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停止扯淡!!漫谈显示器色彩管理(一)

停止扯淡!!漫谈显示器色彩管理(一)

最近由于刚换了显示器,因此对显示器进行了校色。

在对校色结果的白点(White Point)值不正常的原因进行查资料分析的时候,发现绝大部分人对显示器校色以及色彩管理都一知半解甚至完全是胡扯。

又鉴于无论是英文材料还是中文材料,都没有人对显示器校色以及色彩管理做过完整地、系统地描述说明和解释,都只是零零散散说到一些片段,因此决定写这篇文章来向对色彩管理有需求的人说明色彩管理的来龙去脉,让所有人对色彩管理、显示器校色等概念都有一个比较清楚的认识。

本来打算一篇文章搞定的,却发现需要解释的地方太多,所以还是分为N篇吧,N应该会大于等于3。

本篇作为开篇,先明确一些专用名词或定义,在后面的文章中,有时可能不会用中文,因为有些英文名词确实不太好恰当翻译成中文。

注:本文讨论的范畴是PC及Mac OS下的色彩管理知识,不对超过此范畴的知识做过多解释和讨论。

1. Color Management:色彩管理。对于PC和Mac环境来说,完整的色彩管理分为三个步骤:Calibrate、Profile和Mapping。单纯做Profile或Calibration都无法实现正确的色彩管理,这个后面再慢慢讲。


2. Color Management System/CMS:色彩管理系统。跟网站的CMS/Content Management System不是一个东西。

3. Monitor Calibrate:显示器校正(投影仪、打印机等色彩输出设备都可以被校色,但非专业场合通常情况下都不需要这样做)。

4. LUT:Look-Up Table,颜色转换查找表。一般LUT都被置于显卡驱动或操作系统色彩管理模块内,中高端显示器中也会内置LUT。LUT通常情况下根据精度可以分为6bit、8bit、10bit、12bit和14bit。显卡驱动中的软LUT甚至可以达到128bit。但LUT的转换精度始终受限于显示器面板的色彩精度。同样的原理也存在于曾经的MIDI设备中。用以前的和弦手机举例:所谓的64和弦、256和弦,就是指其内置了不同容量的MIDI波形表,可能是硬波表,也可能是软波表。但最终的同时发声数,还是取决于蜂鸣器(那个应该不算是扬声器单元吧)的同时发声数。

5.Gamut:色域。色域的概念就是字面意思,指在某个范围内所能描述的自然界可见光颜色范围,也是对色彩进行编码的一种方式。无论是色彩输入设备(色彩源)还是色彩输出设备,都具有自己的特定色域。色域会根据颜色模式的不同而发生描述方式上和色域覆盖范围上的不同。常见颜色模式有:RGB、CMYK、YUV和Lab 。RGB最为常见,也是被最广泛使用和认可的颜色模式;CMYK主要用于印刷,其描述的色彩数量少于RGB模式;YUV主要用于视频的色彩描述;Lab主要被Photoshop等专业图形处理软件使用,因为其能够表达的色彩数量是最多的,涵盖了整个自然界中的所有可见光色彩。而本文只重点以RGB色域作为典型讨论对象。常见RGB色域如下表所示:

(引自Wikipedia)

答疑:有人质疑Gamut之间无法比较色彩范围的广和窄。有这种看法是把Gamut与Color Space画上了等号。上面说过Gamut是编码色彩的方式,既然是编码,当然有编码范围的大小之分。下面这张图就是常见的几个Gamut范围大小的对比图。


