Охоплення кольорів — опис, види та специфічні особливості

Що називають кольоровим охопленням? Він визначає конкретний діапазон спектра, видимого людським оком. Оскільки кольори, які можуть відтворювати пристрої формування зображення, такі як цифрові камери, сканери, монітори та принтери, варіюються, для їх узгодження використовується певна гамма.

Аддитивний і субтрактивний типи

Існує 2 основних типи колірного охоплення — RGB та CMYK.

Аддитивна гамма утворюється шляхом змішування світла різної частоти. Застосовується в дисплеях, телевізорах та інших пристроях. Назву RGB складено з початкових літер червоного, зеленого і синього світла, які використовуються для такої генерації.

Субтрактивна гама виходить при змішуванні барвників, які блокують відбиття світла, в результаті чого виходить необхідний колір. Використовується для публікації фотографій, журналів і книг. Абревіатура CMYK складається з назв пігментів (блакитного, пурпурового, жовтого і чорного), які використовуються в друку. Колірне охоплення CMYK значно менше простору RGB.

Стандарти

Охоплення кольорів регулюється низкою нормативів. У персональних комп’ютерах часто використовуються стандарти sRGB, Adobe RGB і NTSC. Їх колірні моделі зображуються на діаграмі кольору у вигляді трикутників. Вони являють собою пікові координати RGB, пов’язані прямими лініями. Чим більша площа трикутника, тим більше відтінків може відображати стандарт. Для ЖК-моніторів це означає, що продукт, сумісний з більшою моделлю, може відтворювати на екрані більш широкий діапазон кольорів.

sRGB

Колірне охоплення для персональних комп’ютерів визначено міжнародним стандартом sRGB, встановленим 1998 року Міжнародною електротехнічною комісією (IEC). Він зайняв міцну позицію в середовищі Windows. У більшості випадків дисплеї, принтери, цифрові камери та різні програми калібруються для найбільш точного відтворення моделі sRGB. Якщо пристрої та програми, які використовуються при введенні та виводі даних зображення, сумісні з цим стандартом, розбіжності між вхідними та вихідними даними будуть мінімальними.

Adobe RGB

Хроматична діаграма показує, що діапазон значень, який можна виразити за допомогою моделі sRGB, досить вузький. Зокрема, стандарт виключає сильно насичені кольори. Це, а також розвиток таких пристроїв, як цифрові камери і принтери, призвело до широкого використання техніки, здатної відтворювати тони, які не входять в діапазон sRGB. У зв’язку з цим загальну увагу привернув стандарт Adobe RGB. Він характеризується більш широким колірним охопленням, особливо в області G, тобто завдяки здатності відображати більш яскраві зелені тони.

Стандарт Adobe RGB було встановлено 1998 року компанією Adobe Systems, яка створила відому серію програм для фоторетуші Photoshop. Хоча він не є міжнародним (як sRGB), завдяки високій частці ринку графічних додатків Adobe в професійному середовищі обробки зображень, як і в друкованій і видавничій галузях, він став таким де-факто. Все більше моніторів може відтворювати більшу частину колірної гами Adobe RGB.

NTSC

Даний стандарт аналогового телебачення був розроблений Національним комітетом з телевізійних систем США. Хоча колірне охоплення NTSC близьке до Adobe RGB, значення R і B трохи відрізняються. sRGB займає близько 72% діапазону NTSC. Монітори, здатні відтворювати модель NTSC, необхідні для виробництва відео, однак вони менш важливі для окремих користувачів або для програм, пов’язаних з нерухомими зображеннями. Сумісність з sRGB та можливість відтворення колірного охоплення Adobe RGB є ключовими для дисплеїв, які використовуються для роботи з фотографіями.

Технології підсвічування

В цілому сучасні монітори, що використовуються з ПК, завдяки специфікаціям для їх ЖК-панелей (і елементів управління) мають колірне охоплення, що включає весь простір sRGB. Однак, враховуючи зростаючий попит на відтворення більш широкої гами, колірний простір моніторів було розширено. При цьому в якості цільового використовується стандарт Adobe RGB. Але як відбувається таке розширення?

Багато в чому це досягається завдяки удосконаленню підсвічування. Застосовуються 2 основних підходи. Один з них складається в розширенні колірного охоплення холодних катодів, що є основною технологією підсвічування, а інший зачіпає світлодіодне підсвічування.

У першому випадку швидке рішення полягає в посиленні кольорового фільтру ЖК-панелі, хоча це знижує яскравість екрану за рахунок зменшення світлопропускання. Збільшення яскравості холодного катода для протидії цьому ефекту має тенденцію скорочувати термін служби пристрою і часто призводить до порушень освітленості. Зусилля інженерів на сьогоднішній день значною мірою подолали ці недоліки. У багатьох моніторах з люмінесцентним підсвічуванням розширення діапазону досягається завдяки модифікації люмінофору. Це також знижує вартість, оскільки дозволяє розширити колірну гаму без значних змін існуючого дизайну.

