AZ Reprodukce Barev

Parametry nastavované při kalibraci a charakterizaci zobrazovacích systémů

Pro získání co nejlepších výsledků, je důležité porozumět principu a rozdílům jednotlivých zařízení a z toho vyplývajícím možnostem nastavením. Při vytvářením profilů zobrazovacích systémů nastavujeme tyto parametry:

  • Barvu bílého bodu – vyjádřenou teplotou chromatičnosti v  Kelvinech
  • Hodnota gamma
  • Jas bílého a černého bodu [cd/m2]

U vizuálních metod charakterizace a kalibrace není možné některá nastavení provést.

Nastavení bílého bodu (whitepoint)

Různé světelné zdroje vnímáme různě. Některé se nám jeví jako teplejší (žlutější) jiné chladnější (modřejší). Protože tyto pojmy jsou relativní, popisujeme barvu světelného zdroje pomocí teploty chromatičnosti (někdy také barvy bílého bodu), která udává teplotu absolutně černého tělesa, při které jeho barva odpovídá barvě sledovaného světelného zdroje.

Barva bílého bodu slouží pro lidské oko jako reference pro vnímání všech dalších barev. Proto změna nastavení teploty chromatičnosti ovlivní podání ostatních barev. Nesprávné nastavení bílého bodu = nesprávný vzhled barev. Úprava barvy bílého bodu se u CRT monitorů provádí změnou výkonu jednotlivých elektronových děl. LCD monitory vzhledem k principu zařízení takové prvky nemají a veškeré úpravy se tak provádí změnou dat LUT tabulky grafické karty. U LCD displejů vyšší kategorie je tato nevýhoda částečně kompenzována zabudováním separátní LUT tabulky do zařízení.

Možná nastavení:

  • 5 000 K
  • 6 500 K
  • 9 300 K

Přestože definice podmínek hodnocení není mimořádně těžká, neexistuje doposud žádná norma, která by tyto podmínky definovala. Obecně lze říci, že pro porovnávání barevného podání na monitoru a výtisku by nastavení monitoru mělo odpovídat podmínkám, za kterých je posuzován tisk – tzn. osvětlení D50. Existují však dvě alternativní možnosti běžně požívané pro barevné monitory – D65 a D93. Světelný zdroj D93 se vyznačuje bílým bodem s vysokou hodnotou jasu; D65 se blíží dennímu světlu. Nicméně tyto hodnoty jsou v rozporu s polygrafickými normami, a proto v prostředí, kde primárním záměrem je porovnávání barevného podání na monitoru s hotovým výtiskem, nejsou vhodné. Na druhou stranu v podmínkách, kde jsou veškeré dokumenty generovány na počítači, nebo není vyžadováno porovnávání tisku s podáním na monitoru, není situace tak jednoznačná – v tomto případě lze použití zdroje D65 zdůvodnit.

Obr. 24: Barva bílého bodu

Některá nastavení, typicky D50, mohou z počátku působit nepřirozeně, ale neobávejte se, oko se během několika minut adaptuje. Proto pokud porovnáváme barvy za různých světelných podmínek nelze očima přecházet z jedné na druhou, ale je potřeba se určitou dobu (1-2 minuty) koncentrovat na jednu, poté na druhou, případně dle potřeby proces opakovat a teprve poté provést úsudek.

Monitory však mají omezený rozsah jasu a tedy i když nastavíme barvu bílého bodu monitoru na 5 000 K nebude souhlasit úroveň jasu monitoru s intenzitou osvětlení tiskové reprodukce v kolorimetrické skříni (viewing booths) – viz dále. Proto lze při tzv. kritickém srovnání reprodukce × náhled na monitoru doporučit snížení intenzity osvětlení v kolorimetrické skříni. Uvážíme-li schopnost adaptace oka na různé světelné podmínky, je možné postupovat obdobně jako při posuzování barvy za různých světelných podmínek – tj. umožnit oku adaptovat se na různou intenzitu jasu.

