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 PC 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) a lehető legrövidebbre fogjuk a legfontosabb – valóban nélkülözhetetlen – tudnivalókat, a színekről pedig egy külön sorozatot indítottunk.

A kijelzőkalibrálásról

A kijelzőkalibrálás legnagyobbrészt színkalibrálást, más szóval színtérkalibrálást, még pontosabban színingertér-kalibrálást jelent, közelebbről egy adott háromdimenziós színtér lehető legtöbb színpontját és a fehérpontját, kiegészítve a megfelelő gamma (elektro-optikai átviteli függvény), és a felhasználó számára elfogadható fényerő (fénysűrűség) és a színegyensúly (a szürke semlegessége) beállításával. Emellett a kalibrálás során szokás elvégezni az ún. végpontozást (a feketeszint és a fehérszint beállítását, ide értve a kódtartomány helyes megválasztását), a kontraszt mérését, az optikai jellemzők ellenőrzését (élesség, a 3-chipes projektoroknál a konvergencia), a geometriai jellemzők beállítását stb. 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 (ebben a valószínűtlen esetben a forrás színterét kellene a kijelzőhöz kalibrálni). Beláthatjuk, hogy ennek nem sok értelme van.

Egy kijelző (ellenőrző monitor) kalibrálására 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). Bizonyos “színkritikus” munkákhoz, mint a nyomdai előkészítés vagy a tervezési, fényképészeti, videoszerkesztési munka, erősen javasolt, gyakran elengedhetetlen a kijelző kalibrálása. Ezen felül, 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. A „képhűség” nem tévesztendő össze a képminőséggel. Az persze mindenképpen kívánatos, hogy a kép minősége ne romoljon (ezt lehet objektíven és szubjektíven is értékelni), de a kalibráció az eredeti kép minőségén nem tud javítani, ellenben 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, ezért hasznosak lehetnek. 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) növekedése 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

Jó ideje minden „eredeti” képben közös, hogy a képinformáció az átviteli lánc elején 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 (digital intermediate – DI) történik, és a vetítő eszköz, azaz egy filmes vetítőgép valódi fizikai képet vetít ki (nincs doménváltás). De ma már ez utóbbi csaknem teljesen a múltté, 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. kiegészítő vagy váltott szűrőkkel), de ez összehasonlíthatatlanul körülményesebb, mint az elektronikus korrekció.

Az is közös az elektronikus „képekben”, hogy az esetek többségében valamilyen általánosan elfogadott szabvány szerint készülnek (ezekből van egynéhány), és a kijelzőnek ehhez kell igazodnia – 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). Egy PC monitor kalibrálása tipikusan a PC grafikus kártyájának “közreműködésével” történik – hacsak nem az ún. “hardveresen kalibrálható” kategóriaba tartozik, ami nem túl gyakori. A kapott korrekciós fájlt (amelyből többféle is lehet, ha többféle színtérhez kalibrálunk) a PC operációs rendszere betölti, illetve a színkezelő rendszerben, vagy adott esetben a kalibráló szoftver segédprogramjában kiválasztható és betölthető.

A kijelző mint elektro-optikai átalakító

Az eddig mondottakból következik, hogy az összes elektronikus kijelző vagy megjelenitő egy elektro-optikai átalakító. A legkisebbtől a legnagyobbig, a telefonok képernyőjétől az óriási kültéri LED-falakig, miden kijelző a bemenetére elektromos jelként érkező képinformációt alakítja át optikai képpé. Ennél sokkal érdekesebb, hogy a képinformációt hordozó jel és a megjelenített kép vagy képpont fénysűrűsége („fényereje”) milyen kapcsolatban van egymással. Másképpen megfogalmazva: ha a jel nagyságát kétszeresére, háromszorosára növeljük, akkor a fénysűrűség is kétszeresére, háromszorosára növekszik, avagy nem? Ha nem, akkor hogyan írható le ez az összefüggés?

