bekövetkezzenek, a kijelzők csak követik, és nem meghatározzák ezeket.

Optikai domén, elektromos domén

Minden „eredeti képben” közös, hogy a képinformáció vagy átesik egy optikai-elektromos átalakításon (az optikai „doménből” az elektromos „doménbe” kerül), vagy eleve elektromos jel reprezentálja pl. a számítógépes animáció esetében, mielőtt kijelzőnk bemenetére érkezik (és a kijelző az optikai doménbe teszi át). Ez alól kivétel a hagyományos film, ha a feldolgozás nem digitális módszerrel (dgital intermediate – DI) történik, és a vetítő eszköz valódi fizikai képet vetít ki (nincs doménváltás). De ma már ez utóbbi csaknem teljesen a múlté, mert manapság a ritkán készülő celluloid felvételeket is digitális átalakításnak vetik alá, és utána csak elvétve írják vissza filmre. A technika jelen állása szerint az elektronikus kijelzők kalibrálása az esetek túlnyomó többségében az elektronikus doménben, más szóval a képinformációt hordozó elektromos jelek korrekciójával történik. Maga a kép természetesen mindig „optikai”, és jellemzői optikai eszközökkel is módosíthatók (pl. szűrőkkel), de ez összehasonlíthatatlanul körülményesebb, mint az elektronikus korrekció.

Az is közös az elektronikus „képekben”, hogy valamilyen általánosan elfogadott szabvány szerint készülnek (ezekből van egynéhány), már amennyiben egy kijelzőt egyáltalán kalibrálni szeretnénk. A kalibráláshoz ugyanis mindenképpen ismernünk kell az eredeti kép(jel) tulajdonságait kordában tartó szabvány előírásait, máskülönben lehetetlen a készítő szándéka szerint megjeleníteni a képet. (Hacsak nem játszik a kezünkre a vakvéletlen, ami igencsak valószínűtlen.)

Ha nem ismerjük a forrás színterét, nem tudunk kalibrálni, enékül pedig fogalmunk sincs róla, hogy milyen lehet(ett) a megjelenítendő kép. Sok kijelzőgyártó részben (bizonyos üzemmódokban) „kalibrálva” szállítja az eszközeit, de ez gyakran sajnos elfogadhatatlanul pontatlan. De még ha elfogadható is a gyári kalibráció az eszköz újkorában, néhány hét vagy hónap alatt sokat veszíthet a pontosságból. Tehát a korrekt megjelenítés ismétlődő kalibrációt igényel.

Egy konkrét kalibrálandó kijelző nem mindig alkalmas egy adott szabványhoz való kellő pontosságú kalibrálásra, vagy azért, mert nem látták el a megfelelő kezelőszervekkel vagy színkezelő rendszerrel, vagy azért, mert a konstrukció ezt eleve lehetetlenné teszi (pl. egy nagyjából sRGB/Rec.709 színtartományú kijelzőt nem tudunk Adobe RGB-hez kalibrálni).

A háromdimenziós szín

A színekről egyelőre annyit jegyezzünk meg, hogy a köznapi értelemben önmagában használt szín szó (zöld, kék, sárga stb.) csak egyetlen dimenziót jelöl, éspedig a színezetet (hue). A valóságban a színeknek három dimenziója van, azaz három adattal írhatók le, amelyeket többféle néven szokás emlegetni. Talán a leggyakoribb elnevezés a másik két dimenzióra a telítettség (saturation) és a világosság (brightness). A felsorolt három dimenzió érzet szerinti jellemző, amelyek szigorúan véve nem mérhetők, és nem fejezhetők ki fizikai mértékegységekkel, de a mennyiségi színmérés érdekében mégiscsak szükség volt a szubjektív jellemzők „objektíválására”. Hogy hogyan, azt szintén vázolni fogjuk röviden.