Během mého pobytu na London College of Printing prováděl jeden ze studentů experiment pro Britskou národní galerii, kdy sledoval míru adaptace oka na různé světelné podmínky. Předmětem experimentu bylo porovnání barev skutečného obrazu za definovaných světelných podmínek (obraz umístěný v kolorimetrické skříni) se simulací podmínek na monitoru. Přesný popis světelných podmínek si již nepamatuji, ale s vysokou pravděpodobností to byla žárovka, která se mi při pozorování z povzdálí zdála příliš žlutá a přišlo mi, že téměř žádná simulace na monitoru se reprodukci nepodobá. Poté jsem byla vyzvána, abych se experimentu sama zúčastnila. Bylo mi vysvětleno, že nemohu přebíhat očima z reprodukce na simulaci na monitoru, ale musím se vždy dívat jen na jeden podnět, tak aby se moje oči adaptovali. Poté následovalo zhodnocení zda je simulace stejná, či jeví nějaký nádech a podle toho došlo ke změně simulace na monitoru do té doby dokud barvy simulace neodpovídaly skutečnému obrazu. A v tu chvíli, kdy jsem se nejprve koncentrovala na jeden obraz a po určité době na druhý, jsem již mezi nimi nepozorovala takový rozdíl a úkol již nebyl tak jednoduchý, jak se na první pohled, při přebíhání očima z originálu na simulaci zdál. Jev, kdy se oko adaptuje na různou barvu se nazývá chromatická adaptace a bude o ní pojednáno v kapitole měření barev.

Obr. 25: EyeOne – nastavení barvy bílého bodu a hodnoty gamma

Co to je Gamma

Hodnota gamma má svůj fyzikální původ právě u CRT monitorů. Popisuje vztah mezi vnímaným jasem monitoru a napětím na elektrodě, která emituje elektrony. Ty poté dopadají na lumonofor, kde je jejich energie přeměněna na viditelné záření. Čím větší bude napětí na elektrodě, tím bude uvolněno více elektronů a jasnější bude obraz. Závislost mezi napětím na elektrodě a vnímaným jasem není lineární, průhěh odpovídá křivce na obrázku 26.

Obr. 26: Ukázka gamma křivky

Znamená to tedy, že dvojnásobná změna napětí se neprojeví dvojnásobným zvýšením jasu. Křivku je možné popsat vztahem:

L = c × Ug

L … relativní jas

c … konstanta

U … napětí na elektrodě

g … gamma

Co gamma popisuje a jak ji správně nastavit

Jinak řečeno, Gamma charakterizuje křivku reprodukce tónů. Nastavení tohoto parametru určuje zejména, jak světlé budou střední tóny. Nevhodné nastavení tohoto parametru způsobí tzv. posterizací (nerovnoměrný přechod mezi tóny).

Jak bylo zmíněno, gamma má svůj fyzikální původ u CRT monitorů, u LCD monitorů vzhledem k principu nemá opodstatnění. Nenechte se zmást. Některé LCD monitory přesto obsahují tlačítka na změnu hodnoty gamma. Veškeré úpravy se však provádí změnou dat LUT tabulky grafické karty a jakékoliv změna LUT tabulky grafické karty znamená ztrátu barevné informace v tomot případě projevujíc se posterizací. U LCD displejů vyšší kategorie je tato nevýhoda částečně kompenzována zabudováním separátní LUT tabulky do zařízení.

Doporučené nastavení hodnoty gamma

U počítačů Macintosh byla hodnota gamma tradičně nastavována na 1,8. Možným vysvětlením je zajištění správy barev mezi monitorem a laserovou tiskárnou LaserWriter – hodnota gammy 1,8 zhruba odpovídala charakteru nárůstu tiskového bodu této tiskárny, a tak byla na určité úrovni zajištěna správa barev (Nárůst tiskového bodu tiskárny LaserWriter odpovídal hodnotě gamma monitoru 1,8. Zobrazení na monitoru tak přibližně odpovídalo tiskové reprodukci). Vzhledem k faktu, že v dnes používaném otevřeném systému je správa barev jednotlivých zařízení řešena nezávisle k ostatním (profilem tiskárny a monitoru) lze pro obě platformy doporučit hodnota 2,2, která poskytuje lepší zobrazení ve středních tónech. Studie provedená společností HP ukázala, že hodnota gammy 2,2 blízce koresponduje s lidským vizuálním systémem. Je-li nastavena gamma 2,2 lidské oko vnímá rozložení tónové stupnice jako rovnoměrné, ačkoli numericky samozřejmě není (Weberův-Fechnerův zákon).

