Læs med, når gæsteskribent Lars Østerballe kaster sig over en omfattende kalibrering af et LG OLED-tv i en artikelserie i 6 dele. Lars giver dig undervejs indblik i nogle af de fundamentale elementer i billedgengivelse og kalibrering samt billedstandarder, herunder HDR. Alt sammen illustreret i grafer og med billedeksempler. God fornøjelse!
- Forord af Rasmus Larsen, redaktør.

Indholdsfortegnelse:
Luma, gamma, kontrast, skyggedetaljer og farver
Synet, tolerance og adaptering
Udbrænding/WtW
HDR og udbrænding
Kalibrering til mørke og lyse omgivelser
Problemer introduceret ved kalibrering & afrunding


5. Kalibrering til mørke og lyse omgivelser

Som en afsluttende bemærkning synes jeg, at det bør nævnes, at kalibrering af gråtoneskalaen/hvidpunktet iflg. BT.1886 skal ske i et mørkt rum (eller evt. blot med måleinstrumentet i tilstrækkelig kontakt med skærmen), og danner dermed grundlag for en kalibreret aften/dark room-indstilling. 

Princippet om måling i mørke omgivelser er formodentlig vedtaget, fordi estimering af end-to-end-gamma (jf. Charles Poynton) i et oplyst lokale vil variere utroligt meget med rummets omgivende lys og baggrundslys. 

Emnet fortjener egentligt plads til et indlæg eller endda en artikel for sig selv, og det læner sig kraftigt op ad adapteringsproblemematikken omtalt i forbindelse med kalibrering af det lidt besværlige LCD-TV, der leverede en lyserød billedgengivelse i grelle tilfælde. Jeg har, som indirekte nævnt lidt tilbage i tråden i afsnittet om gamma/luma, for nogle år tilbage arbejdet med at udvikle en metode og tilhørende værktøjer til at bestemme end-to-end-gamma, der giver en fornuftig kontrast og farvemætning og samtidigt mindsker problemet med, at shadow-details drukner pga. refleksioner i panelet fra omgivelserne - og her er kort konklusionerne:

Vi kan korrigere en eller flere af følgende parametre for at lave en dagslysindstilling:

Evt. justere op for LYS (BtB skal stadig netop ikke være synlig) for at få detaljerne tilbage. Husk at LYS parallelforskyder luma-kurven opad/nedad.

Skrue op for KONTRAST og/eller BAGGRUNDSLYS (f.eks. OLED-LYS) (men undgå for enhver pris misfarvninger og så vidt muligt klipning af WtW) for at få mere dynamik tilbage i billedet. KONTRAST trækker opad/nedad i luma-kurven som en elastik, hvor bunden sidder fast på sortniveauet (hvis det er nul).

Skrue (evt. lokalt) ned for GAMMA (jf. surround-effekt og end-to-end gamma) for at gøre afstanden mellem shadow details større -> mere synlige trin.

Evt. justere FARVE for at kompensere for mulig over- eller undermætning af farver stammende fra det evt. løftede sortniveau, refleksioner og den sænkede gamma.

Nogle af punkterne kan virke ulogiske (f.eks. punkt 3), og kræver at man virkelig sætter sig ned og studerer det fænomen, man kalder “surround-effekten”, men kort sagt hænger det sammen med, at øjet tilpasser sig omgivelsernes lysstyrke (beslægtet med det, vi så omkring adaptering af hvidpunktet), og dermed kan have brug for større trin mellem farverne/gråtonerne for at kunne skelne mellem dem, når det omgivende lys er kraftigt. 

På illustrationen herunder kan man se, hvordan de små grå cirkler, som har samme grå farve parvis, fremstår helt forskellige afhængigt af, hvilken baggrund de præsenteres på:

Demonstration af surround-effekten

Prøv at se denne video, hvor samme princip demonstreres.