A szín mibenléte

Illik egy mondatban utalni arra, hogy tulajdonképpen mi is a szín. Természetesen a legtöbben azt gondolják, hogy tudják mik a színek, annyira a mindennapi tapasztalat részei. Ha ez valóban így lenne, akkor vajon miért írtak volna az elmúlt századokban sok száz kötetet a színekről? A széles körben elfogadott mai álláspont szerint a színek a látható elektromágneses hullámok (illetve ezek keverékei) által kiváltott idegélettani folyamatok nyomán létrejött érzetek (érzékletek, észletetek). Ebből a meghatározásból következik, hogy a színlátásban a fizika, a fiziológia és a pszichológia egyaránt szerepet játszik, pedig ezek nagyon is eltérő tudományterültek. Éppen ezek összekeverése az elmúlt párszáz évben, az ún. kategóriahiba okozta, hogy oly sokáig tartott, és annyi fejtörést okozott a színek igazi természetének megismerése. Igaz, látnoki módon a színek valódi mivoltára már Newton is utal az 1704-ben megjelent Opticks című művében:

azaz „Helyesen mondva, a fénysugarak valójában nem színesek. Csupán bizonyos erő és képesség van bennük, hogy ennek vagy annak a színnek az érzetét létrehozzák.” Ezt megelőzően megjegyzi, hogy “Ha színes vagy színessé tett fényről beszélek, akkor ezt nem tudományos (fizikai) értelemben kell venni, hanem általános, népszerű értelemben, ahogy az átlagos ember a kísérleteket látva mondaná.”

A színérzet összetettsége

A mai magyar szabványos terminológia a színérzetet félig-meddig nem kívánatos kifejezésnek minősíti, helyette az érzéklet (sensation), illetve észlelet (perception) elnevezést javasolják. Mi egyszerűsége és közérthetősége miatt most mégis ragaszkodunk a színérzet elnevezéshez. (Az angolban az általunk színérzetnek nevezett pszichológiai jelenséget perceived color-nak, a színingert psychophysical color-nak nevezik.)

Sokan ellenzik a “szín” szó jelző nélküli használatát, mivel valóban alapvető különbség van a színinger (a szemünk jellemzőivel súlyozott fizikai inger) és a színérzet (az érzékelés eredménye) között. A “szín” szót önmagában csak akkor célszerű használni, ha teljesen egyértelmű, hogy mit értünk rajta. Ráadásul a fizikusok is használják a “szín” kifejezést, a látható elektromágneses hullámok szinonimájaként.

A színérzet rengeteg környezeti, fizikai és pszichikai módosító, befolyásoló tényező miatt számszerűen nem meghatározható, mint arra már utaltunk. Ennek alátámasztására soroljuk fel az észlelő (észlelés) néhány egyedi sajátosságát, egészséges látású észlelőt feltételezve:

A fiziológiai eltérésekből adódó egyedi szubjektivitás, az adaptáció szintje, a pillanatnyi lelkiállapot és hangulat, az emlékképek, a testi állapot (kor, és nem), az asszociációk, a többi érzékszerv befolyásoló hatása, a környezeti megvilágítás hatása (spektrális összetétele) stb.

A spektrum

Látható spektrumnak (az “optikai spektrum” per defínició ennél nagobb, 10 nanomátertől 0,1 mm-ig terjed) vagy ebben az írásban egyszerűen csak spektrumnak (színképnek) fogjuk nevezni az elektromágneses sugárzás hullámhosszainak (vagy frekvenciáinak) teljes látható tartományát, legyen szó bármilyen elsődleges vagy másodlagos fényforrásról (megvilágított vagy átvilágított tárgyról). A szakirodalomban a spektrum szigorúan vett szélessége 360-830 nanométer, de mivel a szélső értékek már nagyon nehezen érzékelhetők, a gyakorlatban általában 380-700 nanométerrel számolunk. A fényforrások spektruma természetesen végtelenül sokféle lehet, ezen belül beszélhetünk folytonos, sávos vagy vonalas spektrumról. A folytonos spektrum leggyakrabban emlegetett példája az ún. feketetest, illetve a termikus sugárzók spektruma (ehhez nagyon közeli pl. a napfény), a sávos spektrum gyakori az ún fluoreszcens fényforrásoknál (pl. fénycső), a vonalas spektrum pedig a gerjesztett kisnyomású gázokra jellemző, egy vagy több spektrumvonallal. Manapság a vonalas spektrum (monokromatikus, egy hullámhosszúságú, spektrálisan “tiszta” sugárzás) legkézenfekvőbb és legpontosabb előállítási módja a lézerfény gerjesztése. De közel spektrálisan tiszta (100%-os telítettségű) színinger hozható létre megfelelően megválasztott LED-ekkel, illetve fehér fény szűrésével kellően keskeny sávú speciális interferenciaszűrőkkel is.

