螢幕顏色老是對不上？解密「感知色彩匹配」，讓OLED與LCD不再有色差！
- fuh911
- 2023年1月16日
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已更新：6天前
使用 ColourSpace 來匹配使用不同照明技術的顯示器
摘要
本文探討了現代顯示器校正中日益嚴峻的「同色異譜失誤」（Metameric Failure）問題，特別是在匹配使用不同光譜技術（如RGB OLED、WRGB OLED、RGB LED LCD）的顯示器時。傳統基於CIE 1931色彩匹配函數（CMF）的校色方法，已不足以準確應對光譜分佈差異大的窄頻顯示器，導致儀器測量數據匹配但視覺感受不一致。文章分析了SONY早期嘗試使用Judd修正偏移值處理OLED色差的局限性，並提出了一種更精確的解決方案：利用ColourSpace軟體進行「感知色彩匹配」（Perceptual Colour Matching）。此方法強調以人眼視覺為基準，先將主顯示器校正至標準，再手動調整第二台顯示器的白點（色溫）使其與主顯示器在視覺上完全匹配，接著測量並記錄下這個「感知白點」的xy色度值。最後，以此感知白點作為新的色彩空間目標，結合常規的顯示器描述檔（Profile）數據和精確的探針匹配（Probe Matching），生成一個客製化的3D校色LUT。這種方法能更有效地克服同色異譜限制，實現跨不同技術顯示器間更佳的視覺色彩一致性，並適用於任何存在同色異譜問題的顯示技術。文章還提及了使用校正過的筆電螢幕作為參考白點，以及針對OLED低光飽和度進行調整的技巧。
章節
前言：當標準校色失靈
窄頻的顯示器，如：RGB OLED及基於雷射的顯示技術（及在較小範圍的WRGB OLED和RGB LED LCD）已顯示現有的1931 CIE 2° 觀察色彩匹配功能（CMF Colour Matching Function），實際上已不足以準確的匹配許多現代顯示器。
這個問題主要是由於不同技術的光譜顏色分佈（Spectral Colour Distribution）差異很大，主RGB頻道（Primary RGB Channel）的光譜頻寬相對較窄，導致用來進行顏色讀數的色度計所報告的變化，不在視覺可接受的公差範圍內。從觀看者的角度來看，由此所產生的感覺是，在一個顯示器上的顏色與其他光譜分佈更廣的顯示器上的顏色不一致。
人們還普遍認為，一些顯示器（如：RGB OLED）在460納米以下的藍色區域所發出的光譜能量，是造成此一問題的一個因素。
顏色同色異譜
在顯示器比色法（Colourimetry）中，同色異譜（Metamerism）是指在不同的顯示器上匹配具有不同光譜功率分佈的顏色的能力，這是由於使用不同的顯示技術所造成。
顏色同色異譜是基於這樣的事實：人類的視覺系統只有三種類型的錐體光感受器（Cone Photoreceptor），使得兩個不具有相同光譜功率分佈的刺激物，在感知顏色上有可能匹配，因此出現了同色異譜的顏色匹配。
由此，我們得到了相反的結果 - 顯示器明顯的同色異譜失誤（Metameric Failure），亦即兩個顯示器的測量描述資料（Profile Data）與測量色度計報告的數字完全匹配，但從視覺上來看，顯示器顯然不匹配，如上圖所示。
這裡所提供的資訊，主要是基於RGB OLED顯示器，但也適用於所有使用標準校正工作流程進行校正時，出現同色異譜失誤的顯示器技術。
SONY 和 Judd 修正
作為第一個基於RGB OLED的顯示器的來源，SONY公司是最早遇到同色異譜失誤的公司之一，並迅速採用了Judd 1951 Modification（修正）的概念，即建議對波長短於460奈米的CIE 1931進行修正。這種修正已被Stiles（1955）、Ishak和Teele（1955）及Vos（1978）進行的其他研究所證實，但由於實際原因，CIE標準從未採用。