Jeg har lavet nogle målinger for at vurdere betydningen af refleksioner i skærmen (Pioneer 9G plasma-TV) under tre forskellige forhold: DARK (dunkelt rum, måling direkte i kontakt med skærmen), DIM (dunkelt rum, reflektioner i skærmen) og BRIGHT (oplyst rum, reflektioner i skærmen). Jeg har på illustrationen nedenfor zoom’et ind på den lave del af luma-kurven for de tre situationer:

Løftet sort pga. "lysstøj"/refleksioner fra omgivelser

Sortniveauet er tydeligvis løftet (de negative data for DARK-målingerne skyldes desværre bias-fejl, fordi Eye-One Pro-sensoren er drevet lidt). Det højere sortniveau - og dermed lavere resulterende gamma - kunne man måske tro, ville bringe shadow-details frem, men det betyder faktisk, at detaljerne drukner i lysforureningen, fordi displayets rå lys-output (defineret ved DARK) ligger under lysforureningens niveau, hvilket igen medfører, at kontrasten og farvemætningen mindskes (lavere gamma, højere sortniveau/mere grå, mere mælket). Dette er altså den modsatte effekt af surround-effekten, og er værre jo mere refleksion, der er i skærmen, og det kan dermed betyde, at man måske skal justere FARVE-indstillingen opad.

Tilsvarende avanceret kan man blive i sine overvejelser og tage højde for synssansens farveadaptering (jf. snakken om det kalibrerede LCD-TV, der fik en “pinkskala” i stedet for en gråtoneskala, eller underteksterne, der skiftede til komplementærfarven i forhold til ambient/baggrundslyset i rummet) som udgangspunkt for et alternativt hvidpunkt(*) med formålet at overholde princippet om rendering intent, altså at genskabe samme opfattede farvegengivelse i stuen som i det studie, hvor mastering/colorgrading blev foretaget. 

Dette kræver måling af omgivelserne, som skal være statiske (kontrolleret) mht. belysning, så i praksis vil det være meget svært, og det ville nok være bedre at ændre på omgivelserne, hvis man kan. Man kunne forestille sig et TV, der selv kunne modvirke adaptering (lys + farve) - men lur mig og det ikke ville være problematisk, at få til at fungere i praksis…? Jeg mener, at vi har set eksempler på producenter, der har forsøgt sig med dette. Alt andet lige, har vi tidligere set, at man skal være meget forsigtig med justering af CMS’en på LG OLED-TV’et, hvis man ikke vil introducere problemer i farvegengivelsen.

Hvis vi lige bliver pragmatiske igen og vender tilbage til punkt 4, siger Charles Poynton i en af sine artikler:


 A bright display (more than 100 nt), a bright ambient, and/or a bright surround may cause a systematic increase in colourfulness. If the consumer’s viewing situation differs from that at mastering, maintaining creative intent may require dialing-back some of the colourfulness increase.


Her introducerer han begrebet colourfulness, som vi måske kan oversætte til “farvestyrke” - altså en oplevet fremtræden af farven (jf. betydningen af “systematic” her), og dermed bevæger vi os på kanten af perception, altså hvordan vi opfatter farver, som vi har berørt i forbindelse med snakken om adaptering.

Det virker ikke intuitivt, at omgivende lys kan medføre en forstærket farveoplevelse, som kan betyde, at man må skrue ned for FARVE-indstillingen, men i en anden artikel argumenter Poynton yderligere:


A very dark surround at mastering will “suck” color out of a presentation previously viewed in a light surround. A colorist will dial-in an increase in colorfulness (for example, by increasing chroma gain). 

The intended appearance for an HD master is obtained through a 2.4-power function, to a display having reference white at 100 nt, with 1 lx ambient, and 1% surround – but that appearance will not be faithfully presented in different conditions!

… ambient conditions in a consumer environment – even a rather dark home theater – are somewhat lighter than typically used for mastering today. The lighter conditions cause a modest increase in contrast and colorfulness, beyond that witnessed at content creation.

… If the power function on R’G’B’ – display gamma – is dialed back a little, that contrast and colorfulness are reduced.


