Metameric failure

[Emidio Frattaroli]

In questa discussione si parla della questione chiamata (a torto o a ragione, lo vedremo tra poco) Metameric Failure.

Premessa: il nostro 'sistema di percezione del colore' si basa su tre classi di cellule sensoriali (i coni) che sono affogate nel pavimento della retina e sono sensibili in maniera prevalente allo spettro colore blu, verde e rosso. Se volete approfondire coni, bastoncelli e fotometria generale, vi consiglio questo mio vecchio articolo.



Quel'ultima classe di coni (quelli del rosso), come potete vedere dal grafico con le tre sensibilità (Color Matching Functions, alias CMF), è sensibile un po' anche al blu, oltre che al rosso. Queste curve, analizzate con test soggettivi su campioni di persone e standardizzate nel CIE 1931, contengono degli errori soprattutto nella regione del blu e sono usate - purtroppo - ancora oggi.



Negli anni sono state proposte curve sensibilmente differenti fino a quelle standardizzate nel CIE 2015 che sono considerate, da buona parte della comunità scientifica, le più affidabili. In alto c'è un confronto tra le curve 'standard' del CIE 1931 e quelle più recenti.

Negli anni, con analisi più accurate, sono state trovate differenze delle curve anche tra individui. Questa variabilità spiega alcune differenze di percezione dei colori. Non sto parlando di daltonismo (meglio chiamarla deuteranomalia,
che è la mancanza totale o quasi di uno dei tre gruppi di cellule sensoriali) ma leggere differenze che si accentuano in alcuni casi.

Torniamo ora alle curve CMF del CIE 1931 su cui si basa la sintesi additiva (quella sottrattiva) e il funzionamento di tutti i display (e delle stampanti). Non importa se siano o meno precise ma è il concetto fondante che vorrei spiegare, che è indipendente dalla precisione delle curve CMF.



Qui in alto ho disegnato lo spettro di un colore giallo, centrato a circa 580 nanometri. Potrebbe essere un fiore giallo che riflette la luce del sole, oppure un filtro di colore giallo che filtra la luce del sole. Ebbene, sovrapponendo lo spettro di quella luce di colore giallo sulle curve CMF, capite benissimo che vengono eccitati i coni sensibili al rosso e al verde. Da qui la sensazione cromatica del giallo.



D'altra parte è possibile eccitare i coni sensibili al rosso e al verde, anche con due colori diversi, ovvero rosso e verde, centrati rispettivamente a 550 e 620 nanometri: la sensazione cromatica percepita sarà la stessa: un colore giallo. Su questo si basa la sintesi additiva e il funzionamento dei TV e non solo. Sommando blu e verde vediamo il ciano. Sommando rosso e blu vediamo il magenta. Sommando in varie proporzioni i tre colori primari rosso, verde e blu. possiamo creare un numero infinito di colori.



D'altra parte, per i motivi che ho esposto sopra, ovvero in parte per colpa delle curve CMF del CIE 1931 che non sono accurate e anche per colpa della variabilità delle curve nella popolazione, più lo spettro dei colori primari è stretto (ovvero più il gamut nativo del TV è profondo soprattutto nella componente blu), più c'è possibilità che le persone percepiscano il risultato della somma dei primari in modo diverso. Non solo: a seconda della distribuzione dei coni tra il centro e la periferia della retina (in realtà la zona è sempre molto centrale) è possibile che ci sia una differenza di percezione tra il centro (considerato di 2 gradi) e la periferia (considerata di 10 gradi ed oltre). Questo problema sarà più accentuato con display che andranno oltre il gamut DCI. Con i proiettori laser puri (non quelli laser fosfori ma quelli con laser RGB discreti) questo è un problema piuttosto serio.

Fin qui si tratta di metamerismo della visione.


Lo spettrometro

C'è anche un altro problema. Nella produzione dei TV (nelle fabbriche e nei centri di ricerca e sviluppo delle aziende) vengono utilizzati strumenti di misura. Simili strumenti vengono usati anche per le calibrazioni. Ebbene, lo strumento di elezione per l'analisi sul colore è lo spettrometro che si distingue nella sua qualità per quattro parametri: banda (intervallo in nanometri: di solito tra 380nm a 760nm), risoluzione ottica (FWHM), sensibilità e gamma dinamica. Più lo spettro dei primari è stretto, più il gamut nativo sarà grande, più sarà necessario avere spettrometri ad alta risoluzione per evitare errori di lettura. Per display con gamut DCI, una risoluzione di 5 nanometri è più che sufficiente. La risoluzione di 2 nanometri è consigliata per gamut ancora più estesi. Nel nostro laboratorio abbiamo due spettrometri OceanOptics con risoluzione di 2 nanometri. Lo spettrometro i1 Pro di X-rite ha una risoluzione di 10 nanometri, quindi per alcuni display potrebbe essere inadeguato. Gli spettrometri JETI, Colorimetry Rresearch e Minolta con risoluzione tra 5 e 4 nanometri, sono ottimi. Alcuni modelli PhotoResearch con risoluzione di 8 nanometri, rischiano di essere inadeguati.

