О мониторах и матрицах фотокамер (Nikon D3500)

Первое и важное отличие монитора от реального изображения в том, что светодиоды красного, синего и зеленого света имеют фиксированную частоту излучения, как и подсветка. И соответственно мониторы имеют свой доступный цветовой охват, хотя сегодня охват стал шире sRGB, в этом определенно технология достигла прогресса. Обычно экраны и мониторы настроены на излучении белого цвета стандартной температуры 6500 К. В реальности частота (температура) цвета  меняется, в зависимости от освещения, от погоды, времени суток и даже времени года, но наш глаз адаптируется (подстраивается), поэтому мы не замечаем сильных изменений в цвете. Это позволяет нам различать одни и те же цвета при изменчивом освещении. А для экрана (монитора) нам необходимо выставлять баланс белого, чтобы излучать максимальный поток света, т.е. иметь определенное соотношение между красным синими и зеленым цветом.

В глазу не обнаружили три разных колбочки красного, синего и зеленого цвета, все колбочки как раз одинаковые и  имеют три нервных отвода, что означает, что колбочка имеет три сенсора одновременно. И более того, сенсор сразу же является преобразователем цветовых сигналов в яркостный и цветоразностные, т.н. Lab система, где L-это сигнал яркости (черно-белый),  а и b- цветоразностные сигналы, которые коррелируются с яркостным сигналом при восстановлении цвета. Цель таких преобразований, во первых, это позволяет сжимать поток данных (передавать больше информации при том же потоке), а во вторых сохранять цвета в тенях и светах, потому как глаз человека имеет S-образную кривую чувствительности к потоку света, где в средних тонах сигнал усиливается и максимален, т.е. несет максимум полезной информации, а в светах и тенях растут потери и поэтому усиление уменьшаются, отсюда имеем S-образную кривую яркости.

Но не только  по яркости в светах и тенях сигнал снижает разрешение, но и по цветности, поэтому в тенях и светах глаз человека теряет цветовое различение, т.е. цветовой охват (насыщенность) сужается. Охват максимален на средних уровнях, на котором глаз человека привык работать, через диафрагму (зрачок) регулирует световой поток. Возвращаясь к экрану или монитору, поэтому помимо выравнивания баланса белого применяется также S- образная тоновая коррекция, которая выполняется сразу при записи изображения или видео, при считывании сырых (RAW) данных с матрицы. Чтобы придать картинке контраст близкий к естественному, потому как экран телефона или монитор имеет меньший динамический диапазон (уровень от черного до белого), имеет меньшую яркость и поэтому контраст на мониторе искусственно повышается, выполняется S-тоновая коррекция.

И поэтому, когда мы смотрим на экран, нам кажется, что мы видим похожую картинку на настоящую, с большим динамическим диапазоном, с усилением в средних тонах. Но всё же компромиссы есть, в средних тонах картинка обычно не имеет проблем, но в светах и тенях ограничения техники становятся заметны. Матрица фотоаппарата имеет тоже свои ограничения (шумы, искажения, уменьшение цветового охвата) в светах и тенях. И поэтому есть разные способы настройки тоновой коррекции и цветности, насыщенности.

Например, в системе Adobe при DCP профилировании цифровой камеры закладывается более сжатый цветовой охват, т.к. при применении тоновой кривой (контрастности) насыщенность тоже усиливается. Поэтому картинка при проявке RAW файлов с цифровой камеры часто имеет сдержанный цвет или наоборот сильно цветастый, при повышенной контрастности.

Для проверки калибровки матрицы камеры использовалась цветная мишень Color Checker фирмы X-Rite, где нанесены эталонные цвета, значения которых указаны в числовых значениях ниже на рисунке.

Данные поля на эталоне промерил пипеткой в фотошопе, они полностью соответствуют заявленным на картинке значениям, формат png, цветовое пространство AdobeRGB.

На рис.1. показан итог калибровки для камеры Nikon D3500, полученный с помощью программы от Adobe- DNG Profile Editor, при приведении тоновой кривой к стандартной (нижний ряд на фото). Программа создает DCP профиль (более современный и совершенный, чем старый  ICC тип).                                 

На рис.1 внутри квадратик- это цвет полученный в камере после калибровки, а внешний- эталонный цвет. В идеале мы должны получить полное совпадение. Но мы видим отличие между эталоном и тем, что дает камера, после калибровки, т.е. применения корректирющего профиля.

