Kijelzőkalibrálás [1]

Mielőtt a „Hogyan kalibráljam a monitoromat?” kérdés taglalásába belemélyednénk, elkerülhetetlennek látszik röviden (?) beszélni legalább az additív színkeverés elvén működő bármely elektronikus megjelenítő eszköz kalibrálásáról. 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 a kijelzőkkel foglalkozunk.

Frissítés: 2019. április 16.

Ha a kalibrálást – azaz egy kijelző beállítását úgy, hogy a megjelenített kép a lehető legpontosabban megegyezzen az eredeti, megjelenítendő képpel – tényleg meg akarjuk érteni, és nemcsak a folyamat szokásos mechanikus leírására szorítkozunk, meg kell ismerkednünk olyan fogalmakkal, mint a szín fogalma és jellemzői, a színtér (color space), a színtartomány (color gamut), a színhőmérséklet és korrelált színhőmérséklet, a gradáció, a gamma stb. A legfontosabb azonban – bármely kalibráció előfeltétele –, hogy a színeket számszerűen le tudjuk írni, és meg tudjuk határozni, azaz tisztában legyünk a fény- és színméréssel, és a mért eredményeket értelmezni tudjuk.

Erre a látórendszerünk nem alkalmas, bármennyire is utolérhetetlen alkotása a természetnek. Ugyanazt a színt (színingert) nagyon másmilyennek érzékelhetjük a külső körülményektől, a környezettől, a fizikai és mentális állapotunktól, az emlékeinktől, a korunktól és sok minden mástól függően. De ha ettől eltekintünk is, és feltételezünk valamiféle „átlagos” állapotot, mennyiségi (abszolút) értelemben akkor sem tudjuk meghatározni a fényt és a színeket. Egy kijelző kalibrálása objektív, azaz műszeres színmérés (és a vele járó fénymérés) nélkül elképzelhetetlen.

Színinger és színérzet

Sajnálatos módon a „szín” szót két teljesen különböző fogalom jelölésére használták és használjuk ma is. Ez hosszú évszázadokon keresztül megnehezítette a színek valódi megértését még a tudomány emberei számára is. Az elektromágneses hullámok egy fölöttébb keskeny tartománya vagy annak részei fizikai ingerként érkeznek a szemünkbe, és központi idegrendszerünkben létrehozzák a fényérzetet, illetve színérzetet. (A magyar szaknyelvben ezt színészleletnek, tudatosítását, értelmezését pedig színérzékletnek is nevezik, de ebben az írásban én maradnék a „színérzet” terminusnál. Régebben használatos volt a színélmény elnevezés is, amely talán a legtalálóbban fejezi ki a színlátás szubjektivitását.)

Fizikai szemszögből tehát a fény és a színek az elektromágneses sugárzás számunkra látható tartományát, illetve ennek különféle hullámhosszúságú összetevőit és ezek keverékeit jelentik. Azért láthatóak, mert látórendszerünk ingerlésére képesek, eltérően a más hullámhosszúságú elektromágneses sugárzástól.

 

A közismert ábra: az elektromágneses hullámok, és ezen belül az összetett („fehér”) fény spektruma (hullámhossz szerinti összetétele). Fizikai értelemben a fény az elektromágneses sugárzásnak egy rendkívül szűk, néhányszáz nanométeres tartománya. Az ún. optikai sugárzás ennél szélesebb, magába foglalja az infravörös és az ultraibolya sugárzást is. A különböző hullámhosszúságú fényösszetevők vagy ezek keverékei az emberi látórendszerben színérzet kiváltására képesek. A fenti ábra annyiban csupán szemléltető jellegű, hogy az elektromágneses sugárzás fénynek nevezett tartománya ÖNMAGÁBAN nem „színes”, sőt „fénye” sincs, ez csupán az élőlények (pl. az ember) erre alkalmas érzékszervével való kölcsönhatásában értelmezhető, illetve élettelen anyagok is érzékeny lehetnek a teljes sugárzási tartomány valamely részére (pl. a fényre érzékeny ezüstvegyületek vagy félvezetők, vagy a röntgensugárzásra érzékeny emulzió stb.). Az emberi fényérzékelés/színérzékelés tartománya a szakirodalomban 360 – 830 nanométer, de a széleken a színérzet szinte teljesen megszűnik. Ezért a gyakorlatban a legtöbbször elegendő a kb. 380 – 700 nanométeres tartománnyal számolni. Az ábrán látható színinger-skála a spektrálisan tiszta, monokromatikus színingerek végtelen és folytonos sokasága. Ebből a látásunk kb. 120-130 színezetet tud megkülönböztetni. Képernyőnk pedig a 100%-os telítettségű spektumszíneket eleve nem tudja helyesen megjeleníteni

