Gamut czyli przestrzeń barw – co to właściwie jest?

W raportach z kalibracji zawsze zawarta jest analiza gamutu barw. W temacie tym postaram się jak najprzystępniej wytłumaczyć czym jest przestrzeń barw (czyli gamut), jakie standardy jej dotyczą i jakie znaczenie ma ona w kalibracji.

Zastanówmy się czym jest kolor. Odpowiedź na to nie jest w brew pozorom prosta. Na początku XX wieku rozpoczęto badania nad tym jak ludzkie oko postrzega barwy.

Wysnuto wniosek, że oko zasadniczo reaguje na trzy rodzaje fal (X, 420–440 nm), (Y, 530–540 nm),  (Z, 560–580 nm). Jak na wykresie

Analizując te fale, w 1931 roku, międzynarodowa komisja (CIE) ustanowiła pierwszą przestrzeń barwną. Empirycznie zbadano ile barw potrafi przeciętny człowiek wyróżnić i zaklasyfikowano je w tą przestrzeń.

Ukazuje je właśnie powyższa figura. Na krawędzi jej poprowadzona jest linia i opisana długość fal, jaka docierając do oka daje generuje kolor.

Poza figurą, też w pewnym sensie istnieją barwy, w postaci nieskończonych ilości fal o różnej długości. Te niewiele wykraczające poza zakres widzialny ludzkim okiem np.  podczerwień, ultrafiolet są rozróżnialne przez niektóre zwierzęta.

W rzeczywistości wykres powinien być trójwymiarowy, ale dla prostszego odczytu różnic pomiędzy kolorami został on rzutowany na planszę 2D. Do opisu koloru używa się teraz współrzędnych xyY, gdzie

• Y – jasność (luminancja) wybranej barwy
• x, y – chromatyczność (współrzędne na płaszczyźnie)

Mówiąc o współrzędnych płaszczyzny, chromatyczność można dalej rozbić na dwie cechy: odcień i nasycenie. Jeżeli wbijemy patyk w samo serce figury jak na poniższym rysunku

Kręcąc wokół własnej osi jak pokazują szare strzałki zmianie ulegnie odcień koloru. Poruszając się natomiast wzdłuż manipulować będziemy nasyceniem danej barwy, pozostawiając ten sam odcień.

Ponieważ kolory mieszają się addytywnie czyli „dodają się do siebie” wybranie trzech z nich wykreślna na płaszczyźnie wierzchołki trójkąta. Uzyskanie dowolnego punktu z wnętrza tego trójkąta będzie możliwe mieszając jego barwy wierzchołkowe.

Jak łatwo się teraz domyśleć powszechnie znane kolory podstawowe: R (czerwony), G (zielony), B (niebieski) również wykrajają pewną część Gamutu. Figura która powstaje jest ściśle zdefiniowana w standardzie ITU-R Bt. 709. To właśnie ten standard używany jest podczas masteringu filmów i w konsekwencji nim posługujemy się podczas kalibracji. Oto i on

Na czym polega kalibracja Gamutu?

Każde cyfrowe Video to nic innego jak ciągi informacji o ilości mieszanych barw składowych na każdym pikselu. Czyli swoisty przepis na obraz. Równie ważna jest jednak, wiedza o tym jak każda z tych, barw składowych, dokładnie wygląda.

Jeżeli wyświetlacz jest nieskalibrowany na przykład jego punkt zieleni jest zbyt mało nasycony, jak na przykładzie obok.

Każda mieszanka barw będzie reprodukowana nie tak jak należy. „Białe” przestanie być białe. Paleta kolorów zwyczajnie się skurczy, powodując problemy z obrazem.

Jednym z celów kalibracji TV jest umieszczenie barw pierwszorzędnych (czyli R G B) na swoich pozycjach, które przyjął standard i producenci filmowi. Ich właściwe, opisane przez standard, pozycje (x,y) to:

Mieszając kolory dwóch wierzchołków leżących na wspólnym boku uzyskujemy tzw. kolor drugorzędny. Z mieszanki zielonego i czerwonego powstaje żółć (Yellow), zielonego i niebieskiego – błękit (Cyan), niebieskiego i czerwonego – turkus (Magenta). Niezależna korekta kolorów drugorzędnych jest często możliwa w telewizorach z wyższej półki.

Czemu ten trójkąt jest taki mały?

Niestety, standard, w jakim powstały (i będą powstawać przez najbliższe lata) filmy High Definition, nie używa wszystkich kolorów widzianych przez człowieka. Czy jesteś zdziwiony? 🙂 Właściwie to nie używa nawet połowy z nich.

Dlaczego tak jest? To pytanie, podobnie jak to dlaczego TV nie są kalibrowane fabrycznie należałoby skierować do producentów. W tym przypadku sprawdza się reguła: jeżeli nie wiadomo o co chodzi, chodzi o pieniądze. W 1990 roku, kiedy został przyjęty standard ITU-R Bt. 709 na rynku nie było wiele wyświetlaczy potrafiących reprodukować znacznie szersze spektrum kolorów, a koszt produkcji takich, które to potrafią, ówcześnie, przekraczał cenę sprzętu dla przeciętnego konsumenta.

Obecnie, większość telewizorów na rynku jest w stanie oddać większą paletę barw pod sztandarem nowego standardu xvYCC (x.v. Colour to ta sama nazwa), ale temat ten zasługuje na swój własny wątek.

A co z funkcjami „poszerzającymi paletę barw”?

Na rynku istnieje grono (jeśli nie większość) telewizorów reklamowanych funkcjami „poszerzającymi paletę kolorów”. W jaki sposób coś takiego się odbywa? „Magiczną” rolę odgrywa tu elektronika urządzenia, która przelicza sygnał wejściowy względem współrzędnych leżących gdzieś poza granicami standardu w jakim został wydany film. Czy takie podejście ma uzasadnienie…? Nie. Na ekranie pojawią się barwy, których standardowo nie można uzyskać, ale nie są to barwy właściwe, które chciał uzyskać reżyser podczas robienia zdjęć. I tak jeżeli przedmiot na filmie ma mieć kolor czystej czerwieni, to „ulepszona” jej wersja będzie za bardzo przesycona. Efekt „powiększenia palety” będzie tak samo negatywny jak pomniejszenia… ale… marketingowo ładnie brzmi 🙂

Funkcje powiększające paletę barw, czy „poprawiające” kolor, wyłącznie psują obraz.

 Jasność barw

Biel to mieszanka trzech barw składowych w odpowiednich ilościach. Ta w standardzie filmowym też ma ściśle określone proporcje. Na płaskim diagramie gamutu nie widać przekłamań z tym związanych (jest dwuwymiarowy, a jasność barwy to trzeci wymiar). Do ustawienia jasności wierzchołków barwnych posiłkujemy się kolejnym wykresem:

Pożądane wartości są procentowymi stosunkami do jasności punktu bieli. Dla ciekawych:

• Czerwony: 21,26%
• Zielony: 71,51%
• Niebieski: 7,21%
• Błękitny: 78,73%
• Turkusowy: 28,48%
• Żółty: 92,78%

Niepoprawnie skalibrowana jasność barw spowoduje równie dotkliwe błędy obrazu co niewłaściwy odcień czy nasycenie.

Tym akcentem zamykam mój mini-wywód o przestrzeni barw, pewnie popełniłem w nim wiele nadużyć, ale mam nadzieję, że pozwoli to lepiej dotrzeć do osób stykających się z tematem po raz pierwszy.

Ciekawskim polecam poniższą animację