همه‌‌چيز درباره‌ گاموت‌هاي رنگي؛ sRGB و DCI-P3 و Rec.2020

بازنمايي رنگ روي نمايشگرها فرايندي پيچيده است؛ اما اگر به‌دنبال تصاوير باكيفيت هستيد، ارزش مطالعه را دارد. اگر در فروشگاه لوازم الكترونيكي به تلويزيون‌ قرارگرفته در‌كنار يكديگر با دقت نگاه كنيد، ممكن است متوجه تفاوت‌هايي شويد. اگر يك تصوير يكسان را روي تمام آن‌ها به‌نمايش دربياوريد، خروجي‌هاي رنگي متفاوت خواهند بود.

به‌طوركلي، اصطلاح گاموت به تمام رنگ‌هايي گفته مي‌شود كه چشم مي‌تواند آن‌ها را ببيند‌. گاموت معمولا با شكلي نعل‌اسبي به نام نمودار كروماتيسيتي xy نمايش داده مي‌شود. همچنين، نمايشي سه‌بعدي براي آن وجود دارد. با‌اين‌حال، در صنعت گرافيك كامپيوتري، گاموت نشان‌دهنده‌ي قابليت‌هاي تنظيم رنگ نمايشگر است. به‌بيان‌‌ساده، مقياسي از رنگ‌هايي است كه هر نمايشگر مي‌تواند توليد كند.

گاموت‌هاي رنگي نمايشگر زيرمجموعه‌اي از نمودار كروماتيسيتي xy هستند كه هميشه به‌شكل مثلث نمايش داده مي‌شود. به‌بيان‌ديگر، نمايشگرها مي‌توانند بخشي از كل رنگ‌هاي مرئي را نمايش دهند. sRGB متداول‌ترين گاموت رنگي نمايشگر است كه در نمودار زير نشان داده شده است. نمايشگر sRGB نمي‌تواند هر رنگي خارج از مثلث را توليد كند.

بخش بزرگ‌تر مثلث بدين‌معني است كه گاموت نمايشگر درصد بيشتري از طيف مرئي را پوشش مي‌دهد. هرچه هم‌پوشاني بين گاموت رنگي نمايشگر و قدرت تفكيك چشم بيشتر باشد، خروجي بهتري توليد خواهد شد. هيچ‌كدام از نمايشگرهاي كنوني بازار نمي‌توانند كل طيف مرئي را پوشش دهند؛ اما اين مسئله اشكال‌ساز نيست.

قبل از آنكه درباره‌ي انواع گاموت‌هاي رنگي صحبت كنيم، بهتر است به دركي از چگونگي توليد رنگ در نمايشگرها برسيم. به‌طوركلي، نمايشگرها از زيرپيكسل‌هاي آبي و قرمز و سبز تشكيل شده‌اند كه براي توليد رنگ دلخواه با يكديگر تركيب مي‌شوند. اين زيرپيكسل‌ها براي چشم‌ها ديدني نيستند؛ اما مي‌توانيد زير ميكروسكوپ آن‌ها را ببينيد.

گاموت رنگي وسيع، تنها معيار لازم براي خوب به‌انديشه متخصصين‌رسيدن تصوير نيست. همچنين، نمايشگرها بايد بتوانند فام‌هاي منحصر‌به‌فرد قرمز و سبز و آبي را در محدوده‌ي گاموت رنگي خود توليد كنند. از عمق بيتي مي‌توانيم براي اندازه‌گيري تعداد فام‌هاي منحصر‌به‌فرد قابل‌توليد براي نمايشگر استفاده كنيم. به‌بيان‌ساده، عمق بيت برابر با مقدار داده‌هايي است كه براي نمايش سطح درخشش هر زيرپيكسل به‌كار مي‌رود. نمايشگري با عمق بيت ۸ بيت، دو به توان ۸ يا ۲۵۶ فام از هر رنگ اصلي ايجاد مي‌كند (آبي و قرمز و سبز). در‌مجموع، ۱۶/۷ ميليون رگ توليد مي‌شود. نمايشگر ۱۰ بيتي نيز مي‌تواند ۱۰۲۴ فام يا در‌مجموع ۱/۰۷ ميليارد رنگ توليد كند.

