突破亮度極限：PQ HDR 校正終極指南

56分钟前
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帶你深入了解 PQ HDR 校正

基本上，使用 ColourSpace 來校正 PQ HDR 專業調光顯示器非常簡單，跟 SDR 校正幾乎沒有差別。

HDR 和家用電視比較麻煩的地方在於，幾乎沒有什麼可行的方法能用 3D LUT 來校正它們。因為即使像 Lumagen Radiance、madVR 和 Tetratune 這些 LUT 轉換盒（LUT Box）可以處理 HDR 影像，但多數 HDR 電視的原廠 EOTF 預設值都是鎖死的，無法將其關閉。

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基於 PQ (ST2084) 的 HDR

PQ HDR 帶來了一系列全新的顯示與訊號路徑問題，因為它是一個基於絕對尼特（Nits）的標準；而所有其他的色彩空間（Colour Space）標準都是相對的，並不會去管特定顯示器的峰值亮度（Peak Brightness）到底是多少。PQ HDR 的基礎，是建立在任何一台顯示器的最大峰值亮度上，並以該標準的 10,000 尼特絕對峰值為基準。

除此之外，由於 PQ HDR 使用了極端的 EOTF，加上該標準的絕對特性，在進行基於 3D LUT 的 PQ HDR 校正時有兩種不同的作法：

顯示器一開始先設定為冪定律 EOTF（Power Law EOTF）
顯示器在校正前先設定為 PQ EOTF

要使用哪種方法，取決於顯示器本身的螢幕技術與校正能力。

注意：對於許多顯示器/電視而言，由於設備本身不穩定，是無法針對 PQ HDR 進行 3D LUT 校正的。

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初始設定為冪定律 EOTF

對於許多顯示器（特別是家用電視）來說，唯一的選擇就是將顯示器/電視預先設定為預設的冪定律 EOTF，通常是 Gamma 2.2。這是因為顯示器/電視本身的限制，導致無法直接進行 PQ HDR 校正。

校正工作流程

將顯示器/電視設定為未校正狀態，採用冪定律 EOTF，並將峰值亮度開到最大。
使用所需的色塊集（Patch Set）如常進行描述檔建立（Profile）。
使用正確的目標峰值亮度（Target Peak Luma）數值，來建立特定的 ST2084 色彩空間目標。
使用標準的 LUT 產生（LUT Generation）流程來產生所需的 LUT。

由於 PQ HDR 的絕對特性，我們需要為每台最大峰值亮度不同的顯示器，定義各自專屬的 ST2084 色彩空間，但是，不同的目標最大亮度（Target Luma Max）數值可以在設定視窗中動態調整。

在 PQ HDR 校正中，為新的色彩空間定義正確的目標最大峰值亮度是非常關鍵的步驟。如果設定錯誤，會因為通道裁切（Channel Clipping）的關係，導致白色/接近白色的區域出現色偏。

目標峰值亮度通常需要設定得比顯示器校正前的實際峰值尼特還要低，特別是在白點色溫（White Point Color Temperature）不準時，更需要預留校正修正的寬容度（Headroom），因為所有的校正過程都是減法（Subtractive）。

為了找出正確的目標數值，你可使用 ColourSpace 的滑桿，暫時將峰值白點色溫調到準確的位置，並透過 CIE 圖表來確認何時達到正確的色溫。

（請勿使用 RGB 縮放與長條圖小工具（RGB Zoom & Bars Widgets），因為它們會跟著滑桿的目標色彩跑，而 CIE 圖表則是絕對的。）

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上述範例中，原始白點偏青色，且峰值白點數值為 1188 尼特。然而，當我們把白點色溫修正後，峰值白點會掉到 896 尼特。實務上，這台顯示器最高只能校正到 850 尼特的 PQ HDR，因此需要建立一個以此數值為目標的新 ST2084 色彩空間。

建議設定為 850 尼特，因為任何 PQ HDR 校正都應該對應標準的峰值尼特數值，例如 1000 尼特、1200 尼特、2000 尼特、3000 尼特等。

上面這個使用者自訂（User Defined）的 ST2084 色彩空間可用來產生新的校正 LUT，只要將限制最大亮度（Limit Luminance Max）設定為與目標色彩空間相同的峰值亮度尼特即可。如果不使用限制最大亮度，產生出來的 LUT 會在顯示器能達到的最大極限處封頂，且不會裁切任何色彩通道；這會導致 EOTF 不準確，但整體的校正畫面會變亮。

限制最大亮度並非一定要綁死在目標色彩空間的峰值亮度數值上，因為你可用它來改變 LUT 的 EOTF，藉此補償觀看環境的條件。舉例來說，針對上述 850 尼特峰值亮度的顯示器，如果目標是 500 尼特最大亮度的 ST2084 色彩空間，但你把限制最大亮度數值調回 850 尼特，這會把 EOTF 抬升，讓顯示器在不夠理想的觀看環境下看起來更亮。

