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纯干货:一文带你看懂投影机色彩(色域)是什么!

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发表于 2019-3-20 14:30 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 kingtt1994 于 2019-3-20 15:15 编辑

前言:

前段时间的文章一直在于分辨率死磕,4K/1080P的忙的不亦乐乎。最近正好又有遇到有人提问:除了分辨率,投影机比较重要参数还有哪些?

对于这个问题,脑中瞬间闪过了多种选项和可能性,最终还是定格在“色彩”上。

那么好,今天来说说投影机的色彩。其实人眼对于色彩的敏感度,要远远高于分辨率,但是对于色彩的描述又不像分辨率的数字描述那样直观。分辨率只需看简单的数字大小就行:4K>1080P>720P。而且投影机的色彩表现又容易受到各种因素的干扰,再加上普通用户对于色彩的理解要远远落后于分辨率,因此有必要在这里做一个关于色彩知识的普及。让投影机的“色彩” - 这一重要的衡量标准更深入人心。

基础知识:

色彩空间

在自然界的可见光谱中,380nm~740nm之间的颜色,组成了“最大”的色彩空间。覆盖色彩空间包括了人眼可见的所有颜色。下图:

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图片来自网络

在颜色感知的研究中,CIE1931 XYZ色彩空间(也叫做CIE1931色彩空间)是其中一个最先采用数学方式来定义的色彩空间,它由国际照明委员会(CIE)于1931年创立。

为了能够直观的表示色域这一概念,1931年由国际照明协会(简称CIE)根据可见光谱的排列顺序,定义了该颜色空间,故称之为:CIE色度图。并以此作为颜色的度量基准。由于形状与马蹄相似,故被称作“马蹄图”。是不是有些眼熟?对的,大家常见的色彩测试的结果都画在了这张图上。可以说这张图是一切的基础。
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CIE 1931色彩空间色度图

外侧曲线边界是光谱(或单色)光轨迹,波长用纳米标记。色度图展示了对一般人可见的“所有”色度,这个用彩色展示的区域叫做人类视觉的色域。“目前还没有设备能有足够大的色域在上图中所有位置上提供精确的色度表现。”
色域

色域(英文:gamut或colorgamut),是色彩的某个完整的子集。

人眼可见的色彩,要大于显色设备能产生(重现)的颜色(色彩子集),这个"子集"称为色域。因此,人们为不同的领域制定了不同的色域标准。对于大多数已定义的色域来说,它们都落在了上面提到的CIE1931色彩空间内。下图:
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常见色域

通俗地说,那些多边形组成的范围就是色域,色域就是色彩的范围。如果说CIE1931是一个全集,那么我们常见的不同色域基本上都是其子集(有些特殊色域超过了CIE1931)。

目前来说,与家庭影院用户息息相关的广播电视遵循的色域标准有以下4 种:

1、欧洲广播联盟。于 1975 年 EBU 制定了 PAL制彩色电视的色彩标准,Broadcasting Union 标准号为:EBUTech. 3213-E。

现在这个制式基本早以淡出了人们的视线,但是70和80后应该还有印象,在玩以前的游戏机和录像机等时候常遇到的制式问题,纠结是P制式还是N制式,否则就出不了正确的图像。下图:
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三种常见电视制式比较

2、Society of Motion Picture andTelevision Engineers - 美国电影电视工程师协会,制定了标清彩色电视的色彩标准。最新标准号为: SMPTERP145:2004(SMPTECColor Monitor Caloribertry)。
注:SMPTE-C其实就是NTSC色域的子集。这个制定于1953年的标准,它的色彩空间其实比现在许多标准还要大。只不过后来发现这么做的代价很高,因此遵守这个标准的实际上很少。SMPTE-C实际上是改进后的荧光粉标准而来。下图:

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SMPTE-C与NTSC 1953的比较

接下来是两个目前在广泛使用的标准:

3、International TelecommunicationUnion-国际电信联盟,简称 ITUREC-709 是ITU 于1990 年提出的高清电视标准。最新标准号为:R-REC-BT.709-6(06/2015)。这个就是目前依然被广泛使用的REC-709色域。我国高清电视制作遵循的是REC-709 色域标准。
4、International TelecommunicationUnion-国际电信联盟,简称ITU REC-2020 是ITU 于2012 年8 月提出的(UHD 4K)高清电视标准。最新标准号为:ITU-RBT.2020-2(10/2015)

这个是目前正在不断普及的UHD4K电视的标准。由于是新标准,所以REC.2020色域的标准非常高,我们来看一下一个比较图。下图:
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4K标准和1080P标准的色域差异也是巨大的

注:由于这个标准的起点太高,因此目前基本没有民用设备可以覆盖这个色域。而且目前发行的UHD4K蓝光碟,也是将BT.2020色域映射为DCI-P3,这个目前在电影行业中设备普遍可以达到的标准。下图:
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Rec 2020,P3,Rec 709三种色域比较

大家看一下,中间那个三角形就是P3色域。 因此,对于目前早以普及的1080P高清节目来说,器材的最低要求就是– 原始色域能覆盖整个REC709。

什么是原始色域?