Використання світлодіодного підсвічування почало наростати відносно недавно. Це дозволило досягти більш високих рівнів яскравості і чистоти кольору. Незважаючи на певні недоліки, в тому числі більш низьку стабільність зображення (наприклад, через проблеми з променистим нагрівом) і труднощі в досягненні однорідності білого по всьому екрану через застосування суміші RGB-світлодіодів, ці проблеми були усунені. Світлодіодне підсвічування коштує дорожче люмінесцентних ламп і використовувалася менше, але через її ефективність у розширенні колірного охоплення дисплея застосування цієї технології збільшилося. Це справедливо і для ЖК-телевізорів.

Співвідношення і покриття

Виробники часто вказують площу колірного охоплення монітора (тобто трикутників на діаграмі кольору). Багато хто, ймовірно, бачив у каталогах дані про ставлення гами будь-якого пристрою до моделі Adobe RGB або NTSC.

Однак ці цифри говорять тільки про площу. Дуже деякі продукти покривають весь простір Adobe RGB і NTSC. Наприклад, кольорове охоплення Lenovo Yoga 530 становить 60-70% Adobe RGB. Але навіть якщо дисплей відображає 120%, неможливо визначити різницю в значеннях. Оскільки такі дані ведуть до неправильного тлумачення, важливо уникати плутанини з характеристиками продукту. Але як перевірити колірне охоплення монітора в цьому випадку?

Щоб усунути проблеми зі специфікаціями, деякі виробники замість слова «площа» використовують вираз «покриття». Очевидно, що, наприклад, ЖК-монітор з колірним охопленням колірної моделі Adobe RGB на рівні 95% може відтворювати 95% гами цього стандарту.

З точки зору користувача, покриття — більш зручна і зрозуміла характеристика, ніж відношення площ. Хоча при цьому виникають труднощі, демонстрація на графіках колірного охоплення моніторів, який буде використовуватися для контролю кольору, безсумнівно, полегшить користувачам формування власних суджень.

Перетворення гами

При перевірці колірного простору монітора важливо пам’ятати, що розширене охоплення кольорів не обов’язково тягне за собою високу якість зображення. Це може викликати непорозуміння.

Колірна гама — це характеристика, яка застосовується для вимірювання якості зображення на ЖК-моніторі, але одна вона його не визначає. Вирішальне значення має якість елементів керування, які використовуються для реалізації повних можливостей дисплея. По суті, здатність створювати точні тони, що підходять для конкретних потреб, переважує наявність розширеного колірного охоплення.

При оцінці монітора необхідно визначити, чи є у нього функція перетворення колірного простору. Вона дозволяє керувати гамою дисплея, задаючи цільову модель, таку як Adobe RGB або sRGB. Наприклад, вибравши в меню режим sRGB, можна налаштувати монітор з охопленням Adobe RGB так, щоб кольори, що відображаються на екрані, потрапляли в діапазон sRGB.

Дисплеї, які пропонують функції перетворення колірної гами, одночасно сумісні зі стандартами Adobe RGB та sRGB. Це необхідно для програм, що потребують точної генерації відтінків, таких як редагування фотографій та веб-виробництво.

Для цілей, які потребують точного кольору, в деяких випадках бракує монітора з розширеним охопленням кольорів функції перетворення. Такі дисплеї відображають кожен тон 8-бітової гами в повному кольорі. У результаті створені кольори часто надто яскраві для відображення зображень у sRGB (тобто sRGB не може бути відтворена точно).

Перетворення фотографії, виконаної в колірній гамі Adobe RGB, в sRGB призводить до втрати даних про високонасичені кольори даних і втрати тональних тонкощів. Таким чином, знімки стають бляклими і з’являються стрибки тону. Модель Adobe RGB може відтворювати більш насичені кольори, ніж sRGB. Фактично відображені кольори залежать від монітора, який використовується для їх перегляду та програмного середовища.

Покращення якості зображення

У випадках, коли розширене колірне охоплення монітора дозволяє відтворювати більший діапазон тонів, дає більше можливостей для їх контролю та налаштування зображень на екранах, такі проблеми, як порушення тональних градацій, варіації кольору, викликані вузькими кутами огляду, і нерівномірність відображення, менш помітні в гамах діапазону sRGB, стали більш вираженими. Як згадувалося раніше, сам факт наявності дисплея з розширеною колірною гамою не гарантує, що він забезпечить високу якість зображення. Докладніше можна розглянути різні технології використання розширеного охоплення RGB.

Підвищення градації

Ключовою тут є вбудована функція гамма-корекції для багаторівневих тональних переходів. 8-бітові вхідні сигнали для кожного кольору RGB, які надходять з боку ПК, піддаються згладжуванню до 10 або більше біт в кожному пікселі монітора, а потім призначаються кожному RGB-кольору. Це покращує тональні переходи і скорочує колірні розриви, покращуючи гамма-криву.

