使用 DisplayCAL 与 i1Display Pro 为显示器校色

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因为身边的几台显示器已经一年多没有进行校色,所以正好借这次机会记录一下显示器的校色流程以及校色中所要用到的部分基础知识。校色所使用的软件为 DisplayCAL,校色仪为爱色丽 i1Display Pro。

在校色之前,首先要知道,显示器为什么需要进行校色。这些年来人们慢慢开始追求较好的显示器参数,即使是一些游戏本也会将覆盖 100% sRGB 色域的屏幕作为卖点,但是在我身边的人当中,真正在乎显示器参数的人寥寥无几,最多的也就是那些追求刷新率与响应速度的电竞玩家。显示器作为呈现色彩的部件,最基本的参数便是色域和色准,前者决定了显示器可以显示出什么颜色,后者决定了显示器显示颜色的准确性。我曾经也是一个不在乎显示器色彩的人,哪怕是仅覆盖 50% sRGB 色域的显示器我也使用了好几年,因为我也和现在大多数人一样,“又不是不能用”。确实,如果不是天天和色彩打交道的人,在没有对比的情况下,很难感受到显示器在色彩显示上存在的一些问题,大部分时候也不会影响使用。但是,显示出准确的色彩确实应该是显示器最基本的功能,然而因为科学技术水平的局限,显示器显示出来的色彩总会存在误差,即使是出厂校准过的显示器,色彩也会在使用过程中逐渐变化,因此定期对显示器进行校色是维持显示器良好显示效果的必须手段。如果是像我这样仅仅只是对色彩有追求的用户,那么可以选择每年校色一次,但如果是有对色彩表现有专业需求的用户,几个月校色一次则是必须的。

色域,是显示器本身的参数,无法后期更改,而校色,校正的是显示器的色准,让显示器认为他显示出的颜色和他真实显示出的颜色尽可能接近。校色的方法很简单,使用一台外置的颜色传感器,去读取并记录显示器显示出来的颜色,后期生成显示器的颜色转换文件,在被显示的颜色与显示器实际显示的颜色之间建立转换关系,以此来修正显示器的色彩显示效果。需要注意的是,对于大部分的显示器,校色之后并不会显著减少色域覆盖,但对于部分显示效果实在太差的显示器,校色之后会减少显示器在指定色域内的覆盖。不过,色准远远比色域重要,一台色域覆盖百分比再高的显示器如果色准表现很差的话,也毫无意义,所以对显示器进行校色在任何时候都是完全划算的选择。

本次校色使用的校色仪为上图中的爱色丽 i1Display Pro。校色仪的本质其实和照相机很像,只不过校色仪更加注重对色彩与光强的分辨能力,因而牺牲了记录单元数量,例如这次我所使用的校色仪,其内部只有三个硅光传感器,分别对应红绿蓝三个颜色通道。市面上的校色仪主要分为两种,一种是色度计如 i1Display Pro 与 Spyder5,另一种是光度计如 i1Pro,色度计的工作原理是当光线进入仪器后,由几片滤光片将光滤为对应颜色通道的光后,由传感器获取光强信息,最后再组合成颜色数据。前面所提到的 i1Display Pro 只有 3 个颜色通道,而 Spyder5 则拥有 7 个颜色通道,不管颜色通道数量如何,由于是通过有限个颜色通道来合成颜色数据,与真实数据之间肯定会存在误差,而光度计则没有这样的问题。光度计的原理是利用光栅来分解光线,这个过程可以像三棱镜一样将光线按照频率完全分开,再由传感器获取各个频率的光的光强数据。不同于色度计只能获得有限个颜色通道的光强数据,光度计获得的光强数据是全光谱的,准确度比色度计提高了很多。另外由于色度计使用的滤光片会随着时间逐渐老化,在使用中会逐渐产生误差,光度计所使用的的光栅则无须担心老化问题,唯一需要担心的便是会影响光栅间距的温度影响。另外提一句,市面上的校色仪,无论何种品牌何种价位,在科研所用的各种分光计面前都只能算是玩具,市面上的校色仪本身硬件成本其实非常低,更多的都是赚取软件与服务方面的利润。

另外补充一些在接下来的校色过程中所需要的基础知识。

首先是色彩空间,色彩空间提供了一种色彩与数字之间的关联与转换方法,例如以 CIE XYZ 色彩空间为例,可以将任何颜色用 XYZ 三个参数表示出来。尽管有许多不同类型的色彩空间,但色彩空间的色度图才是我们所关心的,例如下图便是 CIE 1931 标准的色度图。色度图仅仅只测量颜色,而与其他因素无关。色彩空间是可见光的统一表示,它将人眼可见的所有颜色映射到网格上,并为它们分配可测量的值。这使得人们能够对颜色进行统一的测量与比较,并确保当其用于创建色域标准时,图像在不同显示器之间看起来是相同的。

