Еще раз о калибровке мониторов


Вопрос о том, видим ли мы художественное произведение в том виде, в каком его создал автор и каким он видел его сам сразу после окончания работы, древен как мир. Художнику каменного века было относительно просто: наскальная живопись редко переносилась из пещеры в пещеру, вариантов освещения было тоже не так уж много: либо довольно стабильное естественное освещение, правда, оно менялось в зависимости от времени суток и погоды, либо свет костра, который, вероятно, сильно отличался по яркости, но не по цветовой температуре. В последующие века в наиболее выгодной ситуации оказались произведения, выполненные из мозаики, которые можно и через несколько тысяч лет видеть в почти первозданном виде, и фрески, которые подвержены времени, но неподвижны в пространстве, и в случае естественного освещения есть надежда увидеть их так же, как и автор. Таким образом, для того, чтобы увидеть авторский замысел, нам нужно контролировать только изменение цвета красок.

Вопрос восприятия тесно связан с нашими ожиданиями. И, как мне кажется, иногда мы обвиняем цифровую фотографию отнюдь не в ее персональных грехах, а в уже давно известных проблемах, перенесенных на новую почву. Те, кого мои отступления раздражают, могут сразу перейти к экспериментальным результатам.

При грубой классификации я бы выделил три эффекта, которые надо учитывать.

1. Источник света, с помощью которого осуществляется освещение или проекция. Заслуживает внимания яркость и спектральный состав. В случае линейчатого спектра цветовая температура является условным и недостаточным параметром для характеристики источника. Как следствие из этого, ФотоЭлектроКолориметр является в данном случае недостаточно точным прибором. Необходим спектрофотометр. Известная задача — как обеспечить идентичное освещение, переместив картину из одного помещения в другое, и как проконтролировать эту идентичность.
2. Спектральное поглощение в красках или фильтрах. Основная проблема — это старение красок и, соответственно, контроль этих изменений.
3. Паразитное отражение от поверхности. Специфика сегодняшней ситуации проявляется в том, что проблема точки обзора (угол зрения) теперь связана не только с отражением, но и с пропусканием, особенно в ЖК-мониторах.

Технический прогресс за последние полтораста лет не породил новых сущностей, но увеличил количество степеней свободы. Появилась масса источников света с полосчатым спектром, не описываемых моделью абсолютно черного тела. Кроме того, способов представления стало тоже значительно больше, причем они постоянно меняются. Никакой уверенности, что сегодня способ представления цифровых изображений просуществует больше десятилетия, ни у кого нет. Само по себе цифровое изображение вечно. Мы можем высечь двоичный код на гранитной скале и через тысячу лет считать его и восстановить картинку. Но если мы хотим увидеть его таким, каким видел его автор, то нам необходимо еще описать и условия его просмотра. Формально есть ряд характеристик, которые, казалось бы, решают эту задачу, и эти характеристики могут быть записаны вместе с изображением в файл. Однако на нескольких примерах я попытаюсь показать, что это весьма приблизительное описание, и не только приборы, но и глаз способны уловить различие между двумя изображениями, формально демонстрирующимися в одинаковых условиях.