A színinger egy fizikai hatást reprezentál, a színérzet pedig eredendően szubjektív, pszichikai jelenség (mint fiziológiai, biokémiai, neurológiai folyamatok végeredménye). Persze elődeinket nem kárhoztathatjuk, hiszen a fény elektromágneses természetét kb. 150 éve ismerjük, az érzékeléssel foglalkozó kísérleti pszichológia alapjait is nagyjából akkor rakták le (Weber, és tanítványa, Fechner). Mivel a fény és a színek elválaszthatatlanok egymástól, csak akkor indokolt a fényről külön beszélni, amikor a színektől elvonatkoztatható jellemzőit vizsgáljuk. A “fény” kifejezés a “szín”-hez hasonlóan jelentheti a fizikai jelenséget is (fényinger), és az érzékelés eredményét is (fényérzet). A fényméréssel a fotometria, a színméréssel a kolorimetria, az optikai sugárzás tisztán fizikai jellemzőinek mérésével pedig a radiometria foglalkozik.

A színinger – akár fizikai sugárzásként, akár pszichofizikai megközelítésben (lásd később) – mérhető és számszerűen jellemezhető, a komplex színérzet – mint szubjektív, mértékegységekkel nem leírható jelenség – értelemszerűen NEM. Mégis, a színérzet és a fizikai színingerek között lehetséges matematikai kapcsolatot teremteni. De hogyan? A lehetőséget éppen a kísérleti pszichológia teremtette meg. Az emberi látásnak a hullámhossztól, illetve a spektrális összetételtől függő fény- és színérzékenységét (ami abszolút mennyiségi értelemben nem, de relatív értelemben, vizuális összehasonlító mérésekkel vizsgálható volt), több tesztalany ítéleteinek elemzésével, és ezek „átlagolásával” meg lehetett határozni.

Ez fontos lépés volt a fény- és a színmérés irányában. A szem spektrális érzékenységi függvényét (spectral luminous efficiency function) a vizuális világosság-egyeztető (brightness matching), illetve a színösszetevő függvényeket a színegyeztető (color matching) módszerrel való meghatározásánál az is megmutatkozott, hogy ha vannak is eltérések az egyéni érzékenységekben (és akár nagy eltérések is lehetnek), egészséges felnőtt egyéneknél „elég jó” az egyezés. Ráadásul ehhez elég volt néhány, esetleg tíz-húsz vizsgálati alany (lásd pl. Guild és Wright egymástól független color matching vizsgálatait az 1920-as évek végén). Azért azt tegyük hozzá, hogy valójában sohasem tudhatjuk meg, hogy embertársaink pontosan mit éreznek adott hullámhosszúságú vagy spektrális összetételű fényinger hatására. Viszont ugyanaz az (egészséges látású) ember az egymás melletti színes felületek, illetve a színességtől elvonatkoztatott világosság egyformaságát elég pontosan meg tudja ítélni.

A szabványos észlelő

Ez a módszer, azaz a vizuális színegyeztetés vezetett az ún. szabványos észlelő (standard observer) fogalmához, amely („aki”) jellemezhető azokkal a fény- és színmérő (fotometriai és kolorimetriai) súlyozó függvényekkel, amelyekkel pontról pontra meg kell szorozni (ez folytonos spektrum esetén integrálást jelent) a fényinger vagy színinger egzakt fizikai mennyiségekkel kifejezett (radiometriai) jellemzőit. Pl. a wattban mérhető fényteljesítményt látásunk (pontosabban a szabványos észlelő “látásának”) spektrális érzékenységi függvényével pontról pontra „megszorozva”, azaz integrálva, lumenekben kapjuk meg a fényteljesítményt. A lumen már ún. pszichofizikai mértékegység, hasonlóan a többi fotometriai egységekhez (kivéve a candelát, amelyet egyetlen frekvenciára, illetve hullámhosszra (555 nm) definiáltak, így „látásfüggetlen” egységnek tekinthető).