在众多色彩空间之中,CIE XYZ 色彩空间是最独特的那一个,因为他是基于对人类颜色视觉的直接测定,并且他还充当很多其他色彩空间的定义基础。目前使用的最广的是 CIE 1931 标准,他是国际照明委员会在 1931 年时创立的第一个采用数学方式定义的色彩空间标准。直到今天,很多地方依然在使用着这个老旧的标准,然而,国际显示计量学委员会已经不止一次鼓励人们弃用 CIE 1931 标准。

有效的色彩空间应以合理的精度映射并与人类对色彩的感知保持一致。内容创建者希望确保他们在显示器上看到的颜色与其他人在显示器上看到的颜色相同。而这便是 CIE 1931 标准的问题所在,当颜色被映射到 CIE 1931 标准所定义的空间中时,被感知颜色的方差在不同颜色之间不是线性的。这个问题来自于 1949 年 David MacAdam 所做的一个实验,简单来说,向一个人展示一张绿色色块,然后要求这个人在 CIE 1931 标准的色度图上重新找出这个颜色所在的位置,最后得到的结果距离绿色色块实际所在位置普遍误差较大,而如果换成蓝色色块重复之前的流程,这个误差将大大减小,上图中所示的麦克亚当椭圆便描述了这一现象。这意味着 CIE 1931 标准中色彩的分布对于人眼而言是失真的。后来人们尝试不断改进或者建立新的色彩空间标准,不断将新的测量标准纳入其中,例如 CIE 2012 2° 以及 CIE 2012 10° 标准,在后续校色过程中我们会接触到这两个色彩空间标准,他们都是由国际照明委员会在 2012 年发布的最新的色彩空间标准,而且分为 2° 视角和 10° 视角,对于屏幕较大的设备,建议使用 10° 视角标准。

接下来便是色域,也就是大家经常能看到的位于色度图之中的三角形。

CIE XYZ 色彩空间代表人类所能感知的所有颜色,而色域则代表显示器所能显示出来的所有颜色,色域也是一种色彩空间,但他是 CIE XYZ 色彩空间的子集,色域覆盖越大,显示器能显示出的色彩越多。

然后是白点,白点也叫做参考白点,就是对于白色的定义,白点并非有一个统一的标准,而是随着使用需求而不断改变的,最常用的白点是色温为 6500K 的白点,如果是做摄像后处理的话,也会使用色温为 5000K 的白点,因为此时的白点接近日光的橙红色,能够较好的实现所见即所得。白点的选取如果不太妥当的话,便会出现色偏之类的问题。另外,不同的色彩空间标准对于同一个白点的定义也是不同的,这一点在后文中会提到。

最后是校色最重要的目标,色差。色差便是显示器显示出的颜色与标准定义中这个颜色之间的差异,CIE 有一套较为复杂且均匀的人类知觉公式来计算色差,也就是校色中我们会看到的 ΔE。ΔE 的数值越大,显示器显示出的色彩与标准中对应的色彩之间的差距便越大,而完美色彩的 ΔE 数值应该为零。人眼最小可察觉到的颜色差异的 ΔE 在 1 至 2.5 之间。如果两种未相互接触的颜色之间的 ΔE 小于 1,则一般的人类观察者几乎无法察觉区别,在商业中,通常可接受的 ΔE 在 3 至 6 之间,但如果两种颜色相互接触,那么人类视觉对于色差的感知则会更加敏锐一些。

本次校色使用 DisplayCAL 配合 i1Display Pro 对显示器进行校色,虽然校色仪厂商一般都会提供自家的校色软件,但 DisplayCAL 在很多方面都比原厂软件做的好。DisplayCAL 的核心在于 ArgyllCMS,这是一款开源的色彩管理系统,而且支持市面上的各种校色仪,唯一的不足之处在于它是一款命令行软件,对于大部分人来说不是很方便实用,于是便出现了 DisplayCAL 这款软件,提供了图形化界面让所有人都可以便捷的使用 ArgyllCMS。

首先在 DisplayCAL 官网上下载安装文件并安装,安装过程中会询问你是选择让 DisplayCAL 接管系统颜色管理还是继续让 Windows 来管理,这里最好选择让 DisplayCAL 来管理,因为众所周知 Windows 自带的色彩管理简直就是垃圾。随后第一次启动软件时会弹出一个界面提示你需要 ArgyllCMS,如果你的网络质量较好的话可以直接点击 “Download” 按钮下载并自动安装,或者也可以自己到 ArgyllCMS 官网上下载可执行文件的压缩包,解压到电脑的任意一个地方后,在 DisplayCAL 弹出的界面中点击 “Browse” 按钮并手动选择你刚才解压出来的 ArgyllCMS 可执行文件中的 bin 文件夹即可。

