Calibrazione del monitor tra luce ed ombra: progetto Merkhet-RGB, istruzioni per l’uso

 

INTRODUZIONE

La calibrazione di monitor e stampanti nasce dall’esigenza del mondo professionale editoriale/fotografico di elaborare le immagini visualizzate da un monitor ed ottenere una stampa con la stessa percezione visiva. Per ottenere questo risultato sono necessarie due operazioni:

  1. Calibrare la risposta del monitor e creare una mappa numerica di corrispondenza tra le componenti RGB e quanto visualizzato dal monitor (profilazione), questi dati sono memorizzati in un file detto Profilo ICC. La calibrazione del monitor si esegue per mezzo di spettrometri e colorimetri che gestiscono il colore attraverso regole e standard definiti dall’ICC (International Color Consortium)

  2. Calibrare la risposta della stampante e creare una mappa numerica di corrispondenza tra le componenti RGB e quanto stampato (profilazione), questi dati sono memorizzati in un file detto Profilo ICC. La calibrazione della stampante si esegue per mezzo di spettrometri.

Per quanto riguarda il monitor calibrazione e profilazione possono essere eseguite anche dal produttore in quanto lo schermo del monitor è predeterminato ed in questa circostanza potrebbe essere possibile acquistare un monitor già calibrato e profilato, per la stampante invece calibrazione e profilazione dipendono oltre che dall’inchiostro anche dalla carta utilizzata in fase di stampa, quindi i profili ICC forniti dal produttore potrebbero non essere adeguati alle necessità di stampa ed in questo caso si renderebbero necessarie la calibrazione e la profilazione manuale. Ricordiamo che le stampanti hanno una scala di colori (gamut) molto più ristretta rispetto a quella dei monitor quindi in fase di calibrazione del monitor è necessario imporre dei vincoli in modo da agevolare la corrispondenza tra immagine sullo schermo ed immagine stampata. Per questo motivo i vincoli ottimali per la stampa sono meno adatti per la sola visualizzazione dell’immagine sullo schermo.
Si può calibrare il monitor anche solo per la visione diretta delle immagini con i nostri occhi, in questo caso i parametri di calibrazione devono essere adeguati di conseguenza. La fedeltà dell’immagine è sempre relativa al dispositivo a cui è rivolta la calibrazione.

Personalmente per regolare lo schermo del monitor ho sempre visualizzato immagini chiare e scure modificando poi la luminosità ed il contrasto per ottenere una regolazione tale da visualizzare in modo accettabile tutti i tipi di immagine. Questa è una procedura empirica che si affida più alla sensazione che ad una valutazione oggettiva. Per alcuni videogiochi è accaduto di eseguire piccole modifiche di luminosità e contrasto senza sapere se il problema fosse legato al monitor o al videogioco. Non avendo a disposizione un fotometro/colorimetro mi sono posto due domande:

  1. E’ possibile realizzare un sistema di calibrazione basato sulla vista che possa ottenere risultati oggettivamente validi ?
  2. Come realizzare questo sistema ?

Per dare risposta a queste domande mi sono ispirato all’antico Egitto: circa 3000 anni fa con una foglia di palma, un filo a piombo ed una squadra gli egizi realizzavano uno strumento detto “Merkhet” utilizzato per misurare i campi, allineare perfettamente i blocchi delle piramidi, eseguire le prime osservazioni astronomiche seguendo il transito delle stelle, realizzare orologi portatili per conoscere l’ora sia di giorno che di notte, tutto solo con una semplice geometria ed aritmetica. Adesso noi non abbiamo il compito di illuminare il cammino della civiltà umana, ma semplicemente di illuminare correttamente lo schermo del nostro monitor. L’idea è quella di sostituire gli elementi che cosituiscono il Merkhet con altri che ci possano aiutare a realizzare il nostro obiettivo:

BOT Merkhet RGB-ITA
BOT Merkhet Egiziano

Fig.1 – Progetto Merkhet-RGB
Fig.2 – Merkhet Egiziano (Immagine di proprietà del London Science Science Museum Group)

Per mezzo dei controlli della scheda video che visualizza opportune immagini campione ed il supporto di una adeguata procedura di calibrazione credo che il nostro Merkhet-RGB possa funzionare. Come diceva Albert Einstein: “E’ meglio essere ottimisti ed avere torto piuttosto che pessimisti ed avere ragione”. Il focus di questo tutorial è la progettazione delle immagini campione e della procedura di calibrazione.

IL MONITOR REALE

Nel tutorial precedente al §1. abbiamo definito alcuni concetti di base riguardanti la teoria della elaborazione delle immagini digitali, aggiungiamo ora quelli necessari per calibrare un monitor reale. In un monitor ideale ad ogni tono di grigio dell’immagine da visualizzare corrisponde un unico tono di grigio nell’immagine visualizzata per tutti i 256 toni e la scala di toni di grigio risulta perfettamente lineare come conseguenza della linearità delle componenti RGB.

