چگونه تصاویر زنده‌تر میشه؟! (گاموت های رنگی)

در بسیاری از مطالب مربوط به تکنولوژی خصوصاً مواردی که در حوزه صفحه‌های نمایش و پرینترها نوشته می‌شوند، به عبارت (گاموت رنگی) بر می‌خوریم که دانستن مفهوم آن خالی از لطف نیست.

فرایند تولید رنگ‌ها, در نمایشگرها مسئله‌ای به نسبت پیچیده است که دانستن آن می‌تواند برای علاقمندان بسیار مفید باشد. برای مثال برای خرید لپ تاپ، مانیتور و یا تلویزیون متوجه رنگ‌های تولید شده و یا کیفیت تصویر آن خواهید شد.

طیف رنگی یا Color gamut چیست؟

گاموت رنگی یا محدوده رنگی در واقع به تمام رنگ‌هایی گفته می‌شود که یک وسیله، به عنوان مثال نمایشگر مورد نظر قادر به باز تولید آن‌ها می‌باشد. این محدوده همواره شامل کل طیف رنگ‌های مرئی و هرچه نمایشگر ما طیف گسترده تری از رنگ‌ها را نمایش دهد، تصاویر زنده و رنگارنگ تر خواهند بود.

با این حال، در صنعت گرافیک کامپیوتری، گاموت نشان دهنده ی قابلیت‌های تنظیم رنگ نمایشگر است. به بیان ساده، مقیاسی از رنگ‌هایی است که هر نمایشگر می‌تواند تولید کند. گاموت‌های رنگی نمایشگر زیر مجموعه‌ای از نمودار کروماتیستی xy هستند که همیشه به شکل مثلث نمایش داده می‌شود. به بیان دیگر، نمایشگرها می‌توانند بخشی از کل رنگ‌های مرئی را نمایش دهند.

هر چه نمایشگر شما بخش بزرگ تری از این مثلث را پوشش بدهد به این معناست که نمایشگر درصد بیشتری از رنگ‌های طیف مرئی را پوشش می‌دهد و در نتیجه نمایشگر خروجی بهتری هم خواهد داشت.

در این بین کمپانی‌های مختلف از استانداردهای متفاوتی برای نمایش محدوده رنگی استفاده می‌کنند که هر کدام به پهنه خاصی از طیف رنگ‌های طبیعی اشاره دارند؛ اما با این حال گاموت‌های رنگی را می‌توان به دو دسته اصلی افزایش و کاهشی تقسیم بندی کرد :

در گاموت‌های افزایشی با ترکیب نورهای رنگی، رنگ مورد نظر تولید می‌شود که این روش در انواع نمایشگرها کاربرد دارد و معمولا با نام گاموت RGB شناخته می‌شود. گاموت RGB نام خود را از سه رنگ اصلی قرمز، سبز و آبی (Green-blue-Red) گرفته است.

اما در گاموت‌های کاهشی، از برخی ترکیب‌های رنگی طیف مرئی جلوگیری می‌شود که در نهایت موجب ایجاد رنگ‌های مورد نظر خواهد شد. این روش در صنایع چاپ و رنگرزی (مانند پرینترها) کاربرد دارد و به طیف (CMYK) معروف است. گاموت CMYK نیز نام خود را از رنگ‌های ابی دریایی، سرخابی، زرد و رنگ کلیدی یا همان مشکی (Cyan-Magneta-Yellow-key) گرفته است.

عمق بیت

پیش از آنکه درباره ی انواع گاموت‌های رنگی صحبت کنیم، بهتر است به درکی از چگونگی تولید رنگ در نمایشگرها برسیم. به طور کلی، نمایشگرها از پیکسل‌های آبی و قرمز و سبز تشکیل شده اند که برای تولید رنگ دلخواه با یک دیگر ترکیب می‌شوند. این پیکسل‌ها قابل دیدن با چشم نیستند؛ اما می‌توانید به راحتی زیر میکروسکوپ آن‌ها را مشاهده کنید.

