Nie daj się nabrać. Dlaczego Twój monitor nie może mieć pokrycia gamutu sRGB większego niż 100%?
Monitory

Nie daj się nabrać. Dlaczego Twój monitor nie może mieć pokrycia gamutu sRGB większego niż 100%?

przeczytasz w 8 min.

W instrukcjach i specyfikacjach monitorów, producenci często chwalą się liczbą wyświetlanych kolorów na poziomie 1 miliarda. Czy jednak w praktyce ma to jakiekolwiek znaczenie, skoro ludzkie oko jest w stanie rozróżnić tylko około 1 miliona różnych barw?

By mówić o kolorach musimy mieć światło, bez światła nie ma kolorów w takim rozumieniu jakie utożsamiamy z pracą monitora lub zakresem widzialnym widma promieniowania elektromagnetycznego. Zanim jednak odpowiemy sobie na tytułowe pytanie, które ułatwi wam rozumienie naszych testów monitorów czy zestawień najlepszych produktów w tej kategorii czeka nas drobna przeprawa przez meandry zagadnienia postrzegania kolorów. Kwestie takie jak ochrona oczu przed nadmiarem niebieskiego światła, choć bardzo istotne, odłóżmy w tym przypadku na bok.

Skąd bierze się te 8 kolorów, które widzi mężczyzna

Dyskusja na temat koloru może przyjmować różne oblicza. Na przykład to związane z płcią i popularnym poglądem, że kobiety widzą więcej kolorów niż mężczyźni. Nie jest to tylko przejaw uprzedzeń, ale fakt, który ma podstawy naukowe. Istotnie kobieta może z większym prawdopodobieństwem postrzegać większą liczbę odcieni barw. Szczególnie wśród tych chłodniejszych. W praktyce procesy, które prowadzą do pojawienia się u kobiet lepszego postrzegania kolorów, u mężczyzn mogą doprowadzić do upośledzenia ich widzenia. I tak 8% mężczyzn może cierpieć na tego typu problemy jak pewien rodzaj daltonizmu, wśród kobiet jest to około 1% ich populacji.

Colorchecker
Tarcza wykorzystywana do testowania (kalibrowania) aparatów cyfrowych. Bylibyście w stanie nazwać każdy kolor tak, żeby jednoznacznie je rozróżnić

Ile kolorów widzi ludzkie oko?

W ludzkim oku światło rejestrują tzw. pręciki i czopki. Te pierwsze są pomocne w słabym oświetleniu i reagują na światło o barwie zbliżonej do zielonego (to dlatego wizjery noktowizorów wyświetlają obraz w odcieniach tego koloru). Przy pracy z monitorem i w dobrym oświetleniu istotniejsze są czopki. Mamy ich trzy rodzaje (uczulone przede wszystkim na kolor pomarańczowy (L), zielony (M) i fioletowy (S)), czasem u kobiet cztery (stąd większa wrażliwość na kolory), a ten typ zależy od rodzaju białka, które bierze udział w procesie widzenia. Poniżej wykres pokazujący jak każdy typ czopka widzi poszczególne barwy.

Jak widzi ludzkie oko

Jednak tak naprawdę każdy z trzech typów czopków postrzegających kolory widzi jedynie 100 różnych odcieni wokół barwy na którą jest najbardziej uczulony. Dopiero kombinacja postrzeganych odcieni, której dokonuje nasz mózg, sprawia, że rozróżniamy tych kolorów znacznie więcej. Analogię znajdziemy w aparatach cyfrowych, które stosują tak filtry przed pikselami w układzie zwanym maską Bayera. W rzeczywistości surowe zdjęcie z aparatu to kombinacja pikseli o kolorach czerwony (R), zielony (G) i nebieski (B), które są dopiero interpretowane przez oprogramowanie zapisujące zdjęcie. Nam nie jest dane oglądać zdjęć przed tym procesem. I dobrze.

