显示器基础知识英文简单介绍

显示正确色彩至关重要: 了解液晶显示器的色域

本部分即将开始的液晶显示器课程(二)将讨论选择液晶显示器时必须了解的问题,以从各种型号中选择最适合自己需求的一款。 第1部分将主要讨论色域。 虽然广色域是液晶显示器的最新趋势,色域本身却是一个容易被误解的术语。 我们希望本部分的内容能够帮助用户更好地了解液晶显示器的色域,更好地选择、使用和调整产品。

 

注: 以下是2008年11月11日在ITmedia上发表的日文文章“IT Media液晶显示器课程(二),第1部分”的翻译。 版权所有2011 ITmedia公司。保留所有权利。

色域究竟是什么?

色域在人眼能够识别的色彩范围(即可见光谱)内限定了一个更具体的范围。 彩色成像设备包括多种设备,例如数码相机、扫描仪、显示器和打印机,由于它们能够还原的色彩范围各不相同,所以采用色域这个概念来区分这些差别,并协调各个设备之间可以通用的颜色。

 

有多种方法可以用于(通过图表)表现色域,但用于显示产品的常用方法是由国际照明委员会 (CIE) 制定的XYZ表色系统的xy色度图。 在xy色度图中,可见范围内的颜色使用数值表示,并作为色彩坐标标示出来。 在下面的xy色度图中,一个被虚线包围的倒“U”形区域表示人l裸眼可见的颜色范围。

 

多种标准可以对色域进行管理。 三个经常在个人电脑上使用的标准是sRGB、Adobe RGB和NTSC。 每个标准所定义的色域表现为xy色度图上的三角形。 这些三角形显示了峰值RGB坐标,并用直线将它们连接起来。 三角形的面积越大,表明这个标准能够显示的颜色越多。 对于液晶显示器,这意味着,一个产品兼容的色域的三角形越大,在屏幕上还原的色彩范围就越大。

色域
这是CIE XYZ色彩系统的xy色度图。 包围在虚线内的区域表示人裸眼可以看到的颜色范围。 对应于sRGB、Adobe RGB和NTSC标准所确定的色域的范围显示为连接其RGB峰坐标的三角形。 一台液晶显示器的硬件的色域可以使用相似的三角形来表示。 液晶显示器不能还原(显示)色域之外的色彩。
CIE XYZ色彩系统中的sRGB、Adobe RGB、和NTSC色彩坐标

 

用于个人计算机的标准色域是由国际电工委员会 (IEC) 于1998年制定的国际sRGB标准。 sRGB作为Windows环境的标准已建立起了牢固的地位。 在大多数情况下,液晶显示器、打印机、数码相机等产品和各种应用程序都需要尽可能准确地还原sRGB色域。 如果能确保图像数据输入和输出使用的设备和应用程序兼容sRGB,就可以减少输入和输出之间的色彩偏差。

 

但是,通过xy色度图可以看出,使用sRGB可以表现的色彩范围很小。 尤其是,sRGB不包括高饱和的色彩范围。 出于这个原因,以及数码相机和打印机等设备的发展推动色彩还原能力大大超过sRGB标准的设备得到广泛应用,使得Adobe RGB标准及其更宽的色域近年来引起了人们的关注。 Adobe RGB的特点是具有比sRGB更广的范围,特别是在G色域,也就是说,它能够表现更鲜艳的绿色。

 

Adobe RGB由Adobe Systems于1998年制定,Adobe Systems就是大名鼎鼎的Photoshop系列照片润饰软件产品的开发商。 虽然不像sRGB那样是一项国际标准,得益于Adobe图形应用程序超高的市场占有率,它实际上已经成为专业彩色成像环境以及印刷和出版业的标准。 越来越多的液晶显示器能够还原大部分Adobe RGB色域。

 

模拟电视的色域标准NTSC是由美国国家电视标准委员会制定的色域。 虽然能够在NTSC标准下显示的色彩范围与Adobe RGB接近,但它的R和B值稍有不同。 sRGB色域覆盖约72%的NTSC色域。 虽然在视频制作工作室等场所需要能够还原NTSC色域的显示器,但对于个人用户或涉及静态图像的应用来说就不那么重要了。 sRGB的兼容性和还原Adobe RGB色域的能力是液晶显示器处理静态图像的关键。

sRGB RGB
Adobe RGB(左侧照片)和sRGB(右侧照片)之间的视觉差异。 将Adobe RGB色域的照片转换到sRGB色域,会导致高饱和色彩数据和色调细节的损失(即对于色彩饱和度和色调跳跃的易感性)。 Adobe RGB色域可以还原比sRGB色的饱和度更高的颜色。 (请注意,显示的实际颜色还会受到其他影响,例如用于查看这些颜色的显示器和软件环境。 样品照片仅供参考。)

背光源技术拓展液晶显示器的色域

一般来说,目前可用于PC的液晶显示器几乎能够显示整个sRGB色域,这得益于液晶面板(和面板控件)的规格。 然而,正如上文中所述的那样,由于对比sRGB更广的色域还原能力的需求不断增长,最新型号已经扩大了液晶显示器的色域,并以Adobe RGB作为扩展目标。 但是,如何才能扩展液晶显示器的色域?

