校正後該不該調整亮度呢？
前言
不少人在做完螢幕校正後，開始糾結到底能不能調整螢幕的亮度
「校正好後再調整亮度顏色是不是會不準？」
這件事情的確令人擔心，使用螢幕時一個不經意的調整，是否會毀了耗費多時的校正成果？如果是付費的校正服務，那絕對不會希望碰到這種事情。
光靠臆測是沒辦法說服人，不如真正實際測試。
本文將透過實際的測量，確認在不同亮度下，描述檔是否還能套用在相同台螢幕上，也會進一步探討數據背後與硬體構造的關聯性，更進一步推測那些設定可以事後調整、那些不應該更動。
單純想知道結論，第二段「調整亮度測量色準」直接分享實驗數據，並且根據數據得到結論。更多的原理探討將在後面幾段呈現。
背景討論之一：為什麼要調亮度
「為什麼需要調整亮度？校正後，不去更動螢幕亮度不就沒事了嗎？」
使用螢幕時，首先應該配合環境明暗適度調整螢幕亮度；螢幕亮度對於視覺舒適以及眼睛健康至關重要。當室內的照明亮度較高時，螢幕亮度也需要提高，才能輕鬆的看清楚螢幕上影像的細節。如果是較暗的環境中，螢幕太亮不僅看不清楚，還會造成視覺不適、眼睛疲勞。
如果你是在一個無窗，或是帶遮光窗簾的房間（大多數專業的影像剪輯與調光室）那麼螢幕的亮度可以設定一個適當的數值，自然也不需要亮度的調整，這是最理想的使用環境。但是一般的狀況是，環境會隨著白天、晚上，晴天、陰天、或是不同的燈具開關等等複雜因數改變。因此使用螢幕的時候，請記得跟著環境光的強弱，適度調整螢幕亮度。
許多筆記型電腦、中高階文書用螢幕、手機、平板上都配備「自動根據環境光調整螢幕亮度」功能，正是基於相同的原因。
如果螢幕亮度與色準兩者必須以其中之一個為主，調整亮度必然是為優先選項；看的清楚、看得舒服後，討論色彩才有意義。
背景討論之二：為什麼亮度與校正色準有關
一般討論的螢幕校正，方法是透過製作螢幕的ICC色彩描述檔達成，而描述檔製作的原理與過程，正是造成亮度和校正色準相互關聯的原因。以下將花一點篇幅來說明調整亮度與螢幕色準的關聯性。
請留意，本篇所有提到的「螢幕校正」指的都是使用ICC色彩描述檔的色彩管理方式。
描述檔是什麼
ICC Profile也稱為ICC色彩描述檔，是一種描述裝置顏色特徵的檔案文件，由國際標準組織國際色彩聯盟ICC制定，它可以用來描述色彩輸入設備如相機、掃描器，色彩輸出設備如螢幕、印表機，或是特定色彩空間如sRGB、AdobeRGB等不同實體色域與虛擬色彩空間的特性。
其中螢幕色彩描述檔，專指描述螢幕色彩特性的種類，檔案內一般包含亮度、螢幕白點的色度座標、紅、綠、藍三基色的色度座標，階調特性等參數。
描述檔與色彩管理系統
描述檔並不能直接校正螢幕。根據前一段的介紹，它只是特定裝置的色彩特性的資料集，因此要做到色彩轉換──例如把螢幕不準確的色彩變換成正確的色彩，還需要一個數值計算的程序，稱為色彩管理模組/引擎Color Management Model，CMM。
CMM透過連結非設備從屬的色彩空間Profile Connection Space, PCS 空間（例如CIEXYZ、CIELAB），能夠把來源描述檔的數值轉換到目標描述檔之上，這正好可以拿來做為螢幕校正之用。
請留意，CMM不是特定的程式或算法，根據使用的軟體或系統而不同，例如Adobe CMM、Agfa CMM、Kodak CMM、Microsoft ICM、Apple CMM、Little CMS、 ArgyllCMS等。而當具備輸出、入描述檔、色彩管理引擎、色彩轉換意圖等關鍵元件下，我們稱之為色彩管理系統。
色彩轉換範例 以下是一段模擬軟體內的特定顏色，如何透過描述檔，將數值轉換至螢幕上正確顯示：
- 應用軟體要顯示某個顏色，需要有該顏色的數值，以及所定義的色彩空間、色域資訊（來源描述檔）
例如Photosohp顯示一個sRGB影像中的正紅色，8-bit數值為（255,0,0） - 將上面資訊輸入至色彩管理模組CMM，顏色計算後轉換至PCS空間上