W monitorach też jest podobnie, choć tutaj chodzi o wyświetlanie, a nie rejestrację kolorów. Subpiksele monitora zazwyczaj wyświetlają trzy kolory, RGB (w smartfonach stosuje się czasem dodatkowy piksel biały W, czasem inną aranżację tych pikseli). I ponownie ich odcienie, a potem kombinacja, którą widzi ludzkie oko, tworzą konkretną barwę.

Piksele monitora
Ta strzałka kursora choć składa się z różnokolorowych subpikseli (trzy subpiksele RGB to jeden piksel), jest widziana przez nas jako biała. To dlatego, że nasze oko ma ograniczoną rozdzielczość liniową i z odległości dobrego widzenia nie jest w stanie rozróżnić subpikseli

Kłopoty z prawidłową pracą czopków odpowiedzialnych za postrzeganie danej barwy przez ludzkie oko, są przyczyną upośledzenia prawidłowego widzenia kolorów. Poza tym różnice w liczbie danego typu czopków i sposobie w jaki mózg ludzki analizuje sygnał sprawia, że nawet człowiek obdarzony dobrym wzrokiem nie postrzega tak samo precyzyjnie odcieni dla każdej z barw składowych.

Odstępstwo w pracy subpikseli monitora od wzorcowego, a także rozbieżność tych parametrów w skali wyświetlacza (niejednorodność wyświetlania barw) sprawia, że monitory różnią się nie tylko jakością wyświetlanych barw, ale także ich zakresem. Który specjaliści w dziedzinie koloru określają mianem gamutu (barwnego) monitora, czy też przestrzeni kolorów.

Pomijając te różnice, które nie zawsze mają miejsce, przeciętny człowiek, niezależnie od płci jest w stanie rozróżnić około miliona barw, a raczej kolorów i ich odcieni. Bo w praktyce możemy całe spektrum barw widzialnych podzielić na zakresy kolorystyczne. Tak czynił już Newton, który twierdził, że barw podstawowych jest siedem, takich jak najlepiej dostrzegane barwy w słonecznej tęczy. To czerwony, pomarańczowy, żółty, zielony, niebieski, indygo i fiolet.

Krążek kolorów Newtona
Krążek kolorów Newtona i tak jak go opisywał w Opticks. Gdyby nim szybko zakręcić tarcza stałaby się dla oczu biała. Podobną zasadę przy wyświetlaniu obrazu wykorzystują projektory DLP wykorzystujące koło kolorów

Gdy dodamy do tego biel, jako kombinację wszystkich wcześniejszych siedmiu barw, mamy tak popularne 8 kolorów, które rzekomo widzą mężczyźni. Rzeczywistość jest jednak trochę inna, po prostu mężczyźni są bardziej leniwi w procesie nazywania kolorów niż kobiety. Jeśli nie pracują z kolorem zawodowo, wystarczy im, że dany kolor należy do barwy danego typu. Na przykład jeśli mamy odcień zielonego, to nie ważne jaki jest to odcień, nawet jeśli mężczyzna go z pewnością rozróżnia, ważne że jest to zielony.

Liczba wyświetlanych kolorów. To informacja, która sama w sobie niewiele nam mówi

A zatem skoro widzimy około miliona barw to na co nam te 16,7 miliona, które mamy w plikach JPEG z 8-bitowym kodowaniem koloru, czy ponad 1 miliard kolorów, które są w stanie wyświetlić profesjonalne monitory? Odpowiedź jest następująca. Liczba wyświetlanych kolorów nie definiuje jednocześnie ich zakresu. W rzeczywistości pomiędzy dwoma odcieniami, na przykład koloru zielonego wyświetlanymi w danym monitorze, kryje się znacznie więcej odcieni, które nie są wyświetlane.

Kolory można definiować na bardzo wiele sposobów. Ten najpopularniejszy, to kodowanie koloru jako udział każdej ze składowych barw R G i B, który idealnie sprawdza się w przypadku standardowej pracy z monitorem lub innym wyświetlaczem.

