顯示器的色彩校正,常常遇到校正後的結果不如我們所預期的時候,你有想過這些原因出自於哪裡嗎?可能是校正軟體的演算法出了問題、或是做 Profiling 的時候出現問題,還是硬體設備傳送訊號時出現錯誤?

今天來談談做校正的時候可能遇到的問題,或是不同的做法會導致什麼樣的結果。雖然前文提到校正軟體的演算法可能會有 bug,但是這是我們不可控制的因素(一般來說機率近乎微乎其微,不然怎麼敢賣錢呢?),所以本文所討論的這些問題是建立在產生 LUT 的演算法是正確的前提之上。

讓我們把問題分成三個大方向來討論:

訊號傳送

當我們在做校正的時候,除了本身的電腦以外,常常東接一個螢幕,西接一個測色儀器,有時還會再接色塊產生器(Patch Generator)等,然而,這些訊號傳遞的過程其實都會對校正的精準度有影響。

我們以一個 Test Patch Generator(TPG)為例,先看看兩種方法的流程圖,兩者只差別在內部的 TPG 是先做過訊號處理產生色塊,而外接的 TPG 則是直接依照輸入訊號來產生輸出訊號,後續才做訊號處理。

那這兩種不同的作法會造成什麼影響呢?

內部 TPG
外部 TPG

從數據圖來看,可以看到內部 TPG 的線震盪的情形是比較明顯的,表示說它的穩定度相對於外部 TPG 來說是比較差的,是什麼造成了這樣的結果?

這樣的情況是源自於內部 TPG 在接收到訊號的過程當中,這些訊號已經被預先處理過了,而在處理的過程當中會產生一些雜訊,導致輸入到 TPG 的訊號被疊加了雜訊,預期的輸出訊號和輸入訊號不同;反觀外部 TPG,它的訊號源自於自己本身,訊號傳遞的過程並不會經過額外的處理,因此它的輸入訊號和輸出訊號是相同的。

內部 TPG VS 外部 TPG

校正方法

常見的色彩校正方法有透過 3×3 矩陣進行校正,也有透過 3D LUTs 來進行校正;這兩種方法會對我們的結果產生什麼影響呢?

  • 3×3 矩陣

3×3 矩陣是一種線性轉換,會依照你給的 RGB 數值比例做為一個係數矩陣,進而得出一個新的數值。可以看出這是一種簡單快速的方法,但是這種方法會受限於本身色域主色的峰值,舉例來說,假設現在綠色通道的數值已經到極限了,那如果想轉到擁有更鮮艷綠色的色域,即使你的數值轉換完比原本的數值還要大,但是受限於本身色域的關係,多出來的數值還是會被去除。

3x3 線性轉換矩陣
  • 3D LUT

3D LUT 則是一種非線性轉換的方式,能夠解決前面 3×3 矩陣所提到的問題,簡單來說,就是 3D LUT 能產生每個點對點之間的對照關係,因此不會受到主色色域峰值的影響。

3D LUT 能夠根據單一 R、G、B 輸入值變化對應給定的單一 R、G、B 輸出值
3D LUT 於三維立方體可以查看所有三個顏色平面相交的點

舉例來說,如果我們想要將色域校正為 Rec. 709,可以從下圖看到 3×3 矩陣所校正的結果,雖然在紅色以及藍色的部分校正的滿接近的,但是綠色以及黃色的部分效果非常差;反之,利用3D LUT 所做出來的結果好上許多,造成這種結果的原因和我們上面所說內容的有關。

3x3 矩陣色域覆蓋率 VS 3D LUT 色域覆蓋率

硬體設備

做色彩校正的時候,可能會遇到:在軟體上做 LUT 測試都沒問題,一旦把 LUT 上傳到顯示器就產生問題,這是為什麼呢?

校色流程圖

用下述例子來說明:

當我們利用軟體進行 Profiling 之後會將產生的 LUT 做驗證,看看是不是套上 LUT 之後得到的色差會變小,此時所用的 LUT 我們稱之為 Active LUT,而假設我們在量測的過程中都沒有錯誤的話,預期的結果是能夠順利降低色差。

接著我們就會將剛剛的 Active LUT 上傳到要校正的顯示器裡面,這個 LUT 我們稱之為Uploaded LUT,照理來說,我們只要把剛剛產生的 LUT 上傳到顯示器當中就能順利完成校正了,因為我們也驗證過了它的準確性,然而從數據圖來看,卻發現Uploaded LUT的誤差比 Active LUT 的誤差來的明顯許多,這是為什麼呢?

Active LUT VS Uploaded LUT

一來有可能是顯示器上傳 LUT 所使用的 LUT size 小於在校正軟體內所使用的 LUT size,假設我們在軟體上所使用的 LUT size 是 213 的 cube,而顯示器所使用的 LUT size 是 173 的 cube,那麼顯示器轉換的精度勢必比原生的 LUT 來的低,因此就會造成某些顏色轉換的錯誤。

從下方的圖來看,對於精度高的 LUT 來說,方塊內的點會比較密集,意味著對於顏色的變化相對平滑;反之,精度較低的 LUT,方塊內的點會比較稀疏,也代表著它對於顏色的變化不那麼的平滑,因此有些顏色在精度高的 LUT 是存在的,但是不存在於精度低的 LUT 裡。

這就是造成 Active LUT 測試沒問題,但是一到 Uploaded LUT 會產生誤差的情況。

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