雖然Judd修正的概念是有效的，但在實際操作中，它只能作為一個簡單的偏移量應用於所測量的白點（White Point），而問題就發生於此 - 正如SONY公司自己發現的那樣！
Sony 改變目標
當SONY首次嘗試處理他們的OLED顯示器的同色異譜失誤問題時，他們公佈了一組色度（Chromaticity）xy偏移值，範圍從-0.001、-0.009到-0.004、-0.013，取決於所使用的色度計及要匹配的替代顯示技術。
在後來關於BVM和PVM顯示器的白平衡的文件中，SONY將這些值減少至一組xy偏移：x=-0.006，y=-0.011。
問題是這些數值實際上都不準確，因為簡單的在現有的CMF上增加一個偏移值的概念，對於修正同色異譜失誤來說，太過折衷。
一個更好的方法是利用ColourSpace的內建功能，顯著的改善兩個不同技術顯示器之間的感知色彩匹配差異，定義一個新的色彩空間白點（Colour Space White Point），而不是在色度計的測量資料上增加一個偏移。
利用 ColourSpace 進行感知性色彩匹配
以下是克服顯示器同色異譜失誤的更準確的方法，且適用於任何顯示器技術。
（雖然我們在這裡處理的是RGB OLED顯示器，但這個概念對任何同色異譜失誤的顯示器都有效。）
1) 將兩個顯示器放在同一視線內準確的匹配。
2) 選擇其中一台顯示器作為主顯示器（Master）。
（上圖中，較大的顯示器較為正確，較小的RGB OLED則顯示常見的綠色（Green）/青色（Cyan）偏移）
3) 使用正常的ColourSpace校正程式，將主顯示器校正為所需的目標色彩空間標準 - 例如：Rec709 - 包括必要的Probe Matching（色度計匹配）。
4) 在兩個顯示器上顯示一個全白的（Flat White）Patch。
不要使用100%的白色 - 建議使用95%至85%，或稍低的白色 - 因為這樣可確保沒有發生峰值色彩頻道裁切（Peak Colour Channel Clipping）。
除此之外，如果使用具有ABL/省電（Power Saving）/動態亮度（Dynamic Brightness）/局部調光（Local Dimming）的顯示器，應使用小尺寸的Patch，以避免可能出現的相關色彩問題。
5) 手動調整第二個顯示器的顏色（色溫 - Colour Temperature），使之與主顯示器在視覺上匹配。
使用RGB Gain控制是最簡單的方法。
感知性白點匹配
當感知上匹配白點時，其他任何的顯示能力都無關 – 色域（Gamut）、Gamma等，只關注在白點。實際上這意味著任何具有準確白點的顯示器（可用正常的基於色度計的校正，使其準確）都可作為感知的參考。
例如，幾乎所有標準色域的LCD顯示器，皆可提供基於色度計測量資料的精確白點，因此可對任何LCD顯示器進行白點校正，並在進行校正時將其作為參考來匹配其他顯示器。這意味著可使用一台簡單的筆電螢幕，不管其色域和/或Gamma能力如何。
請注意：這並不意味著LCD顯示器開箱即準確！通常遠非如此 - 它們必須經過校正才能有準確的白點。這也並不意味著所有的LCD顯示器本身不會出現同色異譜失誤，因為廣色域的RGB LED背光LCD顯示器，確實也會出現問題。
在筆電螢幕上放置一個85%到95%的白色Patch，用色度計及ColourSpace進行測量，調整RGB Gain以獲得準確的白點（色溫），另一台顯示器可與之進行感知性匹配。
在這下圖中，筆電螢幕已精確的校正為顯示一個完美的白點，雖然比大螢幕更亮，但白點在感知上是準確的。在現實世界中，降低筆電的螢幕亮度以匹配其他螢幕的亮度，將進一步改善感知上的匹配。
然後，OLED螢幕的白點可手動調整（例如：透過RGB Gain），以便在感知上與筆電螢幕（及大螢幕）相匹配。
6) 當達到感知上的匹配時，在即時測量模式下用ColourSpace測量新的色溫xy值，並記錄該xy值以便供之後使用。