Przestrzenie barw
Różne sposoby odwzorowania tego samego gamutu monitora przy różnie zdefiniowanym sposobie prezentacji przestrzeni barw

Wyświetlanie kolorów w projektorze to inny problem niż w przypadku monitora

Obraz z projektora, ponieważ wyświetlany jest on na ekranie, a my dopiero widzimy to światło odbite, w bardzo dużym stopniu zależy od jakości tego ekranu. Im bliżej mu własnościami do idealnie białej warstwy, tym lepiej. Wtedy na etapie odbicia światła nic z tego co generuje panel wyświetlający w monitorze nie ulegnie zniekształceniu. W praktyce jednak, ze względu na fakt, że światło odbite od projektora ulega innym wielokrotnym odbiciom w pomieszczeniu, biały ekran wcale nie jest idealnym rozwiązaniem. Lepsze efekty może dać czarny ekran, a nawet szary, choć żadne z tych rozwiązań nie jest wciąż idealne.

To jak bardzo jest w stanie dany monitor zminimalizować różnice pomiędzy poszczególnymi odcieniami nie musi jednocześnie wpływać na zakres wyświetlanego gamutu. Przestrzeń barwna nie jest bowiem nieskończona w danym zakresie kolorów, ma określoną liczbę barw i ich rozpiętość.

Gamut to ściśle określony zestaw kolorów o danej rozpiętości barwnej

I tak monitor, który jest w stanie pokryć kolorami jedynie gamut sRGB może teoretycznie wyświetlać więcej odcieni niż monitor, który pozwala na pracę w szerszym gamucie AdobeRGB. W praktyce wzrost liczby barw, które możemy zobaczyć na ekranie monitora faktycznie wpływa na pokrycie większego gamutu barwnego. Dlatego ostatecznie im więcej kolorów jest w stanie wytworzyć nam monitor tym lepiej, ale to tylko część sukcesu.

Gamuty wykres
Najpopularniejsze przestrzenie barwne, o których mowa w przypadku fotografii i wideo, oraz porównanie ich rozmiarów względem siebie. Przestrzeń CIE XYZ to zakres postrzegania barw przez człowieka

To jak dobrze mu się to uda, opisują właśnie takie cechy jak pokrycie danego gamutu barwnego. Najpopularniejszy z nich to sRGB, który zaproponował Microsoft i HP w 1996 roku. Idealnie pasuje on do charakteru 8 bitowego kodowania każdej z barw R G i B. Łącznie mamy tu 24 bitowy kolor, czyli 16,7 miliona barw, wartość skończoną, o czym chwilę wcześniej była mowa.

Teraz jeśli monitor wyświetla barwy składowe z 10 bitowym kodowaniem każdej z nich dostajemy ponad 1 miliard odcieni kolorów. Jednocześnie tak samo jak zdolność do wyświetlenia 16,7 miliona kolorów nie oznacza to z automatu, że monitor radzi sobie z pokryciem przestrzeni barw sRGB (zwykle tak nie jest), tak wyświetlenie jeszcze większej liczby nie musi przekładać się na pokrycie w pełni szerszych przestrzeni barwnych jak DCI-P3, AdobeRGB czy ProPhoto.

Gamuty barw mogą pokrywać się w dowolnym stopniu. I tak np. AdobeRGB zawiera w sobie sRGB, ale DCI-P3 nie pokrywa się ani z jedną ani z drugą, zawiera więcej odcieni ciepłych barw

Ta ostatnia przestrzeń barw, ProPhoto obejmuje wszystkie widzialne kolory jakie mogą wystąpić w naturze, a nawet więcej, czyli kolory, których oko ludzkie nie rozróżni.

