顯示器的灰平衡校準

螢幕校正品質對我個人而言,除了客觀的數據來驗證校正後色差改善外,也非常留意灰階階調的平順、中性觀感的維持。很可惜一般ICC Profile軟體校色後,反而都會增加灰階不平順、斷階的副作用。

深究其原因,通常是因為軟體校正過程,參與軟硬體單元位元精度不夠。
實際想改善漸層效果,可以增加儀器測量時間穩定讀取訊號,更換支援更高位元輸入的顯示器,支援更高位元鏈結的HDMI、DP接口或設定,支援抖動Dither技術的顯示卡與驅動程式等等手段來降低測量與輸出量化誤差。

這篇分享使用DaVinci Resolve時如果不透過Decklink輸出卡,直接用GUI介面的Color Viewer預覽,那螢幕透過作業系統ICC Profile與內置3D LUT兩種校正方式,實行上造成影像灰階表現的差異。

兩種校準方式-ICC Profile與3D LUT

之前分享過DaVinci Resolve的簡易色彩管理架構圖,可以知道電腦螢幕/標準監視器畫面,會因為透過不同連結方式,一種是一般顯示卡,另一種是專業Decklink輸出卡而有不同的視訊處理路徑。這篇進一步討論假如只透過一般顯示卡,進行螢幕校色時應該優先選擇哪一種。

DaVinci Resolve簡易色彩管理架構圖中,關於輸出單元一部分的截圖

理論上肯定是3D LUT會更優異,因為只有3D LUT才能實質對於軟體介面GUI(Resolve的軟體內監看視窗就是屬於軟體內渲染)這種沒有色彩管理的部分,做到真正能實際改變色域、校正色彩的作用。

但實際上一般作業系統使用的ICC Profile色彩管理機制,還是有機會對軟體GUI部分做到一定程度的影像改變,原因是顯示器校正ICC Profile可能內含R、G、B三通到的1D LUT校正資訊,實際會寫入顯示卡中Video Card Gamma Table,VCGT部分。再來,如果你是使用蘋果Mac的用戶,那系統設定裡的"Use Mac Display Color Profiles for Viewers"更是能直接應用含色域轉換的ICC Profile色彩管理機制(雖然深究也只提供Matrix+Curve的基本功能)。

Video Card Gamma Table,VCGT的RGB三通道校正曲線,一般為8-Bit

Windows用戶想要真正落實Color Viewer的色彩管理,需要依靠螢幕本身色彩模式選擇sRGB或Rec.709進行色域的控制,再配合ICC Profile校正,達成Gamma校正與灰階平衡的效果。

有點扯遠了,關於Resolve的螢幕校正日後還會有專頁討論,這篇單純分享透過實際操作,驗證一維VCGT提供的灰度平衡效果與3D LUT的是否有差異,又這差異是否在常規的螢幕校正後驗證中能夠體現出來。

測試環境

螢幕:LG 27UD68
軟體:DisplayCAL 3.8.9.3/ArgyllCMS V2.1.2
測量:i1 Display Pro Plus (以i1 Pro3製作Calibration spectral samples,CCSS)

軟體設定前情提要

Profiling使用的Testchart色彩數目高達約5000紹下,作為螢幕Profiling應該是能有很好精度完整覆蓋。標準ICC Profile色彩管理的部分,Gamma選擇Rec.1886 2.4,Black Point Correction功能有開因此黑位稍微高一點點(VCGT的黑點RGB也的確沒有完全對齊的原因)。3D LUT部分則是Profile後Mapping到Rec.709色域上,Tone Curve也是使用Rec.1886 2.4,但這邊就沒有做黑位調整。另外一個重點是,3D LUT製作與使用時,VCGT有確認是Null歸零的狀態。

以下是分別製作ICC Profile與3D LUT後,測量DaVinci Resolve軟體上GUI介面提供的Color Viewer畫面,使用DisplayCAL的Verification功能。上方是ICC Profile,下方是3D LUT:

兩種校正方式效果的差異

首先確認整體校正品質,使用Testchart是軟體內建的特大XXXL Video色靶(總數1105),實際測量無論是ICC Profile或是3D LUT方式,ΔE 2000色差值都控制在一個非常低的位置:上方ΔE 2000平均0.26最大1.27,下方ΔE 2000平均0.42最大2.06,品質非常優異,兩者這邊一千個色塊綜合性測試差異並不大。

