利用DisplayCAL製作3DLUT來進行EIZO硬體校正寫入
論壇上看到有趣的內容
這幾天看到DisplayCAL論壇上一篇討論，有人詢問是否能製作EIZO螢幕的硬體校正
「Can DisplayCAL import LUT into NEC or Eizo monitors?」
https://hub.displaycal.net/forums/topic/can-displaycal-import-lut-into-nec-or-eizo-monitors/
過去這個問題我會馬上回答：不行，除了官方ColorNavigator以外，只有少入商業軟體如Light illusion的ColourSpace或是Portrait Displays的CalMAN才具有寫入EIZO CG/CS螢幕裡面儲存1D/3DLUT的區域。
不過這篇討論中一位論壇常客Vincent的回文，卻開啟了這篇測試文章的興致，他提到網路上某人（沒有引用來源）了一個技巧，可以將3D LUT寫入螢幕，以下步驟是論壇原文加上我實際測試的建議：
- 先將螢幕設定為原生色域native gamut獲得顯示器的最大色彩性能
- 使用ColorNavigator預先校正到需要的白點與亮度（實際上是寫入機身內1D LUT），Gamma可任意選，建議選擇2.2或是與後續目標色彩標準接近的數值。
- 使用DisplayCAL為螢幕Profiling計算得到螢幕顯示特性資料。
- 使用DisplayCAL製作17X17X17精度的3D LUT；根據需求選擇目標色域、Gamma等參數
- 使用ColorNavigator 上傳3D LUT（.3dl或.cube格式）至螢幕內
- 驗證結果
原文中表示這個作法提供者只有說明「正常工作」的描述，沒有進一步實際測量驗證的數值。
因此我就使用EIZO ColorEdge CG247才進行測試，目的是嘗試將螢幕校正為EOTF符合PQ曲線的HDR螢幕，不過過程中考慮Rec.2021規範離CG247有點太遠怕不好驗證，有先嘗試處理mapping到Rec.709的測試。以下提供一些我測試過程中的經驗，不見得100%正確但驗證效果沒有太大問題。
順道一提，其實大標題跟副標原本是相反的，不過HDR螢幕顯然更有吸引力，想了一想應該無傷大雅就換過來，看看這個流量密碼有沒有效。實際上這是一篇如何用DisplayCAL對CG系列螢幕做硬體校正的技術討論文。
補充：測試的困難之處
Rec.2100 標準使用的三基色非常接近CIE 1931邊緣，色域覆蓋面積很大（請參考下圖淺灰色虛線的三角型），而實際上EIZO ColorEdge CG247作為一款2014年發售，採用GB-r LED背光的平面印刷業顯示器，能做到的是99%的AdobeRGB色域覆蓋，如果是Rec.2020則大約只能覆蓋8X%的面積。
因為希望作為標準監視器並測量色彩偏移，所以首先要製作能正確映射/剪裁Rec.2020色域至螢幕的原生色域上的3D-LUT。
在來是傳統SDR影像使用的Gamma/EOTF是相對值，編碼對應的亮度是隨著顯示器最大亮度變動的，但HDR PQ曲線則是絕對值，不同的數值，對應不同的亮度，勢必對於顯示器處理訊號、控制顯示影像的精準度會有很大的挑戰。
因為我手邊這台EIZO CG247最大亮度實測只有300nits，因此這次的目標就是校正為一台具有Hard Cilp硬剪裁、色彩準確的HDR標準監視器。（就如同EIZO網站上提供的下圖，左側正好是峰值300nits的顯示效果）
實際製作顯示器3D LUT
- 先以DisplayCAL對目標螢幕Profiling，取得數值後使用3D LUT工具設定來源色彩空間參數
- HDR的測試我使用Hard Cilp硬剪裁的方式，事後做驗證有效性會更容易；因為螢幕最大亮度約300cd/m2所以就設定至300。
- 其他可能會需要更改的例如Rendering intent渲染意圖，這部分Absolute colorimetric會比較適合我實驗的目的，實際上預設的Perceptural appearance”效果”就很好了。
- Input/Output endcoding沒有意外都選擇Full range，除非你已經確定Profiling時的顯示設定與套用3D LUT後使用時不相同匹配，那也許可以由這邊直接做調整~但狀況會變複雜不太建議。
- 3D LUT Resolution這邊原文跟我搜尋網路資料，應該設定為17X17X17規格沒錯。
- 最後的一項bitdepth位元深度是格式使用.3dl時需要設定的，應該是浮點換算整數值的取樣設定，預設是12bits to 10bits，我自己測試過不同高低組合不不太出來對影像的影響。如果改用.cube格式這邊就不用設定，EIZO ColorNavigator也是可以接受這種格式的。