گاموت رنگی وسیع، تنها معیار لازم برای خوب به نظر رسیدن تصویر نیست. نمایشگرها همچنین باید بتوانند فام‌های منحصر به فرد قرمز و سبز و آبی را در محدوده ی گاموت رنگی خود را تولید کنند. از عمق بیتی می‌توانیم برای اندازه گیری تعداد فام‌های منحصر به فرد قابل تولید برای نمایشگر استفاده کنیم. به بیان ساده، عمق بیت برابر با مقدار داده‌هایی است که برای نمایش سطح درخشش هر زیر پیکسل به کار می‌رود. نمایشگری با عمق بیت، 8 بیت دو به توان 8 یا 256 فام از هر رنگ اصلی ایجاد می‌کند (آبی، قرمز و سبز) که در مجموع، 16.7 میلیون رنگ تولید می‌شود. نمایشگر 10 بیتی نیز می‌تواند 1024 فام یا در مجموع 1.07 میلیارد رنگ تولید کند.

همه چیز درباره گاموت‌های رنگی؛ sRGB، Adobe RGB، DCI-P3 و Rec.2020

sRGB

sRGB مخفف کلمه (Red, Green, Blue) Standard RGB می‌باشد که با همکاری دو شرکت HP و Microsoft در سال 1996 برای استفاده بر روی مانیتورها، پرینترها و وب ساخته شد. این فضای رنگی کوچک ترین و قدیمی ترین فضای رنگی بین گاموت‌های رنگی است. این فضای رنگی در سال 1990 بوسیله HP و مایکروسافت برای مانیتورهای CRT ایجاد شد و به طور گسترده توسط دوربین‌ها و اسکنرها پشتیبانی می‌شود. همچنین در حال حاضر هم به عنوان پروفایل پیش فرض در بسیاری نرم افزارها از جمله فتوشاپ می‌باشد، مزیت استفاده از این فضای رنگی این است که در بیشتر دستگاه‌ها پشتیبانی می‌شود و بسیار برای تصاویر وب که در مکان‌ها و با دستگاه‌های مختلف دیده می‌شوند مناسب است. بیشتر مانیتورهای معمولی 60% از فضای sRGB و نمایشگر لپ تاپ‌ها 45% از این فضا را پوشش می‌دهند.

با اینکه sRGB شامل طیفی از رنگ‌های قرمز و سبز و آبی می‌باشد، اما بخش‌های اشباع تر را پوشش نمی‌دهد. این موضوع به ویژه با بررسی نواحی سبز رنگ بیشتر احساس می‌شود؛ به همین دلیل، درخشش و سر زندگی رنگ کاهش می‌یابد و ممکن است رنگ‌ها مات تر از آنچه هستند، به نظر برسند.

AdobeRGB

Adobe RGB همانطور که از نامش پیدا است، فضایی رنگی است که شرکت ادوبی آن را توسعه داد و به محبوبیت رسید. این فضا از sRGB وسیع تر است و تقریبا 50 درصد از طیف رنگی مرئی را پوشش می‌دهد. Adobe RGB برخلاف اغلب دیگر فضاهای رنگی، برای ویدئو به کار نمی‌رود؛ بلکه به طور خاص برای عکاسی طراحی شده است. برای درک این موضوع، پرینتر رنگی را در نظر بگیرید.

شاید متوجه شده باشید که پرینترها جوهر آبی یا قرمز یا سبز (RGB) را برای تولید پرینت رنگی ترکیب نمی‌کنند، بلکه اغلب از تجهیزات پرینت رنگی مدل رنگی CMYK (مخفف فیروزه‌ای، ارغوانی، زرد و سیاه) استفاده می‌کنند. در سال 1998، ادوبی Adobe RGB را برای پوشش فضای رنگی چاپی توسعه داد تا عکاسان کنترل بیشتری روی تصاویر چای خود داشته باشند. همچنین، Adobe RGB پوشش محدود sRGB از رنگ‌های فیروزه‌ای و سبز را در بر می‌گیرد که با نگاهی به نمودار کروماتیسیتی xy متوجه آن خواهید شد.

با اینکه بدون شک Adobe RGB فضای مناسبی برای عکاسی است، اغلب دوربین‌ها به صورت پیش فرض از فضای رنگی sRGB استفاده می‌کنند. دلیل این امر نیز آن است که اغلب تصاویر روی نمایشگرها به صورت دیجیتالی نمایش داده می‌شوند. علاوه بر این، حتی روی نمایشگرهای تطبیق پذیر اغلب برنامه‌ها نمی‌توانند خروجی Adobe RGB بگیرند. برای مثال، اگر وب سایتی شامل فایل Adobe RGB باشد، مرورگرهای وب به صورت خودکار آن را منطبق با فضای sRGB نمایش می‌دهد. با این حال، این فرایند تبدیل بی نقص نیست و اغلب اوقات نتیجه ظاهر بدتری از تصویر sRGB پیدا خواهد کرد.