原始色域,是指显示设备所能提供的原始色彩表现力或称色域覆盖率。

以往的显示器评测中可以经常见到对于色域覆盖的一个说法:xx%的NTSC色域。其实这已经没有多少的参考价值。最新的显示器/投影机评测,都至少应该以REC709色域作为参考标准。更高端的设备甚至还需要进行 DCI P3和BT 2020的覆盖测试。下图:

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老外测试索尼Z9D

原始色域的大小,直接影响到设备的色彩表现力。简单来说,色域不足就无法准确的去还原导演对于画面色彩的创作意图。导演想让观众看到的色彩,在拍摄、制作以及发行过程中都严格按照DCI P3/REC 709的规范,但是到了最后的显示环节掉了链子– 原因就是色域覆盖不足而产生了偏色。

最后再顺便提一下,在电脑行业内常见的sRGB色彩空间是惠普与微软于1996年一起开发的用于显示器、打印机以及互联网的一种标准RGB色彩空间,这种标准得到了W3C、Exif、英特尔、Pantone、Corel以及其它许多业界厂商的支持。

该标准的第一版于1990年获得批准,Rec. 709 和 sRGB拥有相同的三原色和白点色度,即它们的色域覆盖是一样的。这也再次证明了REC 709的重要性以及适用性。

市场概况:

普及完了基础,下面回到现实世界。首先还是限定一下范围,我们集中讨论一下4000-5000左右这个入门价格段的常见机型,在色彩表现上是一个什么样的情况。

声明:

1. 本次讨论尽量不包括高于这个价格段的中高端投影机。高端投影的情况比较复杂,太花费篇幅。但是可能会拿一两个出来举例。

2. 本次讨论也不包括这个价位的微投,相信无论是厂商还是消费者,对于微投这个产品在目前阶段关心的都不是色彩。

投影机的色彩来自哪里?

对于三基色光源的投影机,比如3色激光,3色LED(包括HLD),色彩取决于光源。目前来说,三基色光源的机器,一般能做到最大的色域覆盖范围,也就是说,色彩能够做到最好。但是这样的机器,价格也是最高的,三基色激光只能在商业影院中看到,三基色LED倒是进入了家庭影院,但价格依然不那么亲民。

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3DLP RGB激光投影机原理

对于单色/双色激光,灯泡(汞灯,氙灯)作为光源的投影机,色彩是光源与机器内滤光片/色轮的共同作用。这次讨论的入门级别LCD与DLP机型,基本就属于这个范畴(高压汞灯做为光源)。
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汞灯光源

除了灯泡本身的素质(其实能做投影机超高压汞灯的厂家也就那么几家),机器内部的滤光片(色轮)也对投影机的颜色起到了决定性的作用。看一下原理,下图:

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DLP成像原理

灯泡作为光源的单片式DLP投影机,光源经过透镜聚焦照射到色轮上,色轮按照一定的速度旋转,将白光过滤为RGB等多种单色光,单色光经过DMD芯片的快速反射,最终形成人们看到的图像以及色彩。所以说,在单片式DLP的机型上,色轮的对于色彩的影响十分关键。

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3LCD成像原理

在3LCD投影机中,灯泡发出的光,经过分色镜,被分为RGB三基色,照射到3LCD芯片上,通过控制LCD最终形成人们看到的图像和颜色。因为这里有3个LCD芯片分别控制三种基色,所以这也是3LCD机型名称的由来。

目前市场上的投影机,在入门的价位基本只有以上这两种机型可以选择。参照京东商城的销量排名,我们来看看那些机型的色彩参数怎么样。

市售机型:

先来看看3LCD独此一家的爱普生,入门机型 TW650。 在它的产品介绍中,并没有提到色域的覆盖。关于色彩,爱普生强调了“色彩亮度”这一概念。这是3LCD机器的成像原理决定的,也是为什么标称同样的亮度的机器,爱普生的机器看上去会亮度更高,色彩更饱和一些。

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TW650对于色彩的描述
那么爱普生的3LCD机型要到什么级别才会提到色域覆盖呢,基本要到旗舰的TW8300才会提到,不过价格早就远远超过了入门的级别了。
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TW8300对于色彩的描述

可以看到在最明亮的模式下可以覆盖100%的sRGB色域(等同于REC 709),数字影院下(实测亮度会降低一半以上)能实现DCI P3。

接下来看看DLP阵营:

宏碁Acer比较热销的机型 V7500,它对于色彩的描述是这样的,下图:

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又玩兼容的文字游戏,能完美再现BT2020的民用设备还没问世呢。边上的色域示意图甚至用的还是别的型号,没有任何详细的色域标注,一点诚意都没有。又看了下它家的激光旗舰,用的竟然还是这个图,就是文字稍微改了下,也是无语。