Le tre componenti RGB hanno in comune sia il bianco che il nero, ma il nero è unico mentre il bianco non è unico e deve essere caratterizzato. Per comprendere questa asimmetria è sufficiente pensare a come percepiamo i colori: se guardiamo un oggetto illuminato dal sole a mezzogiorno vediamo l’oggetto di colore nero se la luce solare che lo colpisce non è riflessa verso i nostri occhi, al contrario se riflette tutta la luce vediamo l’oggetto di colore bianco. Se guardiamo l’oggetto bianco al tramonto lo vediamo sempre di colore bianco ma tendente all’arancione, mentre se lo guardiamo in una giornata di cielo sereno lo vediamo di colore bianco leggermente azzurrognolo. Un oggetto che non riflette la luce solare lo vediamo nero in qualsiasi situazione. L’intensità del nero di un monitor a LED dipende dalla tecnologia utilizzata per realizzare lo schermo e non è regolabile a differenza dei monitor a tubo catodico (CRT) per cui era necessaria la regolazione. Bisogna regolare la cromaticità del bianco detta Punto di Bianco.

  • Come indicare il Punto di Bianco ?

I colori della luce visibile sono onde elettromagnetiche con lunghezza d’onda che va dai 700 nanometri per il rosso ai 400 nanometri per il violetto. La relazione colore-lunghezza d’onda non è biunivoca, ad ogni lunghezza d’onda possiamo associare un colore ma ad ogni colore che percepiamo non corrisponde una singola lunghezza d’onda. Questo accade perché i colori sono fisicamente una mescolanza di onde elettromagnetiche di diverse lunghezze d’onda ovvero sono la somma di altri colori. Solo la luce laser è quasi monocromatica.
Per indicare il Punto di bianco si utilizza il modello che in fisica si chiama “corpo nero” che è un oggetto che assorbe tutta la luce senza riflettere nulla ed è in equilibrio termico cioè emette tutta l’energia assorbita. In questo modello l’energia emessa ha lunghezze d’onda che dipendono dalla temperatura del corpo nero. L’unità di misura utilizzata è il “kelvin” (temperatura assoluta), lo zero della scala kelvin (0(K)) è la temperatura più bassa raggiungibile da un oggetto nell’universo e corrisponde a -273.15°C (regola di conversione T(K)=T(°C)+ 273.15 con T(K)>0).
Osservando il corpo nero a temperature crescenti lo vedremmo secondo il seguente diagramma temperatura-colore utilizzato anche per indicare il Punto di Bianco:

BOT_Punto di Bianco ITA

La scelta del punto di bianco è una questione psicologica/estetica di ciò che consideriamo naturale. Il nostro apparato visivo percepisce come luce di tonalità bianca la luce che ha una temperatura di colore intorno ai 5.500 K corrispondente alla luce del sole allo zenith. Al di sotto e al di sopra di questo valore di temperatura la luce è percepita rispettivamente come calda o fredda.

La temperatura del punto di bianco è un elemento cruciale per la calibrazione del monitor: il risultato fondamentale di anni di ricerca è che la temperatura colore di 5000K, lo standard per la stampa, consente un completo adattamento cromatico dell’osservatore per la stampa, ma non per la visualizzazione su monitor il cui standard è 6500K. Invece, la temperatura colore di 6500K permette questo adattamento anche su monitor, ma non permette il confronto delle immagini stampate con quelle visualizzate. Chi vuole lavorare con immagini visualizzate per un sistema di stampa correttamente calibrato deve trovare un compromesso convergente a 5000K, mentre chi vuole semplicemente visualizzare in modo corretto le immagini sullo schermo può utilizzare senza problemi la temperatura colore di 6500K.

Nota: Abbiamo usato il kelvin come unità di misura, in realtà lo standard ISO 3664 che è lo standard internazionale di visualizzazione del colore per il settore della tecnologia grafica e della fotografia utilizza il concetto di temperatura “Daylight”, indicata con il prefisso “D”, in cui la temperatura colore dipende sia dalla sorgente luminosa che dalle caratteristiche riflettenti della superficie illuminata. Questo standard non fa riferimento ad una temperatura colore di 5000K/6500K ad esempio, ma ad una temperatura colore D50/D65. Questo è un argomento specifico per la stampa, per quello che ci interessa continueremo a utilizzare la temperatura colore in kelvin.

L’intensità del bianco dipende delle caratteristiche fisiche del sistema che lo emette.

  • Come indicare l’intensità del bianco ?

