В прошлый раз мы рассказали о мифе эксплуатации проектора в освещенном помещении, а сегодня начнём новый цикл статей о цветопередачи с точки зрения цветовой модели CIE xyY. В этой части мы разберемся, почему «цветовая яркость» (проектора, например) важна с точки зрения стандарта sRGB.
Немного теории
В сети можно встретить такие понятия, как «sRGB-проектор» и «Rec.709-проектор». Стандарт Rec.709 используется в HD-кино и видео (HDTV, Blu-ray) и также использует цвета в пространстве sRGB. В итоге, так или иначе нельзя говорить о готовности того или иного оборудования к воспроизведению «семьсот-девятого» контента, не имея уверенности в качественной поддержке этим оборудованием цвета по стандарту sRGB. Куда ни кинь – всюду клин sRGB!
Понять, какие цвета определяет стандарт sRGB, нам поможет цветовая модель CIE xyY. CIE – «Международная Комиссия по Освещению», создавшая данную модель аж в 20-х – 30-х годах прошлого века. Модель xyY получается путем пересчета другой более сложной модели CIE XYZ на удобную систему координат. Поскольку в модели XYZ «Y» обозначает Яркость (Luminance), которая является вполне себе осмысленным параметром, то решили перенести эту координату в новую модель без изменений. Получилось знакомое многим трехмерное пространство цвета xyY. Модель невероятно красивая и удобная по ряду причин. К примеру, по оси Y у нас меняется только яркость цвета, а на плоскости xy находятся все воспринимаемые человеком оттенки, то есть, наш цветовой охват:
Стандарт sRGB является эталоном и используется в абсолютном большинстве контента, с которым мы имеем дело каждый день. Соответственно, он и является стандартом цвета для большинства устройств. Для sRGB четко обозначены координаты xyY основных цветов (т.н. «primaries»). Вот они:
| Координата | Красный | Зеленый | Синий | Белый |
| x | 0,64 | 0,3 | 0,15 | 0,3127 |
| y | 0,33 | 0,6 | 0,06 | 0,329 |
| Y | 0,2126 | 0,7152 | 0,0722 | 1 |
Координаты x и y сразу можно наносить на плоскость. К примеру, вот наш «белый цвет»:
Но координаты белого цвета нужны нам для справки – белый должен быть именно таким по результатам измерений, но сам (как и все остальные оттенки) является лишь продуктом смешения основных цветов, красного, зеленого и синего. По крайней мере, с расчетом именно на это создавался стандарт sRGB, как стандарт для электронных устройств, которые формируют цвет путем «излучения», а не отражения света. Нанесем на плоскость «sRGB-зеленый» и «sRGB-красный»:
Изменяя интенсивность свечения (яркость) зеленого и красного, мы можем добиться любого оттенка на отмеченной линии «зеленый-салатовый-желтый-оранжевый». Элегантность модели xyY в том, что смешение двух оттенков на плоскости xy дает цвет, находящийся ровно на прямой, соединяющей эти два цвета. Добавив координату синего primary получаем цветовой охват sRGB:
Теперь мы можем создать любой оттенок путем смешения трех основных цветов, находящийся внутри треугольника. Монитор, телевизор или изображение с проектора на экране могут в той или иной степени приближаться к этому идеалу. К примеру, бюджетные проекторы, как правило, имеют свойство немного сдвигать оттенок зеленого primary в сторону желтого, ну а точность цветопередачи любого проектора сильно зависит от используемого режима изображения («кино», «презентация», собственно, «sRGB» и т.п.). Это связано с тем, что в разных условиях фонового освещения можно пожертвовать, скажем, точностью цветопередачи определенных оттенков, увеличив долю самой «яркой» зеленой компоненты и сделать изображение более ярким, визуально увеличив его контрастность (что особенно актуально для освещенных помещений). Об этом приёме и о том, почему это «работает», мы рассказывали в первой части этой серии постов.
Цветовая яркость
Теперь пришло время ответить на главный вопрос – так ли важна цветовая яркость, на которую мы постоянно обращаем внимание, для соответствия проектора стандарту sRGB?