عمق بيت بيشتر تضمين مي‌كند كه نمايشگر مي‌تواند گذارها يا گراديان‌هاي دقيقي را بين رنگ‌ها ايجاد كند. اين امر به‌ويژه براي نمايشگرهاي گاموت عريض اهميت دارد. نمايش عمق بيتي را مي‌توانيد در تصوير بالا ببينيد. امروزه، تعريف‌هاي تخصصي‌تري براي گاموت‌هاي رنگي وجود دارد كه در‌ادامه، چند نمونه از آن‌ها را معرفي مي‌كنيم.

sRGB يا RGB استاندارد قديمي‌ترين و متداول‌ترين فضاي رنگي كنوني است. در دهه‌ي ۱۹۹۰، كميسيون بين‌المللي الكتروتكنيكي (IEC) اين گاموت را براي نمايشگرهاي CRT طراحي كرد. از آن زمان نيز، براي LCD‌ها و ديگر فناوري‌هاي نمايشگر تطبيق پيدا كرد.

با اينكه sRGB محبوبيت زيادي دارد، تنها بخشي از طيف نوري مرئي را پوشش مي‌دهد. به‌بيان‌ساده، نمايشگر ساده‌ي sRGB مي‌تواند ۲۵ تا ۳۳ درصد از رنگ‌هاي قابل‌درك براي چشم را بازتوليد كند. با مطالعه نمودار كروماتيسيتي، مشاهده مي‌كنيد كه بخش زيادي از نواحي خارجي رنگ‌هاي اصلي در اين فضا وجود ندارند.

با اينكه sRGB شامل طيفي از رنگ‌هاي قرمز و سبز و آبي است، بخش‌هاي اشباع‌تر را پوشش نمي‌دهد. اين موضوع به‌ويژه با مطالعه نواحي سبز رنگ بيشتر احساس مي‌شود؛ به‌همين‌دليل، درخشش و سرزندگي رنگ كاهش مي‌يابد و ممكن است رنگ‌ها مات‌تر از آنچه هستند، به‌انديشه متخصصين برسند.

sRGB رابطه‌ي نزديكي با گاموت Rec. 709 دارد. در‌واقع، اين دو استاندارد ناحيه‌ي يكساني از نمودار كروماتيسيتي را پوشش مي‌دهند و تنها تفاوتشان اين است كه sRGB از مقدار گاماي كمتري درمقايسه‌با Rec.709 استفاده مي‌كند. گاماي كمتر sRGB به بهبود ادراك رنگ در اتاق‌هاي روشن مثل فضاهاي اداري منجر مي‌شود.

Rec.709 براي تلويزيون‌ها و نمايشگرها در فضاهاي كم‌نور طراحي شده است. ازآنجا‌كه اغلب نمايشگرها امكان تنظيم مقدار گاما را مي‌دهند، تفاوت بين sRGB و Rec.709 نامحسوس است. sRGB با وجود پوشش رنگي محدود، به استاندارد غالب نمايشگرها با انواع شكل‌ها و اندازه‌ها تبديل شده است. اغلب سيستم‌‌عامل‌هاي PC، از‌جمله ويندوز براي sRGB تنظيم شده‌اند. به‌طور مشابه، اغلب وب‌سايت‌ها و محتواي آن‌ها منطبق با استاندارد sRGB هستند.

AdobeRGB همان‌طوركه از نامش پيدا است، فضايي رنگي است كه شركت ادوبي آن را توسعه داد و به محبوبيت رسيد. اين فضا از sRGB وسيع‌تر است و تقريبا ۵۰ درصد از طيف رنگي مرئي را پوشش مي‌دهد. AdobeRGB برخلاف اغلب ديگر فضاهاي رنگي، براي ويدئو به‌كار نمي‌رود؛ بلكه به‌طور خاص براي عكاسي طراحي شده است. براي درك اين موضوع، پرينترهاي رنگي را در انديشه متخصصين بگيريد.