A folytonos vagy sávos spektrum különböző hullámhosszúságú összetevők végtelen sokasága, amelyek közül azonban látásunk csak véges számú összetevőt tud megkülönböztetni. A spektrum jellemzésére leggyakrabban használt fizikai jellemző az ún. spektrális teljesítményeloszlás (spectral power distribution – SPD), vagy ennek relatív változata, ahol a legnagyobb teljesítményű összetevőhöz rendelik hozzá az 1-es (100%) értéket.

A “fehér” különböző változatait létrehozó spektrumokhoz tartozó relatív spektrális teljesítményeloszlások. Figyelemre méltó, hogy az itt látható spektrumok közel azonos színérzetet, t.i. eltérő színhőmérsékletű, de fehérnek érzékelhető színezetet hoznak létre

Vizuális “színmérés” és a színingerek egyeztetése

Nagyon sokáig a színeket csak vizuálisan, azaz szubjektíven tudták „mérni”, ami persze nem számszerű mérést jelentett, és bármiféle kalibrálást kudarcra ítélt. A látásunk ugyanis abszolút értelemben nem alkalmas sem a színezet, sem a telítettség, sem a „fényerő” meghatározására.

Ezzel szemben megvan az a különleges (vagy természetes) tulajdonsága, hogy a megvilágítási viszonyok, a látómező nagysága és egyéb körülmények pontos rögzítése esetén a látásunk rendkívül pontosan meg tudja állapítani két, egymáshoz közeli szín(ezet) azonosságát, illetve különbözőségét. Ez a gyakorlatban úgy történik, pontosabban történt, hogy a látómező egyik felére vetített mérendő (100%-osan telített) színnel a látómező másik felében színegyezést hoztak létre három, szintén spektrálisan tiszta ún. alapszíninger keverékével,amelyek arányát pontosan meg lehetett mérni. (Megjegyzés: a szemünk azonos megvilágítási körülmények mellett, adott helyen és időpontban a mindennapi gyakorlatban is meglepően pontosan meg tudja állapítani két színinger egyezőségét vagy kis eltérését.)

A színegyeztetés (color matching) XX. század elején továbbfejlesztett (maximális telítettségű színingereket alkalmazó) változatának elvi vázlata. Több észlelő személy bevonásával, és az eredmények átlagolásával bizonyos hibahatáron belül megállapítható, hogy megfelelően megválasztott három alapszín milyen arányú additív keverése adja ki a választott színt. Bizonyos módszerekkel az egyéni szubjektív különbségek hatása is mérsékelhető. Később látni fogjuk, hogy bizonyos színek csak akkor egyenlíthetők ki, ha az alapszínek valamelyikét „átvisszük” az osztott látómező másik oldalára. Ez megkérdőjelezi azt az állítást, hogy három valós (optikailag előállítható) alapszínből minden szín kikeverhető. Valójában ez csak “képzetes” alapszínekkel lehetséges (lásd később). Az alapszínek száma azonban fontos, mert szoros összefüggésben van a szemünkben található színérzékeny receptorfajták számával

A láthatósági függvény (luminous efficiency function)

A fenti módszer megfelelő módosításával (villogásos fotometria) a harmadik dimenzió, mármint a világosság egyformaságának (egyezőségének, matching) megállapítására is nagy pontossággal alkalmas. (Ez vezetett az ún. V(λ) relatív láthatósági függvény, vagyis a látásunk hullámhossztól függő világosságérzetének meghatározásához.)