眼尖的朋友應該有發現,3D LUT的驗證設定,其實是使用DisplayCAL掛上Devicelink方式來施行,那會不會與Resolve內掛3D LUT有差異呢?這點經過我的反覆測試,兩種方式跑驗證,色差值都在誤差範圍內,對照實際肉眼檢查灰階效果(後續會說明)也是相同的,基本上可以視為相同,請參考下圖(上方為Resolve內掛3D LUT測量):

接下來就進入本篇主題,灰階部分的處理何者更好。

灰平衡校準效果

先送上螢幕翻拍的效果,翻拍的灰階是DaVinci Resolve的Color Viewer視窗,時間軸上放置Generator製作的灰階。上方是ICC Profile下的畫面,下方則是透過Resolve加載3D LUT。

受限相機翻拍會有色偏等因素,圖片看起來不是很明顯,但稍微可以看出來第一是兩者近看都有8-Bit精度不足造成的灰階斷階狀況,第二是上方的漸層平順度,稍微略差一點,包含輕微的色偏色帶與亮度差異的斷階。(上下灰階顏色的不同則是翻拍造成的白平衡差異,這點就沒有另外做修正)

相機翻拍的效果,大致與肉眼觀看相同,下方3D LUT的灰階平衡更佳。

為了更精準的分析兩種校正的差異,我用DisplayCAL軟體附的Testchart Editor小程式製作了128階純灰階測試圖表,對於8-Bit顯示分析應該是足夠了(原本有做256階的,但一來測量好久二來軟體繪製的測試結果,圖面因為數值太密集不太優就改做一半)

同樣的,先附上ΔE 2000色差值:上方ΔE 2000平均0.36最大1.21,下方平均0.54最大1.3,差距也是很小並不大,光看這邊測量數值其實看不出所以然。

如果參考RGB Gray Balance的圖表,看起來上方ICC Profile似乎平均差異更優秀一點,這點也體現在ΔE 2000色差值上。

但回想第一張相機翻拍的狀況,肉眼看到的情形反而是3D LUT效果更好一些;如果參考Correlated Color Temperature那狀況會是如何呢?

相關色溫CCT圖表,上方ICC Profile提供整體相對較平順的結果,但暗部效果較差上下浮動比較明顯;下方3D LUT則是整體維持一定的準度,雖然都有上下稍微飄動(以最嚴格的標準看)但暗部控制好很多。

考慮人眼對於暗部影像更敏感,不難說明為何3D LUT校正的灰階平衡效果觀感更好一些。最後則看重點的Gamma圖表,Gamma的部分也與肉眼觀看經驗相符。

整體兩者都非常貼近目標Gamma曲線,但下方3D LUT的在暗部明顯更平順一些,整個暗部區段少有起伏的狀況(對應視覺上的明暗斷階)。上方ICC Profile的效果就高高低低;大範圍Gamma值平均下來沒問題,但小區段看都略有差異,這種圖表上視覺化一階一階的狀況,的確符合肉眼觀看灰階斷階狀況,再次強調尤其是暗部最為明顯。

結論

這次實驗基本上驗證了3D LUT相對於1D LUT(VCGT)有更好的灰平衡校正效果,透過取樣數夠多的Testchart做驗證,也能輕鬆得在部分圖表如Gamma與CCT看出問題。

要留意的是,校正後驗證的部分數據與圖表,如單純看ΔE 2000平均、最大數值並不能夠區分差異,也令人意外的是RGB Gray Balance圖表,與視覺經驗是不太相符的,也許是因為圖表中提供的都是單點的數值差異,但實際造成視覺上斷階的原因,是區段性的問題而非單點的變化

透過儀器測量,才能知道螢幕是否準確,如有偏差,也需要透過儀器校正、製作專屬的描述檔、3D LUT,才會得最正確的顯示效果。歡迎聯絡色管宅來處理您影片製作與觀看上的問題。

由色管宅替您目前工作的螢幕影像作業環境進行色彩管理確認,依據您的需求行業標準提出色彩準確性報告與建議。

由色管宅替您的螢幕進行校正系統色彩管理確認;包含環境燈光、螢幕選購與設定、應用程式設定,作業系統設定等完整的色彩管理顯示鏈結建議

發表者:Miles 林

色彩管理顧問 之前任職影像後期/DIT 剪輯 調光 美國 ISF影像標準協會 認證校正員 通過 經濟部IPAS色彩計畫/色彩工程鑑定 印刷色管顧問 T-Lab 東煦色研所 合作夥伴

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