Цветовой охват - описание, виды и особенности

Что называют цветовым охватом? Он определяет конкретный диапазон спектра, видимого человеческим глазом. Поскольку цвета, которые могут воспроизводить устройства формирования изображения, такие как цифровые камеры, сканеры, мониторы и принтеры, варьируются, для их согласования используется определенная гамма.

Аддитивный и субтрактивный типы

Существует 2 основных типа цветового охвата – RGB и CMYK.

Аддитивная гамма образуется путем смешивания света разной частоты. Применяется в дисплеях, телевизорах и других устройствах. Название RGB составлено из начальных букв красного, зеленого и синего света, используемых для такой генерации.

Субтрактивная гамма получается при смешивании красителей, которые блокируют отражение света, в результате чего получается необходимый цвет. Применяется для публикации фотографий, журналов и книг. Аббревиатура CMYK составлена из названий пигментов (голубого, пурпурного, желтого и черного), используемых в печати. Цветовой охват CMYK значительно меньше пространства RGB.

Стандарты

Цветовой охват регулируется рядом нормативов. В персональных компьютерах часто используются стандарты sRGB, Adobe RGB и NTSC. Их цветовые модели изображаются на диаграмме цветности в виде треугольников. Они представляют собой пиковые координаты RGB, связанные прямыми линиями. Чем больше площадь треугольника, тем больше оттенков способен отображать стандарт. Для ЖК-мониторов это означает, что продукт, совместимый с большей моделью, может воспроизводить на экране более широкий диапазон цветов.

sRGB

Цветовой охват для персональных компьютеров определен международным стандартом sRGB, установленным в 1998 году Международной электротехнической комиссией (IEC). Он занял прочную позицию в среде Windows. В большинстве случаев дисплеи, принтеры, цифровые камеры и различные приложения калибруются для наиболее точного воспроизведения модели sRGB. Если устройства и программы, используемые при вводе и выводе данных изображения, совместимы с этим стандартом, расхождения между входными и выходными данными будут минимальными.

Adobe RGB

Хроматическая диаграмма показывает, что диапазон значений, который может быть выражен с помощью модели sRGB, довольно узок. В частности, стандарт исключает сильно насыщенные цвета. Это, а также развитие таких устройств, как цифровые камеры и принтеры, привело к широкому использованию техники, способной воспроизводить тона, которые не входят в диапазон sRGB. В связи с этим общее внимание привлек стандарт Adobe RGB. Он характеризуется более широким цветовым охватом, особенно в области G, то есть благодаря способности отображать более яркие зеленые тона.

Стандарт Adobe RGB был установлен в 1998 году компанией Adobe Systems, которая создала известную серию программ для фоторетуши Photoshop. Хотя он не является международным (как sRGB), благодаря высокой доле рынка графических приложений Adobe в профессиональной среде обработки изображений, как и в печатной и издательской отраслях, он стал таковым де-факто. Все большее число мониторов может воспроизводить большую часть цветовой гаммы Adobe RGB.

NTSC

Данный стандарт аналогового телевидения был разработан Национальным комитетом по телевизионным системам США. Хотя цветовой охват NTSC близок к Adobe RGB, его значения R и B немного отличаются. sRGB занимает около 72% диапазона NTSC. Мониторы, способные воспроизводить модель NTSC, необходимы для производства видео, однако они менее важны для отдельных пользователей или для приложений, связанных с неподвижными изображениями. Совместимость с sRGB и возможность воспроизведения цветового охвата Adobe RGB являются ключевыми для дисплеев, используемых для работы с фотографиями.

Технологии подсветки

В целом современные мониторы, используемые с ПК, благодаря спецификациям для их ЖК-панелей (и элементов управления) имеют цветовой охват, включающий все пространство sRGB. Однако, учитывая растущий спрос на воспроизведение более широкой гаммы, цветовое пространство мониторов было расширено. При этом в качестве целевого используется стандарт Adobe RGB. Но как происходит такое расширение?

Во многом это достигается благодаря усовершенствованию подсветки. Применяются 2 основных подхода. Один из них состоит в расширении цветового охвата холодных катодов, являющихся основной технологией подсветки, а другой затрагивает светодиодную подсветку.

В первом случае быстрое решение заключается в усилении цветного фильтра ЖК-панели, хотя это снижает яркость экрана за счет уменьшения светопропускания. Увеличение яркости холодного катода для противодействия этому эффекту имеет тенденцию сокращать срок службы устройства и часто приводит к нарушениям освещенности. Усилия инженеров на сегодняшний день в значительной степени преодолели эти недостатки. Во многих мониторах с люминесцентной подсветкой расширение диапазона достигается благодаря модификации люминофора. Это также снижает стоимость, поскольку позволяет расширить цветовую гамму без значительных изменений существующего дизайна.