从此图可以看出,前文所说的RGB Gamut范围比CMYK Gamut更广是没有任何问题的。

6. Wide Gamut:广义上是广色域的意思。广色域泛指超过72% NTSC色域的其他所有色域,如ARGB、CIE RGB、ProPhotoRGB等。狭义上特指Adobe Wide Gamut RGB这种色域。

7. Color Space:色彩空间。色彩空间与色域有些不同。大部分时候,两个单词可以互相调换。但实际上,Color Space是特指某一个色彩范围,如sRGB、ARGB,而Gamut是泛指在某种色彩模式下的整个可见光的色彩范围。

8. White Point:白点。在RGB色彩模式下,用于描述白点的概念是色温。绝大部分RGB色彩模式的白点都是D65,即6500K。此处需注意,白点只是用于定义某个色域在显示纯白色彩时的标准色温,不能说明颜色是否正确,因为每个人对色彩的感知是不同的。即使色温偏离某个色彩的标准白点,经过校正后,整个色域也可被完全覆盖并正确显示颜色(即根据白点的偏移,将整个色域映射到对应空间)。例如在处理照片时,通常情况下行业标准都是ARGB色域+5500K色温。

9. Gamma:Gamma在不同情况下有不同定义,这也是前文提到的,有些概念用中文不好表达的原因。对于绝大部分显示器而言,Gamma是固定不变的物理特性,而中高端显示器的Gamma是可以在一定范围内变更的,以满足不同行业的需求。显示器Gamma值的意义在于解码图像的Gamma值以及匹配色彩系统的Gamma值,使三者变换的叠加值等于1,从而正确显示图像色彩,避免失真。目前Windows以及MacOS的标准Gamma值都是2.2(Mac OS曾经是1.8,直到OSX后变为了2.2),HDTV等视频图像的标准Gamma值通常是2.4。

10. CIE xy:用于直观表达色彩空间的坐标体系,而参考色域则是CIE 1931 XYZ,也就是说CIE xy的坐标范围就是CIE 1931 XYZ色域的覆盖范围。而前面提到的sRGB、ARGB、ProPhotoRGB等色域,通常情况下均是在CIE xy中被量化的。见下图所示:

11. Profile:与Gamma类似,在不同情况下也有不同含义。作为动词时,Profile指对色彩输出设备(如显示器)或某个色域进行特性化,也就是识别某一单一个体在表现颜色时的特性。作为名词时,Profile指经过特性化后生成的与该色彩输出设备对应的特征描述文件,也被各种软硬件用来定义一个色域范围。通常情况下,该文件后缀名为.icc。icc文件在Mac OS上的后缀名是.icm,实际上是同一个东西。

12. Color Calibrator:校色仪。硬件校色仪器可以分为两种:Colorimeter和Spectrometer,及分色计和分光计。一般来说,对于色彩感知,两者的精确度没有太大差别,但分光计可以感知可见光的波长,而分色计无能为力。这也是i1 Display Pro和Spyder 4 Elite这两个分色计在验证使用了GB-LED的U3014时,出现对白点检测不准的原因(后面再讲)。但大多数情况下,用分色计就完全可以满足准专业甚至专业环境下对校色精确度的要求了。

顺带提一下,价格比较亲民的分光计的选择范围很窄,而各方面都比较优秀的产品是X-Rite ColorMunki Photo Spectrophotometer,价格在3500左右:

13. Delta E:即ΔE,用来描述标准色域的某一点的色彩与实际测量到的色彩间的差值。ΔE=2是一个分水岭,当ΔE≤2时,色差无法被肉眼察觉(写轮眼也不例外),而当ΔE超过2时,色差逐渐能被肉眼明显辨别。因此判断一款显示器好坏的决定性因素就是经过校色以及色彩管理后,其ΔE的平均值大小。准专业显示器的ΔE平均值应该至少低于2,专业显示器应该低于1。

14. Luminance:亮度值,单位是cd/m²。亮度值几乎是99%的在售显示器上唯一的硬件控制选项,因为其直接作用于背光源。大部分显示器即使带有色彩调整(例如RGB三原色调整),也都是通过软件方式模拟的,模拟依据或来源是显卡的LUT。注意:亮度值与色温是无关的。虽然调整亮度会让显示器看起来色彩发生了变化,但这只是因为人眼对光度更敏感,而对色度不那么敏感,所以亮度变化会给人造成色彩也发生改变的错觉。换句话说,校色后改变显示器亮度,不会造成显示器不能正确显示色彩,但会让使用者感到颜色不正常(有点绕口,需要好好琢磨一下。同理,一段音乐的音量大小变化,也不会影响当中乐器的音色和音调)。