Så pga., at der skrues op for farvestyrken i studiet i forbindelse med colourgrading, fordi det omgivende lys (“surround”) i studiet er lavere end ved optagelsen, kan produktet virke lidt for farvestærkt og lidt for kontrastfyldt, når det bringes tilbage til lysere omgivelser hjemme hos os (“vi kan ikke se detaljerne i de for solbrændte ansigter”). 

Hvis følger en definition af colourfulness på Wikipedia (jeg har navngivet parametrenes alias'er i parentes):


 Chroma (K) is the colorfulness (C) relative to the brightness (L) of a similarly illuminated area that appears to be white or highly transmitting.


Dette kan vi oversætte til lidt pseudo-matematik:


 K = C / L
⇔
C = K * L


Hvor:

 K = chroma (krominans, i familie med mætning og hue/tint)
 C = colourfulness (“farvestyrken”)
 L = brightness (bl.a. omgivende lys)

Heraf ses, at farvestyrken (C), der opleves af den menneskelige betragter, stiger med lysere omgivende lys (L) selvom chroma-input’et (K) er konstant.

Af dette og vores erhvervede viden om farvemætning, kontrast og gamma/luma kan vi uddrage, at man til dagslys med fordel kan bruge en lavere gamma, f.eks. 2.2 (eller måske endda lavere) i stedet for de ca. 2.4, der er passende til mørke omgivelser. Vi ved fra tidligere, at en lavere gamma giver mindre mættede farver og mindre kontrast - akkurat som Poynton foreslår.

Derudover kan man sige, at den flade gamma-kurve (som vist tidligere) med gamma på ~2.4 ikke nødvendigvis er mest velegnet til dagslysindstillingen - men til gengæld er det ikke muligt at give et generelt bud på, hvordan den så skal se ud: Det er helt situationsbestemt, jf. end-to-end-gamma. Jeg viste tidligere et eksempel på en sådan modificeret gamma-kurve implementeret ved kalibrering af et Pioneer 9G plasma-TV.

Punkt 4 kan vi forholde os til med den viden, vi har erhvervet os i denne gennemgang - men kun fordi gamma-justeringen ikke nødvendigvis kompenserer helt for surround-effekten og fordi mætningsforløbet inde i gamut’en ikke nødvendigvis er korrekt, selvom gamut’ens kant fint bliver ramt af primær- og sekundær-farverne. Jeg bruger derfor FARVE-indstillingen som den sidste touch-up på farvegengivelsen, når alt andet er på plads, og der ellers er noget yderligere at hente på denne måde. 

For OLED-TV'et, der danner udgangspunkt for denne tråd, måtte jeg skrue FARVE ned til 45 (evt. 46) for at undgå overmætning og utroværdige hudfarver: I denne sammenhæng er der fokus på farvemætningsforløbene for RØD og GUL. I dette tilfælde blev GUL undermættet en smule, hvis RØD var mættet mest korrekt for hhv. 25% og 50% mætning (75% mætning indgår også i vurderingen, men den blev en smule underkendt på evalueringen i forhold til McAdam's ellipser og den subjektive vurdering, der afslutter kalibreringen). Den svage undermætning af GUL vurderede jeg tilfredsstillende sammenlignet med overmætning af RØD, som gav mere utroværdige hudfarver. Denne prioritering understøttes af McAdam's ellipser, som fortæller os, at korrekt mætning af GUL er mindre kritisk end korrekt mætning af RØD. Gamut'en var ikke kalibreret gennem FARVESTYRING (CMS) for dette TV, da den var tæt på målet og fordi kalibrering gennem CMS'en gav problemer med billedgengivelsen (se senere). Med forsigtighed kunne TV'et måske have gavn af at lægge RØD og GUL bedst muligt på plads i gamut'en vha. CMS'en - men igen; det kan medføre artefakter, som modvirker den samlede billedkvalitet, som derfor skal derfor vurderes kritisk efterfølgende.

Hele denne snak skal ikke forstås som om, jeg mener, at kalibrering pga. adaptering o.l. kan være lige meget: Målet må stadig være for setup’et at leve op til rendering intent - også under svære forhold (vs. batcave).