Если через полгода вам захотелось заново проводить светокоррекцию фотографии, которую вы рассматриваете на том же мониторе, на котором ее и создавали, то весьма вероятно, что проблема не в фотографии, а в том, что необходима реставрация монитора. С этой проблемой можно попытаться справиться с помощью фотоколориметра. Если же за это время вы сменили монитор на новый или заменили видеокарту, или обзавелись новым фотоколориметром, или наконец, перешли на другую операционную систему, то априори ответить, что реставрация пройдет успешно, уже нельзя. Если же пройдет не полгода, а лет десять, то весьма вероятно, что устройства отображения информации будут построены совсем на другом принципе, чем сегодня. Это совсем не так фантастично, как может показаться, потому что в истории фотографии было несколько таких периодов. О двух из них, о существовании которых многие и не подозревают, я хотел бы напомнить, поскольку просматриваются прямые аналогии с сегодняшней ситуацией. Так, сто лет назад Липман получил Нобелевскую премию за создание метода фотографического воспроизведения цветов на основе явления интерференции. Вероятно, это самый точный из ныне известных способов регистрации цветного изображения. Им же в 1906-м году было предложено получать цветное изображение за счет растра из призм. (Вероятно, идея пришла ему не первому. Как минимум, известно, что Юлиус Рейнберг (Julius Rheinberg) опубликовал в английском фотографическом журнале аналогичную идею в 1904-м году). В этом случае в каждой точке записывался спектр падающего излучения. Точность воспроизведения при проекции определялась только источником света, который использовался для проекции. В то время источники с полосчатым спектром массово не использовались, поэтому, если проецировать изображение с помощью той же лампы, с которой сделана фотография, то результат будет превосходный. Поскольку само по себе изображение, полученное по методам, предложенным Липманом, не содержало красителей, то, казалось бы, оно могло храниться очень и очень долго. Однако сегодня даже в музеях вряд ли удастся посмотреть на оригинальные фотографии. Идея через много лет частично возродилась в цветной голографии, и, вероятно, проблемы, помешавшие массовому распространению, аналогичны сегодняшним проблемам голографии. В первую очередь — длительные выдержки, поскольку процесс съемки может быть автоматизирован и стать для конечного пользователя не более сложным, чем другие виды профессиональной фотографии. Примерно в это же время фирмой братьев Люмьер был налажен массовый выпуск растровых цветных пластинок «Автохром», представляющих собой цветные крахмальные шарики-фильтры, нанесенные на обычную фотопластинку, которая проявлялась как черно-белая методом обращения, и в результате мы получали при проекции позитивное цветное изображение. Век этих пластинок тоже был лет двадцать. И тоже через много лет частично метод был использован фирмой Polaroid в роликовой пленке мгновенного проявления. Как и у липмановских фотографий, так и у пластинок «Автохром», была проблема тиражирования. Это можно было делать только пересъемкой. И, возможно, это тоже сыграло роль в их распространенности. Возможно, в тот момент всем хотелось смотреть не диапозитивы, а твердую копию. Тем не менее, для нас это очень близкий аналог, поскольку сегодняшний ЖК монитор представляет собой цветной растр с черно-белой маской, формирующей изображение, просматриваемое на просвет. Из плюсов сегодняшнего дня надо отметить простоту копирования, а из минусов — обилие ламп подсветки с самыми разными полосчатыми спектрами, а также зависимость изображения от угла зрения.

На этой идее, что предки с этими проблемами встречались и как-то с ними справлялись, я перейду к дню сегодняшнему.

Для начала приведу спектры ламп накаливания типичного ЖК-монитора с подсветкой на люминесцентных лампах и экрана Eee PC с диодной подсветкой.

спектр

спектр
Спектр лампы накаливания, зарегистрированный цифровой камерой с дифракционной решеткой. Черно-белое изображение получено смешением каналов таким образом, чтобы получить наиболее равномерное изменение яркости. Все последующие изображения преобразованы идентичным образом.

спектр

спектр
Типичный спектр белого экрана, подсвеченного люминесцентными лампами.

спектр

спектр
Спектр экрана Eee PC с диодной подсветкой.

