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.
- click per ingrandire -
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".
- click per ingrandire -
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
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.
- click per ingrandire -
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".
- click per ingrandire -
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
Ultima modifica:
.
.
.