На рис.1. заметна тенденция к снижению насыщенности цветов (при данной тоновой коррекции). Видимо, логика Адобе простая, они снижают насыщенность по всем цветам до худшего цвета, чтобы кривость цвета не бросалась в глаза (в данном случае синий- слабый цвет). Причем программа корректирует каждый цвет отдельно. На рис.2 показана примененная тоновая коррекция, которая обеспечивает точные градации по нижнему полю цветовой мишени, где градации имеют 6 значений от белого до черного. Выставлением баланса белого и тоновой кривой добиваюсь полнейшего совпадения (зрительно) с эталоном в ACR.

А ниже калибровка от X-Rite с помощью своей программы ColorChecker Camera Calibration, которая делает DCP профиль вообще по трем точкам (цветовой треугольник выстраивает), при той же тоновой коррекции.

И мы видим, что насыщенность цветов ближе к эталонному значению, но в области синих цветов ошибка больше. И пока не понятно, чем вызвана данная ошибка на синем. При калибровке каждой программой мы видим разницу в цвете. И это не кажется, всё это отлично видно при сравнении с эталоном.

Для точности эксперимента провел ещё калибровку с помощью ICC профиля, это старый тип профилирования, где тоновыми кривыми для каждого цвета (красный, синий и зеленый) по точкам цвет приводится в соответствии с эталоном (с мишенью). Делал с помощью профессиональной программы ProfileMaker (это тот же X-Rite, только ранее), ниже полученный результат.

Если сравнивать с рис.3, то очень похоже, хотя рис.3 даже точнее, отсюда делаю вывод, что так любимое фотомастерами профилирование цвета с помощью ICC не дает никаких преимуществ, имеем все тоже самое, DCP система не хуже. А значит проблема или ошибка по синему цвету связана с матрицей камеры Nikon D3500.

Проверю цветовой охват матрицы фотокамеры по полученному ICC профилю, для данного фотоаппарата Nikon D3500, ниже приведены точки (фигуры) цветового охвата для полученного профиля, в сравнении с sRGB (белая линия на графике). Данные получены с помощью программы ProfileEditor (та же программа, с помощью которой проводил ICC профилирование, полностью называется ProfileMaker Pro 5). При профилировании использовал цветовой охват AdobeRGB, который шире sRGB, чтобы не было ограничений при обработке  и сравнении с sRGB. Реальный охват матрицы показан зеленым цветом.

Сначала график для низкого уровня, на яркости 1%.

Как видим, охват матрицы примерно соответствует охвату sRGB, хотя зеленый, да и красный не дотягивает. Ниже показан охват на уровне яркости 25%. Видим, охват становится ещё хуже, особенно по синему цвету.

Ниже показан график на уровне 50% яркости, охват еще сужается!

И нижний график для уровня 75%, тут зеленый заметно подкачал (ослаб).

Вот и ответ, почему синий цвет не смог откалиброваться точно, цветового охвата матрицы просто не хватает, он ниже даже sRGB пространства!!! Впрочем, как и другие отклонения по цветам, тоже, очевидно связаны с ограничениями матрицы. Отсюда все пляски с калибровкой, чекером, всё это попытки улучшить цвет, но это невозможно, если матрица имеет ограничение цветового диапазона, можно только замаскировать недостатки, что и делает Адоб, сужая цветовой охват и повышая контрасность.

Вот почему при обработке фото из RAW возникают трудности в получении точного цвета. При подобном тестировании мы зрительно можем оценить погрешности цвета. И кроме того, можно скачать с сайтов фото мишени (чекера) и дома прогнать подобный тест для любого фотоаппарата и оценить возможности матрицы.

Как видим, по цвету нас ограничивает зеркальная цифровая камера, мониторы в большинстве на IPS матрице сегодня достигают sRGB охвата и даже выходят из него, поэтому калибровка монитора будет явно полезна, а вот с матрицей фото аппарата, как видим это не спасает, зато при правильном подходе к делу мы можем понять в чем проблема и не будем обманываться на проплаченные обзоры, отзывы в интернете и пр. А значит сможем сэкономить деньги, время и главное нервы. А ведь большинство верят, что в их зеркальной камере стоит супер качественная матрица с супер охватом))) Или же думают, что нужно купить другой объектив. Думается, та же ситуация примерно со звукотехникой, многие покупают новые кабели, наушники, колонки, усилители, а на деле их ограничивает источник, т.е. ЦАП…