Использование светодиодной подсветки начало нарастать относительно недавно. Это позволило достичь более высоких уровней яркости и чистоты цвета. Несмотря на определенные недостатки, в том числе более низкую стабильность изображения (например, из-за проблем с лучистым нагревом) и трудности в достижении однородности белого по всему экрану из-за применения смеси RGB-светодиодов, эти проблемы были устранены. Светодиодная подсветка стоит дороже люминесцентных ламп и использовалась меньше, но из-за ее эффективности в расширении цветового охвата дисплея применение этой технологии увеличилось. Это справедливо и для ЖК-телевизоров.

Соотношение и покрытие

Производители часто указывают площадь цветового охвата монитора (т. е. треугольников на диаграмме цветности). Многие, вероятно, видели в каталогах данные об отношении гаммы какого-либо устройства к модели Adobe RGB или NTSC.

Однако эти цифры говорят только о площади. Очень немногие продукты покрывают все пространство Adobe RGB и NTSC. Например, цветовой охват Lenovo Yoga 530 составляет 60–70 % Adobe RGB. Но даже если дисплей отображает 120 %, невозможно определить разницу в значениях. Поскольку такие данные ведут к неправильному толкованию, важно избегать путаницы с характеристиками продукта. Но как проверить цветовой охват монитора в этом случае?

Чтобы устранить проблемы со спецификациями, некоторые производители вместо слова «площадь» используют выражение «покрытие». Очевидно, что, например, ЖК-монитор с цветовым охватом цветовой модели Adobe RGB на уровне 95 % может воспроизводить 95 % гаммы этого стандарта.

С точки зрения пользователя, покрытие – более удобная и понятная характеристика, чем отношение площадей. Хотя при этом возникают трудности, демонстрация на графиках цветового охвата мониторов, который будет использоваться для контроля цвета, несомненно, облегчит пользователям формирование собственных суждений.

Преобразование гаммы

При проверке цветового пространства монитора важно помнить, что расширенный цветовой охват не обязательно влечет за собой высокое качество изображения. Это может вызвать недоразумение.

Цветовая гамма – это характеристика, применяемая для измерения качества изображения на ЖК-мониторе, но одна она его не определяет. Решающее значение имеет качество элементов управления, используемых для реализации полных возможностей дисплея. По существу, способность генерировать точные тона, подходящие для конкретных нужд, перевешивает наличие расширенного цветового охвата.

При оценке монитора необходимо определить, есть ли у него функция преобразования цветового пространства. Она позволяет управлять гаммой дисплея, задавая целевую модель, такую как Adobe RGB или sRGB. Например, выбрав в меню режим sRGB, можно настроить монитор с охватом Adobe RGB так, чтобы цвета, отображаемые на экране, попадали в диапазон sRGB.

Дисплеи, которые предлагают функции преобразования цветовой гаммы, одновременно совместимы со стандартами Adobe RGB и sRGB. Это необходимо для приложений, требующих точной генерации оттенков, таких как редактирование фотографий и веб-производство.

Для целей, требующих точной цветопередачи, в некоторых случаях недостатком является отсутствие у монитора с расширенным цветовым охватом функции преобразования. Такие дисплеи отображают каждый тон 8-битовой гаммы в полном цвете. В результате генерируемые цвета часто слишком яркие для отображения изображений в sRGB (т. е. sRGB не может быть воспроизведена точно).

Преобразование фотографии, выполненной в цветовой гамме Adobe RGB, в sRGB приводит к потере данных о высоконасыщенных цветах данных и утрате тональных тонкостей. Таким образом, снимки становятся блеклыми и появляются скачки тона. Модель Adobe RGB может воспроизводить более насыщенные цвета, чем sRGB. При этом фактически отображаемые цвета зависят от монитора, используемого для их просмотра и программной среды.

Улучшение качества изображения

В случаях, когда расширенный цветовой охват монитора позволяет воспроизводить больший диапазон тонов, дает больше возможностей для их контроля и настройки изображений на экранах, такие проблемы, как нарушение тональных градаций, вариации цветности, вызванные узкими углами обзора, и неравномерность отображения, менее заметные в гаммах диапазона sRGB, стали более выраженными. Как упоминалось ранее, сам факт наличия дисплея с расширенной цветовой гаммой не гарантирует, что он обеспечит высокое качество изображения. Необходимо подробнее рассмотреть различные технологии использования расширенного цветового охвата RGB.

Повышение градации

Ключевой здесь является встроенная функция гамма-коррекции для многоуровневых тональных переходов. 8-битовые входные сигналы для каждого цвета RGB, которые поступают со стороны ПК, подвергаются сглаживанию до 10 или более бит в каждом пикселе монитора, а затем назначаются каждому RGB-цвету. Это улучшает тональные переходы и сокращает цветовые разрывы, улучшая гамма-кривую.