Ebben a tekintetben a különféle elven működő kijelzők nagyon eltérően viselkednek. Mivel azonban a hagyományos képcső vagy CRT (cathode ray tube) több mint fél évszázadon át uralta a kijelzők terepét, az egész elektronikus képátviteli infrastruktúra igazodott a CRT csaknem tökéletesen szabályos, de erősen nemlineáris elektro-optikai átviteli függvényéhez, vagy röviden a „gammához”. Ez a függvény egy közönséges hatványfüggvény, amelynek kitevője a gamma (γ) nevet viseli, értéke kb. 2,2 és 2,5 van. (A forrásoldalon, vagyis az opto-elektronikai átalakításnál ennek nagyjából a fordítottját kellett előállítani, ennek neve az általában a kamerákban elvégzett gammakorrekció. A mai kamerákban azonban gyakran használnak a szabványostól eltérő gammát annak érdekében, hogy gradációs szempontból minél jobb minőségű képet tudjanak rögzíteni.)

Az ezredforduló környékén megjelent újfajta megjelenítők (plazma és LCD síkpanelek, LED falak, DLP, LCD/LCoS és LED projektorok) elektro-optikai átviteli függvényének illeszkednie kellett a hosszú évtizedek alatt kialakult infrastruktúrához, és bármennyire különböztek is a CRT-től, a hagyományos gammát kellett „utánozniuk”, más szóval fejlett elektronikai beavatkozással ugyanolyan hatványfüggvényt kellett produkálniuk, mint a CRT.

Mellesleg 2011-ig egyáltalán nem létezett a kijelzők elektro-optikai átalakítási függvényére vonatkozó írott szabvány, hallgatólagosan mindenki elfogadta a CRT közel hatványfüggvényt követő gammáját. Végül a televíziós műsorszórásban, a HDTV igényeit kielégítendő, megszületett az ITU BT.1886 nevet viselő szabvány, amely szerint az EOTF-re (elektro-optical transfer function) átkeresztelt gamma a világos tartományban nagyon kevéssé tér el a hagyományos gammától, a feketéhez közeli sötét tartományban azonban kissé magasabb fénysűrűségeket ad, mint a hagyományos gamma. A ’90-es években megszületett nagyfelbontású digitális televízió ma már ezt a „gammát” használja. A lehetőleg pontos gamma követelménye nemcsak az feketétől a fehérig terjedő szürkeskálára, hanem az R, G, B alapszínek gradációjára külön-külön is vonatkozik.

Az IT területén az 1996-os sRGB alapszabvány sok mindenben átvette a HDTV szabvány jellemzőit (pl. színtartomány, fehérpont stb.), de a gamma egy 2,2-höz nagyon közeli érték maradt, a kódtartomány pedig (8 bit színmélység esetén) 0-255, a televíziózásban/videózásban használt 16-235 (240) helyett (a kódtartományról később beszélünk részletesebben).

Kb. 3-4 éve, a 4K-UHD felbontás terjedésével, és ezzel párhuzamosan a HDR (nagy dinamikatartományú) kép követelményével a hagyományos, vagy ahhoz közeli gamma függvényt alapos felülvizsgálatnak vetették alá. Ennek eredménye az lett, hogy egy széles dinamikatartományban nem a hagyományos gamma a megfelelő EOTF. A néhány – egymással rivalizáló – HDR rendszer egymástól és a hagyományos gammától is eltérő EOTF-et használ. Jelenleg a Dolby Vision, illetve a HDR10 nevű rendszerekben rögzített ún. PQ EOTF látszik “befutónak”, de a televíziós műsorszórásban szívesebben dolgoznak az. ún. HLG (Hybrid Log Gamma) HDR rendszerrel. Ez utóbbi EOTF függvénye a szűkebb, standard dinamikatartományban (SDR) megegyezik a hagyományos gammával, fölötte azonban eltér attól. A HDR célja ugyanis alapvetően az, hogy a világos tartomány felső határát kiterjessze, illetve ebben több részlet megjelenítését tegye lehetővé. Külön téma, amelyre visszatérünk majd, hogy ezek a szabványok a HDR-hez rendelt színtartományt (color gamut) is megnövelték, ámbár nagy dinamika hagyományos színtérben is megvalósítható.

(Folytatása következik)

N. Á.

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..