Базовое руководство по калибровке проектора с помощью системы управления цветом (CMS)

Вопрос о том, как добиться точных цветов с помощью системы управления цветом (CMS), периодически задают счастливые обладатели проекторов и телевизоров, позволяющих эту точную регулировку осуществить. Цель статьи в том, чтобы разобрать данный вопрос настолько простым языком, насколько это возможно.


Автор: TomHuffman

Оригинал статьи: http://www.avsforum.com/t/852536/basic-guide-to-color-calibration-using-a-cms-updated-and-enhanced

Примечания переводчика: Несмотря на то, что статья написана в 2007 году, она содержит информацию по настройке цвета, которая не менее актуальна и сегодня. Тем не менее, некоторые из упомянутых в статье наименований измерительных приборов и программного обеспечения вполне могли исчезнуть из продажи.

Статья подверглась минимальной доработке с целью улучшить её понятность.
Здесь и далее, слово дисплей подразумевает любое устройство отображения визуальной информации, включая телевизоры, мониторы, проекторы и пр.
Калибровка проектора предполагает приведение отображаемого изображения в соответствие с тем или иным стандартом, применяемым в индустрии производства видео.

Оборудование, которое требуется для осуществления калибровки

• Колориметр. USB устройство, которое вы направляете на дисплей, чтобы определить цвета и световой поток и передать эту информацию на компьютер. Самое точное устройство по цене менее $1000 – X-Rite i1Pro, хотя пользоваться им далеко не всегда удобно. На втором месте с минимальным отрывом идёт X-Rite Chroma 5, продаваемый только через OEM каналы, по которым также распространяется софт для калибровки. Значительно менее дорогой вариант, но при этом не настолько уж и более неточный – X-Rite Display 2, который также продаётся под обозначением «Pantone Eye-One Display LT» за менее, чем $150. Я бы советовал избегать менее дорогих колориметров, так как они не дают уровень точности, который я бы назвал приемлемым.
• Калибровочное ПО.Вам оно нужно, чтобы интерпретировать данные, получаемые колориметром. Помимо очень дорогих профессиональных программ, есть три хороших варианта для любителей и протребителей: HCFR, CalMan и ChromaPure. HCFR – бесплатное ПО. CalMan и ChromaPure (моего собственного производства) – платные, с ценой около $200, в зависимости от выбранного доп. функционала. 
• Тестовые изображения.Наконец, вам понадобится каким-либо способом отобразить тестовые изображения на экране. Самый простой способ – с помощью DVD. GetGray диск можно скачать и записать на DVD (цена $25). Можно воспользоваться дисками, приложениями к различным кино-журналам, или создать свой - из имеющихся у себя  фильмов, нарезав из них различные сцены, годные для нашей задачи...
• Фотометр (опционально).Если у вас проектор, то я считаю, что измеритель освещённости AEMC CA813 будет полезен, чтобы производить все измерения, не требующие параметров цвета, например контрастности, уровня чёрного и пр. Это – точный и недорогой инструмент, которым очень легко пользоваться.
  

Если всё вышеперечисленное у вас на руках, то вы готовы приступить к калибровке цветов проектора.

Для начала, изложу несколько основных принципов и терминов.
Параметры цветов определяют по двум направлениям:

• Регулировка динамического баланса белого («шкалы серого»), или Gray scale tracking. 
• 
  Данному аспекту цветовых характеристик дисплея уделяют наибольшее внимание, он относится к способности дисплея отображать нейтральный оттенок белого на всём протяжении шкалы, от самого тёмного чёрного, до самого яркого белого. Если дисплей не в состоянии этого сделать, то все цвета будут выглядеть очень неестественно:
  
  
  
  (На втором изображении шкала серого очевидным образом сдвинута в сторону синего, что заметно на всём её протяжении)
  
  
• Цветовой охват/цветовая палитра(Color gamut). Это – диапазон цветов, которые способен отобразить данный дисплей. Популярным вариантом представления этой палитры является треугольная диаграмма, именуемая диаграммой CIE, или диаграммой цветности. Диаграмма организует цвета по координатам x и y:
  
  
  На диаграмме точками обозначены белый цвет, базовые цвета (Красный, Синий, Зелёный) и дополнительные цвета (зелёно-голубой/циан, жёлтый, пурпурный/маджента).
  
  Цвет также обладает параметром яркости (luminance), который не представлен на диаграмме. Можно представить, что яркость меняется по оси z:
  
  
  Итак, координаты xy на диаграмме определяют базовые цвета (красный, зелёный и синий) и точку белого. Дополнительные цвета (циан (голубой), маджента(пурпурный) и жёлтый) получаются из координат базовых цветов и точки белого. Каждый из этих цветов точно определён на осях xy для всех форматов видео. Все коммерческие видео-материалы производятся в соответствии с этими стандартами. Если дисплей не в состоянии точно отображает цветовую палитру, то это негативно скажется на изображении. За последние годы, кажется, цифровые дисплеи стали исключительно неточными в этом отношении. Единственный метод, позволяющий это исправить – это CMS (система управления цветом). CMS позволяет коренным образом повлиять на работу дисплея, но на немногих дисплеях она есть, а из тех, у кого она есть, не всегда работает правильно.
  
  На фотографии ниже - стандартная для сегодняшнего рынка картина: чтобы убедиться в преимуществах того или иного дисплея, покупателю демонстрируют пёстрые, кричащие цвета, которые могут совершенно не соответствовать тому, что хотел передать режиссёр. Дисплеи зачастую продаются с намеренно неточно установленной цветопередачей.
  