A villogásos fotometria módszerének vázlata. Ezzel a mérési eljárással sikerült viszonylag pontosan meghatározni a látás spektrális fényhatásfokát, más néven a V(λ) láthatósági függvényt, amely azt mutatja meg, hogy az ugyanolyan sugárerősségű spektrumszínek milyen világosságérzetet keltenek bennünk (ábra: Schanda János)

A világosságegyeztetés (brightness matching) eredménye. Minket most csak a színlátás tartományában szerepet játszó V(λ) függvény érdekel, amely 555 nanométeren mutatja a legnagyobb érzékenységet. A sötétben (szürkületben) látásra vonatkozó V’ (λ) függvényt csak a teljesség kedvéért rajzoltuk az ábrára, a kalibrálásban nem játszik szerepet. A V(λ) függvény később “beépült” az 1931-es CIE XYZ színmérő rendszerbe, mint a színinger-egyeztető függvények egyike

Redukált színmérés a színek számszerű meghatározására

Pontosan afentebb említett módszereket – a maximális telítettség elvét követve – használták fel a múlt század elején a színek „objektiválására”, azaz a zavaró körülmények és a szubjektív hatások minimálisra szorítására, ami végül is lehetővé tette a színek számszerű mérését. Bevezették az ún. standard observer (szabványos észlelő) fogalmát, amely egyfajta átlagolását és ennek szabványosítását jelentette a több valóságos észlelő által minősített eredménynek. A szabványos észlelő fogalma valami olyasmi, mint az „átlagember”, vagyis lényegében elvont fogalom (valószínűleg egyetlen ember sem pontosan „szabványos észlelő”), mégis alkalmas a tudományos vizsgálatokra.

Ez már lehetővé tette a számtalan körülménytől és szubjektív megítéléstől befolyásolt színérzet átalakítását redukált színérzetté, amelyhez már objektíve mérhető mennyiségek rendelhetők hozzá, éspedig három, egymástól független mennyiség (vagy akár relatív számérték), amelyek persze a különböző színrendszerekben eltérőek lehetnek. A színmérésben (és az ennek részét képező fénymérésben) ún. pszichofizikai mennyiségeket használunk, éspedig azért, mert a színérzetet kiváltó okként emlegetett fizikai inger, azaz az elektromágneses sugárzás spektrális teljesítmény-eloszlása erre önmagában nem alkalmas.

Két, nagy mértékben eltérő spektrális teljesítmény-eloszlású sugárzás a színegyeztetés során ugyanolyan színingert hoz létre, az alapszínek ugyanolyan arányával (metamerizmus). A metamerizmus miatt nem rendelhető hozzá adott színingerhez egyetlen fizikai spektrális eloszlás. A színméréshez ugyanakkor elengedhetetlen a sugárzás spektrális teljesítmény-eloszlásának mérése is

Összefoglalva: az SPD mindig meghatároz ugyan egy adott színt, viszont ez fordítva nem igaz, tehát egy adott színhez sokféle (elvileg akár végtelen sok) fizikai spektrális eloszlás tartozhat. Mindez a látásunk sajátosságaiból következik, amelyekről a következő részben fogunk kissé részletesebben beszélni. A színméréshez (fényméréshez) a spektrális eloszlást „súlyozni” kell látásunk természet adta súlyozó függvényeivel – így jutunk el a tisztán fizikai ingerektől az ún. pszichofizikai ingerekig (színingerek), amelyeket idegrendszerünk feldolgoz. A kalibrálás maga pedig a pszichofizikai színingertérben történik.

(Folytatása következik)

N. Á.

Legyen Ön az első hozzászóló

Várjuk hozzászólását!

Az Ön email címe nem kerül nyilvánosságra.


*


Ez a weboldal az Akismet szolgáltatását használja a spam kiszűrésére. Tudjunk meg többet arról, hogyan dolgozzák fel a hozzászólásunk adatait..