Natężenie koloru: czym jest i dlaczego ma znaczenie w telewizorach?

Zaprezentowane w tym roku telewizory Samsung z linii QLED to pierwsze na rynku modele wyświetlające 100% natężenia koloru. Potwierdza to weryfikacja przeprowadzona przez międzynarodowe stowarzyszenie zajmujące się testowaniem i certyfikacją produktów: Verband Deutscher Elektrotechniker (VDE). W praktyce oznacza to, że nowe telewizory Samsung z linii QLED dostarczą widzom obraz najwyższej jakości i jasności. To wyróżnienie pokazuje również, że natężenie koloru staje się efektywną miarą dla wyrażenia precyzji odwzorowania barw.

Natężenie koloru zostało zdefiniowane jako trójwymiarowy wskaźnik, określający zdolność ekranu do odtworzenia barw, niezależnie od poziomu luminancji (jasności). Stanowi również ważny standard, który potwierdza, że treści wyświetlane na ekranie są dokładnie takie, jak zaplanował to producent: kolory są żywe, nasycone i nie zmieniają się wraz ze zmianą jasności. Jednak natężenie koloru poważnie różni się od innych standardów, określających barwy i ich nasycenie. Przeanalizujmy dokładniej tę nową miarę koloru.

Wybrane pojęcia, które warto znać:

• Luminancja: Obiektywna miara jasności stosowna m.in. dla ekranów. Jest wyrażona w nitach.

• Przestrzeń barw: Wykres przedstawiający określoną przestrzeń barw w formie zestawu danych; dwuwymiarowa przestrzeń barw przedstawia LL, czyli kolory, które oko ludzkie może zobaczyć przy jednym ustalonym poziomie luminancji, natomiast trójwymiarowa przestrzeń barw pokazuje potencjał kolorów przy różnych poziomach luminancji.

• Przestrzeń barw CIE 1931: Pierwszy ustalony standard, który opisywał powiązanie pomiędzy czystymi kolorami a sposobem ich postrzegania przez ludzkie oko.

• Gama kolorów: Pełen zakres kolorów, który może być pokazany przez urządzenie, takie jak ekran telewizora.

• DCI (Digital Cinema lnitiatives)-P3: Ogólna gama kolorów stosowana przez amerykański przemysł filmowy jako standard dla wyświetlania filmów cyfrowych.

• Standard Dynamic Range (SDR): Dynamiczny przedział luminancji w obrazach/wizualizacji/wideo stosujący konwencjonalną krzywą gamma; pierwotnie stosowany był w odniesieniu do lampy katodowej (CRT). Uwzględnia on maksymalną luminancję na poziomie 100 nitów.

• High Dynamic Range (HDR): Standard stosowany w obrazowaniu w celu uwzględnienia większego zakresu dynamiki luminancji niż przy pomocy SDR. W 2016 r. stowarzyszenie Ultra HD ogłosiło swoje wymagania certyfikacyjne dla ekranów HDR, które muszą wykazywać szczytową jasność powyżej 1000 nitów.

Od SDR do HDR, czyli dokładny pomiar kolorów

Liczne standardy wykorzystywane do określania odwzorowania kolorów zostały zdefiniowane jeszcze w erze telewizorów kineskopowych (CRT) i opierają się na luminancji na poziomie 100 nitów, która stała się już nieaktualna. Obrazy i filmy wyświetlane zgodnie z tymi standardami nie były w stanie dokładnie odwzorować kolorów.

Jeśli chodzi o nowe ekrany, to – począwszy od 2015 r. – zakresy poziomu luminancji zwiększyły się, dzięki czemu biel i czerń lepiej oddają rzeczywistość. Rozszerzeniu uległy również zakresy kolorów. Ten nowy, szerszy zakres barw, określa się mianem High Dynamic Range (HDR), podczas gdy poprzedni znany jest pod nazwą Standard Dynamic Range (SDR).

W przypadku HDR różne odcienie bieli i czerni pomagają lepiej odwzorować rzeczywistość.

Dotychczas większość producentów i kalibratorów określało i mierzyło zakres barw, który ekran może odtworzyć, z uwzględnieniem przestrzeni kolorów. Na przykład amerykański przemysł filmowy, jako standard dla wyświetlania filmów cyfrowych stosuje przestrzeń kolorów DCI-P3.

W erze SDR prezentacja gamy kolorów ekranu w dwuwymiarowej przestrzeni barw była zadowalająca, ponieważ skalibrowane ekrany zachowywały się w podobny sposób. Najwyższa luminancja wynosiła 100 nitów, a kolory były dobrze nasycone pod warunkiem stałej jasności, która zwykle wynosiła 75% szczytowej luminacji ekranu.

Pojawienie się standardu HDR spowodowało zmiany. W tym przypadku szczytowa luminancja jest zasadniczo 5 do 10 razy wyższa, a w telewizorach Samsung QLED – 15 do 20 razy wyższa. Właśnie te różne poziomy jasności mają ogromny wpływ na sposób wyświetlania kolorów. Jeżeli na przykład obraz przekracza szczytową luminancję ekranu, barwy mogą być wyświetlone w sposób inny od zamierzonego, co prowadzi m.in. do obniżenie ich nasycenia.

Ta sama treść wyświetlana na różnych ekranach może być prezentowana na wiele sposobów. Wszystko zależy od zakresu luminacji telewizora.

Dwuwymiarowe przestrzenie barw były wystarczające, by określić gamę kolorów dla SDR, ale w erze HDR, gdzie poziomy luminancji znacznie się różnią, wygląda to zupełnie inaczej. Aby zapewnić, że produkowana, transmitowana i wyświetlana treść HDR będzie prawidłowa i zgodna z wizją jej twórców, konieczne było określenie nowego standardu odwzorowania kolorów.

Znaczenie natężenia koloru

Chcąc uwzględnić różnice występujące pomiędzy poszczególnymi ekranami, do tradycyjnego, dwuwymiarowego wykresu przestrzeni kolorów dodano wymiar trzeci – luminancję. To pozwoliło stworzyć miarę natężenia koloru, która opisuje, w jaki sposób ekran odtwarza barwy na wszystkich poziomach jasności.

W odróżnieniu od konwencjonalnego dwuwymiarowego wykresu przestrzeni barw CIE 1931 (po lewej stronie), trójwymiarowy model natężenia koloru uwzględnia jasność. Właśnie dlatego stanowi dokładniejszą miarę, która pozwala precyzyjnie określić zdolność ekranu do odtworzenia barw.

Mówiąc wprost: im wyższe natężenie koloru, tym lepiej ekran odtwarza szeroki zakres żywych i nasyconych barw. W przypadku telewizorów Samsung QLED pojęcie „100% natężenia koloru” oznacza, że możliwe jest wyświetlenie wszystkich barw z przestrzeni DCI-P3, niezależnie od poziomu jasności. Dzięki temu obrazy HDR prezentowane są w sposób zgodny z zamierzeniami producenta treści.

Telewizory Samsung QLED, które zapewniają 100% natężenia koloru, wyświetlają barwy tak, jak widzimy je w świecie rzeczywistym.

Natężenie koloru łączy cechy, które określają standard HDR dla klientów: większy kontrast, wyższe poziomy szczytowej luminacji i zdolność do prezentacji szerokiej gamy kolorów, niezależnie od poziomu jasności. W związku z tym, bez wątpienia ta miara będzie cieszyć się coraz większym zainteresowaniem wśród producentów ekranów. Przyszłość telewizji nadeszła i jest w pełni kolorowa! Czy czeka nas zatem druga era telewizji kolorowej, ale tym razem: kolorowej już w pełni?