數值經過轉換至CIE Lab（54.3, 80.8, 69.9） - CMM根據螢幕色彩描述檔（目標描述檔），將PCS中的該色彩轉換輸出給螢幕
例如螢幕如果是一台色域為AdobeRGB的顯示器，它的螢幕描述檔就是AdobeRGB；
CMM將CIE Lab（54.3, 80.8, 69.9）根據AdobeRGB描述檔轉換，得到（219, 0, 0）這個紅色。
上述的過程，也就代表原本檔案中sRGB（255, 0, 0）的色彩，在AdobeRGB螢幕上需要使用（219, 0, 0）才能保持相同的色彩外觀，如果直接輸出（255, 0, 0）螢幕上的顏色是不正確的，這樣過程就做到了校正色彩的功能。
可以留意到，上面流程中的目標描述檔也就是螢幕色彩描述檔，扮演著螢幕能否正確顯示色彩的關鍵。
如果對於色彩描述檔與色彩管理系統有興趣的朋友，可以參考專文 https://colorgeek.co/icc_workflow/
校準與特徵化─製作螢幕描述檔
一般製作螢幕色彩描述檔，會經過校準Calibration與特徵化Characterization兩個步驟。
1. 校準Calibration：
校準的目的，是為了把螢幕調整到我們需要的基本條件，例如特定的亮度，特定的白點，特定的階調曲線（Gamma）等。
校正後，螢幕輸出色彩的行為會改變，一般透過兩種方式來執行校正，第一是更改螢幕本身的控制元件或設置，例如調整亮度、調整紅、綠、藍三通到的色彩增益Gain等，第二種是套用曲線到螢幕紅、綠、藍通道上。
左圖顯示一個ICC Profile內所記錄的顯示卡伽瑪表Video Card Gamma Table，VCGT。它與Tone Response Curve，TRC有點類似，也是一個一維的找查表LUT，通常紀錄RGB三通道的校正曲線。
VCGT本身是一個螢幕校正上時常使用，可以提供校準作用的工具。
與TRC不同之處在於，VCGT位置在更前端，儲存於顯示卡上，直接作用在輸出端，直接改變輸出訊號，直接R、G、B數值做更改。據悉一般來說能儲存RGB各通道16~10bit精度的LUT資料表。（不過常見的顯示輸出通常只有8bit精度）
2. 特徵化Characterization/Profiling：
紀錄螢幕對於輸入訊號後，實際輸出色彩反應狀況。
特徵化只會紀錄螢幕色彩響應的特徵，不會改變任何色彩；只有當色彩管理模組CMM結合其他的色彩描述檔，同時具有來源描述檔與目標描述檔，才能實現兩個設備之間的色彩轉換。
這邊demo的是一個第二版V2的ICC Profile，LUT資訊 (cLUT=Color Looking Up Table)
當完成校準與特徵化兩步驟後，校正軟體會把資料寫入檔案，生成受測試螢幕專用的螢幕色彩描述檔ICC Profile。理想中，透過螢幕描述檔，CMM能夠精準的將輸入的特定色彩空間或裝置色域的色彩，轉換到目標螢幕上──實際上是提供修正過的輸入訊號，讓螢幕剛好能顯示出相對應正確的色彩。
更改設定的風險
根據前一段說明的螢幕校正步驟，由於第二步驟「特徵化」所測量的是第一步驟「校準」後的狀態，只有當螢幕處於和特徵化時相同的校準狀態時，特徵化（描述檔）才會對螢幕有效用。因此，使用螢幕色彩描述檔時，包含亮度、對比、色彩增益等設定，理論上應該調整到相同狀態，不應該任意調整亮度。
不過，理論只能從已知條件推理，沒辦法從未知條件得到結果；下面將透過實驗，來觀察偏離校準狀態後的變化。
對於想知道更多色彩描述檔的相關知識與討論的朋友，可以參考本站的以下兩篇文章
螢幕校正後更改亮度
- 已知當螢幕處於與製作色彩描述檔相同的狀態時，色彩描述檔所記錄的特徵化資料與此時的螢幕狀態相符。
- 呈上，執行描述檔驗證，可以預期得到的色差數值會是小的。
- 當螢幕狀態與製作色彩描述檔時相差越大時，執行色彩描述檔驗證的結果色差值會越大