(*) Et ændret hvidpunkt medfører et behov for en custom-gamut, hvor primær- sekundær-farverne er flyttet i forhold til standarden (pga. adaptering). Tænk på primærfarverne og hvidpunktet som stolperne der udspænder et telt, hvor sekundærfarverne automatisk flytter sig, hvis hvidpunktet flytter sig: De ligger i princippet på den rette linje, der går fra hjørnerne gennem hvidpunktet, hvor denne linje skærer gamut’ens kant “diagonalt” overfor primærfarven.


5.1. Kalibrering af baggrundslys

Jeg har tidligere været inde på, at man kan sætte lys bag sit TV, på samme måde, som man har en svag belysning bag monitoren under colour grading-processen. Husk at lyset kan få en adapterende effekt på synets opfattelse af hvidpunktet, og derfor er det principielt set vigtigt, at farven på baggrundslyset er “D65”, ligesom i studiet under colour-grading-arbejdet.

Jeg var den anden dag forbi samme LG OLED-TV, som der er refereret til i mine indlæg denne tråd, og TV’et var nu udstyret med en LED-lyskæde bag TV’et:

Ukalibreret LED-baggrundslys

Baggrundslyset var alt for varmt/gult, men ved at anvende måleudstyret til at måle det reflekterede lys fra væggen, kunne der foretages en kalibrering:

Måledata fra kalibrering af det reflekterede baggrundslys

For at forstå ovenstående grafik, skal man vide, at tiden løber ud af x-aksen, da det er en snapshot af live-målinger. Derfor kan man se, at der startes ud med en forkert farvetemperatur (cyan) til venstre, som efterfølgende over tid bliver lagt ganske nøjagtigt ind på D65 (her kaldet “6500K”).

Læg mærke til, at RGB-målingerne rammer OK oven i hinanden. Den gule graf er bare lysstyrken på det punkt, hvorpå der måles. Resultatet var ganske overbevisende:

Kalibreret LED-baggrundslys

Det er nu tydeligt, at baggrundslyset i langt højere grad stemmer overens med skærmens hvidpunkt end tidligere. Lysstyrken kan indstilles efter behov - men det må ikke være specielt stærkt. I dette tilfælde tog jeg simpelthen og fyldte skærmen ud med et hvidt/gråt billede (fuld skærm) på ca. IRE25 (25% stimulus), men kunne være mindre (f.eks. IRE15) afh. af andre parametre: Øjnene knibes sammen så kant mellem TV og væg bliver utydelig, og derefter justeres LED-kædens lysstyrke, så skærm og væg bliver ensartede i lysstyrke.

Alternativt kan man anvende et testbillede som dette:

Justering af lysstyrke fra LED-baggrundslys

Billedet findes på testskiven, der hedder AVSHD.

---

6. del af artikelserien - og den sidste del - bringes den 1. januar 2017. Den handler om "Problemer introduceret ved kalibrering & afrunding".

×Om Lars Østerballe:
Jeg har de sidste godt 10 år beskæftiget mig med emnet "kalibrering af TV" - med udspring i en oplevelse, hvor jeg en dag kom til at indstille mit gode, gamle Philips billedrørs-TV på en måde, som gjorde, at jeg ikke vidste, hvordan jeg skulle indstille det tilbage til en lige så god indstilling som jeg mente det havde før jeg pillede ved det…

Denne oplevelse affødte hundredvis (hvis ikke tusindvis) af timers studier og eksperimenter med kalibrering af forskellige TV, hvor folk ville lægge udstyr og tid til. Mange tak for det - disse folk har også aktiver i denne artikelserie.

Min baggrund er uddannelser som programmør, svagstrømsingeniør og erhvervspædagog - og jeg oplever, at alle disse kompetencer kommer i spil i arbejdet med og formidlingen af TV-kalibrering i et eller andet omfang - men det er absolut ikke kompetencer, som er påkrævede for at kunne kalibrere et TV: Dertil kræves faktisk kun en brændende interesse for emnet.

Jeg håber at kunne videreformidle noget af denne entusiasme til dig som læser.