随后便可以在界面上方菜单栏中点击 “Language” 将软件界面语言切换为 “简体中文”,记得一并将 “Option” 下的 “Show Advanced Options” 勾选。如果你所使用的校色仪不是 i1Display Pro 或者 ColorMunki Display 之类的校色仪,比如 Spyder 系列的校色仪,则需要点击上方 “工具” 选项卡,选择 “校色仪” 子选项卡,并点击 “安装 ArgyllCMS 校色仪驱动程序”,随后跟随软件提示完成驱动程序安装,在这之后才能正常使用校色仪,i1Display Pro 用户则可以跳过这一步直接使用。

来看一下软件的主界面,首先是 “显示器&校色仪” 界面。

显示器——你需要校准的显示器,也可以选择为其他本地网络主机或者 VR 设备校色。
校色仪——你将要使用的校色仪。
测量模式——不同的校色仪会在这里显示不同的测量模式,i1Display Pro 在这里只有两种默认测量模式即 “刷新” 和 “液晶”,一般选择 “液晶” 即可,“刷新” 主要是用于 CRT 及等离子屏幕。
白电平漂移补偿——在测量过程中会每隔一段时间插入一张白色色块进行测量,以此来补偿显示器因为没有充分预热而造成的白电平漂移,OLED 屏幕用户请一定要开启,普通屏幕用户建议开启。
黑电平漂移补偿——在测量过程中会每隔一段时间插入一张黑色色块进行测量,以此来弥补校色仪本身因为温度变化而引起的黑电平漂移,所谓黑电平就是指硅光传感器即使在全黑的环境下依然会输出一定量的电平信号,如果校色仪自带温度补偿的话可以不勾选,i1Display Pro 没有自带的温度补偿所以需要勾选该选项。
改写显示更新最低延迟——软件更改色块与显示器显示的色块更改之间存在延迟,该选项用来手动设定此延迟,一般不需要做更改,无需勾选。
改写显示建立时间倍数——显示器上的色块改变后到显示器稳定显示之间存在时间差,这取决于显示器本身的特性,该选项用来手动设定此时间,一般不需要做更改,无需勾选。
输出电平——选择 “自动” 或者 “全范围”。
校正文件——对显示器及校色仪进行校正的校正文件,可以点击小地球图标来在线搜索有没有符合当前正在使用的校色仪及显示器的校正文件,或者也可以自行前往 DisplayCAL 的 Colorimeter Corrections Database 并输入显示器型号来查找适用的校正文件。校正文件分为矩阵校正文件即 CCMX 和光谱校正文件即 CCSS,CCSS 便是如下图一样记录了显示器背光光谱信息的校正文件,比起 CCMX 具有更高的适用性。当然也可以根据显示器的背光类型选择 DisplayCAL 自带的几种校正文件。在这里提醒一点,所有校正文件均是用户测量并上传的,所以应用校正文件并不一定可以提高校准精度。

接下来是 “校准” 界面。

交互式显示调整——建议勾选,勾选后会在校准开始前让用户手动调整黑白电平以及白点等参数,即先让用户手动调整显示器的部分参数,再使用校色仪进行调整,该选项需要显示器能够手动调整红绿蓝三色平衡以及亮度,也就是说并不适用于大部分笔记本屏幕,但依然可以勾选。
更新校准——如果你后期想要对你的某一个校准配置文件进行更新,请勾选该选项,校准用时会比从头开始重新校准所需的用时短。
观察者——这里指的是校准所用的色彩空间标准,建议选择 “CIE 2012 2°”。
白点——用来设定目标白点参数,如果之前勾选了 “交互式显示调整” 选项,则这里可以选择 “已测量”,随后会在校准过程中让用户手动调整屏幕红绿蓝三色平衡以及亮度来自定义白点参数,也可以选择 “色温” 来设定白点,一般 6500K 是最常用的白点色温,喜欢冷色调的用户可以调高点,喜欢暖色调的用户可以调低点。
白电平——选择 “已测量”,让校色仪自动测量显示器的白电平。
黑电平——选择 “已测量”,让校色仪自动测量显示器的黑电平。
色调曲线——选择 “Gamma 2.2” 2.2 “相对”,这是最常用的参数,也可以根据使用需求自行更改。
黑色输出偏移——屏幕显示出的黑色与真正的黑色之间一般存在误差,需要进行补偿,直接使用 100% 即完全补偿即可,OLED 屏幕用户可选择 0%。
环境光照亮度调整——如果需要让屏幕针对环境光进行调整请勾选并输入此项,点击旁边的按钮可以让校色仪获取当前环境光线参数。
黑点校正——需要对屏幕黑点进行校正的用户可以勾选。
校准速度——在精确度与时间之间自行取舍。

