显示行业常见色域标准大总结
作者:斜杠青年 日期:2017年06月27日 来源:行家说

导读:最近深圳的天气真是任性呀,平时热的像被烧烤,今天一言不合就下暴雨,吓得我都不敢出门咯。偶然想起最近参加展会看到不同企业对显示屏色域(colorgamut)的定义标准不同,例如,NTSC,sRGB,AdobeRGB,DCI-P3,BT2020等,导致不

最近深圳的天气真是任性呀,平时热的像被烧烤,今天一言不合就下暴雨,吓得我都不敢出门咯。

偶然想起最近参加展会看到不同企业对显示屏色域(color gamut)的定义标准不同,例如,NTSC,sRGB,Adobe RGB,DCI-P3,BT2020等,导致不同企业的色域数据无法直接比对,甚至出现有些65%色域比72%色域的面板色彩更鲜艳的情况,对广大观众造成很大的困惑.随着技术的进步,有越来越多的量子点(QD)电视和OLED电视进入市场,他们都是广色域的,能够显示非常鲜艳的颜色,故趁此时间,笔者对显示行业的色域标准做一个相对系统的总结,希望对显示行业的朋友有所帮助。

色域的概念及计算方法

首先介绍下色域的概念,在显示行业中,色域(color gamut),顾名思义就是颜色的区域,是用来衡量设备能够显示的颜色的区域范围,色域越大,表示设备能够显示的颜色范围越广,越能够显示特别鲜艳的颜色(纯色)。一般的电视NTSC色域大概在只有68%/72%,NTSC色域大于92%的电视才被称为高色饱/广色域(Wide color gamut)电视,当然一般使用量子点QLED或者OLED或者高色饱的背光去实现,这里就不再详细阐述。

对于人眼而言,颜色是主观性很强的一个东西,光靠人眼是无法对颜色进行准确的控制。在产品的开发、设计和制造中,为了精确控制颜色,必须将其量化,从而实现产品在颜色再现上达到准确性和一致性。在现实世界中,自然界中可见光谱的颜色组成了最大的色域空间,该色域空间中包含了人眼所能见到的所有颜色。为了能够直观的表示色域这一概念,CIE国际照明协会制定了一个用于描述色域的方法:CIE-xy色品图。色坐标是CIE组织(国际照明协会)的颜色量化标准,即,自然界当中任何一种颜色,都可以归结为色坐标上的一个点(x,y),色度问题转化成了数学问题。

上图是CIE的色品图,自然界中所有的颜色包含于马蹄形的面积中的点,图中有用三角形围成的区域,就是色域。三角形的三个顶点是显示设备原色(RGB)色坐标,由这三基色可以配置出的颜色就包含在三角形内的区域里面。显然,因某种显示设备的三基色色坐标不同,三角形位置就不同,色域有差别,三角形面积越大,色域就越大。色域的计算公式:

   Gamut=ALCD/AS*100%

其中ALCD表示被测液晶显示屏三基色所能表达出来的颜色范围(三角形的面积),AS表示某个S标准三基色三角形的面积,故色域就是待测显示器色域的面积与规定的标准三基色三角形面积的百分比比值,主要差异在于规定的三基色坐标及采用的色彩空间不同。目前采用的色彩空间主要有两个:CIE 1931 xy 色度空间及CIE 1976 u’v’色彩空间,同一个数据在这两个空间中计算的色域有差异,但是差异不大,故后续介绍及结论主要是基于CIE 1931 xy 色度空间。

The Pointer’s gamut 是人眼能看到的真实表面颜色的色域范围,这个标准是基于Michael R. Pointer (1980)的研究提出,它是自然界中真实反射颜色(非自发光)的集合,如下图,其是个不规则的色域,显示器的色域如果能全部包含Pointer’s gamut ,那么我们认为其能真实还原自然界的真实颜色。

NTSC标准

NTSC色域标准是在显示行业中最早也是应用最广的标准,一些产品如果不特别说明是什么色域标准的话,一般是默认是NTSC标准的。NTSC是National Television Standards Committee的缩写,意思是“(美国)国家电视标准委员会”。 NTSC色域是美国电视标准委员会1953年制订的一个色域空间标准,其坐标如下:

NTSC比sRGB色域空间广的多,它们之间的换算公式为“100%SRGB=72%NTSC”,这并不是指100%SRGB与72%NTSC的色域空间能够完全重合,它们只是面积相同而已。NTSC与Adobe RGB的换算公式为“100%Adobe RGB=95%NTSC”。三者中,NTSC色域空间最广,其次是Adobe RGB,最后才是sRGB。