Lo spettrometro si limita a leggere lo spettro di emissione dei colori. Sarà poi il software che dovrà tradurre lo spettro in colore secondo le curve CMF. I software più completi permettono di scegliere diverse curve CMF.

In ogni modo, gli spettrometri sono strumenti generalmente molto lenti e più la risoluzione è alta, più sono lenti e imprecisi nelle basse luci. Per diminuire l'incertezza di misura nelle basse luci e per aumentare la velocità (fino a 50 volte), si usano gli spettrometri solo per profilare un'altra classe di strumenti: i colorimetri.


Il colorimetro

Il colorimetro è uno strumento con filtri colore che simulano le curve CMF che possono essere più o meno accurate. Per questo motivo necessità di una profilazione: in pratica si misurano i primari e il bianco con uno spettrometro ad alta risoluzione e si crea una matrice in modo da ridurre ai minimi termini gli errori. Nella creazione della matrice è necessaria esperienza e accuratezza: non basta avere lo strumento più preciso al mondo.

Gli errori maggiori sono a carico della componente blu. Questo si riflette ovviamente anche nel bilanciamento del bianco in cui la componente blu e in piccola parte quella rossa vengono sotto-stimate, generando una deviazione verso il rosso o il magenta.

Per chi non ha spettrometri di riferimento, consiglio il metodo della comparazione ottica: prima si tara un pannello LCD che sappiamo avere un gamut molto piccolo (basta prima misurare i primari). In quel caso siamo abbastanza tranquilli che l'analisi del solo colorimetro sarà affidabile. Quindi si avvicina il più possibile il pannello calibrato al TV da calibrare e si procede con la comparazione ottica, facendo attenzione a uniformare il più possibile i livelli di luminanza dei due pannelli (quello del TV e quello del riferimento). Sconsiglio i plasma perché alcuni hanno dei primari molto stretti (ergo gamut estesi).

Conclusioni

Il fenomeno chiamato "metameric failure" esiste e più essere causato principalmente da due motivi: sia da metamerismo fisiologico, sia da errori di misura o di calibrazione. Esistono ovviamente delle contromisure che qui in AV Magazine utilizziamo dalla nascita (più di quindici anni), ovvero da quando abbiamo accesso a spettrometri ad altissima risoluzione (OceanOptics), a fotometri ad altissima sensibilità e dinamica (Minolta) e tanta, taaaaanta esperienza.


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Mi occupo personalmente di calibrazione nel settore professionale, ad esempio nelle regie e OB Van nel settore cinema e TV. Qui in l'OB Van di DBW Communication utilizzato ne "Il Grande Fratello VIP".


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In questi posti convivono display con più tecnologie e gamut molto eterogenei: display OLED (Sony), LCD wide gamut (Eizo) e LED 'low-cost'. Eppure il bilanciamento del bianco di tutti i display DEVE essere percepito nello stesso modo. Mai nessun cliente si è lamentato di 'metameric failure' dopo una mia calibrazione fino a più 40 display in una stessa regia.

Al momento insomma, la nostra strumentazione, il software e le metodiche di calibrazione che utilizziamo sembrano ancora adeguate alle necessità. Se però in futuro i produttori di TV continueranno a rincorrere le necessità di marketing nel proporre gamut sempre più vicini al REC BT.2020, i problemi di metamerismo potrebbero diventare sempre più seri. Sono ormai anni che, quando è consentito, nei seminari tecnici e presentazioni di prodotto domando che senso abbia rincorrere il gamut BT.2020 e se non sia rischioso spingersi troppo oltre per i problemi di metamerismo: raramente ricevo risposte sensate, con colleghi che spesso non capiscono neanche di cosa si sta parlando.

Aggiungo che mi trovo spesso nella tripla posizione di giornalista, esperto di colorimetria ma anche co-editore di AV Magazine, quindi da una parte devo fare informazione, dall'altra devo fare gli interessi di AV Magazine. Per questo motivo non posso rivelare trucchi e segreti per ridurre ai minimi termini l'incertezza di misura perché sono cose che fanno parte dell'asset di AV Magazine e, rivelandole permetterei ai nostri concorrenti - che ormai sono tanti - di ridurre il vantaggio (a tratti davvero siderale) che abbiamo accumulato in questi anni.

Emidio

[Zimbalo]

Premessa: la seguente esperienza riguarda una verifica eseguita sulla serie EZ, pertanto non è estensibile alle altre serie Panasonic OLED, fino a quando altri l’avranno o meno confermata sulle serie FZ e/o GZ.

