تجزیه و تحلیل عمیق: وسعت رنگ در صنعت نمایشگر LED - RTLED

1. مقدمه

در نمایشگاه‌های اخیر، شرکت‌های مختلف استانداردهای طیف رنگی را برای نمایشگرهای خود به طور متفاوتی تعریف می‌کنند، مانند NTSC، sRGB، Adobe RGB، DCI-P3 و BT.2020. این اختلاف، مقایسه مستقیم داده‌های طیف رنگی در شرکت‌های مختلف را چالش‌برانگیز می‌کند، و گاهی اوقات یک پانل با وسعت رنگ 65 درصد پر جنب و جوش‌تر از پانل با وسعت رنگ 72 درصد به نظر می‌رسد و باعث سردرگمی قابل توجهی در بین مخاطبان می‌شود. با پیشرفت تکنولوژی، تلویزیون‌های نقطه کوانتومی (QD) و تلویزیون‌های OLED بیشتری با طیف رنگی گسترده وارد بازار می‌شوند. آنها می توانند رنگ های فوق العاده زنده را نشان دهند. از این رو، من می خواهم خلاصه ای جامع از استانداردهای طیف رنگی در صنعت نمایشگر ارائه کنم تا به متخصصان این صنعت کمک کنم.

2. مفهوم و محاسبه وسعت رنگ

ابتدا مفهوم وسعت رنگ را معرفی می کنیم. در صنعت نمایشگر، وسعت رنگ به طیف رنگی اطلاق می شود که یک دستگاه می تواند نمایش دهد. هرچه وسعت رنگ بزرگتر باشد، دستگاه می تواند طیف وسیع تری از رنگ ها را نمایش دهد و توانایی بیشتری در نمایش رنگ های زنده (رنگ های خالص) دارد. به طور کلی، طیف رنگ NTSC برای تلویزیون های معمولی حدود 68٪ تا 72٪ است. تلویزیونی با گستره رنگ NTSC بیشتر از 92 درصد، تلویزیون با اشباع رنگ بالا/گستره رنگ گسترده (WCG) در نظر گرفته می شود که معمولاً از طریق فناوری هایی مانند QLED نقطه کوانتومی، OLED، یا نور پس زمینه اشباع رنگ بالا به دست می آید.

برای چشم انسان، درک رنگ بسیار ذهنی است و کنترل دقیق رنگ ها تنها با چشم غیرممکن است. در توسعه، طراحی و ساخت محصول، رنگ باید کمیت شود تا دقت و ثبات در بازتولید رنگ حاصل شود. در دنیای واقعی، رنگ‌های طیف مرئی بزرگترین فضای رنگی را تشکیل می‌دهند که شامل تمام رنگ‌های قابل مشاهده برای چشم انسان است. برای نمایش بصری مفهوم طیف رنگی، کمیسیون بین المللی روشنایی (CIE) نمودار رنگی CIE-xy را ایجاد کرد. مختصات رنگی استاندارد CIE برای تعیین کمیت رنگ است، به این معنی که هر رنگ در طبیعت را می توان به عنوان یک نقطه (x, y) در نمودار رنگی نشان داد.

نمودار زیر نمودار رنگی CIE را نشان می دهد که در آن همه رنگ های موجود در طبیعت در ناحیه نعل اسبی قرار دارند. ناحیه مثلثی داخل نمودار نشان دهنده طیف رنگ است. رئوس مثلث رنگ‌های اصلی (RGB) دستگاه نمایشگر هستند و رنگ‌هایی که می‌توانند توسط این سه رنگ اصلی تشکیل شوند در داخل مثلث قرار دارند. بدیهی است که به دلیل تفاوت در مختصات رنگ اصلی دستگاه های نمایشگر مختلف، موقعیت مثلث تغییر می کند و در نتیجه طیف رنگ های متفاوتی ایجاد می شود. هر چه مثلث بزرگتر باشد، وسعت رنگ بزرگتر است. فرمول محاسبه وسعت رنگ به صورت زیر است:

Gamut=ASALCD×100%

که در آن ALCD مساحت مثلثی را نشان می‌دهد که توسط رنگ‌های اصلی نمایشگر LCD که اندازه‌گیری می‌شود، و AS مساحت مثلث استاندارد رنگ‌های اصلی را نشان می‌دهد. بنابراین، وسعت رنگ، نسبت درصدی از مساحت وسعت رنگ نمایشگر به مساحت مثلث گستره رنگ استاندارد است، با تفاوت هایی که عمدتاً از مختصات رنگ اصلی تعریف شده و فضای رنگ استفاده شده ناشی می شود. فضاهای رنگی اصلی که در حال حاضر مورد استفاده قرار می گیرند، فضای رنگی CIE 1931 xy و فضای رنگی CIE 1976 u'v' هستند. وسعت رنگ محاسبه شده در این دو فضا کمی متفاوت است، اما تفاوت جزئی است، بنابراین مقدمه و نتیجه گیری زیر بر اساس فضای رنگی CIE 1931 xy است.

Pointer's Gamut گستره ای از رنگ های واقعی سطح قابل مشاهده برای چشم انسان را نشان می دهد. این استاندارد بر اساس تحقیقات Michael R. Pointer (1980) پیشنهاد شد و مجموعه ای از رنگ های واقعی منعکس شده (غیر خود نورانی) در طبیعت را در بر می گیرد. همانطور که در نمودار نشان داده شده است، یک محدوده نامنظم را تشکیل می دهد. اگر وسعت رنگ نمایشگر بتواند به طور کامل وسعت اشاره گر را در بر بگیرد، در نظر گرفته می شود که قادر به بازتولید دقیق رنگ های جهان طبیعی است.