>>>sRGB/Rec.709色域标准

sRGB(standard Red Green Blue)是1996年由Microsoft影像巨擎共同开发的一种彩色语言协议,微软联合爱普生、HP惠普等提供一种标准方法来定义色彩,让显示、打印和扫描等各种计算机外部设备与应用软件对于色彩有一个共通的语言。绝大多数的数码图像采集设备厂商都已经全线支持sRGB标准,如:数码相机、数码摄像机、扫描仪、显示器等都能看到sRGB的选项。而且几乎所有的打印、投影等成像设备也都支持了sRGB标准。唯独没有全面普及的就是显示器,现在只有部分高端显示器品牌或者一些品牌的高端型号才支持sRGB标准,而Rec 709色域标准和sRGB完全相同,他们可以等价,而后续更新的Rec.2020标准,三基色标准色域更广,后续详述。sRGB标准的三基色标准如下:

sRGB是进行色彩管理时所通用的绝对标准,因为从的摄影,扫描,到显示,到打印都可以统一的采用sRGB标准,不过由于时代的限制,当初定义的sRGB色域标准空间太小咯,sRGB规定的色域大约只有NTSC规定色域的72%,现在很多电视很轻易地超过了100% sRGB色域。

>>>Adobe RGB色域标准

Adobe RGB是随着摄影技术而发展起来的专业色域标准,较之sRGB有更宽广的色彩空间,他是1998年Adobe公司提出的,它包含了sRGB所没有的CMYK色域,层次较丰富。对于打印、摄影、设计等领域的专业用户来说,需要对图像进行精细的色彩调整,选择采用Adobe RGB色域的显示器更为合适。CMYK就是一个基于颜料叠加的色彩空间,多用于印刷行业,很少用在显示行业。

现把上述三个标准规定的三基色坐标(CIE1931xy)总结如下,供大家参考,可以看出sRGB和Adobe RGB相比,红色和蓝色的坐标是一样的,只是Adobe RGB 标准的基准绿色更鲜艳罢了,而NTSC和Adobe RGB的绿色坐标完全相同,红色和蓝色有差异。

>>>DCI-P3色域标准

DCI-P3色域标准是由Digital Cinema Initiatives(DCI)组织定义并由Society of Motion Picture and Television Engineers (SMPTE)在2010年发布的,主要用于电视系统及影院。DCI-P3设计的初衷是为影院投影仪制定标准。DCI-P3标准和sRGB以及Adobe RGB有相同的蓝色基准坐标,其红色基准是615nm单色激光的坐标,比NTSC标准的红色基准更鲜艳,DCI-P3的绿色基准和Adobe RGB/NTSC相比,有点偏黄,不过颜色更鲜艳,DCI-P3的基准色域面积大约是NTSC标准的90%。其坐标如下。

>>>Rec.2020/BT.2020色域标准

和Rec.709是High Defination(HD)电视的一个标准类似,Rec.202是Ultra High Definition Television (UHD-TV)的一个标准,其包括色域的标准,由于技术的进步,电视的分辨率和色域不断提升,传统的Rec.709标准范围太小,已经不再合适,故Rec.2020是由国际电信联盟(ITU)于2012年提出,Rec2020规定的色域面积几乎是Rec.709规定面积的两倍。它使用630, 532 and 467 nm波长的激光颜色来定义三基色,其坐标定义如下:

Rec.2020色域标准覆盖了全部的sRGB和Adobe RGB标准,而整个DCI-P3和NTSC1953色域只有大约0.02%分布在Rec.2020色域标准外面,基本可以忽略。Rec.2020覆盖了99.9%的Pointer’s Gamut,是目前几个色域标准中色域面积最大的标准。随着技术的进步和UHD电视的普及,Rec.2020标准会慢慢得到普及。

总结

本文首先介绍了色域的定义及计算方法,然后详细介绍了目前显示行业常见的色域标准,以及他们的一些比较。从面积上看,这些色域标准的大小关系如下:Rec.2020>NTSC>Adobe RGB>DCI-P3>Rec.709/sRGB,后续大家比较不同显示器色域的时候,注意一定要使用同一个标准且在同一种色彩空间中,切不可盲目直接比较数字,以上,希望对显示行业的朋友们有所帮助,时间仓促,不足之处也欢迎指正。


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