Læs med, når gæsteskribent Lars Østerballe kaster sig over en omfattende kalibrering af et LG OLED-tv i en artikelserie i 6 dele. Lars giver dig undervejs indblik i nogle af de fundamentale elementer i billedgengivelse og kalibrering samt billedstandarder, herunder HDR. Alt sammen illustreret i grafer og med billedeksempler. God fornøjelse!
- Forord af Rasmus Larsen, redaktør.

Indholdsfortegnelse:
Luma, gamma, kontrast, skyggedetaljer og farver
Synet, tolerance og adaptering
Udbrænding/WtW
HDR og udbrænding
Kalibrering til mørke og lyse omgivelser
Problemer introduceret ved kalibrering & afrunding


2. Synet, tolerance og adaptering

Vi er nu klar over betydningen af luma-kurven, som jeg opfatter som det vigtigste værktøj til at forstå farvegengivelsen (suppleret af CIE-diagrammet, “gamut’en”), og dermed også betydningen af gamma-kurven. Men man kan blive snydt af andre kurver som f.eks. hvidbalancen, som kan vise et - ved første øjekast - fint eller blot acceptabelt resultat, selvom den oplevede farvegengivelse er helt i skoven.

Lad mig give dette (skræmme-)eksempel:

Jeg kalibrerede for nogle år siden et relativt billigt LCD-TV, som faktisk kunne bringes til at performe OK, men jeg landede næsten i en fælde: Jeg kalibrerede hvidbalancen på plads - og med et ikke så dårligt resultat i forhold til de muligheder, som TV’et stillede til rådighed:

Hvidbalance for LCD-TV’et med angivelse af fejlen (dE)

Der er lidt underskud i den røde farve i den lyse ende af hvidbalancen (mens den lave ende kan være præget at fejl fra målenøjagtigheden), og ud fra dette ville man jo tro, at gråtoneskalaen ville være lidt cyan i den lyse ende og ellers fint hvid på resten af forløbet, måske lidt blålig overordnet set.

Det jeg så var ganske anderledes (et manipuleret billede fa det omtalte TV, tonet rødligt her, fordi man ikke kan fotografere fænomenet, men illustrationen herunder er ganske tæt på det oplevede):

Illustration af gråtoneskalaens udseende

Et billedet som generelt er lyserødt og lidt blåhvidligt i den lyse ende af gråtoneskalaen. Hvad sker der her?

Det handler om farveopfattelse og adaptering af hvidpunktet.

Vores synssans (som for en stor dels vedkommende sidder i hjernen) låser hvidpunktet (altså opfattelsen af, hvad der er hvidt) på den lyseste del af billedet. I denne gråtoneskala fanger synet altså den lyse del (som er cyan = G + B, med for lidt rødt) og bestemmer sig for, at dette er farven hvid. Dette betyder så, at resten af billedet dermed mangler cyan, og derfor fremstår som havende et overskud af rødt, ligesom på illustrationen ovenfor. 

Hvis vi prøver at se på luma-kurven, kan man se det virkelige problem (det kunne man ikke da jeg lavede kalibreringen, da der var en fejl i ColorHCFR v2 (som faktisk gav et bud på den opfattede luma-kurve!), nu bruger jeg v3, som fungerer måleteknisk korrekt på dette punkt):

Luma-kurve for LCD-TV’et (bemærk red run-out)

Den afvigelse, der sås i hvidbalancen for den 100% stimulus, kunne nu ligne red run-out, altså at den røde farve ikke kunne levere nok lys ved 100% stimulus, og problemet blev løst ved at skrue ned for KONTRAST-indstillingen. Det er i princippet ligegyldigt, hvad årsagen er - problemet er det samme. Jeg er efterfølgende blevet klar over en tilsvarende oplevelse, hvor billedet oplevedes som havende et underskud af blåt i forbindelse med kalibrering - og når jeg kigger på måledata i dag, ser jeg et overskud af blåt i den lyse ende af gråtoneskalaen, som dermed kan narre os til at tro, at der er underskud af blåt i resten af skalaen/billedet generelt. Så let er det at misfortolke måledata.