شايد متوجه شده باشيد كه پرينترها جوهر آبي يا قرمز يا سبز (RGB) را براي توليد پرينت رنگي تركيب نمي‌كنند؛ بلكه اغلب تجهيزات پرينت رنگي از مدل رنگي CMYK (مخفف فيروزه‌اي، ارغواني، زرد و سياه) استفاده مي‌كنند. در سال ۱۹۹۸، ادوبي فضاي AdobeRGB را براي پوشش اين فضاي رنگي توسعه داد تا عكاسان كنترل بيشتري روي تصاوير چاپي خود داشته باشند. همچنين، AdobeRGB پوشش محدود sRGB از رنگ‌هاي فيروزه‌اي و سبز را دربر مي‌گيرد كه با نگاهي به نمودار كروماتيسيتي متوجه آن خواهيد شد.

با اينكه بدون شك AdobeRGB فضاي مناسبي براي عكاسي است، اغلب دوربين‌ها به‌صورت پيش‌فرض از فضاي رنگي sRGB استفاده مي‌كنند. دليل اين امر نيز آن است كه اغلب تصاوير روي نمايشگرها به‌صورت ديجيتالي نمايش داده مي‌شوند. علاوه‌بر‌اين، حتي روي نمايشگرهاي تطبيق‌پذير اغلب برنامه‌ها نمي‌توانند خروجي AdobeRGB بگيرند. براي مثال، اگر وب‌سايتي شامل فايل AdobeRGB باشد، مرورگرهاي وب به‌صورت خودكار آن را منطبق با فضاي sRGB نمايش مي‌دهند. با‌اين‌حال، اين فرايند تبديل بي‌نقص نيست و اغلب اوقات نتيجه ظاهر بدتري از تصوير sRGB پيدا خواهد كرد.

به‌طور خلاصه، تنظيم محتواي AdobeRGB مستلزم استفاده از ابزارها و نرم‌افزارهاي مختص تصوير است. اگر فايلي به‌صورت نامناسب تنظيم شده باشد، ممكن است با تصوير كم‌كيفيت sRGB روبه‌رو شويد. علاوه‌بر‌اين، تقاضاي كم مصرف‌كننده براي اين فضا در سال‌هاي گذشته بدين‌معني است كه AdobeRGB گاموت رنگي محبوبي نيست. باوجوداين، برخي از انواع مانيتور پروفايل تصويري اختصاصي دارند كه براي اين فضا كاليبره شده‌اند.

DCI-P3 مخفف اقدام سينماي ديجيتال پروتكل ۳ است كه صنعت سينما آن را به‌عنوان جايگزيني براي sRGB ساخت. اين فضا ۲۷ درصد از ناحيه‌ي نمودار كروماتيسيتي را پوشش مي‌دهد كه بسيار مشابه AdobeRGB است. با‌اين‌حال برخلاف انحراف سبز، فيروزه‌اي AdobeRGB فضاي P3 روي سه رنگ اصلي توزيع شده است. در‌عمل، اين يعني نمايشگرهاي DCI-P3 مي‌توانند رنگ‌هاي زنده‌تر و اشباع‌تري را نمايش دهند.

ازآنجا‌كه DCI-P3 براي استفاده در رسانه‌ي ديجيتالي طراحي شد، درمقايسه‌با AdobeRGB منعطف‌تر است. همچنين، تقريبا تمام انواع دستگاه‌هاي ديجيتالي از تلويزيون‌ها تا موبايل‌هاي هوشمند حداقل بخشي از اين فضاي رنگي را پوشش مي‌دهند. افزون‌براين، نمايشگرهاي باكيفيت‌تر تا ۹۰ درصد اين فضا را پوشش مي‌دهند.

Rec.2020 و 2100 جديدترين گاموت‌هاي اين فهرست هستند. Rec.2020 علاوه‌بر‌اينكه بزرگ‌ترين ناحيه‌ي نمودار كروماتيستي را پوشش مي‌دهد، به تعريف استاندارد UHDTV (تلويزيون با وضوح بسيار زياد) هم كمك كرد. به‌بيان‌ساده، اولين استانداردي است كه از نمايشگرهاي ۱۰ و ۱۲ بيتي و وضوح‌هاي بيشتري مثل 4K و 8K همراهي مي‌كند. اين تعريف سرعت رفرش بيشتر بين 60Hz تا 120Hz را نيز شامل مي‌شود.