 

背光源的改进在扩大液晶显示器色域的技术中占了很大的比例。 有两种主要改进方法: 一种涉及扩展主流的冷阴极背光技术的色域;还有一种是采用RGB LED背光源。

 

对于使用冷阴极扩展色域,虽然增强液晶面板的彩色滤光片是一个快速解决问题的方法,但也会导致光透射率减小,降低屏幕亮度。 增加冷阴极来抵消这种效果则会缩短设备的寿命,而且往往会导致照明不规则。 到目前为止,人们已经在很大程度上克服了这些缺点;许多液晶显示器配备了通过调整荧光粉而得到的宽色域冷阴极。 这种方法还具有较好的成本效益,因为它能够在没有对现有结构进行重大改变的情况下扩大色域。

 

近些年RGB LED背光的应用出现了显著增长。 这些背光源能够实现比冷阴极更高水平的亮度和色纯度。 尽管有一些缺点,包括色彩稳定性比冷阴极低(即辐射热的问题),以及难以在整个屏幕显示均匀的白色,因为它涉及到RGB LED的组合,这些缺点已经部分得到了解决。 RGB LED背光源的成本比冷阴极背光源更高,目前只有很少的液晶显示器正在使用。 然而,由于其在扩大色域方面的功效,采用这种技术的液晶显示器将会大大增加。 这也适用于液晶电视。

FlexScan SX2761W使用冷阴极背光源达到96%的Adobe RGB覆盖率
FlexScan SX2761W使用冷阴极背光源达到96%的Adobe RGB覆盖率

相似但不同: Adobe RGB比和Adobe RGB覆盖率

顺便说一句,很多具有广色域的液晶显示器都提高了特定色域的面积比(即xy色度图上的三角形)。 很多人可能已经在产品目录中看到过Adobe RGB率和NTSC率这样的属性。

 

然而,这些仅仅是面积比。 只有极少数的产品包括整个Adobe RGB和NTSC色域。 即使显示器具有120%的Adobe RGB比,它仍将无法确定液晶显示器色域和AdobeRGB色域之间的RGB值差别。 由于这样表述会导致误解,所以避免混淆产品规格非常重要。

 

为了消除标注规范方面的问题,一些厂家用“覆盖”来代替“面积”。 显然,举例来说,标注为Adobe RGB覆盖率95%的液晶显示器可以还原AdobeRGB色域的95%。

 

从用户的角度来看,覆盖是一种比表面积比更人性化、更易于理解的标注。 将所有标注都转换到覆盖率会有一定的困难,而在xy色度图中表现液晶显示器用于色彩管理的色域肯定会更加便于用户判断。

相似但不同: Adobe RGB比和Adobe RGB覆盖率
关于采用面积标注和覆盖标注作为液晶显示器色域的量规所带来的区别,以Adobe RGB为例,在许多情况下,即使Adobe RGB面积比达到100%的显示器也可能覆盖率不足100%。 由于覆盖率会影响实际使用效果,所以大家不能看到一个更高的数字就自动认为更好。

一个误解: 广色域意味着高画质

当我们了解了液晶显示器的色域后,重要的是要记住,广色域并不一定等同于高图像质量。 这一点可能会让很多人产生误会。

 

色域是用来测量液晶显示器图像质量的一个规格,但色域不能单独确定图像质量。 用于实现广色域液晶面板全部功能的控件的质量是至关重要的。 从根本上讲,产生适合自己用途的精确颜色的能力远远比宽广的色域更加重要。

 

当考虑一台具有广色域的液晶显示器时,我们需要确定它是否具有色域转换功能。 这样的功能能够基于目标色域,例如Adobe RGB或sRGB,来控制液晶显示器的色域。 例如,通过从菜单选项中选择sRGB模式,我们甚至可以对一台具有广色域和高Adobe RGB覆盖的液晶显示器进行调整,使屏幕上显示的颜色处于sRGB色域范围内。

 

目前只有少数液晶显示器提供色域转换功能(既兼容Adobe RGB和sRGB色域)。 然而,色域转换功能对于需要在Adobe RGB和sRGB色域显示准确色彩的应用至关重要,例如照片润饰和Web制作。

 

对于需要准确显示色彩的应用,没有任何色域转换功能但色域很广的液晶彩色显示器其实在某些情况下是不利的。 这些液晶显示器以八位全色将每种RGB色映射到液晶显示面板所固有的色域。 其结果是,对于在sRGB色域中显示图像,所产生的颜色往往过于鲜艳(即,sRGB色域不能被准确还原)。

sRGB模式 无sRGB模式
这里展示的是在一台兼容sRGB的液晶显示器上显示sRGB色域照片(左侧照片),以及在一台具有广色域但不兼容sRGB,而且没有色域转换功能的液晶显示器上显示sRGB色域照片(右侧照片) 。 虽然右侧照片显得较为鲜艳,但某些部位的饱和度高得不自然。 我们还看到颜色与摄影的设想存在显著差异,以及所谓的记忆色彩。