L’intensità luminosa esprime la concentrazione di luce (fotoni) in una direzione assegnata emessa ogni secondo. Questa grandezza è detta “luminanza” ed è espressa in candele/m2 (cd/m2). Maggiore è la luminanza e maggiore è la brillantezza del bianco percepito dall’occhio. Un foglio di carta bianco bene illuminato ha una luminanza di 100/120 cd/m2 mentre i monitor hanno luminanza anche di +1000 cd/m2 ed i valori più alti riguardano i monitor da gaming (sino a 400 cd/m2) e quelli con HDR o per esterni. Se la calibrazione del monitor è finalizzata alla stampa allora in fase di calibrazione è “obbligatorio” scegliere una luminanza tra 100 e 120 cd/m2 e la motivazione è semplice: l’immagine di una stampa è vista per riflessione della luce invece l’immagine su monitor per emissione della luce. E’ sicuramente piacevole il bianco brillante ed il maggiore contrasto su tutta la scala di colori ma con luminanza maggiore di 120 cd/m2 la percezione della stampa risulta troppo diversa da quanto visualizzato su monitor. Ad ogni attività corrisponde il giusto monitor e la giusta calibrazione.

Ora siamo giunti ad un altro punto cruciale dei monitor reali: abbiamo visto che per un monitor ideale le componenti RGB sono perfettamente lineari e i toni dell’immagine da visualizzare sono in corrispondenza 1:1 con quelli dell’immagine visualizzata. Nel mondo reale tutte le tecnologie hanno limiti costruttivi e nel caso dei monitor questo si traduce nella mancanza di linearità delle componenti RGB dell’immagine visualizzata.

  • Come correggere questo difetto ?

Per comprendere meglio la situazione facciamo un salto indietro nel tempo e vediamo i problemi tecnici incontrati la cui soluzione ha determinato gli standard oggi utilizzati. Siamo nel decennio degli anni ’30, all’inizio delle trasmissioni televisive ed i televisori a tubo catodico (Cathode Ray Tube): dai calcoli di progetto degli schermi CRT risulta che l’intensità della luce emessa dallo schermo non è lineare rispetto alla tensione che controlla il pennello elettronico sullo schermo, ma segue una relazione detta funzione gamma dove γ (gamma) è un parametro di valore fissato

Luminosità dell’immagine visualizzata ≈ (Tensione realativa alla Luminosità dell’immagine originale) γ
con γ=2.5

La maggior parte dei sensori utilizzati nelle telecamere sono già lineari cioè producono tensioni di uscita proporzionali all’intensità luminosa dell’immagine, a causa della gamma del CRT (gamma nativa) per cui i toni medi delle immagini visualizzate sul televisore sono troppo scuri è necessario applicare una correzione o alle tensioni in uscita delle telecamere o ai CRT. Ovviamente risulta più economico correggere il difetto su poche telecamere che inviano l’immagine a tutti i televisori: in fase di definizione degli standard televisivi si è deciso di inserire nella telecamere un circuito che applica una correzione inversa con il parametro gamma di 1/2.2 (inverso rispetto a quello del monitor). In teoria la correzione inversa dovrebbe essere con il parametro gamma uguale a 1/2.5, ma è stato scelto 1/2.2 per compensare l’apparente riduzione del contrasto che si verifica quando si guarda un televisore in una stanza poco illuminata. Per un televisore a colori è necessario correggere la funzione gamma di tutte e tre le componenti RGB:

BOT_Correzione Gamma IT3

Oggi il computer invia le immagini a monitor non necessariamente CRT ed assolve alla funzione che la telecamera aveva per i televisori CRT. Anche un monitor realizzato con le nuove tecnologie manca di linearità nativa nelle tonalità di colore dell’immagine visualizzata ed il sistema operativo deve correggere la risposta del monitor. Ad oggi i sistemi operativi attraverso la scheda video eseguono una correzione standard gamma uguale a 1/2.2 come la telecamera in passato. Per evitare che una qualsiasi immagine sia percepita in modo diverso se vista sul televisore o su monitor del computer è stato definito lo standard per cui uno schermo realizzato con una qualsiasi tecnologia abbia una gamma pari a 2.2. Per i personal computer la situazione è ben rappresentata nel documento di Charles Poynton “Frequently Asked Questions about Gamma” di cui è riportato uno stralcio:

BOT_Videocard Gamma Correction FAQ

L’immagine digitalizzata a 24 bit colore è caricata nella memoria della scheda video (framebuffer) e prima di inviarla al monitor la scheda video applica la correzione gamma 1/2.2 (0.45) memorizzata nella sua “Look Up Table”. La LUT è una tabella numerica che permette di applicare velocemente la correzione alle componenti RGB dell’immagine. La scheda video ha due LUT: quella con gamma 1/2.2 (non modificabile dall’utente) e quella messa a disposizione dell’utente per memorizzare i dati di calibrazioni calcolati dai colorimetri/spettrometri. Il monitor che riceve l’immagine dal computer applica la gamma 2.2 memorizzata nella sua LUT e così il sistema visualizza sullo schermo l’immagine linearizzata.