گاموت Rec. 2020 نزديك به ۷۵ درصد از طيف نور مرئي را پوشش مي‌دهد كه ۴۰ درصد از DCI P3 بيشتر است و حتي گام بزرگي درمقايسه‌با sRGB به‌شمار مي‌رود. در‌‌واقع، اين گاموت رنگي به‌حدي وسيع است كه حتي بهترين نمايشگرها تنها ۶۰ تا ۸۰ درصد آن را پوشش مي‌‌دهند. پيشرفت در فناوري ميكرو LED و نمايشگر نقطه‌ي كوانتومي به بهبود قابليت‌هاي توليد رنگي در طولاني‌مدت منجر مي‌شوند.

Rec.2100 نسخه‌ي توسعه‌يافته‌ي Rec.2020 است؛ اما برخي پارامترهاي آن مثل پوشش رنگي ثابت مانده‌اند. تنها مزيت آن همراهي از دايناميك رنج بالا (HDR) از‌طريق دو فناوري است: گاما لاگ هايبريدي (HLG) و Perceptual Quantization. فناوري دوم مبناي فرمت‌هاي HDR مثل HDR10 و Dolby Vision را تشكيل مي‌دهد و HLG نيز به‌صورت انحصاري براي پخش تلويزيوني به‌كار مي‌رود.

با اينكه گاموت رنگي وسيع كاملا مطلوب است، تنها معيار كافي براي كيفيت نمايشگر نيست. قبلا درباره‌ي تأثير طول گاما و عمق رنگي بر تصوير دريافتي صحبت كرديم. از اين لحاظ، هيچ دو نمايشگري يكسان نيستند؛ حتي اگر گاموت‌هاي رنگي تقريبا يكساني داشته باشند. دليل اين موضوع نيز وجود معيارهاي مختلفي است كه باعث تغيير در قابليت رندر رنگي نمايشگر مي‌شوند. معمولا اين مشخصات را در اغلب نمايشگرها پيدا نمي‌كنيد. علاوه‌بر پوشش رنگي، بايد دو معيار ديگر را هم درانديشه متخصصين گرفت: Delta E و دماي رنگي.

Delta E را مي‌توانيد روشي براي اندازه‌گيري خطاها در خروجي رنگي نمايشگر در انديشه متخصصين بگيريد؛ اما خطاي نمايشگر در عمل چگونه است؟ براي مثال، فرض كنيد نمايشگر رنگ قرمز را نارنجي تيره نمايش مي‌دهد. دراين‌ميان، Delta E تفاوت بين خروجي رنگ نمايشگر و گاموت‌هاي استانداردي مثل sRGB را اندازه‌گيري مي‌كند. به‌عنوان نمونه، نمودار زير شاخص نمايشگر One Plus 8 Pro را در‌مقابل استاندارد sRGB نمايش مي‌دهد. نتيجه نشان مي‌دهد نمايشگر به‌جز برخي بخش‌هاي زرد و نارنجي، در اغلب نقاط به‌خوبي كاليبره شده است. ميانگين Delta E (تفاوت بين خروجي و مرجع) در اين نمونه تقريبا برابر با ۲/۸ است.

مقدار Delta E زير يك نشان‌دهنده‌ي خطاي درك‌نشدني حداقل براي چشم انسان است. متخصصاني كه از نمايشگرهاي كاليبره استفاده مي‌كنند، حداكثر Delta E برابر با ۲.۰ را ترجيح مي‌دهند. هر مقداري بيشتر از اين مقدار و تغيير دقت رنگي به‌وضوح تشخيص‌دادني است.