奥图码Optoma的HD300, 它对于色彩的介绍是这样的,下图:

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基本没有对与色域覆盖有什么表述,不过提高色彩饱和度对于色域覆盖是有正面影响的这点不该否认。

那么再来看看奥图码品牌中采用激光光源的ZH55(非入门价格段)的情况,下图:

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贵有贵的道理,光源不同了,色彩也能有提升。这个描述是不是可以理解为能覆盖接近REC 709色域呢。这个接近的程度是多少呢?遮遮掩掩还真是麻烦。

继续看看支持4K的UHD660(非入门价格段)的情况,下图:

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这就好多了,简单明了,这个机型是100%符合REC 709的。

明基Benq

作为京东上销量领先的入门级DLP,W1070+可以说无人不知,作为一个比较老的机型,并没有在色彩上有任何强调的地方。 新的替代机型W1120,在介绍中有一段比较微妙的部分,请看下图:

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“遵循”不禁让人浮想联翩。不过联想到明基产品线中还有更贵的以“色准”为卖点的色准大师,在这个机型上对于REC709做太多宣传的话,也没有什么必要。

至于明基的色准大师系列和旗舰的4K系列(非入门价格段),都真符合REC 709标准的,这点在它们的产品介绍中就可以看出来。“色准大师“对于色域覆盖的描述,下图:

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抱歉这张图是在台湾明基的网站上截取的,大陆的网站似乎没有强调100%覆盖。

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旗舰W11000H的色彩介绍

旗舰机型除了强调100%覆盖709,还强调了THX认证。

ViewSonic优派

优派在显示设备甚至在一些专业领域都有运用,因此它对于投影机的色彩的关注和控制也是比较独树一帜的。我们来看看PX725HD这台入门级别的1080P投影在色域覆盖方面有些什么独到之处。
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十分直白,我 - PX725HD,对于REC709色域的覆盖就是100%的。

入门投影色域实测:

那么好,口说无凭,我们亲自就来测试一下手头这台最入门价位的PX725HD的色域表现。有条件的同学也可以模仿下面的步骤,自己测试一下手中投影机的色彩表现。

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优派 PX725HD

测试设备:Spyder5 蜘蛛 5

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测试碟片用了著名的AVSHD709测试碟,这张经典的1080P测试碟。下载地址: https://www.avsforum.com/forum/1 ... p4-calibration.html

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测试软件:著名免费又易用的HCFR最新版本。下载地址: https://sourceforge.net/projects/hcfr/

测试环境:白幕,小黑屋。

测试开始:

首先选择PX725HD内置的电影(REC 709)模式,下图:

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”重置颜色设置“,使用内置的初始参数进行测试,并且到”高级”菜单中关闭“极致色彩”,下图。

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点击HCFR上方的三原色按钮,并播放75%亮度的三原色和白色图进行测试,下图:

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最终得到了以下的色域覆盖图:

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PX725HD在默认设置下的色彩表现

我们可以看到,白色三角(PX725HD的色域)基本覆盖了内部的REC 709参考三角形。红色和绿色大大超出(有很强的调整潜力往更高级的DCIP3色域上去靠拢),蓝色顶点略微有一些偏,可能是环境光或者幕布偏色的影响。总的来说,这台机器的电影模式初始设置就能很好满足REC709色域覆盖。

接下来花个2分钟做一个小调整,进入“高级”- 色彩管理,下图:

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选择RGB三原色进行色调和饱和度的调整。这里不得不提一下,优派这台PX725HD能在这个价位上提供如此丰富的色彩管理选项,甚至还有ISF模式,的确难得。进入色彩管理,可以分别调整RGBCMY,下图:

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快速改了几个参数,再重新跑一遍三原色测试,虽然色域覆盖并没完全与REC 709重合,但比调整之前更接近了,下图:

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PX725HD在粗略调整之后的色彩表现

声明:本次调整仅仅是为了查看机器的色域表现。如需进行完整的投影机色彩调整,请按照特定流程一步一步进行。色彩校准是一个系统工程,牵一发而动全身。所以老外请专门的人员上门调试投影机,一次收费上千美元不是没有道理的。

结论:
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神雕小鬼 + 3 + 10 + 5 感谢分享^_^

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发表于 2019-3-20 14:39 | 显示全部楼层
这个很6!科普知识
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发表于 2019-3-20 14:39 | 显示全部楼层
优秀了!
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发表于 2019-3-20 14:46 | 显示全部楼层
感谢分享!收藏了
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发表于 2019-3-20 14:46 | 显示全部楼层
原来色域是这样的意思
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发表于 2019-3-20 14:47 | 显示全部楼层
这个很叼
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发表于 2019-3-20 14:53 | 显示全部楼层
学习学习!
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发表于 2019-3-20 14:53 | 显示全部楼层
学习学习!
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发表于 2019-3-20 15:36 | 显示全部楼层
高手在当贝啊!学习了
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发表于 2019-3-20 15:51 | 显示全部楼层
厉害了,干货
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