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一次了解顯示器色彩知識-專有名詞

真平布幕 孫耀忠

了解標準影像的重要性後,筆者開始解釋比較深的專有名詞,這些名詞google一下都找得到很詳細的解釋,但通常都太過繁瑣艱澀,很少就用家的角度來說明,筆者接下來僅說明這些專有名詞的用法,詳細內容如果有興趣,就請再自行google。

1. CIE 1931圖

想要了解色彩學,這張圖一定要弄懂怎麼用。其中CIE是代表國際照明協會,1931是代表這圖是在1931年建立。當年是利用實驗的方法,間接建立實際光譜跟視覺感受之間的數學關係。

在圖面上有一個馬蹄型的彩色圖型,這個範圍代表肉眼可以看到的全部色彩,周圍有標數字是部份從380~700是代表可見光的波長,單位是nm。中間有條黑色曲線代表是黑體色溫曲線,與其交叉的短直線則是代表相同色溫的點,上面有標註色溫。

這些只要大概知道就好,在本文中比較重要的是圖上座標怎麼用。橫軸的數字代x座標(一定要小寫),縱軸是y座標(一定要小寫),另外還垂直圖面的是Y(一定要大寫)座標,在圖上沒辦法表示出來。這三個一般會寫成xyY,稱為色度座標,而其中較重要的是xy座標。色度座標怎麼計算出來的,對於使用者並不重要,後述的色彩量測儀器及軟體都會直接顯示出讀值,實際使用上就是根據儀器或軟體給的xy座標值,在圖面上標出位置,如此而已。另外還需要建立一個觀念,即使兩者實際光譜的分佈是不同,只要兩個顏色的xyY色度座標相同,我們的肉眼是沒辦法分出差異的,這是在使用CIE 1931圖最重要的觀念。

2.色彩模型、色彩空間、色域:

這三個專有名詞放在一起講的主要原因是因為很多網路上的文章會把這個三個名詞混用,對於初入門者的閱讀造成困擾。

色彩模型是一種色彩分類的抽象數學模型,通過一組數字來描述顏色彩,例如常見的RGB、CMYK或是HSL、HSV、HIS等,這些在研究色彩學上比較需要,顯示器用戶並不需要了解這些,但會提出來講,主要是一些網路文章會把色彩模型講成色彩空間,造成讀者混淆。色彩模型最重要的特徵是它只有在談論色彩數值化的方式,並沒有對應實體的色彩。例如某數位影像是用RGB的方式記錄,但並沒有說明這RGB實體上是對應到什麼樣的RGB色彩。

色彩空間是指我們在處理影像時,指定影像色彩對應的工作空間。如果一個影像檔案沒有指定它所使用的色彩空間,那就如同開頭的例子,只是一堆數字而已,我們沒辦法知道它真正的色彩是長什麼樣子。常見的色彩空間,例如:討論色彩學時常用的CIE 1931色彩空間、CIELAB色彩空間、CIELUV色彩空間; 攝影常用的Adobe RGB、sRGB; 一般影片常用Rec. ITU-R BT.709、Rec. ITU-R BT.2020;電影業常用的DCI-P3、ACES等。

色域是指顯示器實際測量出來能夠顯示的色彩範圍。因為前述提到處理影像時需要指定色彩空間,於是有許多專業用顯示器是直接對應到前述的色彩空間,讓工作者可以直接檢視原汁原味的影像,這時在顯示器的規格書上會寫對應「XX色域」,例如AdobeRGB色域、sRGB色域、BT.709色域等。

這些字眼又跟色彩空間重覆,這個部份就是大部份討論色彩相關文章混用最嚴重的地方,也是最容易造成讀者混淆或廠商玩弄文字遊戲的地方。其實色彩模型、色彩空間、色域最大的分別是色彩模型只談論顏色分類的原理與數值化,是抽像的,沒有對應實體的顏色;色彩空間的數值就會對應到實體的顏色;色域則是單指顯示器的物理特性,只是專業用顯示器的色域會根據用途對應到特定色彩空間因而造成名稱重覆。

3.白點及灰階

在不同影像標準中,都會定義該影像標準所用的白點,白點一般較不專業的人會講色溫,但實際上參考前述CIE1931圖上的色溫曲線,在CIE1931圖上會有許多點都是相同的色溫,而影像標準所講的白點,在CIE1931圖是指唯一的點,例如常用的D65,它是代表在CIE 1931圖上xy座標 (0.3127,0.329)的位置。一台標準顯示器的白點必須從最暗到最亮的白(灰)都在規範內,才算合格。如下面的條狀灰階圖,你看起來不是同一種灰,那你目前用的顯示器的灰階一定有問題。

4. Gamma、PQ曲線

這兩個名詞都是不同影像標準下EOTF的稱呼,而EOTF是 Electro-Optical Transfer Function 的縮寫,翻成中文就是電-光轉換函數,簡單來說顯示器的輸入訊號對應實際光輸出所描繪出來的曲線,而這條曲線必須符合影像標準的要求,才能正確顯示影像。