DCI-P3

DCI-P3 مخفف اقدام سینمای دیجیتال- پروتکل 3 (Digital Cinema Initiatives-Protocol 3) می‌باشد و به عنوان جایگزینی برای sRGB در صنعت سینما معرفی شد. این فضا 27 درصد از ناحیه ی نمودار کروماتیسیتی را پوشش می‌دهد که بسیار مشابه Adobe RGB است. با این حال بر خلاف انحراف سبز، فیروزه‌ای Adobe RGB فضای P3 روی سه رنگ اصلی توزیع شده است. در عمل، این یعنی نمایشگرهای DCI-P3 می‌توانند رنگ‌های زنده تر و اشباع تری را نمایش دهند.

از آنجا که DCI-P3 برای استفاده در رسانه ی دیجیتالی طراحی شد، در مقایسه با Adobe RGB منعطف تر است. همچنین، تقریبا تمام انواع دستگاه‌های دیجیتالی از تلویزیون‌ها تا گوشی‌های هوشمند حداقل بخشی از این فضای رنگی را پوشش می‌دهند. علاوه بر این، نمایشگرهای با کیفیت تر تا 90 درصد این فضا را پوشش می‌دهند.

Rec.2020 و Rec.2100

Rec.2020 و 2100 جدیدترین گاموت‌های این فهرست هستند. Rec.2020 علاوه بر اینکه بزرگ ترین ناحیه ی نمودار کروماتیستی را پوشش می‌دهد، به تعریف استاندارد UHDTV (تلویزیون با وضوح بسیار زیاد) هم کمک کرد. به بیان ساده، اولین استانداردی است که از نمایشگرهای 10 و 12 بیتی و وضوح‌های بیشتری مثل 4K و 8K پشتیبانی می‌کند. این تعریف نرخ به روز رسانی بیشتر بین 60Hz تا 120Hz را نیز شامل می‌شود.

گاموت Rec.2020 نزدیک به 75 درصد از طیف نور مرئی را پوشش می‌دهد که 40 درصد از DCI P3 بیشتر است و حتی گام بزرگی در مقایسه با sRGB به شمار می‌رود. در واقع، این گاموت رنگی به حدی وسیع است که حتی بهترین نمایشگرها تنها 60 تا 80 درصد آن را پوشش می‌‌دهند. پیشرفت در فناوری میکرو LED و نمایشگر نقطه کوانتومی به بهبود قابلیت‌های تولید رنگی در طولانی مدت منجر می‌شود.

Rec.2100 نسخه ی توسعه یافته ی Rec.2020 است؛ اما برخی پارامترهای آن مثل پوشش رنگی ثابت مانده اند. تنها مزیت آن پشتیبانی از داینامیک با نرخ بالا از طریق دو فناوری، یعنی گاما لاگ هایبریدی (HLG) و Perceptual می‌باشد. فناوری دوم مبنای فرمت‌های HDR مثل HDR10 و Dolby Vision را تشکیل می‌دهد و HLG نیز به صورت انحصاری برای پخش تلویزیونی به کار می‌رود.

فراتر از رنگ ها : خطاهای رنگی و نقطه ی سفید

با اینکه گاموت‌های رنگی وسیع بسیار عالی است، اما تنها معیار کافی برای کیفیت نمایشگر نیست. قبلا درباره ی تاثیر طول موج رنگ‌ها و عمق بیت رنگی بر تصویر دریافتی صحبت کردیم. از این لحاظ، هیچ دو نمایشگری یکسان نیستند؛ حتی اگر گاموت‌های رنگی تقریبا یکسانی داشته باشند. دلیل این موضوع نیز وجود معیارهای مختلفی است که باعث تغییر در قابلیت رندر رنگی نمایشگر می‌شوند. معمولا این مشخصات را در اغلب نمایشگرها پیدا نمی‌کنید. علاوه بر پوشش رنگی، باید دو معیار دیگر را هم در نظر گرفت : Delta E و دمای رنگی

دلتا E و گاما

یک مانیتور که تمام طیف رنگی نور مرئی را ارائه می‌‌نماید اگر نداند در چه زمانی باید رنگ‌ها را غلیظ تر و در چه زمانی رقیق تر نمایش دهد همچنان می‌تواند یک محصول بی کیفیت به حساب بیاید. دلتا E و گاما دو فاکتور مناسب برای بررسی این خصوصیت نمایشگرها هستند.