Nelle ultime settimane, a causa del lungo lockdown, ho avuto la possibilità di verificare sul campo un vecchio “pallino” che avevo in testa da tempo: esiste un solo ed unico Reference nella calibrazione SDR di pannelli con diversa tecnologia? Risposta attesa: Si.
Bene, dunque se visiono side by side un plasma (nel mio caso Pioneer KRP-500A) e un OLED (65EZ950) entrambi calibrati in Rec.709 – D65 (x 0,3127 – y 0,3290) dovrei aspettarmi immagini sostanzialmente sovrapponibili, a parte Nero infinito (OLED) ed intervento ABL (Plasma) con lievi variazioni sul Gamma.
Premetto che in febbraio ho provveduto a profilare la mia i1D3 con spettro reference (Jeti Spectraval 1511) sia su Panasonic OLED che su Pioneer KRP (oltre che su iMac 27 5K).
Quindi diciamo che il “metro” usato per prendere le misure dovrebbe essere abbastanza attendibile.
Aggiungo che con il plasma utilizzo 3D LUT tramite eeColor, per cui l’immagine che ne deriva è veramente molto precisa, con valori di dE bassissimi (e stabili) verificati con qualsiasi patchset.
Ho calibrato il mio 65EZ950 manualmente, grazie agli ottimi comandi Pana e alla LUT di fabbrica si ottengono anche qui dE molto bassi.
Finalmente, con non poca fatica, sono riuscito a mettere fianco a fianco i due “ingombranti pargoli”.



Da una parte, OLED + Oppo UDP-203, dall’altra Pioneer + Oppo BDP-93 + eeColor.
Ho iniziato a confrontare in parallelo due BluRay: ho scelto Schindler’s List come film in bianco e nero, Revenant come film a colori.

Immagini sovrapponibili? Niente affatto! Sono cadute le certezze …
Due le variazioni più significative:
Nel B&W, evidente differenza nei grigi, molto palese.
In Revenant, una certa tendenza su OLED alla sovrasaturazione (soprattutto del Rosso) nelle scene a bassa luminanza.
A questo punto la domanda: quale immagine devo considerare Reference?
Se non altro per tradizione e per quello cui è abituato il mio occhio, ho scelto il plasma (con 3D LUT). Ora dunque lo scopo è stato quello di trovare la quadra per portare l’immagine OLED a questo riferimento.
Ho letto qualcosa riguardo a Metameric failure e Perceptual matching e mi sono messo al lavoro.
Sottolineo che senza side by side l’impresa sarebbe stata ardua e comunque occorre molto tempo.

Il punto fondamentale è stato trovare le “nuove” coordinate del Bianco.
All’inizio ho tentato di applicare quanto consigliato da Lightillusion qui:

https://www.lightspace.lightillusion...our_match.html

Ma poi, dopo vari tentativi, ho trovato un metodo personale di approccio molto più semplice e preciso.
Faccio riprodurre dal sistema scelto come riferimento (nel mio caso plasma + Oppo + eeColor) non una patch 80 o 85 IRE (Window 25%) come consigliato, ma un vero film in bianco e nero. Sul sistema da calibrare (OLED + Oppo), con lo stesso film riprodotto in parallelo, parto da un preset di default (per esempio Pro1), sistemo lo stesso gamma, e regolo Red e Blu High (senza toccare il Green e i Low) fino a quando ottengo immagini sovrapponibili.
Ovviamente è necessario fare numerose prove, verificare, riverificare ma alla fine sicuramente si trovano i valori giusti.
A questo punto, si misurano con questi parametri le coordinate del nuovo Bianco “alternativo” con una patch 100 IRE e si ricalibra OLED con il nuovo WP. Riverifica finale dei due sistemi in side by side.

Il mio Bianco alternativo su EZ ha queste coordinate: x 0,3124 – y 0,3349
(In grigio il D65 classico)



Non poca la differenza con il D65: un dE vicino a 3, molto evidente nella visione reale.





Più difficile è trovare nuove coordinate per i colori primari, anche perché la sovrasaturazione che noto nel confronto appare fondamentalmente nelle scene a bassa luminanza e non in quelle molto luminose.
Al momento adotto una situazione di compromesso su EZ: secondo i grafici il valore più corretto della Saturazione è 50 (valore di default), ma lo tengo a 47-48 che invece nella visione side by side restituisce un’immagine più vicina a quella del plasma.
Ora incarnati più naturali, immagine più pulita ed equilibrata, praticamente indistinguibile rispetto al reference plasma, grazie al "nuovo" WP + lieve riduzione della Saturazione dei colori.

Ora ... lanciatemi le pietre addosso ...