如果有需要，可以套用柔和滾降（Soft Rolloff）或 BT2390-3 色調映射（Tone Mapping），但這些功能不應該用在專業調光顯示器上。

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初始設定為 PQ EOTF

針對某些顯示器，特別是採用 FALD 背光技術（FALD Backlight Technology）的專業調光顯示器，比較好的作法是讓顯示器維持在 PQ EOTF 的設定。

校正工作流程

將顯示器設定為未校正狀態，採用預設的初始 PQ EOTF，並將峰值亮度開到最大。
使用所需的色塊集來建立描述檔，並使用限制範圍（Limit Range）來定義最大色塊層級所需要的峰值位元數值。 注意：你可以點擊 > 箭頭，讓系統從目標最大亮度尼特數值自動算出代碼值（Code Value）。
使用所需的目標峰值亮度數值，來建立特定的 ST2084 色彩空間目標。
如常產生所需的 LUT。

舉例來說，假設我們要校正的顯示器有固定的 PQ EOTF，且在校正前大約於 1000 尼特出頭的地方會出現硬裁切（Hard Clip），這代表我們可以把 1000 尼特設為目標峰值。

第一步是定義所需的限制範圍數值。如果這個數值跟目標最大亮度不同（當顯示器的白點不準確時就會如此），這一步就特別重要。

將目標色域/EOTF（Target Gamut/EOTF）設定為預設的 ST2084 10,000 尼特色彩空間，並設定所需的色塊縮放（Patch Scale）。
使用手動測量（Manual Measure）滑桿找出顯示器的峰值亮度（抓在任何通道出現裁切的臨界點之下），這就決定了可用的最大尼特數值。

限制範圍的尼特/代碼值應該要高於目標尼特數值，特別是在白點不準確的情況下，這樣才能為校正修正保留寬容度，因為所有的校正都是減法。

如同前面提到的，你可以利用 ColourSpace 滑桿暫時把峰值白點色溫調準，藉此確認顯示器在校正後實際能達到的最大目標峰值尼特數值。

讀取滑桿上的位元數值：在這個例子中，大約 1050 尼特對應的數值是 775，因為校正前的顯示器大約能跑到 1200 尼特，但白點是偏的，而我們預期的校正目標是 1000 尼特。
因此，限制範圍必須設定為 775（10-bit）。（這仍然會產生一個代碼值為全域範圍的描述檔，而不是 0-775 的色塊範圍。）

下方的圖表顯示了限制範圍描述檔與完整的 10,000 尼特 ST2084 色彩空間，及使用者自訂 1000 尼特色彩空間的曲線對比。

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接著就可以利用限制範圍描述檔來產生校正 LUT，以修正內建的 PQ EOTF。

透過管理空間庫（Manage Spaces Library）產生一個新的 ST2084 使用者色彩空間，並將峰值設定為該顯示器的校正目標（此例為 1000 尼特）。
在 LUT 產生介面中，將來源設定為使用者產生的 ST2084 色彩空間，並將目標（Destination）設定為限制範圍描述檔。

產生出來的 LUT 會正確對應到 1000 尼特的峰值，這大約佔了 PQ 代碼範圍的 75%，也就是由限制範圍數值（769，10-bit）所定義的範圍。

這個 LUT 會在 0-769 之間運作，並被包裝在 0-1023（10-bit）的容器中，可用來校正底層寫死 PQ EOTF 的 PQ HDR 顯示器。

提升解析度的 PQ LUT

ColourSpace 在 PQ 顯示器校正上有個獨步全球的功能，就是能將任何 PQ LUT 正規化（Normalize）至顯示器的最大尼特能力，而不是只能對應 PQ HDR ST2084 標準預設的 10,000 尼特。

這讓專業顯示器製造商在開發基於 PQ 的 HDR 應用時，能夠將校正解析度發揮到極致。

直接看個例子，以下是針對上述初始 PQ EOTF 校正所製作的提升解析度 LUT（Increased Resolution LUT）。這個 LUT 涵蓋了整個範圍，因此大幅提升了校正的精細度（Granularity）。

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LUT 產生工作流程

為了能夠產生提升解析度的 PQ LUT，我們需要用到 ColourSpace 的自訂範圍（Custom Ranges）功能。請在與 ColourSpace .ini 檔案相同的資料夾（通常是 C:\Users\xxxx\AppData\Roaming\ColourSpace）中，放入一個名為 colourSpaceCustomRanges.csv 的檔案。

檔案內的資料格式如下：