Így a fényingert/színingert a fizikai „tartományból” átemeltük az ún. pszichofizikai „tartományba”, amely már tükrözi az emberi látás átlagos jellemzőit, ugyanakkor mérhető mennyiségekkel dolgozik. Ez egyfajta objektiválása az érzetjellemzőknek a fény- és színmérés érdekében. Nagy eredmény, de a pszichofizikai jellemzőket továbbra se keverjük össze az érzetjellemzőkkel. (Mellesleg, színérzet létrejöhet fényinger nélkül is, pl. a szem megnyomásának vagy sérülésének hatására, vagy álmunkban stb.)

Ebben az írásban legnagyobbrészt a színingerekre gondolunk, amikor a szín szót használjuk (hiszen bármiféle kalibrálás számszerű méréseken alapul). Ha mégis az érzetek területére merészkedünk, azt külön jelezzük. Tehát ebben az írásban pl. a színdiagram jelentése színinger-diagram, a színkoordináták jelentése színinger-koordináták stb. Azonban tudatában kell lennünk annak, hogy számunkra, emberek számára (és más élőlények számára) a szín valójában érzet.

A színérzet és a színinger fő jellemzői

A színérzeteket három független tulajdonsággal, a színingereket pedig ezeknek megfelelő három független pszichofizikai mennyiséggel írhatjuk le (ezért mondjuk, hogy a „szín” három dimenziós). Hagyományosan a három érzetjellemző neve színezet, telítettség és világosság, a nekik megfelelő pszichofizikai ingerjellemzők pedig a domináns hullámhossz (nanométer), a színtartalom (százalék) és a fénysűrűség (nit vagy candela/m2).

A gyakorlatban azonban a legtöbbször a színingerek esetében is a színezet és a telítettség elnevezéseket használjuk az első két jellemző esetében, ami azért nem minősíthető szarvashibának, mert a spektrumszíneknél a domináns hullámhossz egybeesik a valódi, fizikai hullámhosszal, a színtartalom pedig 100%-os, azaz “tiszta” színekről van szó. Csak a világosság (brightness) helyett honosodott meg, teljesen indokoltan a fénysűrűség (luminance, luminancia), bár az angol nyelvű szakirodalomban gyakran erre is a brightness szót használják. Magyarul pedig elterjedt a „fényerő” elnevezés, amivel az a baj, hogy minimum három-négy különböző fogalmat is jelölünk vele.

Súlyozó függvények a fényméréshez és színméréshez

Fentebb már szóba kerültek a fotometriában és a kolorimetriában használatos súlyozó függvények. Leszögezhetjük, hogy a fény- és színmérési feladatokban (ritka kivételektől eltekintve) mindig a pszichofizikai, azaz a látórendszerünk jellemzőivel súlyozott fizikai mennyiségekkel dolgozunk. Ilyenek pl. a fényáram (lumen), a fénysűrűség (cd/m2 vagy nit), a megvilágítás (lux) stb., illetve a színösszetevő vagy színmegfeleltető függvényekkel (CMFs – color matching functions) súlyozott színingerek három dimenziója (tristimulusos értékek).

Ezekből azután levezethetők az ún. színkoordináták és a színekhez tartozó fénysűrűség-értékek a különféle származtatott színrendszerekben (xyY, uvY, u’v’Y, L*a*b* stb.) . Meghatározható természetesen a már említett domináns hullámhossz (az érzet szintjén: színezet) és a színtartalom (az érzet szintjén: színtelítettség), továbbá a fénysűrűség (az érzet szintjén: világosság), mely utóbbi egyébként egy egyszerű fénymérővel is megmérhető.