  
  
  

Важно понимать, что эти две стороны точной цветопередачи, шкала серого и цветовая палитра, хотя и влияют друг на друга, но являются, по большей части, независимыми. У вас может быть хороший баланс белого и неточная цветовая палитра. Каждый аспект нужно настраивать отдельно.

Терминология

• xyY - Стандартный метод точного определения цветов. x и y – координаты, размещающие цвет на диаграмме CIE, упомянутой выше. Метод позволяет графически представить зафиксированные в стандартах описания цветов. Y обозначает яркость цвета, которая не находится в плоскости xy.
  Далее мы встретимся также с цветовыми пространствами, базирующимися на CIE, но слегка отличающимися, в которых цвета определяются похожим образом: Lab и Luv, где L(lightness) - аналог яркости Y, а ab и uv аналогичны xy диграммы CIE.
• Насыщенность(Saturation) – насыщенность цвета сравнительно с собственной яркостью. На диаграмме CIE насыщенность – это расстояние от белого до цвета. Убавьте насыщенность, - и цвет станет менее цветной версией самого себя, сохранив прежнюю яркость. 
• Цветовой тон, оттенок(Hue) – главная характеристика, позволяющая отличить один цвет от другого. Тон цвета определяется углом относительно точки белого. Если оттенки сбиты, то каждый цвет будет выглядеть, будто в нём имеется примесь другого цвета. К примеру, красный с желтоватой примесью будет выглядеть, как оранжевый. Синий с добавкой красного будет выглядеть слегка фиолетовым.
  
  
  На изображении показано, к каким изменениям жёлтого цвета приводит изменение насыщенности, а к каким - тона.
• Яркость(Brightness) – яркость цвета. Яркость цвета (или белого) может быть измерена простым фотометром.

Для всех практических задач отображаемые устройством цвета могут быть адекватно описаны через три вышеупомянутые характеристики: насыщенность, цветовой тон (оттенок) и яркость. Так как «лучше один раз увидеть», вот примеры, иллюстрирующие эти три характеристики:

Насыщенность

Оттенок/тон

Яркость

В каждом из примеров зелёный справа сдвинут примерно в одинаковой степени. В первом случае – в сторону уменьшения насыщенности, во втором – в сторону желтоватого оттенка, в третьем – снижена яркость.

Как эти понятия связаны?

Координаты цвета xy задают его насыщенность и оттенок. Значение Y задаёт яркость. Правильные координаты xy для всех базовых цветов определены эталонными точками на треугольной диаграмме цветности CIE. Если цвет отклоняется от эталонной точки, смещаясь в сторону других цветов диаграммы, то тон неправильный и нуждается в корректировке. Если цвет смещён ближе или дальше относительно точки белого на диаграмме относительно эталона, то насыщенность неверная и нуждается в корректировке. Наконец, если цвет слишком яркий или тёмный по отношению к эталону (не показанному на диаграмме, но определённому математически), то яркость неверна и нуждается в корректировке.

Координаты цветов на диаграмме CIE по различным стандартам

SMPTE-C				Rec. 709
	x	y	Y		x	y	Y
Кр.	0.6300	0.3400	0.2124	Кр.	0.6400	0.3300	0.2126
Зел.	0.3100	0.5950	0.7011	Зел.	0.3000	0.6000	0.7152
Син.	0.1550	0.0700	0.0866	Син.	0.1500	0.0600	0.0722
Жел.	0.4209	0.5067	0.9134	Жел.	0.4193	0.5053	0.9278
Циан	0.2306	0.3262	0.7876	Циан	0.2246	0.3287	0.7874
Мадж.	0.3144	0.1606	0.2989	Мадж.	0.3209	0.1542	0.2848
Бел.	0.3127	0.3290	1.0000	Бел.	0.3127	0.3290	1.0000
EBU				DCI
	x	y	Y		x	y	Y
Кр.	0.6400	0.3300	0.2220	Кр.	0.6800	0.3200	0.2095
Зел.	0.2900	0.6000	0.7067	Зел.	0.2650	0.6900	0.7216
Син.	0.1500	0.0600	0.0713	Син.	0.1500	0.0600	0.0689
Жел.	0.4172	0.5018	0.9287	Жел.	0.4248	0.5476	0.9311
Циан	0.2197	0.3287	0.7780	Циан	0.2048	0.3602	0.7905
Мадж.	0.3271	0.1576	0.2933	Мадж.	0.3424	0.1544	0.2784
Бел.	0.3127	0.3290	1.0000	Бел.	0.3140	0.3510	1.0000

 
Из всех перечисленных, только координаты xy для основных цветов и белого являются абсолютными. Дополнительные цвета и значения яркости являются производными от координат основных цветов и точки белого. Если у вас основные цвета совпадают с этими стандартами, то этот список правильно определяет яркость, насыщенность и тон ваших дополнительных цветов. Однако, при отличающемся наборе основных цветов, вам, возможно, надо будет нацелиться на на немного другие значения яркости, тона и насыщенности дополнительных цветов. Вычисления, необходимые для описания этих взаимосвязей, слишком громоздкие, чтобы размещать из здесь, но в хорошем калибровочном ПО это всё учитывается.

Хотя чёткие и быстрые рецепты отсутствуют, я бы производил регулировку цветов в следующем порядке:

1. Уровни белого и чёрного
2. Шкала серого
3. Цвет/Оттенок
4. Цветовая палитра

Закончив настройку, возвращайтесь к началу и заново измеряйте эти параметры, так как изменение одного могло повлиять на остальные.