Для этого еще раз взглянем на координаты основных цветов sRGB:
| Координата | Красный | Зеленый | Синий | Белый |
| x | 0,64 | 0,3 | 0,15 | 0,3127 |
| y | 0,33 | 0,6 | 0,06 | 0,329 |
| Y | 0,2126 | 0,7152 | 0,0722 | 1 |
Обнаруживаем, что Y (яркость) белого равна сумме яркостей основных цветов (это очень, очень важная формулировка).
Все, в общем-то, логично. Чтобы получить целое, следует сложить доли. Строго говоря, больше никаких доказательств не требуется вовсе.
Координата Y не видна на двумерной плоскости xy, и ее часто упускают из виду при оценке цветового пространства конкретного проектора, но в реальности она никуда не пропадает и учитывается, например, в формулах Delta E, использующихся для точного измерения ошибок цветопередачи.
Изображение для примера:
Диаграмма изображения в 3D (модель RGB):
В приведенном примере 3D цветового пространства используется модель RGB, а не xyY. У последней цветовой оттенок менялся бы в пределах горизонтальной плоскости, а яркость цветов изменялась бы по вертикали. В случае же RGB модели работает принцип сложения векторов. Темные цвета состредоточены в нижнем углу ближе к зрителю (координаты 0, 0, 0). Красные оттенки смещены враво, желтые уходят в дальний угол, поскольку являются результатом смешения красного и зеленого. Ну а белый расположен в дальнем верхнем углу, поскольку является результатом смешения всех основных цветов (координата белого — 255, 255, 255).
Нам часто приходилось слышать, что одноматричные DLP проекторы, использующие цветовые колеса с дополнительными сегментами, помимо красного, зеленого и синего, по идее, не обязаны подчиняться логике «цветовой яркости», гласящей, что «яркость белого = яркость красного + яркость зеленого + яркость синего».
Мол, с тем же успехом сюда можно прибавить мадженту, голубой, белый и серо-буро-малиновый. На первый взгляд звучит логично: у нас другие основные цвета (primaries), и белый образуется по другому принципу. Однако, стандарт sRGB имеет на этот счет иное мнение:
- Вне зависимости от устройства проектора, белый – это: красный + зеленый + синий. Если же эта формула не срабатывает, то цвета по определению являются темными и неправильными, ведь в сумме они не дают честный белый цвет. А правильная, «хрестоматийная» яркость цветов всегда определяется относительно белого. К примеру, программа для тестирования цветопередачи ChromaPure предлагает сначала измерить белый, и только на основании полученных данных вычисляет, какая яркость должна быть у остальных цветов. И её не обманешь – если белый образуется не только смешением красного, зеленого и синего, то красный, зеленый и синий уж точно будут «забракованы», как темные. Ситуация еще хуже, когда для того, чтобы добиться паспортной яркости в проекторе используется не цветной, а… прозрачный сегмент цветового колеса. Да-да, белый цвет создается из белого. И вы можете догадаться, что при этом произойдет с правильностью красного, зеленого и синего цветов по яркости, ведь часть энергии уходит на элементарное повышение яркости изображения, без оглядки на цветопередачу.
- Сколько бы ни использовалось в проекторе основных цветов для формирования изображения, трех (R, G, B) всегда достаточно для воспроизведения всей палитры sRGB, и в итоге цветовой охват должен иметь вид треугольника, как если бы он был произведен проектором с тремя базовыми цветами, например любым проектором Epson (технология 3LCD). Так и хочется сказать, что все остальное – выдумки маркетологов и чудо-изобретателей, которые примешивают к трем основным цветам дополнительные оттенки и только осложняют себе жизнь. Ведь из-за добавления новых оттенков формула сложения из трех компонент более не работает и из нее нужно «вычленить» и заново ввести четвертую, а то и пятую компоненту, в зависимости от того, сколько цветов гений изобретателя решит «подмешать» в цветовое колесо. Судя по имеющемуся у нас опыту, такое усложнение часто приводит к усилению бандинга (грубые цветовые переходы).
- На самом деле, если быть откровенным, то использование дополнительных сегментов все-таки имеет вполне внятную цель, и она связана с увеличением яркости в попытке приблизиться по этому параметру к трехматричным проекторам.