Precyzja oddania kolorów to nie to samo co pokrycie gamutu

To jak dobrze pokryte są przestrzenie barw to właśnie jedna z cech monitorów i innych wyświetlaczy, które często są sprawdzane w testach sprzętów. W naszych pomiarach dla monitorów czy laptopów rozważamy także precyzję oddania każdej ze składowych barw w danym gamucie, co świadczy o jakości sprzętu i jest bardzo istotne szczególnie dla profesjonalisty. Musi on bowiem pracować na kolorach wyświetlanych prawidłowo. Jeśli monitor wyświetla kolory źle, to nawet jeśli pokrywa całą przestrzeń barw w jakiej pracuje grafik czy fotograf, będzie on modyfikował barwy w złym kierunku. A ponieważ u odbiorcy treści monitor także może nieprecyzyjnie wyświetlać barwy i zwykle tak jest, to nałożenie się na te błędy błędów w kolorach wprowadzonych przez twórcę poskutkuje jeszcze większym chaosem kolorystycznym.

Pomijając jednak kwestię precyzji oddania barw, którą określa tak zwany błąd deltaE, i zakładając, że są one wyświetlone precyzyjnie, a sam ekran nie ma problemów z jednorodnością podświetlenia i reprodukcji kolorów, najważniejsza informacja o własnościach wyświetlacza to stopień pokrycia gamutu i informacje o błędach odwzorowania kolorów.

Co to są błędy odwzorowania kolorów?

Błąd odwzorowania barw deltaE to odstępstwo rejestrowanego przez urządzenie pomiarowe koloru w stosunku do koloru, który powinien być wyświetlany. Błędy deltaE >= 3 mogą być zauważone gołym okiem nawet przez niedoświadczoną osobę. Błędy deltaE<= 1 mogą być już traktowane jako zaniedbywalne nawet w procesie profesjonalnej obróbki obrazu. Z kolei błąd deltaE=2 zauważy doświadczone oko, ale gdy ta wartość nie jest przekroczona można mówić o dobrym odwzorowaniu kolorów.

Błędy deltaE mogą być liczone na podstawie różnych formuł. Na przykład błąd deltaE76 będzie inny niż błąd deltaE2000 nawet jeśli dotyczy tej samej sytuacji i monitora.  

Błędy odwzorowania kolorów
Błędy odwzorowania kolorów, które podawane są przez darmową, ale bardzo dobrą, aplikację do kalibracji i zarządzania kolorami DisplayCAL. Po lewej bardzo złe wyniki, po prawej wyniki świetne. Wartość średnia deltaE to już dobry wskaźnik, ale warto śledzić także błędy dla poszczególnych kolorów i wychwytywać odstępstwa, szczególnie gdy pracujemy z konkretnym ich zakresem

Szkopuł w tym, że odbiorca treści barwnych nie zawsze musi mieć wiedzę na temat tego w jaki sposób kolory oddał twórca. Dlatego ocenianie błędów kolorów na oko, bez wiedzy jakie one powinny być faktycznie, do niczego nas nie doprowadzi. I to dlatego kalibracja, o której wspominam na końcu tekstu, nawet u odbiorcy treści może przynieść sporo dobrego.

Gamut barw, stopień pokrycia gamutu, a jego objętość

I w ten o to sposób dotarliśmy do trzech pojęć, które gdy są nieprecyzyjnie opisane mogą wydawać się równoważne. W praktyce jednak oznaczają co innego i dobre tego rozumienie jest tu bardzo ważne.

Gamut barw monitora - przestrzeń kolorów, a w praktyce też ich realna liczba, która określa możliwości monitora. Ta przestrzeń nie musi być ściśle zdefiniowana, choć producenci dążą do tego by jak najlepiej odpowiadała ona ogólnie przyjętym w branży przestrzeniom. Podstawą jest tu sRGB, w której zwykle zapisywane są zdjęcia i wyświetlane treści w internecie. Jednakże monitor ma dowolność w wyświetlaniu kolorów, dlatego jego realny gamut zwykle jest inny niż jedna z uznanych przestrzeni barwnych.