Черно-белое изображение спектра дает более правильное представление о цвете. Положение линии и ее интенсивность однозначно описывает цвет с точностью, определяемой шириной щели и спектральной чувствительностью матрицы. «Чистый» — монохроматический цвет однозначно описывается длиной волны. Для измерения цвета необходимо иметь только эталон длины. Все величины, определяющие конструкцию установки и результат наблюдений: ширина щели, шаг дифракционной решетки, расстояние до экрана и положение линии в спектре, измеряются в метрах. Т.е. цвет прямо измеряется в основной единице СИ и, следовательно, нет необходимости его приводить к другим системам представления. Листая старые буклеты фотоматериалов Kodak, можно встретить исключительно кривые спектральной чувствительности эмульсии и кривые спектральной плотности красителей. Принятые для описания в сегодняшних системах калибровки представления через цветовые пространства пришли в фотографию, вероятно, из телевидения. Для последнего физиология всегда была главной, в то время как фотография была и остается в значительной степени физическим инструментом для регистрации изображений с более широкими, чем у глаза, возможностями. Зная, что спектр лампы накаливания гладкий, мы можем оценить ошибку в определении яркости для той или иной длины волны. Цвет описывается распределением энергии по длинам волн. С точки зрения себестоимости используемых элементов колориметры и спектрофотометры, используемые для калибровки мониторов, сегодня при массовом производстве могли бы практически не отличаться по цене и быть существенно дешевле представленных на рынке моделей. Важнейший параметр, за который не жалко и заплатить, — это стабильность результатов во времени. Альтернативное решение — создание стабильного эталонного источника для калибровки этих приборов. Спектрофотометр, аналогичный по спектральному разрешению с используемыми для калибровки мониторов (10 нм), может быть создан на базе простейшей веб-камеры и иметь соответствующую цену. Дополнительные затраты — это необходимость покупки эталонного источника для калибровки или плата за общедоступный сервис по поверке подобных приборов и эталонов яркости. Вопрос о создании подобного сервиса, на мой взгляд, скоро станет очень острым, поскольку даже самые дорогие приборы требуют поверки. Приемлемым способом калибровки для подобных приборов, возможно, может стать измерение солнечного спектра в ясную погоду. В этом случае периодическая публикация в интернете солнечных спектров обсерваториями может способствовать массовой стандартизации кустарных приборов. Судя по многолетнему опыту, установка параметров экспозиции по таблице на упаковке пленки — метод для фотографии достаточно точный :-)

Цветное изображение спектра лампы накаливания на обычном мониторе только для трех линий дает близкий к реальности цвет, а для остальных линий спектра мы имеем только похожее для глаза представление цвета, создаваемое подменой монохроматического цвета комбинацией из двух соседних по длине волны цветов, смешанных с интенсивностью пропорциональной расстоянию от излучаемой длины волны до истинной.

Я привел только один спектр для люминесцентных ламп, поскольку снимки трех имевшихся у меня мониторов дали одни и те же линии. Впрочем, отличавшиеся по интенсивности, что делало их достаточно разными на невооруженный взгляд. Уже из этих спектров видно, что как бы мы не старались, идеально восстановить снимок, сделанный при лампе накаливания, нам не удастся.

И у Eee PC шансы получить реалистичное изображение несколько выше, чем у мониторов с люминесцентными лампами. Кроме того, из этих спектров ясно, что по измерениям фотоколориметром в трех спектральных диапазонах нельзя получить систему уравнений, имеющую однозначное решение. Комбинация из нескольких светодиодов сегодня позволяет получить свет, по спектральному составу неотличимый от солнечного, правда это требует эффективного смешивания, и диодная подсветка теряет одну из привлекательных сторон — маленькую толщину монитора.

Поскольку пока не спектрометрия, а колориметрия правит балом, попытаемся разобраться, что нам дает один из простейших ее приборов x-rite Eye-one display LT.

Калибратор x-rite Eye-one display LT

фото
фотофото

Половинки корпуса соединены тремя винтами. Если их отвинтить, то внутри не удастся увидеть самое интересное — фотоприемники и фильтры, поскольку измерительный блок неразборный и крепится к нижней крышке развальцованными пластмассовыми штырьками.

О работе с этим прибором можно прочитать в статье «Комплекты PANTONE/Gretagmacbeth Eye-One display LT и Eye-One display 2», правда, тогда он выпускался фирмой PANTONE, которая в дальнейшем была куплена x-rite, но прибор в результате слияния двух фирм не изменился. Однако за прошедшее время появились альтернативные программы, работающие с этим прибором.

Программы

Штатные программа калибровки Eye-One Match, и утилиты работы с профилями DisplayProfile и Monitor CalibrationTester описаны в статье Сергея Щербакова «Настройка и калибровка монитора. Комплекты PANTONE/Gretagmacbeth Eye-One display LT и Eye-One display 2». Стандартная процедура калибровки, описана в вышеупомянутой статье, и я не буду повторяться.

Основная часть статьи посвящена попыткам ответить на следующие три вопроса.