In questo modo si risolve il problema dell’evoluzione tecnologica per i dispositivi di trasmissione/ricezione delle immagini senza alterare la percezione visiva delle stesse e permettendo di utilizzare contemporaneamente monitor con tecnologie differenti: i produttori di telecamere/sistemi operativi devono implementare una correzione gamma di 1/2.2 mentre i produttori di monitor devono implementare una funzione gamma di 2.2. Ora la funzione gamma non è più un parametro legato alla tecnologia dei CRT ma una specifica tecnica, di fatto un pannello con tecnologia a LED ha una curva nativa di risposta che non ha nulla in comune con una funzione gamma. A seconda della tecnologia adottata i produttori di monitor realizzano opportune soluzioni tecniche per implementare questo standard.

LA QUALITA’ DEL MONITOR

Oltre che dalla tecnologia dello schermo la qualità è determinata anche dalla regolazione della curva gamma.

  • Quali sono i difetti associati alla regolazione della curva gamma ?

Per comodità utilizzeremo un “Libro Bianco” che è un documento in cui un produttore a fronte di un problema indica la sua soluzione. Un “Libro Bianco” ha un taglio più commerciale che tecnico ed è utile per capire il problema dal punto di vista dell’utente. Faremo uso delle informazioni contenute nel documento “No.03-003 Rev A” (Eizo) e della terminologia Eizo:

BOT_Eizo Adj
BOT_Eizo Sw Calibration
BOT_Eizo Hw Calibration

Fig.1 – Difetti di regolazione della Gamma del monitor
Fig.2 – Calibrazione Software e Punto di Bianco
Fig.3 – Calibrazione Hardware e Punto di Bianco

In Fig.1 notiamo che il discorso è rivolto alla scala di toni di grigio, il motivo è che i toni di grigio sono colori in cui le tre componenti RGB assumono lo stesso valore, quindi se i 256 toni di grigio sono regolati correttamente sulla curva gamma ideale lo saranno anche i 16 milioni di colori (grafico a destra). La calibrazione (software) del monitor per mezzo di colorimetro/spettrometro può essere soggetta a due tipi di difetti:

  • Color Seepage
  • Tonality Breakup / Banding

Entrambi i difetti sono legati alla discretizzazione a 8 bit della LUT del monitor: nell’ambiente naturale ci sono infiniti colori e sfrumature mentre per le immagini digitali tutti i colori sono rappresentati con 8 bit per ogni componente RGB. I 16 milioni di colori sembrano tanti ma il limite si evidenzia con i toni di grigio che sono 256, si estendono dal nero al bianco coprendo tutta la gamma di colori e devono essere adattati alla curva gamma che è una curva continua.

Il “Color Seepage” è legato alle tre componenti RGB dei toni di grigio che non sono più identiche e la reciproca differenza è tale da essere percepita con la presenza di altri colori nella scala dei toni di grigio.

Il “Banding” è legato alle tre componenti RGB dei toni di grigio che non riescono a rappresentare linearmente le tonalità della scala appiattendone la percezione visiva.

In Fig.2 è riportato come esempio il difetto di calibrazione (software) legato alla selezione del punto di bianco di 5000K (il valore tipico di fabbrica è 6500K): il sistema di calibrazione (software) per abbassare il punto di bianco alla fine diminuisce il valore delle singole componenti RGB ed in questo modo i difetti di “Color Seepage” e “Banding” diventano visibili.

In Fig.3 il produttore indica la sua calibrazione (hardware): in fase di implementazione della curva gamma utilizza più di 8 bit colore (per i monitor con 16 bit colore sono disponibili 65536 colori per componente RGB/Toni di grigio ovvero +281474 miliardi colori) e la LUT del monitor è costituita dai 256 colori per componente RGB che meglio si adattano alla curva gamma. Questo è reso possibile da un circuito ASIC appositamente progettato. La soluzione risolve inoltre i difetti relativi al cambio del punto di bianco e le componenti RGB possono assumere tutti i valori dal nero (0,0,0) al bianco (255,255,255).

Ora che abbiamo le idee un pò più chiare di come devono/non devono essere le immagini visualizzate sullo schermo possiamo iniziare a progettare il nostro Merkhet-RGB.

IL MERKHET-RGB

Esponiamo in dettaglio gli obiettivi:

  1. Con il punto di bianco di fabbrica visualizzare tutti i colori contemporaneamente ed in modo corretto
  2. Cambiare il punto di bianco senza avere difetti di color seepage o banding
    • Configurazione PC
BOT_EDID
BOT_HD5770

Fig.1 – Info Monitor estratte con EDIDViewer (ELDIM)
Fig.2 – Info Sistema Operativo e Scheda Video

      • Configurazione Hardware

Monitor: LED LG 20M37A
Scheda grafica: Sapphire ATI Radeon HD5770

      • Configurazione Software

Sistema Operativo: Win7 64 Home Edition
Driver Scheda grafica: 14.301.1001.0 (Catalyst 14.9)
Applicativo: Un visualizzatore di immagini

    • Immagini Campione

Come detto all’inizio dell’articolo abbiamo bisogno di un filo a piombo e di una squadra, in questo caso di immagini campione progettate con gli opportuni riferimenti per guidare correttamente gli occhi alla calibrazione del monitor.