將3D LUT載入ColorNavigator中
用DisplayCAL製作Profile跟3D LUT輸出後，開啟EIZO ColorNavigator，選擇剛剛預先調整為Native Gamut和最大亮度的色彩模式，下方「Advanced functions」裡面有一個「LogViewLUT」，點擊後選取剛剛輸出的3D LUT檔案等待軟體把資料寫入螢幕中，過程中可以觀察一下顯示器畫面，影像會隨著計算而逐漸變化滿有趣的。
事實上，這個功能是ColorNavigator設計用來模擬其他顯示裝置之用，同時也可以讀取ICC Profile來，能夠快速的透過硬體運算去模擬不同色域的裝置或切換色彩空間，精度一定不如直接校正，但基本的準度與效果是OK的。
下圖是Native Gamut下直接輸入Rec.709與AdobeRGB的ICC Profile後，以DisplayCAL模擬原生Rec.709裝置驗證的結果。除了白點略有差異外（牽涉到校正亮度不同、儀器不同等因素），實際上單看色準是過關的。肉眼檢視是否對影像有什麼副作用，我的觀察漸層部分的確斷階比較嚴重，不過這邊指的是精度不足的斷階，而非穩定性不佳無法維持中性灰、穩定亮度變化的斷階。
那是不是表示也可以透過標準Rec.2100 ICC Profile來處理模擬HDR螢幕呢？我的實際測試會遇到一些問題目前還沒試出來有實用性的結果，有成功以後再分享。
實際看圖效果
那透過3D LUT匯入EIZO CG247，讓顯示器成為HDR後，實際觀看效果如何?
說到這邊也許有人會發現，已經有3D LUT了，理論上可以透過剪輯軟體置入來同樣達成模擬功效，那何必要寫入螢幕呢？沒錯，讓我們先來看Premiere Pro編輯時的情形。
Premiere Pro雖然支援將時間軸Sequence Setting設定為Rec.2100 HLG或是Rec.2100 PQ，但實際上對於匯入素材的行為依舊是預設為Rec.709標準。
左側是Photoshop開啟的圖片檔，作為參考用，右邊則是Premiere Pro的時間軸Sequence Setting設定Working Color Space為Rec.2100 PQ的HDR模式下的樣子。以下部分畫面會同時提供「螢幕截圖」與「螢幕翻拍」兩種影像，用來說明HDR螢幕實際的效果。
Premiere Pro開啟HDR編輯模式，螢幕不支援HDR
在螢幕與軟體都沒有套用3D LUT狀況下，右側素材明顯洗白退色，因為Premiere Pro將原本sRGB圖片匯入後當成Rec.709的素材，置入Rec.2100 PQ時間軸上。這個畫面實際上拿到真正的HDR監視器上，將會顯示正確的色彩，只是目前被錯誤的以SDR螢幕顯示出。
另外也可以觀察底下的Waveform，我開啟專案時設置將SDR的白色對應到203nits，所以的確右側圖片的白色部分差不多就是對應到Waveform的200位置。
Premiere Pro開啟HDR編輯模式，螢幕不支援HDR但素材套用3D LUT模擬HDR影像
Rec.2100 PQ時間軸上的SDR圖片素材，經過套用DisplayCAL製作的3D LUT後，就能夠正確顯示應有的影像外觀（這邊可以發現亮度與左側Photoshop略有差異，這點請參考Premiere Pro色彩管理文章，裡面有討論到Rec.709/sRGB素材在軟體內的對應問題）
看起來沒問題，但請留意下方的Waveform，因為套用3D LUT後是實際改變了影像的色彩，所以當然也會隨之改變，失去了原有確認監視的功能；套用後的Waveform再也不是HDR影像，而是恢復為原始SDR的標準狀態。這點在Premiere Pro目前沒有辦法處理，如果要靠時間軸上置入HDR校正LUT來符合顯示輸出，勢必真實改變編輯內容的像素色彩。
如果是DaVinci Resolve呢？如果你剪輯時使用的是Color Viewer ，也就是軟體內GUI一起渲染的監視畫面，那就與Premiere Pro的Progrem Monitor是相同的狀況，套用LUT勢必影響各種Scope，唯有搭配Decklink卡連接監視器，那使用的是Video Monitor，那套用LUT就與素材無關了 。
關於DaVinci Resolve的色彩管理Pipeline可以參考色管宅之前繪製分享的圖片。
Premiere Pro開啟HDR編輯模式，螢幕套用3D LUT使之支援HDR
最後但也是最重要的，如果將將3D LUT透過EIZO ColorNavigator匯入螢幕，讓螢幕接受的訊號都顯示為HDR影像呢？