广色域推动了对于能够提高图像质量的技术需求

在以上几个例子中,扩大液晶显示器的色域能够还原更大范围的色彩,也增加了在显示器屏幕上检查颜色或调整图像的可能性,但是,色阶混杂、狭窄视角导致的色度差异、屏幕显示不规则以及sRGB范围内色域不太显眼等问题也变得更加明显。 正如前面提到的,仅仅在液晶面板上实现宽色域并不能确保液晶显示器具有高图像质量。 关于这个问题,让我们来详细看看应用广色域的各种技术。

 

首先我们来看看增加色阶的技术。 这里的关键是多级色度内部伽马校正功能。 这个功能首先会将PC端的每种RGB色分配给彩色液晶显示器内每种RGB色的10位或更高色阶,然后将它们分配到每个最佳的RGB8位色彩,从而在屏幕上显示8位信号。 这改善了伽马曲线,改进了色阶和色调差。

 

在液晶显示面板的可视角度方面,虽然更大的屏幕尺寸一般更容易看清差异,特别是广色域的产品,但是可能存在色度方面的问题。 在大多数情况下,由于观看角度而导致的色度变化是由液晶面板的技术决定的,对于高品质的液晶面板,即使从一定的角度看,色彩也不会发生变化。 除了各种细节外,液晶面板技术通常包括平面转换换 (IPS)、垂直排列 (VA) 和扭曲向列 (TN) 面板,色度变化水平由小到大。 虽然最近几年TN技术已经取得了可观的发展,可是角度大为改善,但与VA和IPS技术仍有较大差距。 如果注重色彩表现和色度变化,VA或IPS技术仍是更好的选择。

 

均匀性校正功能是一种旨在减少显示不规则性的技术。 这里所谓的均匀性是指颜色和屏幕上的亮度(辉度)。 均匀性良好的液晶显示器的屏幕亮度或色彩不规则性较低。 高性能液晶显示器配备了用于测量屏幕上每一个位置的亮度和色度并在内部进行校正的系统。

sRGB模式 无sRGB模式
这是带和不带均匀性校正功能的显示器的对比。 带均匀性校正液晶的液晶显示器(左侧照片)在屏幕上的亮度和色彩会比不带均匀性校正的显示器更均匀(右侧照片)。 上面的两张照片经过调整,以均衡显示效果,突出显示的不规则性。 实际的不规则性没有这样明显。

通过校准提高广色域的值

要充分利用广色域液晶显示器,按照用户的意图显示色彩,我们需要考虑采用校准环境。 液晶显示器校准是一套系统,使用专用校验仪测量屏幕的色彩,然后在操作系统使用的ICC配置文件(一个定义设备色彩特性的文件)中反映色彩的特点。 通过ICC配置文件,可以确保由图形软件或其他软件处理的色彩信息和由液晶显示器生成的色彩达到高精确度的一致性。

 

请记住,有两种类型的液晶显示器校准: 软件校准和硬件校准。

 

软件校准是指,使用液晶显示器的调节菜单,按照专门校准软件的说明来调整参数,例如亮度、对比度和色温(RGB平衡),通过手动调整获得想要的色彩。 在某些情况下,需要调整显卡驱动程序的颜色,而不是液晶显示器的调节菜单。 软件校准成本低,并且可以用来校准任何液晶显示器。

 

但是,由于软件校准需要进行手动调节,因此可能会出现精度的偏差。 在内部,RGB色阶会受到影响,因为显示均衡是通过软件处理减小RGB输出水平实现的。 即使如此,使用软件校准也能够比不使用校准更容易地还原需要的色彩。

 

与此相反,硬件校准显然比软件校准更为精确。 而且需要的操作也更少,尽管它只能用于兼容的液晶显示器,并且需要一定的设置成本。 一般情况下,它包括以下步骤: 校准软件控制校验仪;将屏幕上的色彩特征与目标色彩特征相匹配,并在硬件级别上直接调整液晶显示器的亮度、对比度和伽马校正表(查找表)。 另一方面,硬件校准的易用性也不能忽视。 从开始操作,到生成调整结果的ICC配置文件并注册到操作系统,所有任务都自动完成。

 

目前兼容硬件校准的艺卓液晶显示器包括ColorEdge系列。 FlexScan系列采用软件校准。 (注: 截至2011年1月,兼容EasyPIX版本2的FlexScan显示器也具备硬件校准功能。) 有关ColorEdge系列校准功能的详细信息,我建议读者参考这篇文章:《ColorNavigator5.0:瞄准极致色彩还原的校准软件。”

艺卓ColorEdge系列显示器
通过将ColorEdge系列显示器与校验器和ColorNavigator专用色彩校正软件相结合,可以实现方便、精确的硬件校准。

 

在接下来的环节中,我们将探讨液晶显示器的接口和一些用于液晶显示器的视频接口,其中包括HDMI、DisplayPort等最新一代的接口。

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