      • Come devono essere le immagini campione ?

Noi vorremmo visualizzare correttamente tutti i colori quindi abbiamo bisogno di immagini in toni di grigio per esaminare la risposta del monitor e di immagini per la regolazione selettiva di ogni componente RGB.

      • Che tipo di immagini utilizzare ?

Le immagini con sfumature dal nero al bianco (gradiente) sono utili per identificare i difetti di color seepage e banding ma non permettono di fare molto altro anche perchè le immagini con gradiente o costituite da righe molto sottili a forte contrasto, dopo un pò che gli occhi le fissano, tendono a confondere la vista. Per agevolare la vista si potrebbero utilizzare immagini campione composte da strisce verticali di uguale larghezza e di colore uniforme (scala di toni di grigio/componenti RGB) che oltre ad evidenziare i difetti suddetti permettono di impostare accurati riferimenti. La visualizzazione della scala in toni di grigio può avere difetti di color seepage e banding, quella delle componenti RGB solo difetti di banding. Un sistema ideale visualizza le strisce verticali distinte e con linearità ovvero senza compressione/espansione dei toni di grigio/componenti RGB su tutta la scala. Per un monitor reale è auspicabile ottenere questo risultato con le immagini in toni di grigio accettando anche alcuni compromessi per le singole componenti RGB.

      • Che riferimenti utilizzare ?

Per visualizzare contemporaneamente tutti i colori si potrebbero realizzare immagini composte da strisce verticali di toni di grigio (scala di grigi) con valori a passo 8 (0,8,16,24,32,40,…,255) e con una scala più accurata a passo 4 (0,4,8,12,16,20,…,255). Aumentare l’accuratezza, ad esempio a passo 2, non si otterrebe molto di più e ci si avvicinerebbe troppo ad un effetto gradiente poco confortevole per la vista. Lo stesso discorso vale per le tre componenti RGB.

      • In quale formato realizzare le immagini campione e in che tipo di file memorizzarle ?

Si potrebbero realizzare immagini campione a schermo pieno per monitor di formato 4:3/16:9/23:9 composte da strisce di larghezza di 0.5 cm per monitor 17″ (4:3) e 20″ (16:9) in modo che per i monitor più grandi, ad esempio monitor di 48″ (16:9), risultano essere larghe circa 2.5 cm per le immagini campione a passo 8 e la metà per quelle a passo 4.
Il formato del file può essere qualsiasi purchè non compresso (lossless) in quanto la compressione potrebbe modificare i colori delle immagini che sono il riferimento per i nostri occhi. Useremo il formato PNG che occupa pochissimo spazio e permette di memorizzare immagini a 24 bit colore.

A partire da queste considerazioni ho costruito le immagini campione di cui riporto un esempio:

BOT1_169_GRAY_Step_8
BOT2_169_RED_Step_8
BOT3_169_GREEN_Step_8
BOT4_169_BLUE_Step_8
BOT1_169_GRAY_Step_4
BOT2_169_RED_Step_4
BOT3_169_GREEN_Step_4
BOT4_169_BLUE_Step_4

Fig.1-4 – Immagini campione a passo 8 per monitor 16:9
Fig.5-8 – Immagini campione a passo 4 per monitor 16:9

Di seguito allego l’insieme completo delle immagini senza logo per la calibrazione del monitor:

BOT-Monitor-Calibration-Sample-Images.zip (MD5 Hash:dca4e23b993dfd918814508edd80278a)

Tutto sommato al pari del Merkhet dell’antico Egitto le immagini campione sono costituite da elementi semplici (strisce colorate) con determinati riferimenti (precise tonalità di colore) e come il Merkhet la chiave di tutto è la procedura d’uso.

    • Procedura di calibrazione

Per calibrare il monitor è necessario impostarlo in uno stato definito: configurare i parametri arbitrari del punto di bianco, della luminanza e della funzione gamma.

La procedura che fa uso di alcune funzionalità di base delle schede video è applicata con scheda video ATI Radeon ma è applicabile anche con schede video nVidia che sono dotate di pannelli di controllo con funzionalità del tutto equivalenti. Le funzionalità di base che utilizzeremo sono:

      • Il controllo della Temperatura del colore (scheda del pannello “Proprietà del Monitor”)
      • Il controllo selettivo del Contrasto delle componenti RGB (scheda del pannello “Colore”)
      • Il controllo selettivo della Luminosità delle componenti RGB (scheda del pannello “Colore”)

Come procedere:

      1. Predisporre l’ambiente nelle condizioni di illuminazione d’uso del monitor e lasciare il monitor acceso per circa mezz’ora prima di iniziare la calibrazione.