Stopień pokrycia gamutu - dla danej przestrzeni kolorów, to wartość podawana od 0 do 100%, która informuje nas jak duży zakres barw w określonym gamucie jest w stanie wyświetlić monitor lub inne źródło obrazu. Na przykład wartość 100% sRGB oznacza, że pokryta jest cała przestrzeń barw sRGB. Nie możemy tu mieć 120% pokrycia gamutu, bo nie można gamutu rozszerzyć nie zmieniając jego własności.

Objętość wyświetlanego gamutu - to z kolei wartość podawana od 0% wzwyż, teoretycznie bez granicznej górnej wartości. Mówi ona jak ma się rozmiar gamutu barw monitora do rozmiaru konkretnej przestrzeni barwnej. Nie jest to wartość jednoznaczna ze stopniem pokrycia gamutu, gdyż gamut barw monitora niezależnie od objętości może pokrywać się tylko częściowo z daną przestrzenią barwną. Na przykład gamut monitora może mieć objętość 120% sRGB, ale tylko 95% tego gamutu może pokrywać się z przestrzenią sRGB.


Przykładowe porównanie pokrycia gamutu AdobeRGB dla monitora. Obszar objęty tęczową krzywą (gamut monitora) jest większy niż obszar objęty krzywą przerywaną (gamut do którego porównujemy). Jednocześnie gamut monitora nie zawiera gamutu AdobeRGB. Oznacza to, że mimo większej objętości gamutu monitora niż AdobeRGB, dany monitor nie jest w stanie wyświetlić poprawnie kolorów z tego gamutu


Prezentacja gamutu w przestrzeni trójwymiarowej (w tym przypadku Lab) pozwala lepiej zrozumieć koncepcję objętości gamutu

Podsumowanie, czyli na co powinien zwracać użytkownik monitora

Kolory wyświetlane przez monitor to gamut barw monitora. Gamut ten określa ściśle liczbę barw, która definiuje jego rozmiar. Porównanie rozmiaru tego gamutu z rozmiarem wybranego roboczego gamutu barw, pozwala nam ocenić jaka jest objętość gamutu monitora, czyli o ile kolorów więcej (mniej) jest on w stanie wyświetlić, niż może ich zawierać gamut roboczy. Z kolei stopień pokrycia gamutu mówi nam ile jak duży odsetek kolorów danego roboczego gamutu są w stanie pokryć kolory wyświetlane przez monitor. Sama liczba kolorów, które monitor może wyświetlić, bez powyższych informacji, o niczym jeszcze nie będzie świadczyć.

Tęcza grangera
Tak zwana tęcza grangera, która jest prostą ilustracją wszystkich kolorów jakie może wyświetlić nasz monitor. Ma znaczenie przede wszystkim poglądowe, ale też pozwala na pierwszy rzut oka ocenić, czy nasz monitor jest bardzo zły, czy jednak radzi sobie z kolorami jako tako. Tutaj widoczna jest tylko część tego wykresu

Najważniejszy z perspektywy wyświetlania danych treści jest stopień pokrycia danego gamutu, przy jednocześnie właściwie dobranym punkcie pieli (odpowiednik temperatury barwowej). Dla fotografii amatorskiej i internetu jest to przestrzeń sRGB, dla wideo i rozrywki DCI-P3, a dla zastosowań profesjonalnej fotografii AdobeRGB. Drugą ważną cechą jest precyzja odwzorowania barw, czyli błędy deltaE. Objętość danego gamutu w monitorze to przede wszystkim wartość informacyjna i podanie samej jej wartości, np. 120% nie mówi nam nic o faktycznej zgodności z gamutem sRGB lub innym

Tak zwany gamut CIE XYZ to przestrzeń barw, która jest odpowiednikiem zakresu kolorów jakie rejestruje ludzkie oko. Jak widać mimo ograniczonej liczby postrzeganych barw przez człowieka ich zakres jest dużo większy niż to co wyświetli nawet najbardziej profesjonalny monitor

Nawet jeśli w waszym posiadaniu znajdzie się monitor, który jest w stanie wyświetlić przestrzeń sRGB czy AdobeRGB w całości, to nie spoczywajcie na laurach. Może on mieć fabrycznie całkiem dobrą precyzję odwzorowania kolorów, ale też ta precyzja może być bardzo słaba. Producenci czasem chwalą się parametrem deltaE, a nawet dostarczają raport z fabrycznej procedury kalibracji.