由上圖可以看出來，雖然左邊截圖與SDR螢幕模式下並無不同，Premiere Pro也沒有置入任何LUT，但實際螢幕上呈現的色彩，左側SDR影像整個過曝加上飽和度過高；右側Premiere Pro監視器中則看起來非常正常，下方Wavefrom也顯示正確的影像亮度值。比對前面的狀況，可以相信右邊顯示器正在以HDR標準監視器的狀態，顯示Premiere Pro的剪輯畫面中。
因為EIZO CG本身最大亮度實測約為300cd/m2，在製作3D LUT時採用Hard-clip硬剪裁方式建構PQ曲線，只要影像中亮度高於300cd/m2的部分會直接輸出為白色最大值，但實際影像數值並未被剪裁還有細節，這點就需要透過Waveform等Scope來做判斷。
透過特殊內容的影片確認，的確大約是超過300nits後影像被剪裁，螢幕顯示正確。
肉眼目視彩色部分顯示還算平順，但細看可以發現似乎是精度不足而有階梯化的現象。
灰階中性平衡效果還不錯，沒有明顯亮、暗區域色偏的現象。同樣的右側超過300nits編碼的影像被Clipping。
眼看為不能憑，實測數據
肉眼目視效果還不錯，但肉眼不可靠也無從量化色差的大小，因此還是需要實際用器材來進行測試。
- 測量儀器 Probe: X-rite DisplayPro with Meter profiling(i1 Studio)
- 軟體為SpectraCal的Calman Studio，搭配VideoForge Pro作為訊號產生器
HDR的核心：PQ曲線追蹤
因為想要順便觀察3D LUT置入後對於EIZO CG灰平衡有什麼負面影響（請記得測試過程最初用ColorNavigator做了白點與Gamma的校正），所以直接跑了256點的灰階測試。右側EOTF tracking電光轉換函數的追蹤十分良好，測量的白線，幾乎完全貼合目標PQ曲線/黃色線。
左上方則是灰平衡下RGB三通道的偏離狀況，也是沒什麼大問題。而仔細看似乎有著規律的上下起伏曲線，應該就是使用3D LUT，因為取樣計算造成的負面影響。但總而言之不是什麼大問題。圖中顯示的色差值IPT數值很大，目前應該沒有公認的標準沒什麼參考價值，如果改以常用DeltaE 2000指標則大約是平均1.5，最大值2.1的差異（另外有測試圖就不附上來了）。
HDR下的色彩偏移
通常消費級HDR電腦螢幕能做到接近標準的PQ/HLG就實屬難得，色彩的部分因為很多原因，主要是Rec.2020色域覆蓋面積不夠勢必要做Gamut mapping，所以沒有意外，測量起來一定是不準的。（不代表不好看或不好，單純字面上的意思「色彩不準確」）
接下來測試EIZO CG247透過3D LUT置入模擬為HDR螢幕後的色彩準度表現。
這個結果以我個人的經驗，在消費級的HDR螢幕應該是做不到的。不過因為這台螢幕只有300nits的最高亮度，因此考驗並非單純顯示器面板的品質，更多的是螢幕內部的轉換系統可靠性、螢幕生成3D LUT前的Profiling與製作LUT計算的精度。這個實驗比較像是在驗證做法的可行性，因為EIZO CG螢幕本身面板的品質與整機的功能性是早被廣泛認同的，不用懷疑。
總而言之，這樣的處理成功讓EIZO CG247硬體校正成為一台能接受標準HDR訊號並顯色正確，最高峰值亮度300nits的HDR監視器。下面提供更多的測試圖。
結論
透過DisplayCAL與EIZO ColorNavigator軟體，的確可以讓EIZO CG螢幕寫入硬體校正資訊，可用性也是有的；這次透過比較誇張的測試，讓顯示器成為一台PQ300，峰值亮度300nits的HDR螢幕，實證效果不差。
實驗過程中其實有以3D LUT方式校正至Rec.709等標準SDR色彩空間，實測色差值就更低顏色更加準確（傳統ColorChecker色靶測試，平均DeltaE 2000色差0.69，最大1.66）。
而3D LUT的應用並不局限於第三方顯示器對EIZO CG的硬體校正，實際上Premiere Pro、DaVinci Resolve等軟體都能夠透過3D LUT來對顯示器做校正、標準色彩空間或特定裝置色域的模擬，應用非常廣。(至於藝術性質、調色功能的LUT應該大家更熟悉）
如果你手上有HDR顯示器好奇實際的性能與影像準確度，或是想製作HDR影片希望有一台足夠標準的HDR監視器，或是您的SDR顯示器想要模擬HDR效果，歡迎聯絡我來替您的顯示器進行測量與校正、製作3D LUT，來處理您HDR影片製作與觀看上的問題。
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