      2. Ripristinare il monitor ai valori di fabbrica: ogni produttore in funzione delle caratteristiche del monitor fissa dei parametri ottimali di funzionamento che consiglio di non modificare.

      3. Utilizzare il monitor alla massima risoluzione definita dal produttore: tutti i monitor sono progettati per ottenere la qualità migliore dell’immagine a questa risoluzione.

      4. Ripristinare la scheda video ai valori di fabbrica: ogni produttore in funzione delle caratteristiche della scheda video fissa dei parametri ottimali di funzionamento che consiglio di non modificare.

      5. Disabilitare eventuali profili di calibrazione generati da applicazioni del sistema operativo o di terze parti: in particolare un profilo ICC generico fornito per uno specifico modello di monitor potrebbe migliorare le immagini ma le potrebbe anche peggiorare, quindi necessita di verifica ad esempio con le immagini campione sopra indicate.

Con queste operazioni fissiamo il punto di bianco al valore di fabbrica, la luminanza a quella di fabbrica che anche se superiore a 100/120 cd/m2 va bene in quanto la calibrazione è finalizzata alla visione delle immagini a video e non stampate, la curva gamma del monitor a 2.2 e la correzione gamma della scheda video a 0.45 (1/2.2).

      1. Analizzare la risposta del monitor per mezzo delle immagini campione: può essere utile iniziare con le immagini a passo 8 e dopo aver calibrato il monitor utilizzare le immagini a passo 4 per ottenere una calibrazione più accurata. Dall’analisi delle immagini in toni di grigio prima e delle componenti RGB dopo si individua il problema da risolvere. Quando le immagini campione in toni di grigio sono visualizzate correttamente allora il monitor è calibrato correttamente.

      1. Regolare la risposta del monitor per mezzo del controllo selettivo del Contrasto delle componenti RGB e ritornare al punto 6: ricordiamo sempre che valori più bassi della luminosità ci permettono di aumentare il contrasto, mentre valori più alti possono indurre a diminuire il contrasto. Se con la sola regolazione del contrasto non si eliminano completamente i difetti, dopo aver trovato la migliore configurazione possibile, andare al punto 8.

      1. Regolare la risposta del monitor per mezzo del controllo selettivo della Luminosità delle componenti RGB e ritornare al punto 6: se non c’è la presenza di un colore dominante ovvero di un difetto di color seepage allora conviene modificare l’intensità luminosa delle tre componenti RGB sempre della stessa quantità, modificare in quantità diverse l’intensità luminosa delle tre componenti oltre certi limiti può causare l’introduzione di un colore dominante. Una luminosità troppo scarsa/elevata può generare difetti di banding nelle tonalità di colore più scure/chiare rispettivamente.

      1. Per calibrare il monitor con un diverso punto di bianco utilizzare il controllo della Temperatura del colore: dopo avere impostato la nuova temperatura ritornare al punto 6.

La procedura con le linee guida è più lunga da leggere che da eseguire, l’importante è avere chiaro come funzionano i controlli di luminosità e contrasto applicati alle tre componenti RGB.

    • Applicazione della procedura di calibrazione

Ho applicato questa procedura al monitor LED LG 20M37A ad uso domestico acquistato circa tre anni fa al costo di 87€.

      • Ripristino del monitor ai valori di fabbrica

Eseguire il reset del monitor come indicato nel manuale del produttore: dalle informazioni EDID la gamma del monitor è 2.2 ed il punto di bianco indicato dalle coordinate “White: x=0.313 – y=0.329” è di 6500K (Calculate color temperature (CCT) from CIE 1931 xy coordinates)

      • Ripristino della scheda video ai valori di fabbrica e risoluzione massima del monitor
BOT_RESET_Resolution
BOT_RESET_6500K
BOT_RESET_ALL_CHANNELS

Fig.1 – Risoluzione massima del monitor
Fig.2 – Punto di Bianco 6500K
Fig.3 – Reset delle componenti RGB

In Fig.1 è indicato come configurare la risoluzione massima per il monitor e la relativa frequenza di funzionamento.
In Fig.2 la temperatura del punto di bianco del monitor è fissata a 6500K ed i parametrì Tonalità, Saturazione, Luminosità e Contrasto sono quelli predefiniti.
Senza entrare nel dettaglio i controlli di Tonalità (Hue) e Saturazione (Saturation) sono due modi diversi di esaltare/attenuare le tonalità dei colori. In generale sono poco utili in quanto globali ovvero agiscono contemporaneamente su tutte e tre le componenti RGB e non selettivamente. Si possono utilizzare se il monitor ha problemi di tonalità dei colori.
In Fig.3 se disabilitata eseguire la “Riattivazione dei controlli colore AMD” e selezionare “Tutti i Canali”: i parametrì Gamma, Luminosità e Contrasto per le tre componenti RGB sono quelli predefiniti.