Углы обзора

Большие экраны обычно облегчают восприятие отличий, особенно в устройствах с расширенной цветовой гаммой, но у них могут возникнуть проблемы с цветностью. По большей части изменение цветопередачи из-за угла обзора определяется технологией ЖК-панелей, причем у лучших из них изменения тона не проявляются даже при просмотре под большим углом.

Не вдаваясь в особенности производства дисплеев, их можно разделить на следующие типы, перечисленные в порядке возрастания изменения цветности: с плоскостным переключением (IPS), вертикальным выравниванием (VA) и скрученными нематическими кристаллами (TN). Хотя TN-технология продвинулась до такой степени, что ее характеристики угла обзора значительно улучшились, между ней и технологиями VA и IPS остается значительный разрыв. Если точность цветопередачи важна, лучшим выбором являются VA- и IPS-панели.

Неравномерность цвета и яркости

Функция коррекции неоднородности применяется для уменьшения неравномерности отображения, которая касается экранного цвета и яркости. ЖК-монитор с хорошими характеристиками обеспечивает низкий уровень неравномерностей яркости или тона. Кроме того, высокопроизводительные дисплеи оснащаются системами измерения яркости и цветности в каждой точке экрана и корректируют их собственными средствами.

Калибровка

Чтобы в полной мере реализовать возможности ЖК-монитора с расширенной гаммой и отображать тона в соответствии с потребностями пользователя, необходимо рассмотреть возможность применения оборудования для настройки. Калибровка дисплея – это процесс измерения цветов на экране с помощью специального калибратора и отражения характеристик в профиле ICC (файле, определяющем цветовые характеристики устройства), используемом операционной системой. Это обеспечивает единообразие информации, обрабатываемой графическим и другим программным обеспечением, и тонов, генерируемых ЖК-монитором, а также высокую степень их точности.

Следует иметь в виду, что есть 2 типа калибровки дисплея: программная и аппаратная.

Программная настройка осуществляется с помощью специализированного ПО, которое устанавливает такие параметры, как яркость, контрастность и цветовая температура (баланс RGB) через меню монитора и приближает изображение к оригинальному тону с помощью ручных настроек. В некоторых случаях вместо программы эти функции берут на себя графические драйверы. Программная калибровка отличается низкой стоимостью и может использоваться для настройки любого монитора.

Однако при этом возможны колебания точности цветопередачи, поскольку присутствует человеческий фактор. От этого может пострадать градация RGB, так как баланс дисплея достигается путем увеличения числа выходных уровней RGB с применением программной обработки. Тем не менее с программной настройкой добиться точного воспроизведения цветов проще, чем без нее.

Напротив, аппаратная калибровка обеспечивает более точный результат. Она требует меньших усилий, хотя ее можно использовать только с совместимыми ЖК-мониторами, и влечет определенные затраты.

В целом калибровка включает следующие этапы:

• запуск программы;
• сопоставление цветовых характеристик экрана с их целевыми значениями;
• прямое регулирование яркости, контрастности и гамма-коррекции дисплея на аппаратном уровне.

Другим аспектом аппаратной настройки, который нельзя упускать из виду, является ее простота. Все задачи, начиная с подготовки профиля ICC для результатов корректировки и их записи в ОС, выполняются автоматически.

В заключение

Если важна цветопередача монитора, необходимо знать, сколько цветов он может фактически представить. Спецификации производителей, перечисляющие количество тонов, как правило, бесполезны и неточны, когда дело доходит до того, что дисплей отображает на самом деле, по сравнению с тем, на что он способен теоретически. Поэтому потребители должны быть осведомлены о цветовом охвате своего монитора. Это даст гораздо лучшее представление о его возможностях. Необходимо узнать процент покрытия гаммы монитора и модель, на основании которой он рассчитан.

Ниже приведен краткий список общих диапазонов для дисплеев разного уровня:

• средний ЖК-дисплей покрывает 70–75 % гаммы NTSC;
• профессиональный ЖК-монитор с расширенным охватом – 80–90 %;
• ЖК-дисплей с подсветкой лампами с холодным катодом - 92–100 %;
• ЖК-монитор с расширенной гаммой и LED-подсветкой - более 100 %.

Наконец, нужно помнить, что эти цифры верны, когда дисплей полностью откалиброван. Большинство мониторов проходят базовую настройку и имеют небольшие отклонения по некоторым показателям. В результате те, кто нуждается в высокоточном цвете, должны его откорректировать с помощью соответствующих профилей и настроек, используя специальный калибровочный инструмент.