Любопытные факты
Обратите внимание на то, насколько невелика доля яркости синего цвета в белом – зеленый примерно в 10 раз ярче. Таков он, sRGB стандарт, берущий за 100% столько цвета, сколько его требуется для получения чистого белого. А синего требуется меньше, чем остальных.
К слову о «100% синем». Помимо sRGB-пространства есть же ещё RGB-сигнал. В идеале, у sRGB-проектора должно быть полное соответствие между RGB-сигналом и результирующим изображением. Особенность сигнала RGB в том, что он просто говорит устройству, что пиксель должен быть, например, 100% красным, 100% зеленым и 0% синим. В итоге получаем желтый цвет в том цветовом пространстве, в котором работает устройство. Предположив, что речь идет о желтом цвете в пространстве sRGB, мы можем вычислить точную координату желтого в пространстве xyY.
Как вы думаете, какова при этом координата Y (яркость) желтого? Верно! Она равна строго сумме яркостей зеленого и красного.
А теперь представьте, каково одноматричному проектору, который, в отличие от 3LCD-проектора, не смешивает поток белого света, разделенного на три компонента, а последовательно отображает сперва красный, затем зеленый, затем синий, а часто – меж тем ещё и просто «белый» через прозрачный сегмент цветового колеса.
Добиться точной цветопередачи желаемого желтого оттенка можно только полностью устранив прозрачный сегмент колеса и лишившись таким образом до трети и даже больше оригинальной яркости лампы, ибо в каждый момент времени только та малая часть света, которая пропускается фильтром колеса, попадает на экран.
Это фундаментальное отличие технологий, понимание которого раз и навсегда открывает глаза на то, почему одночиповые DLP-проекторы – это компромисс. Выбирайте: либо какая-никакая точная передача цветов по стандарту sRGB, либо яркая картинка, полученная путем подмешивания «белого» света лампы, что заметно уменьшает яркость цветов, что при свете означает потерю разборчивости, контрастности цветного изображения. Ну и пресловутая «радуга», самой собой, в любом режиме работы, в связи с тем, что изображение формируется мерцанием, а не непрерывным потоком.
Как мы уже говорили, RGB-сигнал идет в нормированном виде, то есть под 100% подразумевается такая яркость, которая необходима для получения белого в сумме с остальными двумя цветами. Конечно, многие знают, что цвета в RGB кодируются в зависимости от битности цвета. К примеру, при восьмибитном кодировании каждый цвет может принимать значения от 0 до 255 — белый цвет будет (255, 255, 255). Выше головы не прыгнешь: если проектору сказали показать 255 только по одному из цветовых каналов, он должен сделать все возможное, чтобы «попасть» в primary стандарта sRGB и точка. Не попал – не sRGB! Давай, до свидания.
3LCD-проктор в таком случае даже «не парится» и выдает на экран 100% синий, а остальные, основанные на 1-чиповой технологии, дают такой обесцвеченный синий, что он сливается с остальными оттенками на экране, особенно, если они в фоне:
А если включить свет, то будет еще хуже...
Заметка на будущее
Что же с перспективными цветовыми пространствами, которые ждут нас в связи с массовым переходом к HDR? А все то же самое: они все основаны на принципе RGB, только «треугольник» цветового охвата будет больше:
Вся разница в том, что берутся другие координаты трех основных цветов, отличные от указанных в sRGB стандарте.
Выводы
Мы часто и по делу говорим о том, что цветовая яркость проектора должна быть равна максимальной (по белому) и приводим два значения яркости для своих проекторов. Для иллюстрации мы любим приводить вот такую картинку:
А также – ссылку на вот этот сайт, где собраны измерения максимальной и цветовой яркости ряда проекторов. Сегодня мы рассказали, почему это нельзя считать прихотью. Параметр «цветовая яркость» существует для того, чтобы:
- описать лишь один из ряда аспектов цветопередачи. И, хотя данный параметр не единственный, он легко измерим с помощью простого люксметра;
- наглядно продемонстрировать преимущество трехматричных проекторов (в нашем случае подразумевается технология 3LCD) перед одноматричными, особенно – при работе в освещенных помещениях и других условиях, когда используется вся доступная яркость проектора.
Такие дела.
Автор: Seiko Epson Corp.
