家庭劇院之Gamma設定-理論篇1
發表於2011.10.04 23:14

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真平布幕專賣店的真平兄日前拋出一個議題, 是關於家庭劇院的Gamma校正; 雖然小弟並沒有家庭劇院, 但是浸淫螢幕校正許久, 對於如何調教出 "理想" 的螢幕供電影觀賞,自然產生興趣。

本文針對家庭劇院 Gamma設定, 從理論開始推敲, 到最後套用在實際螢幕上的調整, 歡迎各位批評指教。

 

 

所謂的理想的家庭劇院呢, 應該是要可以重現與導演所見相同的結果。
本文有一個合理假設前提, 導演是在以下 理想條件 的環境製作電影:

  • 牆壁經專業吸光處理, 幾近完全暗室,
  • 理想Gamma = 2.4的屏幕/監視器(理想意謂了對比為無限大, 最暗可為0 nits)
  • 最大亮度100 nits

 

接下來皆是繞著如何重現此 理想條件 在打轉.
為了重現此條件, 又區分為兩種Case:

  1. 環境為完全暗室, 最大亮度為100 nits
  2. 環境非完全暗室, 最大亮度無法低到100 nits(否則暗位受環境光影響無法分辨)

本文先就Case 1 做討論。

 

假設環境及最大亮度都如 理想條件 , 那唯一需要傷腦筋的就是Gamma曲線了。
該如何重現準確的Gamma = 2.4呢? 那必須先正確的描述Gamma Function, L=(V)γ 是一般常見的定義。
但是暗態漏光的問題也可能影響Gamma的計算, 因此又有兩種變形: L=(V+ε)γ 、L=(V)γ
ps: V為灰階、γ為Gamma指數、L為輸出亮度、ε為漏光項/Offset

 

  • Absolute: L=(V)γ
  • Offset Inside: L=(V+ε)γ
  • Offset Outside: L=(V)γ

 這三個式子會如何影響Gamma曲線呢? 將最大值正規化1, 假設漏光為 0.1, 也就是對比僅有 10:1的前提下, 三個式子所呈現的Gamma曲線如下:

Offset Outside為一般採用來補償暗態漏光的修正Gamma Function, 相當於先產生一曲線後, 再將漏光項"墊"上去。

Offset Inside為Poynton建議採用的Gamma Functiom, 應為較理想的作法, 但是Offset Outside又比Inside更接近理想的Absolute曲線。到底該用何種Function才最理想呢?

由於暗態漏光來自於顯示設備的不完美, 所以先作一些假設:

  • 最大亮度與 理想條件 同為100 nits
  • 對比為1000:1, 意謂著漏光0.1 nits

 

從以上假設, 勾勒出不同Gamma Function的結果:

 

由於Absolute與Offset Outside太過於接近, 難以分辨; 最大的差別在於暗位, 所以把灰階0~25放大來看, 如下圖:

 

由此圖可以看到Offset Outside是比較靠近Absolute的, 所以是否採用Offset Outside才是較佳的選擇?

人眼對於灰階之間的亮度差異會有較明顯的感受; 也就是灰階之間的 "相對差異" 應該才是考量的重點。
因此 相鄰灰階的明度差 會比 絕對明度差 更能反映人眼感受。

 

但亮度又不是與人眼視覺線性相關, 所以先將亮度轉換到一個與人眼視覺相關的空間CIECAM02, 這個色彩空間概念上類似CIELAB, 但是更考慮了環境的影響(註1), 準確度也較CIELAB來的高, 是與人眼更為線性相關的色彩空間。在CIECAM02中, 與亮度相關的維度為明度(Lightness), 底下都在CIECAM02的明度作探討。將亮度轉到明度描繪如下:

註1: CIELAB也制定了觀測環境, 但其觀測環境條件固定, 為一般照明下的狀況與 理想條件 並不相符。

 

 

為了考量 "灰階之間的相對差異", 所以把各灰階的明度相減, 得到下圖:

 

由∆Lightness(明度差)的變化可以觀察的到, 最接近Absolute的是Offset Inside這個Gamma Function, 採用 L=(V+ε)γ來校正Gamma曲線應該最能接近 理想條件

 

結論

  • 明度比亮度更適合評估人眼感受, 而 相鄰灰階明度差 比 絕對明度差 評量Gamma曲線更為合適
  • 因為CIECAM02考慮環境因素, CIECAM02下的明度會較CIELAB的明度更貼近人眼
  • 為了考慮漏光造成的影響, Offset Inside的Gamma Function, 也就是L=(V+ε)γ應用在校正上最能接近 理想條件

 

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回應

honey430111  於2012.11.20 16:08  

Hello小壁虎你好~
11月底有一個4K電視的近距離體驗活動,希望能邀請你親臨現場體驗,不曉得你是否有興趣呢?是否方便將邀請函發送給你呢?謝謝喔~~Lee

版主回應︰ 於 2013.04.11 20:15

很有興趣 可惜今天才看到 看來我荒廢這邊太久了 哈哈哈... @@a

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