Jednakże nawet najlepsza kalibracja fabryczna powinna być co pewien czas weryfikowana i korygowana. Dlatego niezależnie od sytuacji warto monitor, gdy już trafi na wasze biurko, skalibrować jeśli chcecie go wykorzystać do ambitniejszych celów. Ale to już temat na oddzielny materiał.

Komentarze

7
Zaloguj się, aby skomentować
avatar
Komentowanie dostępne jest tylko dla zarejestrowanych użytkowników serwisu.
  • avatar
    pawluto
    7
    Czyli oszukują jak zawsze...
    Zróbcie test powerbanków...Podane wartości nie mają odzwierciedlenia do rzeczywistości...
    Monitory - 1 ms ? taaa...grey to grey...a nie black to black :)
    Bateria w fonie do 48 godzin...taaaa...codziennie ładowana...
    Auta...spalanie paliwa...dane producenta a rzeczywistość...
    Internet...100mb...taaaa...do 100 mb...przeważnie połowa...
    Można tak wymieniać i wymieniać - jest tego oszustwa od kitu...!
    • avatar
      lkozierowski
      4
      Super, fajnie napisane.
      • avatar
        piotr.potulski
        3
        "Teraz jeśli monitor wyświetla barwy składowe z 10 bitowym kodowaniem każdej z nich dostajemy ponad 1 miliard odcieni kolorów." To nie jest prawda. 10 bitów na składową oznacza, że może ona przyjąć jeden z 1024 poziomów. Ponieważ są 3 składowe, to łączna liczba możliwych do zakodowania na 30 bitach kolorów wynosi miliard z haczykiem.
        • avatar
          brettsinclairdannywilde
          2
          Ważna rzecz o której często się zapomina to kolor ścian w pomieszczeniu w którym pracujemy, jak i barwa światła wpadającego do naszego pomieszczenia/oświetlenie sztuczne pomieszczenia - to ma bardzo duży wpływ na postrzeganie przez nas barw, dlatego staram się też skonfrontować ustawienia monitora z wydrukami, refrencyjnymi zdjęciami oraz odbitkami i dopiero wtedy wyciągnąć średnią ustawień monitora.
          • avatar
            anemusek
            0
            Problem w tym, że autor napisał wiele bzdur.
            1. Ludzkie oko to narząd analogowy co zresztą widać na wykresie, a postrzeganie kolorów bierze się nie tylko z rejestracji danych barw i odcieni ale z ich jasności i różnicy w mieszaninie. Z prostego wzoru determinującego 1000000 barw robi się przez to dokładnie bilion. I to piszemy o facecie ;)
            2. kolejną dzdura jest pokazywanie obrazków porówawczych. Postrzeganie ich będzie zalezne od zakodowania obrazka i gamutu wyświetlacza. Jak wielka to manipulacja i jak wielkie bzdury powypisywał autor możecie się przekonać sami wyświetlając kolor szary kodowany w sRGB na wyświetlaczu szerokogammutowym. Wyjdzie sieczka z jasnymi i ciemnymi plamami. Dotyczy dowolnego koloru ale tu widać tu straszny tzw bading czym szerszy gammut wyświetlacza. Przy P3 już tego nie widać tak jak przy innych szerokogammutowych standardach.
            sRGB to syf, który powinien odejść już dawno i kropka.
            • avatar
              assistant
              0
              Mnie zastanawia jedno.
              Kiedyś w Windows 16 bitów to było 65536 kolorów
              24 bity 262tys
              32 bity 16.7 miliona
              Czemu system podawał tanie dane skoro to potęgowanie liczby 2 ?