Disse oplevelser fortæller os dermed endnu mere om betydningen af luma-kurven (og hvidbalancen), og hvorfor meget tydeligt farvet lys (som tilmed kan skifte farve over kort tid) bagved TV’et ikke er en særskilt god idé: Jeg har selv oplevet dette, hvor skiftende belysning bag TV’et medførte adaptering af hvidpunktet, som kom til udtryk i at underteksterne, som skulle være hvide, stod og skiftede til komplementærfarven af det baggrundslys, som aktuelt var bag TV’et. F.eks. blev teksterne cyan ved rød baggrundsbelysning og gule ved blå baggrundsbelysning etc. 

Skal der være lys bag TV’et (og her er der tale om et samspil mellem væggens lysreflekterende farve og baggrundslysets farve), bør det låses fast på D65 (hvidt jf. Rec.709), og TV’et skal naturligvis også være kalibreret til D65.

Øjet er utroligt nemt at snyde til at acceptere en farve som værende hvid (tænk f.eks. på, at vi sagtens kan acceptere et hvidt stykke papir som værende hvidt i både højt solskin og hjemme i dæmpet stuebelysning), og diagrammet herunder viser, hvor stort området for “hvidt” egentligt er:

Bevæger farven sig uden for “CIE white domain”, vil den blive opfattet som en ikke-hvid farve. Vi vælger at lægge hvidpunktet på pladsen “D65” (ikke tegnet ind på dette diagram) for at have et fast holdepunkt for resten af farvegengivelsen (der er en matematisk veldefineret  sammenhæng mellem hvidpunktet og gamut’en og den resulterende farvegengivelse). De oplevede hvide nuancer, illustreres oftest som liggende på black body-kurven, som vist herunder (A, B, C, D65 etc.):

Black body locus med farverne “hvid”, som retter sig mod forskellige formål

Navnet black body kommer af, at “hvidt” er defineret som den farve lys, der udsendes fra et ganske bestemt sort materiale, når det opvarmes (meget) og gløder i forskellige farver afhængig af temperaturen.

Temperaturen er angivet i Kelvin  (ikke Celcius), og dette genkender vi som farvetemperaturen.

Heraf kommer den lidt forkerte opfattelse af, at gråtoneskalaen skal ligge på 6500K, hvilket faktisk ikke er helt korrekt, da “6500K” er en éndimensionel størrelse, og dermed ikke kan specificere et nøjagtigt punkt i CIE-diagrammet ovenfor, som jo kræver (mindst) både x- og y-koordinater. Derfor hedder det sig formélt set, at den farve, der sigtes efter, er “D65” med koordinaterne (x; y) = (0,313; 0,329). Siger man blot “6500K”, kan hvidt f.eks. sagtens have et indhold af for meget grønt.

Øjets/synsevnens fleksibilitet kommer også til udtryk andre steder i gamut’en, for McAdam har vist, at blot en farve ligger nogenlunde korrekt, vil den blive opfattet/accepteret som den korrekte farve - men det er farvens placering/position i gamut’en, der bestemmer om den er følsom for afvigelser mht. mætning (saturation, afstanden fra farven til hvidpunktet) eller tint/hue (“farvetone”, kan opfattes som en rotation om hvidpunktet):

McAdam’s ellipser i det synlig farvespektrum

De små ellipser fortæller os noget om synets tolerance for den specifikke farve i punktet, og lægger vi f.eks. Rec.709-gamut’en ind over (med hvidpunktet D65 i midten, hvor den kraftige lodrette og vandrette linje krydser hinanden), kan vi vurdere, hvad der skal fokuseres på, og hvordan der skal arbejdes med kontrollerne i forbindelse med kalibreringen (farveopfattelsen er mest følsom for fejl på den korte led af ellipserne):

(Overlay med Rec.709)

Dette er blot en skitse, men intentionen er at vise, at gule farver er følsomme for fejl i hue/tint, mens røde farver er følsomme for fejl i mætningen for de pastelagtige røde samt for hue/tint for de stærkere mættede farver. Grøn og blå er følsomme for fejl i tint/hue, mens cyan og magenta er følsomme for mætningsfejl. Under kalibreringen vil man være nødt til at indgå kompromisser, og da hudfarver altid skal være så troværdige som muligt og faktisk er dårligst repræsenteret i gamut’en mht. antal kombinationer, vil fokus på det gule og røde område være et godt bud, hvis alt alligevel ikke kan komme på plads - og McAdam fortæller os, hvilke håndtag, vi kan/skal trække i.