Nota: quando si ripristinano i valori di fabbrica sia AMD che nVidia indicano per il parametro “Gamma” il valore predefinito 1.0, questo indica lo stato di neutralità di funzionamento della scheda video e non il valore della correzione gamma. I produttori di schede video per mezzo dei pannelli di controllo mettono a disposizione dell’utente gli strumenti per apportare variazioni ai parametri predefiniti della scheda che se non diversamente indicati sono in unità di misura arbitrarie.

      • Analisi della risposta del monitor @6500K

Nelle condizioni di fabbrica utilizziamo le immagini campione (a passo 8) ed in quella in toni di grigio possiamo vedere i difetti di color seepage e banding seguenti:

20M37A_GRAY_Step_8
20M37A_RED_Step_8
20M37A_GREEN_Step_8
20M37A_BLUE_Step_8

Fig.1 – Scala dei toni di Grigio
Fig.2 – Scala dei toni di ROSSO
Fig.3 – Scala dei toni di VERDE
Fig.4 – Scala dei toni di BLU

In Fig.1 Le ultime 3 strisce presentano un problema di banding con valori RGB(240,240,240) e le ulteriori 7/8 strisce presentano un difetto di seepage con una leggera dominante rossa.

In Fig.2 Le ultime 3 strisce ROSSE sono uguali con valori RGB(240,0,0)
In Fig.3 Le ultime 4 strisce VERDI sono uguali con valori RGB(0,232,0)
In Fig.4 Le ultime 3 strisce BLU sono uguali con valori RGB(0,0,240)

Il monitor si comporta in modo lineare sino al grigio di valore RGB(232,232,232) e se consideriamo che questa è una configurazione di fabbrica possiamo dire che funziona piuttosto bene.

      • Regolazione della risposta del monitor per mezzo del controllo selettivo del Contrasto

A questo punto, per ogni componente RGB e la corrispettiva immagine campione, agiamo solo con il contrasto e lo diminuiamo sino a quando appare distintamente l’ultima striscia. Selezionando con il mouse il cursore di controllo del contrasto, con le frecce sinistra/destra possiamo diminuire/aumentare il contrasto delle componenti RGB, aumentiamo il contrasto sino a vedere “scomparire” gradualmente le strisce e lo diminuiamo sino a vederle “riapparire” gradualmente sino all’ultima striscia. Con questo piccolo trucco la regolazione diventa molto agevole. Utilizzando queste immagini campione si esegue una regolazione preliminare del contrasto e dopo si verifica il risultato con l’immagine campione in scala di grigi.
Dopo avere eseguito questa regolazione preliminare utilizziamo le immagini campione a passo 4 per ottenere una maggiore accuratezza ed otteniamo una migliore visualizzazione della scala dei toni di grigio con le regolazioni seguenti:

Contrasto componente ROSSA: 85
Contrasto componente VERDE: 75
Contrasto componente BLU : 85

Per mezzo della regolazione del contrasto abbiamo corretto il difetto di banding senza perdere la linearità della risposta del monitor, ma è rimasto ancora un lievissimo difetto di seepage per la componente rossa.

      • Regolazione della risposta del monitor per mezzo del controllo selettivo della Luminosità

Con l’immagine campione in toni di grigio a passo 4 diminuiamo la luminosità della componente rossa sino a quando scompare senza introdurre dominanti di altro colore. Diminuire la luminosità accentua le tonalità più scure ed introduce un difetto di banding verso il nero, ma a questo punto possiamo aumentare il contrasto della componente ROSSA (al valore 90). Ottenuto un risultato ottimale verifichiamo anche come si vede l’immagine campione della componente rossa. Con le seguenti regolazioni della luminosità abbiamo ottenuto la visualizzazione della scala dei toni di grigio senza dominante rossa:

Luminosità componente ROSSA: -10
Luminosità componente VERDE: 0
Luminosità componente BLU : 0

Per mezzo della regolazione della luminosità abbiamo corretto il difetto di seepage senza perdere la linearità della risposta del monitor.

Nelle condizioni di fabbrica siamo riusciti ad eseguire correttamente la calibrazione del monitor eliminando i difetti di seepage e banding con i seguenti parametri di configurazione:

BOT_6500K_CONFIGURATION
BOT_6500K-RED
BOT_6500K-G
BOT_6500K-B

Fig.1 – Punto di Bianco a 6500K
Fig.2 – Configurazione della componente ROSSA
Fig.3 – Configurazione della componente VERDE
Fig.4 – Configurazione della componente BLU

A partire da questa configurazione ora calibriamo il monitor con un punto di bianco più caldo.