15. Backlit:背光源。由于TFT液晶显示器面板自身是不发光的,因此需要依靠背光源进行照明(AMOLED属于LED面板,不属于TFT液晶面板)。目前常见的LCD背光源分为两种:CCFL、LED。CCFL是冷阴极荧光灯,LED是发光二极管。注意:LED背光源不等于LED面板,这曾经被99%的人弄混淆过,各厂家也无良打出LED显示器、LED电视的宣传口号误人子弟。区别在于LED面板是自发光,不需要背光源照明。

LED背光源又分为W-LED、GB-LED、RGB-LED等,其中W-LED最常见。虽然是White-LED的缩写,实际上W-LED发出的并不是标准的D65白光,而是色温偏高的蓝色光。这会造成使用W-LED的显示器色域很难做到很广,并且使用者观看起来会觉得很累。RGB-LED是让一颗LED能够发出红绿蓝三种颜色的光线,从而实现在显示不同颜色时,调节RGB三原色发出最合适的背光色彩,而这种背光源成本和技术门槛都是最高的。GB-LED是最近才兴起的技术,能够通过绿蓝LED模拟CCFL背光的效果,因此算是一种折中方案。

16. TFT:Thin Film Transistor,薄膜晶体管。TFT-LCD是液晶面板的统称,而不是某一种面板的代名词(多谢@张晗 指正)。常见TFT-LCD面板的种类有TN、VA(又分PVA和MVA)、IPS(根据档次由低到高又分E-IPS、S-IPS、P-IPS、H-IPS、AH-IPS)、CPA等。又需要特别强调的是,夏普的ASV面板是VA面板的一种;三星的PLS实际上就是IPS,只不过IPS是日立卖给LG的专利,棒子为了掩人耳目就自行搞了一套几乎等同于IPS的面板技术,命名为PLS。具体可以参考这篇文章:Samsung S27A850 Monitor: Samsung Does IPS, Calls it Super PLS

IPS种类较多,E-IPS是低成本的廉价解决方案,对比TN的优势仅在于广视角。S-IPS被运用的范围最广,性价比也最高,各类号称专业以及大部分准专业显示器都是用S-IPS面板。H-IPS极为稀少,大部分号称H-IPS的显示器实际上都是S-IPS或P-IPS。网传的各种验证方法(比如用手按,能出梅花状等)也是胡扯的。H-IPS是LG在日立的S-IPS技术基础上搞出来的优化方案。目前市面上常见的H-IPS面板的显示器仅有:Philips 240PW9EB/00(平民神器)、DELL U2408WFP/U2410/2413、DELL U2711/U2713H/HM、DELL U3011/3008WFP、Apple iMac 24"、Cinema Display 24/27、NEC SpectraView/LCD xx90、EIZO CG/SX 24x/30x、HP ZR/LP、ASUS PA246Q/249Q/279Q等等。总之,常见H-IPS面板的显示器型号及面板型号可以在这个网站检索到:TFT Central - LCD Monitor Information, Reviews, Guides and News因此下次选购显示器,如果有某厂家用S-IPS或P-IPS面板冒充H-IPS做宣传的,请大嘴巴抽他。

AH-IPS是LG近一两年才搞出来的新东西,又要分用来取代E-IPS的低端型号和面向专业级显示器的高端型号。与H-IPS相比,高端的AH-IPS面板质量没有什么区别,但解决了H-IPS开口率低的问题(低亮度下对比度偏低,也就是透光率不高),也对面板寿命和像素点密度等参数进行了优化。

另外,面板材质与显示器质量有关系,但不是决定性因素。专业显示器也有少部分是TN面板(EIZO就有),而IPS也有廉价产品(各种AOC、Acer、BenQ等,躺枪的朋友Sorry了。。。),关键在于面板本身的质量、驱动电路的调校和出厂的预校准。



OK,关于色彩管理的第一部分 - 基础概念和铺垫的文章就先暂时写到这儿。后面如果又想起什么重要的东西,再不定期添加。

编辑于 2014-10-15

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