Fénymérés

Nézzük először a fénymérést! Az emberi látás (pontosabban a „szabványos észlelő”) spektrális érzékenysége a hullámhossz függvényében, nappali fényviszonyokat feltételezve ezen az ábrán látható:

A nappali látás relatív spektrális érzékenysége: a CIE láthatósági függvény (spectral luminous efficiency function vagy visibility function), szokásos jelölése V(λ). Maximuma kb. az 555 nm-es spektrumszínnél van. Első változatát 1924-ben szabványosították, azóta többször ellenőrizték és pontosították, főleg a kék tartományban. Ennek ellenére a legtöbbször ma is ezt a változatot használják. Értelmezése: az ugyanolyan energiájú sárgászöld fényt sokkal világosabbnak látjuk, mint a vöröset vagy a kéket. A sötétben látás érzékenysége hasonló görbével írható le, de a függvény, és egyúttal a maximális érzékenység hullámhossza balra tolódik (507 nanométer).

Hogy gyakorlati kérdéseket is érintsünk, a fénymérő műszerek felépítése olyan, hogy a bennük található szenzor érzékenységi karakterisztikáját optikai szűrővel úgy módosítják, hogy az eredő érzékenység a fenti láthatósági függvényt adja ki. A mért fényteljesítmény (fényáram) így éppen a szemünk érzékenységével súlyozott érték, és általában közvetlenül luxban (megvilágítás) vagy cd/m2-ben (fénysűrűség) kapjuk meg a fényingermérés eredményét.

Színmérés

A színmérésre rátérve, az első megoldandó feladat az volt, hogy a szemünk három különböző, széles hullámhossz-tartományokban érzékeny receptorának (L, M, S) jellemzőit tükröző súlyozó függvényeket kellett meghatározni, valamilyen, reálisan kivitelezhető színtérben. Még a 19. század folyamán az ún. trikromatikus elméletből kiindulva feltételezték, hogy a színek bármelyike (beleértve a fehéret) kikeverhető három ún. alapszínből, ha ezek egymástól függetlenek (egymásból nem kikeverhetők). Ennek a feltételnek eleget tesz a vörös-zöld-kék (RGB) színhármas. Apró „szépséghiba”, hogy bizonyos színek mégsem keverhetők ki reális R, G, B színekből (de erről később). Alapvetően szemünk felépítése (t.i., hogy “csak” három színérzékelő receptort tartalmaz) a magyarázata annak, hogy (majdnem) minden szín kikeverhető három valós alapszínből, és annak is, hogy ez mégsem minden színre igaz (mivel a receptorok érzékenységi görbéi, az L görbét kivéve, a teljes spektumot lefedik, így széles sávban átfedik egymást).

A szükséges súlyozó függvények meghatározásakor a már említett vizuális színegyeztetés módszerét alkalmazták, azaz több tesztalany bevonásával addig változtatták a három választott alapszín sugársűrűségének arányát, amíg az észlelő személyek nem jelezték az egyezést valamilyen adott spektrumszínnel. Mindezt nagyszámú spektrumszínnel megismételték. Két angol kutató, Guild és Wright egymástól függetlenül, eltérő hullámhosszúságú monokromatikus, spektrálisan tiszta R, G, B alapszínekkel végezték a vizsgálatokat, méghozzá úgy, hogy egymás mérési eredményeit nem is ismerték.

Végül mindkét méréssorozat eredményeit átszámították a CIE által szabványosított ún. CIE RGB színtérbe, hogy összehasonlíthatók legyenek. A CIE RGB színtér alapszínei mindkét vizsgálat alapszíneitől eltérőek voltak: a vörös hullámhossza 700 nm, a zöldé 561,4 nm, a kéké 438,5 nm, a fehérpont pedig az „egyenlő energiájú” fehér (jelölése „E”). A végeredmény megdöbbentően meggyőző volt: a két kutató független vizsgálatai nagyon hasonló értékeket hoztak. (A kapott függvények azonban csakis az ezekkel az alapszínekkel (és az E fehérponttal) meghatározott CIE RGB színrendszerben érvényesek.) Általános színmérő rendszerként a CIE RGB csak korlátozottan, körülményesen és kényelmetlenül lett volna használható a negatív függvényértékek miatt (ami egyébként azt jelzi, hogy bizonyos színek a három reális alapszínből nem keverhetők ki).

