Farver og lyskilder - FlatpanelsDK
Farver og lyskilder

Farver og lyskilder

02 Feb 2007 | Torben Rasmussen (@flatpanelsdk) |

Vi taler ofte om farver i vore tests, men i denne artikel vil vi g lidt mere i dybden med hvad der egentlig menes med en"god farvegengivelse". For at gre dette er det frst ndvendigt med en basal introduktion til lys for derefter at forklare den kurve vi altid medtager i vore tests, nemlig CIE diagrammet.


Det synlige lys


I teknisk tale bruger man ofte termet"color gamut" eller p dansk"farveomrde". Som du nok ved s er lys elektromagnetiske blger med en given blgelngde. Farven p lyset afhnger af af blgelngden og det menneskelige je er i stand til at opfange blgelngder i omrdet fra ca. 400 nm (nanometer) til omkring 700 nm, hvilket vil sige fra farven violet til farven rd. Fra 380 nm og ned til ca. 10 nm kaldes lyset ultraviolet, hvorimod blgelngder fra 700 nm og op til ca. 1mm giver infrard - ud over disse grnser holder spektret op med at have farverelaterede navne og du fr i stedet blger ssom gamma strler eller radioblger i hver sin ende af spektret, men det er en helt anden snak.



Hvis du har lst artiklen om framerate og synets opbygning, s har du ogs hrt om tap- og stavceller. Her blev det forklaret at der findes en bestemt type celler i vores jne som er i stand til at registrere farver, kaldet tapceller. Her registrerer forskellige typer celler de individuelle farver og sender signalerne videre til vores hjerne som s fortolker dem.


CIE diagrammet


Du kender nok ogs til farvebetegnelsen RGB (Red Green Blue), som ofte bruges i forbindelse med identificering af farver p en computerskrm, men faktisk s er det menneskelige je i stand til at registrere flere farver end der findes i RGB spektret (der er 256 nuancer for hver kanal, hvilket giver ca. 16.7 millioner kombinationer). I anderkendelse af dette blev der udarbejdet en ny farvemodel der bruges til at vise alle de farver, som det menneskelige je er i stand til at se. Denne model kendetegnes ved det karakteristiske CIE diagram (Commission Internationale de l'Eclairage), som du kan se herunder.



Opbygningen af dette spektrum er lettere kompleks og jeg vil ikke beskrive alle detaljerne i det. Idet det menneskelige je har tre sensorer, der reagerer p forskellige farver i farvespektret, vil et komplet plot af de synlige farver vre 3-dimensionelt. Man kan imidlertid opdele farvekonceptet i to dele: lysstyrke og kromatik. Eksempelvis vil hvid vre en meget lysstrk farve hvorimod gr kan betragtes som en mindre lysstrk farve, med andre ord er farven hvid og gr den samme, men lysstyrken er forskellig.

I CIE diagrammet er alle de monokromatiske farver (som alts ikke er en blandingsfarve) placeret langs randen af spektret og det indre bestr af alle de sammenblandingerne. Med x- og y-koordinaterne i diagrammet kan man sledes beskrive alle de farver mennesket er i stand til at se, hvis eksempelvis hvid ligger p x=y=1/3. Vi kan alts opn en hvilken som helst farve ved at blande monokromatiske farver med hinanden, idet jet er ligeglad med hvilken sammenstning lyset har - det gr kun op i hvilke celler der er pvirket og i hvilken grad. I CIE diagrammet kan man sledes vise hvilke farver det er mulige at generere, ved at indtegne lyskildens farver og se hvilket farverum det udspnder (eksempelvis reprsenteret ved den trekant de tre punkter, dvs. 3 lyskilder, udspnder p figuren).


Farverne p din skrm


En normal LCD skrm skaber sine farver vha. farvefiltre og lys fra en kold-katodelampe (CCFL). I denne opstning gr der en hel del lys tabt - faktisk helt op til 80%. Farvespektret for en typisk LCD skrm er meget begrnset, hvilket skyldes 2 ting: For det frste er baggrundsbelysningen ikke i stand til at skabe perfekt hvidt lys (som jo indeholder alle blgelngder). CCFL udsender ultraviolet lys der transformeres til hvidt lys vha. et fosforlag p lampens vgge og denne proces er ikke god nok til at producere et spektrum af lys der er bredt nok til at dkke yderpunkterne af CIE skalaen og de individuelle peaks i spektret ligger ikke prcist ved hhv. den bl, den grnne og den rde farves blgelngde.