Následuje definice dynamického rozsahu – tj. jasu bílé a černé barvy.

Jas bílého bodu

Jas bílého bodu specifikuje, jak moc bude monitor zářit. Vyjadřuje se v cd/m2. Čím vyšší je hodnota, tím více bude monitor zářit. U CRT monitorů se regulace provádí tlačítkem kontrast.

U LCD monitoru, vzhledem k jejich principu, upravujeme při nastavení jasu bílého bodu intenzitu zadního podsvětlení displeje. Regulace se provádí tlačítkem brightness, které je často jediným reálným ovládacím prvkem LCD displejů. Pozor u CRT monitorů má tlačítko brightness zcela jiný význam – slouží naopak pro nastavení jasu černého bodu.

Jak si dále povíme u LCD monitorů nelze provést nastavení jasu černého bodu nezávisle od jasu bílého bodu, protože mají fixní kontrastní poměr a zvýšením jasu bílého bodu zároveň zvýšíme jas černého bodu.

Přestože definice podmínek hodnocení není mimořádně těžká, neexistuje doposud žádná norma, která by tyto podmínky definovala. Monitory mají omezený rozsah jasu. Zatímco průměrná hodnota jasu panelů na prohlížení diapozitivů je 1300 cd/m2 a tomu odpovídající hodnota osvětlení tiskové reprodukce v kolorimetrické skříni (viewing booths) cca 2100 lx pohybuje se jas běžného barevného monitoru okolo 80 cd/m2. Jas monitorů je tak ve srovnání s intenzitou osvětlení v kolorimetrické skříni o řád nižší. Z tohoto důvodu je vhodné při porovnávání tiskové reprodukce se zobrazením na monitoru snížit hodnotu osvětlení tiskoviny.

Některé sady na vytváření profilů umožňují uživateli během kalibrace nastavení jasu bílého bodu, u jiných tato možnost chybí. Při kalibraci se tak použije hodnota, která byla předdefinována výrobci daného SW. Běžné hodnoty:

  • CRT: 85–95 cd/m2
  • LCD: 110–140 cd/m2
  • Laptop: 90 cd/m2

Nastavení příliš vysokých hodnot však snižuje životnost displejů. U CRT jsou uvedené hodnoty jasu reprodukovatelné po dobu 3 let, ale často i déle. Naproti tom jas LCD monitorů klesne po 18 měsících zhruba na 1/2 původní hodnoty. Vzhledem k tomu, že v porovnání s CRT monitory ale LCD dosahují vyšších jasů, je možné zvolit jas bílého bodu níže než je maximální hodnota daného LCD monitoru. Tím získáme určitou rezervu, kterou bude možné kompenzovat úbytek jasu způsobený stárnutím zadního podstvětlení displeje.

Při nastavení požadované hodnoty jasu bílého bodu postupujeme tak, že nejprve nastavíme kontrast (CRT) nebo v případě LCD brightness na maximum. Poté je sondou změří vzorky achromatických barev na jejichž základě je provedena buď manuální nebo automatická úprava jasu na požadovanou hodnotu.

Jas černého bodu

Druhou částí dynamického rozsahu je specifikace jasu černého bodu, který definuje podání černé. Cílem je nastavit takovou hodnotu, která je o malinko vyšší, než pokud do monitoru nejsou zasílány žádné signály.

Obr. 27: Možnosti nastavení černého bodu

Správné nastavení je složitější než nastavení bílého bodu, protože u mnohých CRT monitorů při zobrazovaní tmavých odstínů je obraz méně stabilní a většina měřících zařízení vykazuje nižší reprodukovatelnost výsledků při měření tmavých odstínů. U CRT monitorů se jas černého bodu reguluje tlačítkem na úpravu jasu brightness. U převážné většiny LCD monitorů však nelze upravovat jas černého bílého bodu nezávisle na sobě, protože mají fixní kontrastní poměr a zvýšení jasu bílého budu tak zároveň ovlivní jas černého bodu. Pokud tedy monitor nebo použitý SW neumožňuje nastavení černého bodu, nezbyde nám nic jiného než tento krok přeskočit a přijmout blíže nespecifikované nastavení provedené daným profilovacím SW.