A spektrális színinger-megfeleltető vagy színösszetevő (color matching) függvények a CIE RGB színrendszerben. Ezek a függvények csak ebben a színrendszerben érvényesek, és az alapszínei nem alkalmasak – mint ahogy egyetlen reális RGB színrendszeré sem alkalmasak – az összes szín additív kikeverésére. Jelen esetben a görbék negatív szakaszai ugyanis (a vörösben, és kis mértékben a zöldben) azt jelzik, hogy a színegyeztető kísérletben ezekben a hullámhossz-tartományokban az alapszínek valamelyikét át kell vinni a célminta oldalára ahhoz, hogy a színegyezés létrejöjjön. Ez a színtér volt az első szabványosított RGB referencia-színtér (1931), amelynek azonban gyakorlati alkalmazása soha nem volt (a színegyeztető vizsgálatokat leszámítva). Magát a CIE RGB színtartományt egy másik ábrán fogjuk bemutatni. Ehhez azonban szükséges az e színtérből származtatott és máig széles körben használt CIE XYZ eszközfüggetlen, univerzális színtér, amely vonatkoztatási rendszerként széles körben elterjedt (a magyarázatot lásd később)

Három alapszín, additív színkeverés

Néhány egzotikus próbálkozástól eltekintve (négy vagy több alapszín használata a színes kép létrehozásához) ma kizárólag három alapszínnel (primary color) dolgoznak a síkpaneles megjelenítők (televíziók, monitorok, notebook és okoseszköz képernyők, signage kijelzők stb.), és a projektorok is. A lehető legnagyobb színtartomány létrehozásához a legalkalmasabbak a kijelző konkrét adottságaitól függő vörös, zöld és kék (R, G, B) alapszínek. Ezek közül egyik sem keverhető ki a másik kettőből. Az egyes kijelzőfajták RGB alapszínei – az elérendő cél és/vagy a konstrukciós adottságok miatt – nagy eltéréseket mutathatnak egymáshoz képest, legalábbis natív, azaz fizikai alapállapotban. Azonban mindegyik az RGB színmodell keretein belül működik.

Ugyanígy a referencia- vagy vonatkoztatási színtereket, amelyeket a kijelzőkalibrálásnál viszonyítási alapként használunk, a saját R, G, B alapszíneikkel (és a fehérpontjukkal!) definiáljuk. A legelső standard RGB referencia-színtér a fent említett CIE RGB színtér volt, amelyet azonban ebbéli minőségében sohasem használtak, viszont kulcsszerepet játszott a színösszetevő vagy színmegfeleltető (color matching) függvények megértésében és meghatározásában ebben a konkrét színtérben, lásd a fenti ábrát (amelyek azonban az R, G, B alapszínek eltérő megválasztása esetén másképpen néznének ki).

Történetileg rögtön ezután (még 1931-ben) – felismerve a valós R, G, B alapszínek használatából eredő (és egyéb) hátrányokat – a CIE szervezet körültekintő mérlegelés és praktikus megfontolások alapján szabványosította az univerzálisan használható CIE XYZ színteret, amelynek X, Y, Z alapszínei ugyan képzetesek (így optikailag nem realizálhatók), ám a számításokat és a színmérési problémák megoldását nagyban leegyszerűsítik. Ez a színtér szinte megjelenése pillanatában általánosan elfogadottá vált, és bár azóta használatba kerültek belőle származtatott más eszközfüggetlen színterek is, ezek ma is használt közös „őse” az 1931-es CIE XYZ színtér. Ennek tulajdonságairól és megválasztásának szempontjairól a következő részben írunk.