For det andet er de farvefiltre der benyttes i en LCD skrm ikke perfekte. Et farvefilter har til opgave at frasortere alle blgelngder p nr n og i en idel verden ville et rdt farvefilter derfor blokkere alle blgelngder p nr 620 nm.



Sdan hnger det desvrre ikke sammen idet et filter i en LCD skrm typisk ogs har en hvis transmission ved andre blgelngder, hvilket gr at unskede farver slipper igennem og i stedet for at have et punkt p CIE kurven der ligger perfekt p den rde farve ved 620 nm, s skubbes punktet lngere ind i diagrammet. Det samme gr sig gldende for det grnne og det bl farvefilter og i sidste ende betyder det at en rd farve p din skrm ogs vil indeholde en masse unskede blgelngder omkring gul, og at den bl farve vil indeholde nogle rester af eksempelvis lysebl. Resultatet kan du se p figuren herunder, hvor den sorte trekant kunne beskrive en typisk LCD skrm med CCFL baggrundsbelysning og som du kan se, s har bde farvefiltre og det begrnsede spektrum af CCFL belysningen gjort et kraftigt indhug i de farver der kan produceres.



I en bedre verden har man 3 helt monokromatiske farvekilder (dvs. de ligger p randen af CIE diagrammet) med farverne rd, bl og grn. Dette kan eksempelvis opns ved at bruge lasere i stedet for farvefiltre og baggrundsbelysning. Vil man perfektionere farvespektret endnu mere skal man tilfje ekstra lyskilder med andre farver, ssom lysebl og gule, men dette komplicerer selve styringen af skrmen betydeligt, s det er ikke noget man vil se indenfor den nrmeste fremtid.


Lidt om farverum



Fr s vi p CIE diagrammet, der s og sige danner basis for alle andre farverum. Der findes et hav af farverum, der er delmngder af CIE rummet og herunder vil jeg kort give et par eksempler p nogle af de mere populre.



Da internettet begyndte at blive populrt fandt Microsoft og HP ud af at det ville vre smart at have en standard for hvilke farver et billede p nettet burde indeholde. Dette spektrum fik navnet sRGB (standard Red Green Blue).

I trykkeribrancen benytter man et farverum der er baseret p grundfarverne i en blkprinter, nemlig CMYK (Cyan Magenta Yellow Black). Hvor en skrm benytter sig af additive farveprocesser, s er printerprocessen omvendt. Her benyttes en blkfarve til at skjule lysreflektioner (husk p at papir er hvidt fordi alle farver reflekteres fra det).

Grafikgiganten Adobe har siden 1998 haft deres egen standard indenfor RGB, som de bekvemt nok kalder Adobe RGB. Dette farverum blev skabt for at danne en bro mellem de CMYK farver en printer benytter. Adobes spektrum indeholder lidt flere grnne og bl nuancer end sRGB.

Med indtoget af farve-TV i 1953 blev der defineret et farvespektrum, der skulle angive farverummet for CRT TV. Dette farverum blev kaldt NTSC og har siden da vret et af de hyppigst brugte spektre indenfor farveangivelser. Med til historien hrer det, at det viste sig at den fosfor der blev benyttet i CRT TV faktisk slet ikke var i stand til at opfylde denne standard, men af uransage grunde, s valgte man at lade standarden vre.



Et par af de populre farvespektre indtegnet i et CIE diagram. Copyright: Jeff Schewe


Hvad fremtiden vil bringe


Samsung har allerede implementeret en ny type CCFL lampe (uden s meget skrammel i spektret) i visse af deres TN baserede skrme (6 bit), der har udvidet farvespektret en smule i forhold til traditionelle lamper, men teknologien m betegnes som en overgangsfase indtil vi fr mere avancerede baggrundsbelysninger. Philips, AUO og Samsung har dog allerede 26-27" skrme baseret p bde S-IPS og VA teknologi p trapperne, s vi kan nyde godt at den mere prcise farvestyring disse panelteknologier medfrer (8 bit).