  1. Как различаются результаты калибровки одного монитора на одном компьютере с одной операционной системой, но выполненные разными программами.
  2. Как различаются результаты калибровки, сделанной одной программой, но под разными операционными системами.
  3. Как отличаются результаты калибровки одного и того же монитора, сделанные одной программой, но при подключении монитора к разным компьютерам и с разными видеокартами, работающими под разными операционными системами.

Argyll CMS

Набор утилит, написанных Гремом Гиллом (Graeme Gill), запускаемых из командной строки, распространяемый в виде исходного кода GNU GPL 3. Предназначен для создания ICC профилей для принтеров, сканеров, камер, и калибровки и профилирования мониторов. Утилиты могут быть откомпилированы и запущены как под Windows, так и под Linux. Список поддерживаемых устройств можно найти на сайте авторов. Совсем новых устройств там, к сожалению, нет, но поддерживаются некоторые и доныне выпускающиеся устройства, как eye-one display, о работе с которым пойдет речь ниже. Как уже отмечалось в статье Сергея Щербакова, посвященной этому устройству, младшая и старшая модели отличаются только программным обеспечением, а также способностью сообщать программному обеспечению, какая из моделей используется, что делает невозможным воспользоваться рядом функций, которые технически реализованы в младшей модели. С точки зрения программ фирмы Argyll все эти приборы одинаковы. И поэтому, если планируется использовать именно это программное обеспечение, то покупать старшую модель не имеет никакого смысла. Я предпочитаю работать с графическим интерфейсом, поэтому для калибровки монитора использую графический интерфейс dispcalGUI, о котором речь пойдет ниже. Однако среди утилит Argyll есть программа spotread, которая может быть полезна фотографу и сама по себе. Если подсоединить к компьютеру eye-one display, надеть на него молочный светорассеиватель, то, запустив эту программу с ключом —a, мы можем замерить освещенность в люксах. Ниже приведен диалог в окне терминала, который можно увидеть при запуске этой программы.


bash-3.1# ./spotread -a

Place instrument on spot to be measured,
and hit [A-Z] to read white and setup FWA compensation (keyed to letter)
[a-z] to read and make FWA compensated reading from keyed reference
'r' to take previous reading as the reference
Hit ESC, ^C or Q to exit, any other key to take a reading:

 Result is XYZ: 48.718135 47.096480 32.027113, D50 Lab: 74.251440 9.224838 9.701384
 Ambient = 148.0 Lux, CCT = 3918K (Delta E 6.658929)
 Closest Planckian temperature = 4033K (Delta E 5.104052)
 Closest Daylight temperature = 4087K (Delta E 8.696595)

Освещенность легко пересчитывается в экспозицию, так что в результате мы получаем неплохой экспонометр. Кроме того, система позволяет охарактеризовать и световую температуру источника, выдавая аж три значения, соответствующие разным моделям. О том, чем различаются эти цветовые температуры, можно посмотреть, например, здесь.  Сравнение измерений цветовой температуры одного источника программами Argyll CMS и Eye-One Match позволяет предположить, что последняя оперирует цветовой температурой, отображаемой программой Argyll как «Closest Daylight temperature».

dispcalGUI

Графическая надстройка над программами Argyl CMS, написанная Флорианом Хохом (Florian Höch), работающая под операционными системами: Linux, Mac OS X, Windows (2000 / XP / Vista) и распространяемая под лицензией GNU GPL 3. При работе программы открываются два окна. Одно окно терминала, в котором отображается деятельность программы Argyll, и второе, окно графического интерфейса, которое позволяет выбрать параметры калибровки.


dispcalGUI

Кроме того, могут быть отредактированы и тестовые таблицы, используемые при калибровке.

dispcalgui

После запуска калибровки появляется окно, в котором будут приводиться тестовые цвета. Можно выбрать его размер и положение на экране.

dispcalGUI

Оценить результаты калибровки можно, конечно, и на глаз. Но вот найти разницу между близкими профилями без специальной программы анализа вряд ли удастся.

Oyranos и ICC Examin

Программа написана Кай-Уве Берманом (Kai-Uwe Behrmann) для просмотра содержимого ICC профилей и графического представления имеющихся в них данных, в том числе, в виде трехмерных моделей. Существенно богаче по возможностям, чем идущая в комплекте с eye-one программа calibration tools.