然后是 “配置” 界面。

配置文件类型——建议选择 “XYZ LUT+矩阵”,矩阵类型的配置文件准确性较差但兼容性好,LUT 类型的配置文件准确性好但兼容性较差,这里选择同时使用两种配置文件。
黑点补偿——勾选会影响显示精度,因此不建议勾选。
配置文件质量——请选择 “高”。
测试图表——拖动滑块选择测试所用的色块数量,色块数量及对应的耗时会显示在选项右侧。在校色过程中程序会显示一系列色块,并记录显示器的显示结果,这些数据将会被用于创建颜色配置文件。测试的色块数量越多,校色结果越精准。
色块序列——决定色块的出现顺序,默认选择 “最小化显示响应延迟”。
配置文件名称——可自定义。

当前面三个界面内所需的参数都设定完成之后,便可以点击下方的 “校准&配置文件” 按钮进行校准。

如果你在 “校准” 界面中勾选了 “交互式显示调整” 选项的话,会先出现如上图一样的界面,让用户在程序开始校准之前,先自行调整显示器的部分参数,笔记本用户则可以直接选择 “继续校准”。

接下来便是漫长的等待,校准耗时取决于之前在程序中设置的各种参数,如果显示器本身素质较好的话,也可以减少校准用时。校准所需要的信息全部都采集完成之后,程序需要消耗部分时间来创建颜色配置文件,这个时间取决于计算机本身的运算能力。一切完成之后便会弹出如下图所示的界面。

这里显示着校色配置文件自检得到的色差以及显示器的色域覆盖与色域容积。点击 “安装配置文件” 按钮即可自动安装并激活颜色配置文件。

随后便可以进入主程序的 “验证” 界面,对校色之后的屏幕进行验证。

测试图表可以按照自己的需求选择,右侧显示的数字是测试所需要的色块数量,色块数量越多,验证结果越精准。

当验证完成之后便会生成一份如下图所示的网页文档,里面便记录了此时显示器的各种参数。

如果你和我一样在之前的校准设置中选择了使用 CIE 2012 系列的色彩空间标准,并且将白点的色温设定为 6500K,那么你会和我一样在校准结果中看到目标白点的色温显示为 6900K,这是由于不同色彩空间标准在进行换算之后导致的结果。我们的设置只决定了校准过程中所使用的色彩空间标准,颜色配置文件本身使用的色彩空间标准依然是 CIE 1931 标准,在生成色彩配置文件时所有的数据都会被重新换算为 CIE 1931 标准下的数据。

同时也可以看到我的显示器在色差以及白点准确度上的表现并不算特别理想,这主要是由于我是在显示器的最高亮度下进行校色所导致的,这会降低对比度,同时带来额外的色差以及黑点白点的漂移,正常的校色过程中对于显示器的亮度是有要求的,例如在 sRGB 色域上进行校准时,一般显示器的亮度应控制在 120 至 200nit 的范围内,但是由于我大多数时候都是在最高亮度下使用显示器,所以就直接在显示器的最高亮度下进行校色。

对显示器进行校色不仅有客观的部分,也有主观的部分,大家可以按照自己的需求与喜好进行校色,校色之后最大的好处就是家中各种校过色的设备之间不再有明显的显示色差,而在校色之前,同一张图片在不同设备上的显示效果差距很大。

另外拥有 i1Display Pro 的用户也可以为手机平板等设备校色,安卓用户可以下载爱色丽的 App 并使用 OTG 连接线将校色仪与设备连接后进行校色,而 iOS 用户则因为系统限制,需要在同一局域网下的一台电脑上安装爱色丽的 i1Profiler 程序以及 iTunes 程序,并将校色仪连接至该电脑,在手机上安装运行爱色丽的 ColorTRUE App 后,根据 App 的提示完成校色,记得如果有开启 “原彩显示” 的话先去设置中关掉该功能。整个校色流程速度很快,但并没有让用户自定义校色参数的界面,而且校色完成后只能在 ColorTRUE App 里查看系统相册中的照片,爱色丽称校色完成后,配置文件会被自动上传至爱色丽的云服务器,iOS 上其他支持 ColorTRUE Aware 的程序则会自动调用该配置文件。总的来说,感觉这个功能不太实用,所以就不进行详细介绍了。

校色仪如果有长期且频繁使用需求的人可以选择直接购买一个,但是对于并不经常使用的人来说,租借校色仪是最划算的选择。SpyderX 是新出的校色仪,而 i1Display Pro 则已经推出好几年了,但是根据网友的测试结果来看,i1Display Pro 的素质表现依然比新出的 SpyderX 要好,另外如果想要使用官方提供的校色程序的话,Spyder 系列的官方程序会更加易用一些,而 i1Display Pro 所用的官方程序则对用户知识及经验方面的需求更高一些。

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