به صورت ساده می‌توان دلتا E را به عنوان معیاری برای سنجش میزان خطای خروجی رنگ در یک نمایشگر تعریف کرد. برای مثال یک خطای رنگی در دنیای واقعی موجب می‌شود تا رنگ قرمز تمایل بیشتری به سوی نارنجی پیدا کند.

مقدار Delta E زیر 1 نشان دهنده ی خطای درک نشدنی حداقل برای چشم انسان است. متخصصانی که از نمایشگرهای کالیبره استفاده می‌کنند، حداکثر Delta E برابر 2.0 را ترجیح می‌دهند. هر مقداری بیشتر از این مقدار و تغییر دقت رنگی به وضوح تشخیص دادنی است.

بسیاری از سازندگان در این زمینه هم مدعی دقت بالای نمایشگر شان هستند. این ادعاها در بیشتر مواقع به واقعیت بسیار نزدیک است. اما اگر در سایت‌های تخصصی هم سری به بررسی نمایشگر مورد نظر بزنید، چندان راه دوری نمی‌رود. زیرا افراد متخصص می‌توانند با اندازه گیری فاکتورهای مختلف مشاوره‌ای کاملا حرفه‌ای و دقیق را به شما بدهند.

گاما نشان دهنده ی میزان روشنایی در تصاویر تولید شده توسط مانیتور می‌باشد. افزایش گاما باعث افزایش کیفیت مناطق سفید می‌شود در حالی که مناطق تاریک و سیاه را کدر می‌‌کند و برعکس. برای خرید یک مانیتور خوب، حتما اطمینان پیدا کنید که مانیتور مورد نظر گاما ایی بیشتر از 2.2 داشته باشد. حتی اندکی کمتر از این مقدار هم کاملا محسوس در عکس‌ها دیده شود. اگر در تنظیمات مانیتور گاما را اندکی کم و زیاد کنید تغییرات فاحش کیفیت تصویر را مشاهده می‌کنید.

دمای رنگ

دمای رنگ به طور معمول با واحد کلوین سنجیده می‌شود و مقادیری بین 4000 تا 7000 را شامل می‌گردد. اما چرا یک واحد اختصاصی دما برای سنجش رنگ‌ها در نمایشگر دیجیتال مورد استفاده قرار می‌گیرد؟ اگر یک جسم گرم شود، در دماهای مختلف، رنگ‌های متفاوتی را از خود ساطع می‌کند؛ در نتیجه هر رنگ دمای مخصوص به خود را خواهد داشت. نقطه سفید معیاری نسبی برای سنجش دمای رنگ‌ها در صفحه نمایشها است. برای مثال اگر رنگ سفید به آبی گرایش پیدا کند، از اصطلاح سرد برای بیان آن استفاده می‌شود و تمایل به سمت قرمز باشد، عبارت گرم برای توصیف رنگ تولید شده مورد استفاده قرار می‌گیرد.

استانداردهایی با رنگ‌های سرد تر به طور معمول نقطه سفیدی با دمای 6500 کلوین دارند که به آن D65 هم گفته می‌شود. برای مقایسه باید اشاره کرد که دمای رنگ نور خورشید در محدوده ای بین 5000 تا 6000 کلوین قرار می‌گیرد. همچنین بیشتر گاموت‌های رنگی در محدوده‌ای نزدیک به D65 طراحی شده اند.

اگر مقادیر Delta E یا نقطه ی سفید از مرز مشخصی عبور کنند، امکان کالیبره سازی مجدد نمایشگر وجود دارد. در واقع، نمایشگرهای با کیفیت که به صورت مناسب از کارخانه کالیبره شده باشند، ممکن است در بلند مدت دچار انحراف شوند. افزون بر این، ابزارهای کالیبره سازی ارزان نیستند و صرفا متخصصان می‌توانند خطاهای کوچک را احساس کنند.