Det nste skridt indenfor LCD skrmene er, som du sikkert har hrt, LED baggrundsbelysning og her fr vi en endnu bedre lyskilde end den CCFL vi kender fra idag. I LED belysningen er spektret af blgelngder helt fladt og veldefineret, sledes at intensiteten af rd, grn og bl passer overnes med de blgelngder som farvefilteret slipper igennem. Man slipper derfor for generende biprodukter i eksempelvis den rde farve og som et resultat heraf flyttes hjrnerne p farvetrekanten ovenfor lngere ud mod de farver der ligger p randen af CIE spektret. Der er stadig ikke tale om monokromatisk lys, som med en laser, men det er betydeligt bedre end hvad vi har vret vandt til med CCFL belysningen. Alt har dog sin pris og med LED er denne ret kontant - LED baggrundsbelysning koster betydeligt mere end CCFL.


Normalt omtaler man ikke farvegengivelsen af en skrm i RGB eller sRGB vrdier, men derimod NTSC, som indeholder flere farver. Med den nye CCFL lampe angives det at man nu er i stand til at vise op imod 97% af dette NTSC spektrum hvorimod LED angives til at vise 114% af dette spektrum (men alts stadig ikke 100% af CIE spektret).


Hvad betyder alt dette s for dig som forbruger? Ved frste jekast betyder det mske ikke det helt store og af samme grund opstilles LED skrme oftest ved siden af CCFL skrme for at vise hvordan den grnne og rde farve er blevet dybere. Der ER dog en forskel og har man frst siddet foran en LED baseret skrm, s vil en traditionel CCFL baseret skrm hurtigt komme til at virke mat og kedelig.


Et punkt man dog br vre opmrksom p er, at meget af det billedmateriale du finder rundt om p nettet er redigeret til at passe til en skrm der holder sig indenfor et bestemt farverum, hvilket eksempelvis kunne vre sRGB. Med en baggrundsbelysning med strre farverum, fr du nu vist farver der gr ud over det som kunstneren egentlig havde tnkt sig og det kan godt g hen at blive et problem. Hvis du er fotograf og skyder dine billeder til sRGB, s vil de ikke passe til en skrm med et udvidet farvespektrum, med mindre skrmen har en justeringsmulighed der kan indstille farverne til at vise et sRGB kalibreret farverum (og det er meget usandsynligt at en skrm kan det).



Den sorte trekant angiver farverummet for en Dell 2407WFP-HC skrm.


Det br ogs noteres at selvom farverummet er blevet strre, s er signalbehandlingen i skrmen, med stor sandsynlighed ikke blevet mere prcis og tager vi udgangspunkt et eksempelvis et VA panel, s kan man adresse hver enkelt pixel med 8 bits prcision (dvs. 16.7 millioner forskellige stadier af for n hel pixel kan indstilles). Dette ndrer sig ikke blot fordi baggrundsbelysningen bliver en anden, s konsekvensen bliver at der er lngere imellem hvert skridt p farveskalaen - hvis du kan bevge dig lngere ud af n akse, men stadig har det samme antal skridt til rdighed for at n enden, s m dine skridt vre blevet lngere. Det er dog muligt at kompensere for dette ved at benytte en intern signalbehandling, der har hjere bitrate end den som pixeladresseringen benytter.


Ovenstende kan mske virke afskrkkende, men du br samtidigt huske p at der sidder et hav af grafikere derude og de benytter hver isr en lidt forskellig farvekalibrering, s uanset hvad, s vil det du har p din egen skrm ikke svare 100% til dt kunstneren frembragte. Om det s er anderledes p den ene eller den anden mde er mske ikke s vigtigt alligevel?




Del p:


Flere fokusartikler

Black Friday 2017

Black Friday 2017: Bedste tilbud

20 Nov 2017 | Flatpanels |
HDR formater

HDR videoformater - fremtidsudsigterne

13 Nov 2017 | Yoeri Geutskens |
Vejen til himlen

Vejen til TV-himlen

18 Oct 2017 | Yoeri Geutskens |
Motion Interpolation

Guide: Sdan undgr du "soap opera" effekten p dit TV

11 Oct 2017 | Rasmus Larsen |
Streamingbokse

Apple TV 4K vs. Nvidia Shield vs. Chromecast Ultra m.fl.

24 Sep 2017 | Rasmus Larsen |
iTunes 4K HDR

Liste: Film i 4K HDR klar i iTunes - danske priser lavere end UHD Blu-ray

15 Sep 2017 | Rasmus Larsen |
BeoVision Eclipse

Frste indtryk af B&O BeoVision Eclipse

11 Sep 2017 | Rasmus Larsen |
YouSee Android TV

Frste indtryk: YouSee p Android TV

01 Sep 2017 | Rasmus Larsen |