A kijelzőtechnikában, de más képalkotó eszközök esetében is az RGB színterek színtartományának (color gamut) ábrázolására általában a most említett CIE XYZ színtér ún. xyY reprezentációját használják, ahol x és y az ún. színkoordináták, Y pedig a fénysűrűség. Az alábbi ábrán beszínezett, patkó vagy nyelv (horseshoe, tongue) alakú terület a szín(ingerek) szemünk által érzékelt tartományát szemlélteti két dimenzióban, a harmadik dimenzió (az Y fénysűrűség) egyszerű elhagyásával. Ezen belül bármely színpont x és y színkoordinátái meghatározzák a színezet (hue) és a telítettség (saturation) színjellemzőket. Tudnunk kell azonban, hogy minden egyes színpontnak van fénysűrűség értéke is, és az alapszínek fénysűrűségének aránya is pontosan meghatározott egy adott színtérben, enélkül a fehérpontot nem lehetne definiálni. Ez oda-vissza érvényes, azaz egy színtér meghatározásához az alapszínek és a fehérpont rögzítése szükséges és elégséges. A színtér eleve három dimenziót feltételez, mint a nevében is benne van. A konkrét színtartomány, pl. egy kijelző színtartománya pedig valójában egy három dimenziós színtest.

A CIE RGB 1931-es színtér színkészletét a berajzolt háromszög szemlélteti az x-y színinger-diagramon. Mint látjuk, ezekkel az alapszínekkel a zöld-cián-kék terület nagy részének színeit nem lehet kikeverni. A színtér fehérpontja az ún. E-fehér, amely az egyenletes energieloszlású spektrumhoz tartozik. Miként magának a CIE RGB színtérnek, az E-fehérnek is csak elvi (történeti) jelentősége van. A vörös, zöld, kék alapszínek fénysűrűségeinek aránya ebben a színtérben 1:4,59:0,06. Az alapszíneket ilyen arányban keverve adódik ki az E-fehér

Miért „csak” három alapszín?

A háromnál több alapszín használatával (maradva az additív színkeverésnél) nem az a gond, hogy technikailag megvalósíthatatlan lenne, hanem az, hogy nemcsak a kijelzőben, hanem a forrás oldalán, mondjuk a kamerában, továbbá az átviteli lánc minden részében, és pl. a színekkel dolgozó számítógépes programokban is háromnál több alapszínt kellene használni. Ez persze nem lehetetlen, de a belátható jövőben teljesen valószínűtlen, illetve egy ilyen rendszer bevezetése aránytalanul nagy költségekkel járna a remélt eredményhez képest. (A sikertelen próbálkozások is ezt bizonyítják. A teljes látható tartomány pontos reprodukálásához elméletileg végtelen sok tiszta (monokromatikus) alapszínre lenne szükség, közelítően teljes reprodukálásához pedig legalább öt-hat alapszínre.)

A hat alapszínnel létrehozott színtartomány (fehér hatszög) az x-y színdiagramon a színek 95,5%-át fedné le. A fekete vonallal határolt terült az ún. Pointer-gamut, amely a környezetünkben előforduló több mint 4000 színes objektum színeinek kimérésével készült. Ennek részletesebb magyarázatára még visszatérünk, mostani fejtegetésünk szempontjából nincs jelentősége (ábra: tftcentral.co.uk)

Maradjunk tehát az R, G, B alapszíneknél, amelyek – ha leszámítjuk az RGB monokromatikus lézerfényeket –, természetesen nem tiszta spektrumszínek, hanem egy-egy véges hullámhossz-tartományt foglalnak el, amit az adott kijelzőtípus konkrét konstrukciója határoz meg. Ezeket minden mai elektronikus kijelző additív (összeadó) módszerrel keveri a színtartományán belüli bármely szín előállításához.

Ez úgy történhet, hogy a kijelző felület adott helyén az adott színnek megfelelő arányú R, G, B alapszínek fedik egymást (pl. a 3-chipes projektoroknál), vagy a nézési távolsághoz képest nagyon közel vannak egymáshoz (televíziók, monitorok stb.), vagy pedig időben gyorsan követik egymást (mint az egychipes DLP projektoroknál).