نقطه‌ي سفيد كه با عنوان دماي رنگي هم شناخته مي‌شود، تأثير زيادي بر ظاهر رنگ‌هاي سفيد نمايشگر مي‌گذارد. به‌عنوان مثال، تصوير زير نشان مي‌دهد هر سفيد در نمايشگرها مختلف چگونه به‌انديشه متخصصين مي‌رسد. معمولا دماي رنگي را براساس كلوين اندازه‌گيري مي‌كنيم و مقادير دماي رنگ در طيف ۴۰۰۰ تا ۷۰۰۰ كلوين قرار مي‌گيرند؛ اما چرا از كلوين استفاده مي‌كنيم؛ درحالي‌كه درباره‌ي دماي واقعي نمايشگر صحبت نمي‌كنيم؟ زيرا اين مقياس متناظر با رنگ نوري است كه از شيء فلزي درخشان و جديد منتشر مي‌شود. براي نمونه، گاز شعله در طيف زرد ديده مي‌شود و در يك سر ديگر طيف آبي است. در نمايشگرها معمولا رنگ سفيد داراي پوشش آبي را سفيد سردتر مي‌خوانيم.

استانداردهاي رنگي نمايشگر نقطه‌ي سفيد ۶۵۰۰ كلوين را مناسب ارزيابي مي‌كنند كه با نام D65 هم شناخته مي‌شود. اين در حالي است كه دماي رنگي نور خورشيد بين ۵۰۰۰ و ۶۰۰۰ كلوين است. اگر مقادير Delta E يا نقطه‌ي سفيد از مرز مشخصي عبور كنند، امكان كاليبره‌سازي مجدد نمايشگر وجود دارد. در‌واقع، نمايشگرهاي با‌كيفيت كه به‌صورت مناسب از كارخانه كاليبره‌ شده باشند، ممكن است در بلندمدت دچار انحراف شوند. افزون‌براين، ابزارهاي كاليبره‌سازي ارزان نيستند و صرفا متخصصان مي‌توانند خطاهاي كوچك را احساس كنند.

چشم ما در طول دهه‌هاي گذشته به گاموت محدود sRGB عادت كرده است؛ با‌اين‌حال، دليل اين موضوع آن است كه تا همين چند سال پيش، تنها تعداد كمي از نمايشگرها به گاموت‌هاي رنگي وسيع‌تر مجهز بودند. صنعت نمايشگر د‌رنهايت به نقطه‌اي رسيد كه امروزه، پنل‌هايي با گاموت‌هاي رنگي وسيع به‌آساني دردسترس مردم هستند. در‌عين‌حال، پيشرفت در فناوري دوربين باعث شده است فيلم‌سازان جزئيات رنگي بيشتري را ثبت كنند. تركيب اين دو مزيت باعث شده است گاموت‌هايي مثل DCI-P3 مقرون‌به‌صرفه و در‌دسترس باشند.

بسياري از موبايل‌هاي هوشمند پرچم‌دار و ميان‌رده نيز پوشش خوبي از فضاي رنگي DCI-P3 را ارائه مي‌دهند. برخي پرچم‌دارها مثل سوني ايكسپريا ۱ و آيفون ۱۳ فيلم‌ها را در گاموت رنگي وسيع‌تر ضبط مي‌كنند. به‌طور مشابه، تلويزيون‌ها و نمايشگرها از sRGB عبور كرده‌اند. ازلحاظ نرم‌افزاري، سيستم‌عامل‌هاي موبايل و دسكتاپ هم از فضاهاي رنگي بيشتر از sRGB همراهي مي‌كنند.

به‌طور‌كلي، هدف HDR نزديك‌تر‌كردن تصاوير به واقعيت است. همان‌طور‌كه انتظار مي‌رود، نمايش پالت‌هاي رنگي درخشان به رسيدن به اين هدف كمك مي‌كند. اغلب فرمت‌هاي HDR از‌جمله Dolby Vision و HDR10+ مستلزم نمايشگرها و محتوايي هستند كه حداقل فضاي رنگي DCI-P3 را پوشش دهند. هدف صنعت نمايشگر پوشش كامل فضاهاي رنگي گسترده‌تري مثل Rec. 2020 در آينده‌اي نزديك است.