      • Analisi della risposta del monitor @5000K

Impostiamo il punto di bianco a 5000K e visualizziamo l’immagine campione in scala di grigi a passo 4, la scala di grigi non è molto lineare ed è pervasa da una tinta rosa (difetto di color seepage). Con il trucco di aumentare/diminuire il contrasto delle tre componenti RGB verifichiamo cosa è successo con le rispettive scale di toni:

        • La componente ROSSA ha il Contrasto troppo ALTO
        • La componente VERDE ha il Contrasto troppo BASSO
        • La componente BLU ha il Contrasto troppo BASSO

Questa volta il difetto di seepage appare a causa del contrasto troppo alto della componente ROSSA rispetto alle componenti VERDE/BLU che a causa di un livello di contrasto troppo basso hanno anche il difetto di diminuire la luminosità globale dell’immagine. Con il contrasto troppo alto i toni di rosso più intensi, sbilanciati rispetto alle componenti VERDE/BLU, si notano a partire dai 2/3 della scala di grigi. Dopo la correzione del contrasto delle componenti RGB l’immagine campione in scala di grigi è visualizzata in modo corretto:

BOT_5000K_CONFIGURATION
BOT_5000K-R
BOT_5000K-G
BOT_5000K-B

Fig.1 – Punto di Bianco a 5000K
Fig.2 – Configurazione della componente ROSSA
Fig.3 – Configurazione della componente VERDE
Fig.4 – Configurazione della componente BLU

Siamo riusciti a calibrare correttamente il monitor con il punto di bianco a 5000K eliminando il difetto di seepage tramite la regolazione del contrasto delle tre componenti RGB.

Nota: ho provato ad invertire le operazioni di correzione ovvero dimunuendo prima la luminosità della componente ROSSA e regolando dopo il contrasto delle componenti RGB. Il risultato è che al diminuire della luminosità della componente ROSSA diminuisce il difetto di seepage di questa componente ma compare un difetto di seepage BLU in corrispondenza delle tonalità più scure ed il monitor perde di linearità verso il nero, le prime 6/7 strisce (24/28 toni) della scala di grigi sono indistinguibili.

OSSERVAZIONI FINALI

In conclusione siamo risuciti a calibrare correttamente l’economico monitor domestico LED LG 20M37A sia a 6500K che a 5000K. 😉

Abbiamo visto come i difetti di seepage e banding dipendono sia dal contrasto che dalla luminosità delle singole componenti RGB. Usando queste immagini campione e questa procedura, con la correzione dei difetti dovuti al contrasto prima ed alla luminosità dopo, si realizza una sorta di doppio “setaccio” che minimizza il numero di passi necessari per calibrare il monitor in quanto permette una più facile identificazione dei suoi limiti.

    • Possiamo dire di aver trasformato un monitor ad uso domestico in uno professionale ?

Assolutamente no!
Grazie al Merkhet-RGB ed una accurata analisi delle immagini campione possiamo regolare il monitor per ottenere il meglio che lo hardware permette. Il vantaggio è che per calibrare il monitor utilizziamo queste immagini campione che se visualizzate correttamente indicano la giusta regolazione. Inoltre in qualsiasi momento in pochi secondi possiamo verificare se ci sono anomalie di cromaticità del monitor ed eventualmente porre rimedio.

Per calibrare un monitor dotato di LUT a 8 bit colore e gestita internamente con solo 8 bit colore si può utilizzare il migliore fotometro con il software migliore e nel migliore modo possibile, ma i risultati che si ottengono potrebbero non essere dei migliori. Solo i monitor professionali sono dotati di hardware che gestisce internamente la LUT con 10/16 bit colore e sono venduti già calibrati singolarmente. Alla luce di questo tutorial può essere interessante utilizzare queste immagini campione per verificare la calibrazione del monitor eseguita con fotometro/colorimetro e confrontare i risultati con quelli ottenuti con i vostri occhi. Le immagini campione così progettate forniscono un riscontro sufficientemente oggettivo ed indipendente dal metodo di calibrazione del monitor.

Mai come in questo contesto è il caso di dire che la bellezza delle immagini è negli occhi di guarda! 😀

Se avete trovato l’articolo utile o interessante vi invitiamo a mettere nel vostro browser un collegamento a questo sito web ricco di informazioni e test realizzati da persone che animate dalla passione vi dedicano tante ore di lavoro.

LINK UTILI

Charles A. Poynton Official Website

Robert W. Berger “Why Do Images Appear Darker on Some Displays?”, An Explanation of Monitor Gamma

Eizo White Paper “No.03-003 Rev A”, LCD Monitors for High-End Grafics, (October 16,2003), Eizo Nanao Corporation

ELDIM – “EDIDViewer”, EDID Viewer extracts & analyses EDID data from your windows registry, Freeware

eNJoy aND STay TuNeD WiTH uS!

Raffaele “MOS” Sanapo

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Raffaele Sanapo

“We don't stop playing because we grow old; we grow old because we stop playing.” (George Bernard Shaw)

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