Az additív keverés mindig színes fényeket ad össze, szemben a nyomatok, papírképek készítésénél, festékek keverésekor, színszűrők beiktatáskor stb. használt – és egyébként bonyolultabb – szubtraktív (kivonó) színkeveréssel, ahol a megvilágító fényből bizonyos szín vagy színek „kivonódnak” (elnyelődnek), és a visszavert vagy szűrőn áteresztett fény színe határozza meg az eredményt. A nyomtatásban a szubtraktív színkeverés alapszínei a cián, a bíbor és a sárga plusz a fekete (CMYK), mely utóbbi azért kell, mert az alapszínekből nem igazán „jön ki” a megfelelő fekete. Ezen túlmenően a nyomtatásban olykor még egyedi plusz színeket (festékeket) is használnak, ha a CMYK színekből nem lehet kikeverni egy kívánt színt. De ez egy másik témakör…

Natív színtér, referencia-színtér, kalibrálás

Egy-egy konkrét elektronikus kijelzőnek tehát mindig van egy saját (eszközfüggő) RGB színtere (színtartománya), amelyet valamekkora háromszög területével szemléltethetünk a síkbeli színdiagramon, a színek összességén belül. A mindenkori háromszög csúcspontjai éppen a konkrét kijelző R, G, B alapszínei. Ismét emlékeztetünk arra, hogy bármely adott színrendszerben a két színességi dimenzió mellett minden színnek van harmadik dimenziója is, nevezetesen az Y fénysűrűség (vagy a brightness/lightness világosság, ha az érzetjellemzőket nézzük).

Ugyanez vonatkozik az elektronikus képforrásokra (fényképezőgép, kamera, PC, televízióadás, optikai lemezek stb.) is, nevezetesen, hogy valamilyen R, G, B alapszíneket használnak a színes kép létrehozásakor, rögzítésekor, közvetítésekor. Persze a színingereknek megfelelő elektromos jeleket korrigálhatjuk, tömöríthetjük, áttehetjük másik (univerzális, konténer) színtérbe stb., de egyelőre maradjunk az alapproblémánál.

Ha ugyanis nem tudjuk, hogy a kép milyen színtérben készült, akkor teljesen lehetetlen a színhű megjelenítés bármely kijelzővel (hacsak a vakvéletlen nem játszik a kezünkre). Mindez röviden azt jelenti, hogy különféle szabványos ún. referencia-színtereket kellett definiálni a tv-műsorszórás (videokészítés), az elektronikus (digitális) fényképezés, a digitális filmkészítés, a számítógépes képkezelő és képfeldolgozó programok stb. számára azért, hogy a megjelenítőket – legalább megközelítően – be tudjuk állítani az éppen adott színtér színeinek korrekt reprodukálásához. Ehhez persze lehetőséget kell teremteni (hardveresen és/vagy szoftveresen) a megjelenítő natív színterének és egyéb jellemzőinek (pl. gamma) beállítására. Ez maga a kalibrálás folyamata.

Van még egy komoly buktatója a színhű megjelenítésnek. A nézési körülményeket, közelebbről a kijelzőt érő környezeti fények erősségét és spektrális összetételét a végponton (a néző szobájában) nincs módunkban kötelezően előírni. Márpedig ez komolyan befolyásolhatja a mégoly pontosan beállított megjelenítő színvisszaadását, és a kép egyéb jellemzőit. Ezért a kalibrálás mai felfogása magába foglalja nemcsak a referencia-színtér minél pontosabb megközelítését, és a kijelző nemlineáris elektro-optikai átvitelének beállítását, hanem azt is, hogy a kalibrálás a megtekintési körülményekhez igazodjon. A gyárakból kikerülő kijelzőket a legtöbbször kalibrálni kell a felhasználó által választott egy vagy több referencia-színtérhez, ha valóban színhű megjelenítést szeretnénk. Már amennyiben maga a kijelző ezt lehetővé teszi.

Régi és újabb referencia-színterek

Az ismertebb, ma már nem használt RGB referencia-színterek: CIE RGB (csak elméleti jelentősége volt), NTSC (az első színes televíziós RGB színtér, TV-készülékek tömeggyártásában sohasem használták), SMPTE-C (az NTSC megvalósítható változata standard felbontásban), EBU SD színtér (nagyon hasonló európai változat). Ez utóbbi kettő az SD televíziózás kiszorulásával elvesztette jelentőségét.