ICC Examin

С помощью этой программы я и представлю ниже результаты калибровки двух мониторов.

Сравнение результатов калибровки

LG FLATRON L204WT

Процессор Intel Pentium 4; 2,4 ГГц
Системная плата Albatron PX865PEC Pro
Видеокарта SAPPHIRE ATI RADEON X1600PRO 256M DDR2 AGP

Для начала выставим в программах цветовую температуру, приведенную к дневному свету, равной 5000К, внешнее освещение учитывать не будем, остальные параметры оставим на усмотрение разработчиков программ.

ICC Examin

iccexamin
Операционная система: Microsoft Windows XP Professional SP3
Драйвер видеокарты: Driver Packaging Version 8.476-080328a-060999C-ATI
Программа калибровки: Eye-One Match 3.6.2.

ICC Examin

ICC Examin
Операционная система: Microsoft Windows XP Professional SP3
Драйвер видеокарты: Driver Packaging Version 8.476-080328a-060999C-ATI
Программа калибровки: Argyll_V1.0.3_win32 + dispcalGUI 0.2.1b

ICC Examin

ICC Examin
Операционная система: Puppy Linux 3.0.1
Драйвер видеокарты: ATI 8.51.3.
Программа калибровки: Argyll_V1.0.3 + dispcalGUI 0.1b

Все графики достаточно близкие, если не считать начальный участок кривой в профиле, полученном с помощью программы Eye-One Match. Ситуацию можно попытаться улучшить, задав не нулевые значения параметров «Black output offset» и «Black point correction» в программе dispcalGUI.

Теперь зададим цветовую температуру 6500K.

iccexamin

iccexamin
Операционная система: Microsoft Windows XP Professional SP3
Драйвер видеокарты: Driver Packaging Version 8.476-080328a-060999C-ATI
Программа калибровки: Eye-One Match 3.6.2.

ICC Examin

ICC Examin
Операционная система: Microsoft Windows XP Professional SP3
Драйвер видеокарты: Driver Packaging Version 8.476-080328a-060999C-ATI
Программа калибровки: Argyll_V1.0.3_win32 + dispcalGUI 0.2.1b

ICC Examin

ICC Examin
Операционная система: Microsoft Windows XP Professional SP3
Драйвер видеокарты: Driver Packaging Version 8.476-080328a-060999C-ATI
Программа калибровки: Argyll_V1.0.3_win32 + dispcalGUI 0.2.1b. Параметр «Black output offset» задан равным 0.81.

При этой температуре разница заметна уже и в положении точки белого. Программа Eye-One Match изменила значение точки серого в соответствии с цветовой температурой, заданной при калибровке, и оставила неизменной цветовую температуру максимально яркой точки. Как будет показано ниже, при заданной цветовой температуре 7500K белая точка останется на прежнем месте 5000K.

На трехмерной диаграмме легко заметить разницу в профилях:

ICC Examin
ICC Examin
Eye-One Match
dispcalGUI

Задаем цветовую температуру 7500K.

iccexamin

iccexamin
Операционная система: Microsoft Windows XP Professional SP3
Драйвер видеокарты: Driver Packaging Version 8.476-080328a-060999C-ATI
Программа калибровки: Eye-One Match 3.6.2.

Анализ информации содержащейся в ICC профиле позволяет увидеть, что время калибровки определяется числом измерений. Точками программа ICC Examin отметила цвета мишеней использованных при построении профиля.


ICC Examin
Время калибровки в программе Eye-One Match — 4 м 15 с.

ICC Examin
dispcalGUI — 7м 20 с. 91 мишень.

ICC Examin
dispcalGUI —18м 45 с. 512 мишеней.

Samsung SyncMaster T240

Все приведенные профили строились для цветовой температуры 6500K.


ICC Examin

ICC Examin
Процессор: Intel Pentium 4; 2,4 ГГц
Системная плата: Albatron PX865PEC Pro
Видеокарта; SAPPHIRE ATI RADEON X1600PRO 256M DDR2 AGP
Операционная система: Microsoft Windows XP Professional SP3
Драйвер видеокарты: Driver Packaging Version 8.476-080328a-060999C-ATI
Программа калибровки: Eye-One Match 3.6.2.