Кути огляду

Великі екрани зазвичай полегшують сприйняття відмінностей, особливо в пристроях з розширеною колірною гамою, але у них можуть виникнути проблеми з кольоровістю. Здебільшого зміна кольоропередачі через кут огляду визначається технологією РК-панелей, причому у кращих з них зміни тону не проявляються навіть при перегляді під великим кутом.

Не вдаючись в особливості виробництва дисплеїв, їх можна розділити на такі типи, перелічені в порядку зростання зміни кольору: з площинним перемиканням (IPS), вертикальним вирівнюванням (VA) і скрученими нематичними кристалами (TN). Хоча TN-технологія просунулася до такої міри, що її характеристики кута огляду значно покращилися, між нею і технологіями VA і IPS залишається значний розрив. Якщо точність кольору важлива, найкращим вибором є VA- та IPS-панелі.

Нерівномірність кольору та яскравості

Функція налаштування неоднорідності застосовується для зменшення нерівномірності відображення, що стосується екранного кольору та яскравості. ЖК-монітор з хорошими характеристиками забезпечує низький рівень нерівномірностей яскравості або тону. Крім того, високопродуктивні дисплеї оснащуються системами вимірювання яскравості і кольору в кожній точці екрану і коригують їх власними засобами.

Калібрування

Щоб повною мірою реалізувати можливості ЖК-монітора з розширеною гамою і відображати тони відповідно до потреб користувача, необхідно розглянути можливість застосування обладнання для налаштування. Калібрування дисплея — це процес вимірювання кольорів на екрані за допомогою спеціального калібратора і відображення характеристик у профілі ICC (файлі, що визначає колірні характеристики пристрою), який використовується операційною системою. Це забезпечує однаковість інформації, що обробляється графічним та іншим програмним забезпеченням, і тонів, що генеруються РК-монітором, а також високу ступінь їх точності.

Слід мати на увазі, що є 2 типи калібрування дисплея: програмна та апаратна.

Програмне налаштування здійснюється за допомогою спеціалізованого ПЗ, яке встановлює такі параметри, як яскравість, контрастність і колірна температура (баланс RGB) через меню монітора і наближає зображення до оригінального тону за допомогою ручних налаштувань. У деяких випадках замість програми ці функції беруть на себе графічні драйвери. Програмне калібрування відрізняється низькою вартістю і може використовуватися для налаштування будь-якого монітора.

Однак при цьому можливі коливання точності кольору, оскільки присутній людський фактор. Від цього може постраждати градація RGB, оскільки баланс дисплея досягається шляхом збільшення кількості вихідних рівнів RGB із застосуванням програмної обробки. Проте з програмним налаштуванням досягти точного відтворення кольорів простіше, ніж без неї.

Навпаки, апаратне калібрування забезпечує більш точний результат. Вона вимагає менших зусиль, хоча її можна використовувати тільки з сумісними РК-моніторами, і тягне певні витрати.

Загалом калібрування включає такі етапи:

• запуск програми;
• співставлення колірних характеристик екрану з їх цільовими значеннями;
• пряме регулювання яскравості, контрастності та гамма-корекції дисплея на апаратному рівні.

Іншим аспектом апаратного налаштування, який не можна упускати з виду, є її простота. Всі завдання, починаючи з підготовки профілю ICC для результатів коригування та їх записи в ОС, виконуються автоматично.

Насамкінець

Якщо важлива кольоропередача монітора, необхідно знати, скільки кольорів він може фактично уявити. Специфікації виробників, що перераховують кількість тонів, як правило, марні і неточні, коли справа доходить до того, що дисплей відображає насправді, порівняно з тим, на що він здатний теоретично. Тому споживачі повинні бути обізнані про колірне охоплення свого монітора. Це дасть набагато краще уявлення про його можливості. Необхідно дізнатися відсоток покриття гами монітора і модель, на підставі якої він розрахований.

Нижче наведено короткий список загальних діапазонів для дисплеїв різного рівня:

• середній РК-дисплей покриває 70-75% гами NTSC;
• професійний РК-монітор з розширеним охопленням — 80-90%;
• ЖК-дисплей з підсвічуванням лампами з холодним катодом — 92-100%;
• ЖК-монітор з розширеною гамою і LED-підсвічуванням — більше 100%.

Нарешті, потрібно пам’ятати, що ці цифри вірні, коли дисплей повністю відкалібрований. Більшість моніторів проходять базове налаштування і мають невеликі відхилення за деякими показниками. У результаті ті, хто потребує високоточного кольору, повинні його відкоригувати за допомогою відповідних профілів і налаштувань, використовуючи спеціальний калібрувальний інструмент.