[f_carone]

Ciao Dario,
ottimo lavoro .
Quando si è "di bocca buona" (occhi buoni ed allenati) gli incarnati in basso fuori standard non sono digeribili .

Poi mi chiedo: se sui Panasonic è piuttosto difficile trovare i valori giusti partendo da una preset di default (Pro1/2) figuriamoci su qualsiasi altro TV .

[Aenor]

... sistemo lo stesso gamma, e regolo Red e Blu High (senza toccare il Green e i Low) fino a quando ottengo immagini sovrapponibili....

Una domanda: ma quando regoli gamma e Gain (immagino il CMS tu non l'abbia toccato) lo fai esclusivamente con il confronto side by side senza il solito ausilio di Calman e dei relativi tracking?

[f_carone]

In quella fase Calman non seve se non al limite per utilizzare il DDC onde evitare menu a video, si fa tutto ad occhio per poi, SI misurare con Calman il bianco 100 per rilevare le nuove coordinate D65 che serviranno per la nuova calibrazione .
Chiaramente è un metodo empirico finquanto non si troverà, se mai lo si potrà fare, un metodo più scientifico che risolva il problema del metameric failure.

[Zimbalo]

Ciao Filippo, sulle ultime serie Pana ancora più agevole penso.
L'aspetto più interessante, a parte le differenze dei valori sul bilanciamento del bianco, è verificare se il D65 sulle nuove serie si comporta diversamente dalla serie EZ.

[Zimbalo]

Una domanda: ma quando regoli gamma e Gain (immagino il CMS tu non l'abbia toccato) lo fai esclusivamente con il confronto side by side senza il solito ausilio di Calman e dei relativi tracking?

Allora nel Perceptual matching side by side, regoli in partenza solo il gamma preset (rispetto a quello che hai sul sistema di riferimento, per esempio 2.2), CMS a default e regoli i Gain Red e Blu solo con gli occhi.

[Zimbalo]

In quella fase Calman non seve se non al limite per utilizzare il DDC onde evitare menu a video, si fa tutto ad occhio per poi, SI misurare con Calman il bianco 100 per rilevare le nuove coordinate D65 che serviranno per la nuova calibrazione .
Chiaramente è un metodo empirico finquanto non si troverà, se mai lo si potrà fare, un metodo più scient..........[CUT]

Si, Filippo, empirico ma basato sulle misure eseguite con sonda sul sistema preso a riferimento.

[thegladiator]

Bel lavoro Dario ...qualcuno però mi spiega perché mai, ad oggi, il bianco prodotto dal plasma debba (ancora) fare da riferimento? Non so, perchè allora non usiamo un CRT? Per appagare il nostro? Il mastering viene fatto o su OLED RGB di Sony oppure su LCD Dolby, o su altri monitor di cui magari non sono nemmeno a conoscenza, ma certamente fra questi i plasma non sono presenti.
Detto questo resta un metodo empirico, su questo non penso ci sia troppo da discutere, basato sul perceptual matching di un contenuto in bianco e nero anziché di un pattern. E questo significa confronto in base alla percezione senza riferimenti, nulla di scientifico nè di misurato, io osservando i tuoi due tv potrei percepire come sovrapponibili delle coordinate diverse per esempio, e quindi cosa facciamo a quel punto? Quali saranno le coordinate di bianco “personali” corrette, le mie o le tue? Non parliamo poi della desaturazione del gamut, anche questa fatta a occhio sulla scorta di ciò che vedi sul plasma. Francamente cade ogni tipo di considerazione in merito per quanto mi riguarda...

[Zimbalo]

EDIT ...

[thegladiator]

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[Zimbalo]

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[thegladiator]

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[Aenor]

Personalmente non sposo per nulla il tuo approccio di prendere come bianco reference quello di un plasma di N anni fa, se le coordinate esistono, esistono per un motivo ovvero per quello che è la scienza esatta della ricerca del quadro. Ho avuto solo plasma per 10 anni e conosco a menadito il WP del VT50/VT60; ti assicuro che mai virerei col mio GZ verso quel quadro. In aggiunta a ciò il mastering oggi non viene piu fatto con tale tecnologia, cosa che la rende maggiormente obsoleta.

Questo concetto viene ciclicamente riproposto anche ad utenti meno esperti in varie discussioni; con il tuo approccio (non sto cercando il litigio eh, si fa per parlare) invece si entra nel "de gustibus" ed allora vale tutto, pure il tipo che viene con l'LCD in modalità dinamica e dice "eh ma a me piace di piu".

[Zimbalo]

No, no ... perché "de gustibus"? Il D65 del plasma è misurato con sonda profilata.
Il punto è che il D65 del plasma (o CRT) non si vede come il D65 OLED, anche se le coordinate sono le stesse.