在以往顯示器都是CRT映像管的天下,而CRT的EOTF跟數學上的冪次函數(Power Function)一樣的,所以就直接把冪次數字稱為這個顯示器的Gamma,也就是 光輸出=(輸入訊號)^Gamma[]。一般在描繪Gamma曲線時,橫軸是代表0到最大的輸入訊號,縱軸是代表光輸出強度。因為每個影像標準的輸入訊號範圍及顯示器亮度不同,一般都會把這兩軸做數學上的正規化,也就是把最大值變成1。看到這裏,大家可能還是看不懂,其實Gamma 2就是我們平常熟悉的平方曲線,只要在Excel裏,橫軸設定成0~1,縱軸設定成0~1的平方,整條曲線就是Gamma 2的曲線,而常見的Gamma 2.2畫出來會更凹。

[ 1 ]備註: “IEEE 100: The Authoritative Dictionary of IEEE Standards Terms,” IEEE, 7th ed., 2000.

如下圖是Gamma 2、2.2、2.4畫在一起給大家參考:

近年來HDR(High Dynamic Range)影像標準出現,搭配新的EOTF函數,這個函數相當複雜,沒辦法像以前用單一數字來代表,為了怕混淆,於是定義了一個新名詞稱為Perceptual Quantizer(PQ)曲線,同時以往使用的Gamma曲線,相對於HDR,也改稱做SDR。此外PQ曲線跟以往的Gamma曲線還有一個很大的不同,HDR的PQ曲線在縱軸上是用絕對的亮度值而不是等化成1,這在實務上有很大的意義,細節以後有機會再另文詳述。HDR目前用的PQ曲線由 SMPTE ST 2084規範所定義,PQ曲線如下圖:

了解前述的名詞真正的意義後,看懂顯示器色彩規格就就不會有太大問題,但這些都是顯示器產品型錄上寫的,並不是顯示器真正的狀態,實際在挑選標準顯示器時,最好是能找到第三方的量測數據,在看量測報告時要注意兩點:一是量測人員的專業能力,如同前述証照人員素質都良莠不齊,所以網路上搜到的量測報告必須花點心思過濾。

這裏附上BenQ 護眼廣色域大型液晶S75-900的出廠狀態及校正後的量測報告給大家做參考,出廠狀況已經相當不錯,再經過專業校正後表現更上層樓。

另一是使用的量測器材是什麼,色彩量測儀器有光譜儀及色度計,詳細的差別請參考拙作淺談光譜儀與色度計的差異

取得可信的量測/校正報告後,報告的判讀比較單純,基本上各項色彩誤差值Δ E(Delta E)<3就算合格,對一般人來說,Δ E<3就沒辦法分辨出兩色間的差異。我們只要找到白點、色域、Gamma或PQ曲線都符合該影像標準的顯示器,搭配適合的環境,基本上就能看到標準畫面。

這裏順便說明一下一個很常見的錯誤觀念,理論上最理想的方式當然是用對應的標準顯示器看各種影像標準下的影像,這樣可以得到最好的結果,在對色彩要求精準的工作環境是必須這樣。但實務上,有時需要在不同影像標準的顯示器上看,例如別人傳給你的數位相片是在Adobe RGB色彩空間作業,而你用的是sRGB顯示器,像是這樣的情況。如果在有支援色管的電腦平台,像是Mac或是Windows 7之後的OS,搭配支援色彩管理的軟體,像是Photoshop等,它會幫你做色彩轉換的工作,讓整體的色彩看起來的感覺是相同的而不會有明顯的失真。但這是在有強大運算能力的電腦平台才能這樣做。而一般我們拿來看影片的電視或是投影機是沒有這樣的能力,這時就必須直接選購符合影像標準的電視或投影機,才能看到正確的影像色彩。

總結一下,為什麼影像要用標準看?就影像專業工作者來說,這是必須的,因為前面所說的「顯示器是數位之眼」,眼睛有色偏,後製調色出來的成品就會有問題,這在整個作業流程會造成很大的困擾。

但於一般用戶來說,很多人可能會認為自已的顯示器自已玩,顏色只要我喜歡有什麼不可以?這句話基本上是沒錯,但其實有更多人想要的只是想泡杯咖啡,準備些零食,打開電視好好享受一部影片的簡單用途,根本不想「玩顯示器」,甚至是「被顯示器玩」,這時選購符合影像標準的顯示器就是最佳解法。

試想一下,大家看藝術品時是希望看到真品、高仿、還是劣質品呢?不考慮成本問題,當然是真品最好!就我這幾年幫影像工作者校正過程中,跟影像工作者交流的經驗,他們對於影像美感及色彩的挑剔程度,遠超過一般人的想像,我們只要好好享受他們提供的作品就好。現在數位影像藝術的展示平台主要是顯示器,最常見的就是照片、影片、與電影,用標準畫面觀賞就等於是看真品或高仿品,如果價格合理,為什麼不做呢?

作者簡介 - 孫耀忠

真平影像有限公司負責人/Grandview布幕總代理

台灣標準影像推手及影像校正專家/ 更多影像知識請參考www.isf.com.tw

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