請注意：三色光（Tristimulus）色度計仍應使用 Probe Matching（色度計匹配）盡可能的匹配兩個顯示器的光譜輸出。
7) 使用先前記錄的xy值，製作並保存一個新的Colour Space Target（色彩空間目標），並以特定的名稱存檔。
8) 重置（Reset）對第二個顯示器所進行的調整，以獲得感知上的匹配，將顯示器放回其預設的色溫。
9) 像往常一樣，對第二個顯示器進行剖析（Profile），使用探針匹配以確保最佳的光譜匹配（Spectral Match）。
Probe Matching 作為感知匹配的一部分
作為感知匹配（Perceptual Matching）方法的一部分，當務之急是將三色光（Tristimulus）與正在使用的個別顯示器上的光譜（Spectro）相匹配，以防止由於在ColourSpace色彩引擎（Colour Engine）中使用不正確的資料而導致不準確。
詳細情況請見網頁“Probe Accuracy（色度計精準度）”（https://reurl.cc/06Mj89）一文。
10) 像平常一樣用ColourSpace創建一個3D Calibration（校正）LUT，選擇新的Colour Space Target作為來源（Source），如此將生成一個自訂的感知匹配3D LUT，用於第二個顯示器，盡可能準確的與主顯示器匹配。
克服 Judd 修正的限制
上述方法將克服Judd修正（Modification）的簡化偏移（Offset）方式的限制，為任何顯示技術提供最佳匹配，同時仍使用實際測量的描述檔（Profile）資料來進行顯示校正，並在整個3D LUT生成程式中，使用一個加權目標（Weighted Target）白點偏移。
此方法比校正後的白點偏移、或固定的色度計偏移有效得多，因為有人建議並用於試圖克服同色異譜失誤（Metameric Failure）的其他校正程序。
使用 ColourSpace Laptop 參考白
正如前面所討論，大多數筆電腦螢幕可容易的校正為使用標準ColourSpace校正技術，來顯示一個完美的參考白色，因為所使用的LCD螢幕在光譜顏色分佈方面的表現符合預期。
校正ColourSpace筆電螢幕非常簡單的一個方法是，使用ColourSpace的DCM選項，因為這將完美的調整螢幕的灰階（Greyscale），並因此調整白點。
隨著筆腦螢幕被準確的校正為正確的白點（色溫），它就可被用作視覺參考，用於感知性顏色匹配。
有了DCM選項，使用者可快速、輕鬆的打開/關閉所應用的校正，因為在使用筆電的HDMI輸出對外部顯示器進行閉環（Close-Loop）顯示校正時，你不希望它被啟動。
請注意：在DCM功能被整合至ColourSpace之前，使用的是SpaceMatch此一獨立程式。
OLED 與低光飽和度
OLED是少數能夠保持全色域（飽和度）直到接近黑色的顯示技術之一。這對觀看影像的感覺有真正的影響，看到與CRT和LCD顯示器更正常的反應相匹配，對於觀看者對顯示影像的感覺有很大的幫助，這非常有趣。
因此，在校正供專業調光使用的OLED顯示器時，經常採用的技巧之一是人為的降低低光區域的飽和度，以便更好的匹配更多傳統顯示器的觀感。
這其中有一些真正的邏輯，因為人類對色彩的感知，隨著場景亮度的下降而迅速下降。
對於使用Adjust LUT工具的ColourSpace使用者來說，可使用Mono Blend工具，直接在LUT上輕鬆執行這種去飽和度。
對於那些沒有Adjust LUT工具的人來說，則可透過Photoshop或類似軟體使用LUT Image的方法。
堅達公司為 Light Illusion 授權經銷商，提供軟、體設備及螢幕教準，色彩管理等服務。歡迎致電（02）7720-9899，我們的資深專家們將竭誠問你服務、解答你的疑問。
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