Zvolíme-li černý bod příliš nízko ořežeme některé šedé odstíny, naopak, pokud je nastaven příliš vysoko, dostaneme místo černé barvy tmavě šedou.

Na co pamatovat při vytváření profilů zobrazovacích systémů

  • Úchyty na kalibrační sondy s přídavkami jsou určeny pro CRT monitory a LCD displeje mohou poškodit. V těchto případech je nutné použít speciální úchyty.
  • K zajištění stability obrazu by měl být monitor před začátkem činnosti zapnutý alespoň 30 minut (U CRT je tato doba potřebná k stabilizaci výkonu el. děl, v případě LCD k stabilizaci zadního podstvětlení, zejména jeho fluorescenční složky).
  • Měření mohou negativně ovlivnit spořiče monitorů, otisky prstů, různé nečistoty, proto je vhodné spořiče vypnout a obrazovku očistit. Dále je užitečné nastavit polohu dialogového okna OSD tak, aby nezakrývalo důležité informace dialogového okna aplikace na vytváření profilů.
  • Na podání barev na monitoru mají velký vliv okolní světelné podmínky. Některé sady pro vytváření ICC profilů umožňují měření a následnou korekci na okolní záření. Obecně platí, že světelné podmínky při posuzování barev na monitoru by měly odpovídat těm, za kterých byl profil vytvořen. Je tedy jasné, že umístění monitoru v blízkosti okna není vhodné, protože změna vnějších světelných podmínek (počasí) během dne ovlivňuje světelné podmínky v místnosti. Podobně je však vnímání barev ovlivněno lidským faktorem náladou, únavou...).
  • Zobrazení barev může být ovlivněno řadou faktorů – mezi nejdůležitější patří rozlišení, obnovovací frekvence a velikost obrazu. Nastavení těchto parametrů je nutné zvážit a provést před začátkem kalibrace a charakterizace.
  • Základní rozdíl mezi CRT a LCD monitory je ve způsobu regulace jednotlivých parametrů – viz tabulka 1.

    Tab. 1: Způsob nastavení jednotlivých parametrů

    LCD parametr CRT
    SW
    LUT
    barva bílého bodu HW
    změna výkonu jednotlivých el. děl
    SW
    LUT
    gamma HW
    HW
    LCD panely mají fixní kontrastní poměr (jas bílého a černého bodu jsou na sobě závislé)
    jas bílého a černého bodu HW
    úprava jasu a kontrastku
    jsou skladné výhody nastavení HW prvky
    některé typy mají malou barevnou hloubku (TN pouze 3 × 6 bitů) nevýhody objemná zařízení
    vliv úhlu pozorování zdravotní problémy
    Hlavním problémem LCD monitorů je nastavení jednotlivých parametrů, které se často provádí úpravou LUT tabulky. Úprava LUT tabulky na počátku kalibračního procesu znamená, že v průběhu budeme modifikovat již upravenou LUT, čímž dojde ke ztrátě barevné informace. Proto je vždy preferováno nastavení pomocí HW ovládacích prvků. Někteří výrobci se snaží tento problém částečně kompenzovat implentací další LUT tabulky přímo do LCD panelu.
  • Vlastní proces kalibrace a charakterizace začínáme tím, že nastavíme nejvyšší možný kontrast a nejnižší možný jas – většina systémů k tomuto kroku automaticky obsluhu vyzve. Dále pak pokračujeme dle pokynů konkrétní aplikace.
  • Protože se charakterizace vztahuje ke konkrétním podmínkám, doporučuje se po vytvoření profilu zabezpečit analogové ovládací prvky proti nechtěné manipulaci například přelepením lepící páskou.

Jak často kalibraci monitoru provádět

Obecně je frekvence kalibrace určena tím, jak se mění chování daného zařízení v čase. Z faktorů, které se u CRT monitorů podílí na stabilitě, lze jmenovat degradaci luminoforů a hodnotu jasu bílého bodu (nastavení vysokých hodnot snižuje životnost monitoru). U LCD monitorů je stabilita ovlivněna degradací zadního podsvětlní, jak je zmiňováno u nastavení bílého bodu. Optimální je provádět kalibraci alespoň jedenkrát měsíčně.