Skitse af farvedistribution over gamut’en

Herover har jeg tidligere 3D-modelleret, hvordan fordelingen af farvekombinationer (udtrykt som kurvens højdedimension) i Rec.709-gamut’en er (det er ikke en 3D-model af gamut’en som sådan), og det ses, at hudfarverne er noget underrepræsenterede, hvilket underbygger behovet for fokus på netop dette område - også fordi kompression af kildematerialet kan øge problemet med farvegengivelsen (kalibrering kan ikke løse dette, højst medvirke til undgå at problemet bliver alt for synligt).


2.1. Anvendelse af teori om tolerance i synssansen ved kalibrering

Lad os lige runde gamut-snakken af med at se på farvegengivelsen for OLED-TV’et, når det fodres med et Rec.2020-signal (stærkt udvidet gamut i forhold til Rec.709):

Måling af Rec.2020 gamut på LG OLED-TV (Kilde: AVForums)

De sorte punkter er målingerne, mens de små hvide kasser er target, målet for farvegengivelsen.

Hvor OLED-TV’et er i stand til at levere en fin farvegengivelse for Rec.709 (SD/HD), går det ikke helt så godt med den større gamut, som anvendes i Rec.2020: Fysisk set har panelet formodentligt ikke overskud, så der (matematisk) kan skæres i farvegengivelsen, hvilket betyder fejl i placering af farverne. Hvis vi husker tilbage til McAdam’s ellipser ovenfor, kan vi se, at det grønne farveområde er udfordret, da det er præget af fejl i hue/tint, som netop er kritisk. Tilsvarende er den røde farvegengivelse ikke i top med både hue/tint og mætningsfejl. Gul gengives OK (lidt belastet af problemer med grøn) og blåt er fint - men cyan lider lidt under mætningsfejl, der igen stammer fra fejlen i grøn. 

Panelet er simpelthen ikke i stand til at levere Rec.2020 rød og grøn (hudfarver kan blive for orange/solbrændte af den årsag), men det er helt som forventet, ingen skandale her… I princippet er gamut’en faktisk næsten tilstrækkelig til DCI-P3. Jeg mangler dog selv at lave målinger af farveforløb for DCI-P3 inden i gamut’en for at se, om disse er mere nøjagtige end for Rec.2020, men HDTV’s test af den nye firmware (04.30.50, se dette link) viser, at TV’et klarer DCI-P3 en del bedre fordi DCI-P3-gamut’en er mindre end for Rec.2020 (se tidligere i denne tråd), selvom der stadig er en lille mango omkring grøn og rød. 

Da farvegengivelsen altid skal skæres til af CMS’en, bliver det noget sværere at lave en rigtig Rec.2020-farvegengivelse, da farvespektret for panelet skal udvides, så der er noget at skære i…

---

3. del af artikelserien bringes den 27. december. Den handler om "Udbrænding og WtW (whiter-than-white)".

×Om Lars Østerballe:
Jeg har de sidste godt 10 år beskæftiget mig med emnet “kalibrering af TV” - med udspring i en oplevelse, hvor jeg en dag kom til at indstille mit gode, gamle Philips billedrørs-TV på en måde, som gjorde, at jeg ikke vidste, hvordan jeg skulle indstille det tilbage til en lige så god indstilling som jeg mente det havde før jeg pillede ved det…

Denne oplevelse affødte hundredvis (hvis ikke tusindvis) af timers studier og eksperimenter med kalibrering af forskellige TV, hvor folk ville lægge udstyr og tid til. Mange tak for det - disse folk har også aktiver i denne artikelserie.

Min baggrund er uddannelser som programmør, svagstrømsingeniør og erhvervspædagog - og jeg oplever, at alle disse kompetencer kommer i spil i arbejdet med og formidlingen af TV-kalibrering i et eller andet omfang - men det er absolut ikke kompetencer, som er påkrævede for at kunne kalibrere et TV: Dertil kræves faktisk kun en brændende interesse for emnet.

Jeg håber at kunne videreformidle noget af denne entusiasme til dig som læser.