A HDTV (és HD videó, HD konzerv filmek) 1990-ben megalkotott RGB színtér-szabványa az ún. Rec.709 vagy BT.709, amely számunkra azért különösen érdekes, mert a ’90-es évek közepén a Microsoft, az Intel és más nagy IT cégek sRGB névre átkeresztelve (és a 0-255 kódtartományt kihasználva, továbbá a gammát némileg módosítva) ezt a színteret választották a PC programok és az Internet elsődleges (bár nem kizárólagos) színszabványául. A digitális fotózás és a számítógépes grafika lehetőségeit tágítja az Adobe RGB széles színtér, amelyet sok számítógépes képfeldolgozó, illetve grafikai program használ. A digitális mozi színszabványa a DCI-P3, a legújabb UHD/4K felbontáshoz hozzárendelt színszabvány pedig az ún. Rec.2020. Ennek alapszínei az ajánlás szerint monokromatikus (spektrálisan tiszta, 100%-os telítettségű) színek, így ezt a színtartományt az RGB lézerprojektorokat leszámítva (ilyenekből valódi nagymozikban néhány példány működik a nagyvilágban) a mai napig semmilyen megjelenítőnek nem sikerült 100%-osan előállítania. (Mellesleg ez egyelőre magát a kalibrálást is új megvilágításba helyezi, és új megközelítést igényel. Erre a későbbiekben még visszatérünk.)

 

Néhány a manapság leggyakrabban használt nevezetes referencia-színterek közül: sRGB/Rec.709, Adobe RGB, DCI-P3 (a moziszabvány) és a 4K kijelzők legújabb színszabványa, a Rec.2020. Mivel a kijelzők ez utóbbit még nem tudják produkálni, a gyakorlatban (kényszerűségből) elegendő helyette a DCI-P3 (vagy a 90%-os DCI-P3) színtartományt megjeleníteni. Az itt szereplő minden színtér fehérpontja a D65-ös, kivéve a DCI-P3-ast (bár az eltérés nem nagy, és a gyakorlatban a P3 D65-ös változatát használják)

A színtartományok ábrázolásához mindeddig a CIE 1931-es xy színdiagramot használtuk, de a továbbiakban elég gyakran feltűnik majd a szemléltetésben a CIE 1976-os u’v’ diagram is. Sokan ezt azért részesítik előnyben, mert az uniformitása lényegesen jobb, mint az xy diagramé (bár nem tökéletes). Mit jelent ez? Arról van szó, hogy az xy színdiagramon két, érzet szerint éppen megkülönböztethető szín távolsága egészen más a kék, a zöld és a vörös tartományban, és egyáltalán az egész diagram területén. Ez komoly torzulást hoz be a színek pontosságának vizuális megítélésekor (amikor a referenciapontokat és a mért pontokat összehasonlítjuk). Az 1976-os u’v’ diagram ezt a hibát hivatott orvosolni. Ugyanez érvényes a szintén gyakran (de inkább a fotósok világában) használt ún. L*a*b* (CIE LAB) színtérre is, amely tehát „uniform”, azaz vizuálisan „egyenlő közű” színtér, más szóval a geometriai távolságok tükrözik az érzet szerinti különbségeket (az uniformitás azonban itt sem tökéletes, bár messze jobb, mint a CIE XYZ színtérben).

A fenti „rövid” írásban még csak belekóstoltunk a kalibráláshoz szükséges háttérismeretekbe. Hamarosan következik a folytatás.

N. Á.

Readers Comments (2)

  1. Eddig érdekes, lesz folytatás?
    Olvasnánk örömmel. 🙂

    Válasz
    • Nagy Árpád 2018-12-10 @ 00:42

      Már kínosan régen folyamatban van a folytatás írása. A nyűglődést az okozza, hogy már a megjelent első (viszonylag hosszú) részben van pár dolog, ami bővebb kifejtésat érdemelne a logikus felépítés érdekében. A válaszom határozottan IGEN, csak amennyire lehet, szeretnénk abszolút érthető felvezetést, mielőtt a kalibráló műszerekre és szoftverekre rátérünk. Nem is szabad folytatás nélkül hagyni, amit egyszer elkezdtünk.

      Válasz

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..