因此我們只要使用相同的螢幕描述檔，依序更改亮度後，執行描述檔驗證比較驗證結果色差值的大小，來推斷色彩描述檔對螢幕特徵化效果好壞。
測試器材與步驟
使用一台2018年製造的老螢幕測試，LG 27吋27UD68-B 4K螢幕，屬於中價位的產品(20,000~15,000，價格隨地點與時間波動)。
步驟說明：
- 將螢幕亮度調整至最亮（亮度值100），暖機30分鐘
- 使用校正軟體DisplayCAL替螢幕製作色彩描述檔ICC Profile（格式為XYZLUT+matrix）
- 使用校正軟體執行不同亮度下的色準驗證。
間隔10作單位，將螢幕的亮度值從100依序降低為90、80、70…一直到0；紀錄11個狀態的色準。
實測數據
色樣色差值
測試基本26個色樣的組合。
1~11是黑到白的灰階，12~14是不同亮度的紅色，15~17綠色，18~20藍色，21~26則是補色。
將不同亮度下個顏色色差值繪製在圖表上如下:
更改螢幕亮度在L100~L0下，色差數值並沒有改變太多，大都落在1個ΔE以下。一般作為判斷人類最小可被感知的色差值是2.3個ΔE。
平均色差與最大色差
統計26個色樣的平均色差與最大色差，數值如下：
平均色差在0.20~0.62 ΔE之間，最大色差在1.41~1.58 ΔE之間。這樣的色差值都是非常小的，一般作為判斷人類最小可被感知的色差值是2.3個ΔE。
白點偏移
隨著螢幕亮度改變，螢幕白點的色度是會略為變化的
測量本次測試的螢幕不同亮度下白點的CIE1931座標值，繪製在平面上如下：
可以看的出來差距非常小，將差異最大的L100與L0下的白點計算，兩者色差ΔE約為1.23 (當然這是對亮度做標準化的色差值，亮度L在這邊不加入計算)
實驗小結
因此在這個階段，我們可以下一個簡單的結論：螢幕校正後，亮度是可以更動的。大家不妨自行實驗測試看看，根據我的經驗，在大多數螢幕上執行相同的操作，也就是校正後略為調整螢幕亮度，會得到相同的結果：
亮度更動後雖然螢幕色彩會略有不同，但整體而言不會差太多，
對於大多數影像工作者，這樣的色差變動是可以接受的。
對照：EIZO CG/CS螢幕
如果您使用的是EIZO CG/CS系列螢幕的朋友，不妨嘗試在STD/標準模式下更改亮度看看。
當亮度低於/高於一定數值後，螢幕系統會將該數值以亮洋紅色標示，表示該設定於對於目前的設定不適用（系統預判此亮度下顏色不準確）。
實際操作後，您會發現亮度可使用的區域，比您想像的還大的多，這代表對於一台品質良好的LCD螢幕，亮度調整對於影像的顏色改變影像不是很劇烈的。
螢幕之間的差異
也許有人考慮到不同螢幕的表現可能有差異，的確，這次測試的這台LG螢幕品質算是不錯，那其他螢幕更改亮度後，對於影像輸出是否會有完全不同的變化呢？
由於一般LCD螢幕基本結構相同，當我們調整螢幕亮度Brightness時，改變的是背光Backlite的輸出強度，而背光強度的強弱與螢幕顯示影像的顏色變化，通常存在一定的關聯性，是可以預期的。這部分留在下一篇文章，「螢幕的亮度與校正描述檔的關係(下)」繼續討論。
另外特別說明關於色差值的計算細節：
上面提供的螢幕驗證報告的色差值，已經採用絕對值計算方式，也就是以描述檔所記錄的白點色度為標準，計算螢幕測量到的顏色色差。相對於上述計算方式，實際上對於一般用途更多的驗證過程，會先將以螢幕實測的白點標準化，爾後再去計算其他顏色的色差。這部分牽涉到色度適應chromatic adaptation 的概念，後續再做更詳細的說明。
附註：原始測試資料
本文所使用的相關測試資料，有興趣的朋友可以至以下Google Drive下載詳閱：
https://drive.google.com/drive/folders/1fVtRI0wkRRqkHhOKl-AiVL1rK_XQSU59?usp=sharing
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