ICC Examin

ICC Examin
Процессор: Intel Pentium 4; 2,4 ГГц
Системная плата: Albatron PX865PEC Pro
Видеокарта; SAPPHIRE ATI RADEON X1600PRO 256M DDR2 AGP
Операционная система: Microsoft Windows XP Professional SP3
Драйвер видеокарты: Driver Packaging Version 8.476-080328a-060999C-ATI
Программа калибровки: Argyll_V1.0.3_win32 + dispcalGUI 0.2.1b

ICC Examin

ICC Examin

Процессор: Intel Core 2 Duo E8500; 3,16 ГГц.
Системная плата: ASUS P5KC
Видеокарта: GeForce 860GT 256MB PCI Express 16X
Операционная система: Slackware 12.2 Linux
Драйвер видеокарты: NVIDIA Driver Version 177.82
Программа калибровки: Argyll_V1.0.3 + dispcalGUI 0.2.1b

Совпадение не идеальное, чуть сместилась точка белого, но уже очень близко и вполне допустимо калибровать монитор на другой машине. Разница не больше, чем при использовании разных алгоритмов и тестовых таблиц.

ICC Examin

Профиль типа «Matrix», хотя и требует вдвое меньше времени на калибровку, но не сильно отличается от предыдущего профиля типа «LUT».

Визуальный анализ результатов калибровки

QuickGamma

QuickGamma

QuickGamma

Monica

monica

Программы визуальной калибровки. Соответственно, первая для работы под Windows, а вторая под Linux. Могут пригодиться и для оценки правильности аппаратной калибровки. Для ЖК мониторов калибровка будет зависеть от угла зрения. Перемещая окно программы по экрану и голову относительно него, можно найти точку, для которой калибровка справедлива. После этого стоит вспомнить опыт дагерротипии и закрепить голову с помощью рогатки, не позволяющей ей сдвинуться :-)

P.S.

Обобщая результаты, можно сказать, что колориметр Eye-one display позволяет достаточно точно поддерживать цветопередачу монитора на конкретном компьютере при использовании одной и той же программы с одинаковыми параметрами. Если стоит только эта задача, то можно воспользоваться любой программой и не очень углубляться в детали. Если стоит задача описать, как должен быть откалиброван монитор, чтобы на любом компьютере ваша фотография была похожа на авторский вариант, то копать придется глубоко и времени это займет много.

Результаты калибровки разными программами могут существенно отличаться. Это, в первую очередь, связано не с алгоритмом получения профиля, а с существенно разными интерфейсами и, как следствие, с проблемой выставить идентичные параметры.

Упрощенная версия программы Eye-One Match для работы с Eye-one display LT не имеет достаточного набора задаваемых параметров, чтобы получить профиль, точно совпадающий с профилем, получаемым программой dispcalGUI. Одной цветовой температуры, задаваемой в этой программе, недостаточно для однозначного определения получаемого профиля.

Программу dispcalGUI можно настроить таким образом, что ее профили будут очень похожи на профили, получаемые с помощью Eye-One Match.

Профиль, в первую очередь, зависит от монитора, и приемлемые результаты могут быть получены при калибровке на другом компьютере с другой видеокартой, драйвером и операционной системой. Во всяком случае для монитора Samsung SyncMaster T240.

Две программы калибровки могут использоваться на одном компьютере с ОС Win XP, если включать колориметр в разные разъемы USB и приписать им разные драйверы. При этом надо следить, чтобы в папке автозагрузки не оказалось двух программ, загружающих профиль. Программам загрузчикам, как от Argyll, так и от PANTONE, все равно, кем создан профиль, но лишнее, если профиль при загрузке компьютера будет устанавливаться дважды.






Дополнительно

iXBT BRAND 2016

«iXBT Brand 2016» — Выбор читателей в номинации «Процессоры (CPU)»:
Подробнее с условиями участия в розыгрыше можно ознакомиться здесь. Текущие результаты опроса доступны тут.

Нашли ошибку на сайте? Выделите текст и нажмите Shift+Enter

Код для блога бета

Выделите HTML-код в поле, скопируйте его в буфер и вставьте в свой блог.