استانداردهای طیف رنگی مختلف

استاندارد NTSC

استاندارد گستره رنگ NTSC یکی از اولین و پرکاربردترین استانداردها در صنعت نمایشگر است. اگر محصولی مشخص نکند که از کدام استاندارد وسعت رنگ پیروی می کند، معمولاً فرض می شود که از استاندارد NTSC استفاده می کند. NTSC مخفف کمیته استانداردهای تلویزیون ملی است که این استاندارد طیف رنگی را در سال 1953 ایجاد کرد. مختصات آن به شرح زیر است:

وسعت رنگ NTSC بسیار گسترده تر از طیف رنگی sRGB است. فرمول تبدیل بین آنها "100٪ sRGB = 72٪ NTSC" است، به این معنی که مناطق 100٪ sRGB و 72٪ NTSC معادل هستند، نه اینکه طیف رنگ آنها کاملاً همپوشانی دارند. فرمول تبدیل بین NTSC و Adobe RGB "100% Adobe RGB = 95% NTSC" است. در میان این سه، وسعت رنگ NTSC وسیع‌ترین است و پس از آن Adobe RGB و سپس sRGB قرار می‌گیرد.

استاندارد گستره رنگ sRGB/Rec.709

sRGB (استاندارد قرمز سبز آبی) یک پروتکل زبان رنگی است که توسط مایکروسافت و اچ‌پی در سال 1996 برای ارائه یک روش استاندارد برای تعریف رنگ‌ها ایجاد شد و امکان نمایش رنگ ثابت در نمایشگرها، چاپگرها و اسکنرها را فراهم کرد. اکثر دستگاه های دریافت تصویر دیجیتال از استاندارد sRGB پشتیبانی می کنند، مانند دوربین های دیجیتال، دوربین های فیلمبرداری، اسکنرها و مانیتورها. علاوه بر این، تقریباً تمام دستگاه‌های چاپ و پروژکتور از استاندارد sRGB پشتیبانی می‌کنند. استاندارد گستره رنگ Rec.709 با sRGB یکسان است و می توان آن را معادل در نظر گرفت. استاندارد Rec.2020 به روز شده دارای طیف رنگ اصلی گسترده تری است که بعداً مورد بحث قرار خواهد گرفت. مختصات رنگ اصلی برای استاندارد sRGB به شرح زیر است:

sRGB استاندارد مطلق برای مدیریت رنگ است، زیرا می تواند به طور یکنواخت از عکاسی و اسکن گرفته تا نمایش و چاپ استفاده شود. با این حال، به دلیل محدودیت‌های زمانی که تعریف شد، استاندارد گستره رنگ sRGB نسبتاً کوچک است و تقریباً 72٪ از طیف رنگی NTSC را پوشش می‌دهد. امروزه، بسیاری از تلویزیون ها به راحتی از 100٪ طیف رنگی sRGB فراتر می روند.

Adobe RGB Color Gamut Standard

Adobe RGB یک استاندارد طیف رنگی حرفه ای است که با پیشرفت فناوری عکاسی توسعه یافته است. فضای رنگی وسیع تری نسبت به sRGB دارد و توسط Adobe در سال 1998 پیشنهاد شد. شامل طیف رنگی CMYK است که در sRGB وجود ندارد و درجه بندی رنگی غنی تری ارائه می دهد. برای متخصصان چاپ، عکاسی و طراحی که نیاز به تنظیمات دقیق رنگ دارند، نمایشگرهایی که از طیف رنگی Adobe RGB استفاده می کنند مناسب تر هستند. CMYK یک فضای رنگی مبتنی بر ترکیب رنگدانه است که معمولاً در صنعت چاپ و به ندرت در صنعت نمایش استفاده می شود.

استاندارد وسعت رنگ DCI-P3

استاندارد گستره رنگ DCI-P3 توسط Digital Cinema Initiatives (DCI) تعریف شد و توسط انجمن مهندسین تصاویر متحرک و تلویزیون (SMPTE) در سال 2010 منتشر شد. این استاندارد عمدتاً برای سیستم های تلویزیونی و سینما استفاده می شود. استاندارد DCI-P3 در اصل برای پروژکتورهای سینما طراحی شده بود. مختصات رنگ اصلی برای استاندارد DCI-P3 به شرح زیر است:

استاندارد DCI-P3 دارای همان مختصات اولیه آبی با sRGB و Adobe RGB است. مختصات اولیه قرمز آن مربوط به لیزر تک رنگ 615 نانومتری است که واضح تر از لیزر اولیه قرمز NTSC است. رنگ سبز اولیه DCI-P3 در مقایسه با Adobe RGB/NTSC کمی مایل به زرد است، اما واضح تر است. محدوده رنگ اصلی DCI-P3 حدود 90 درصد از استاندارد NTSC است.

Rec.2020/BT.2020 Color Gamut Standard

Rec.2020 یک استاندارد تلویزیون با وضوح فوق العاده بالا (UHD-TV) است که شامل مشخصات طیف رنگی است. با پیشرفت تکنولوژی، وضوح تلویزیون و طیف رنگی همچنان بهبود می یابند و استاندارد Rec.709 سنتی را ناکافی می کند. Rec.2020 که توسط اتحادیه بین المللی مخابرات (ITU) در سال 2012 پیشنهاد شد، دارای محدوده رنگی تقریباً دو برابر Rec.709 است. مختصات رنگ اصلی برای Rec.2020 به شرح زیر است:

استاندارد گستره رنگ Rec.2020 کل استانداردهای sRGB و Adobe RGB را پوشش می دهد. فقط حدود 0.02٪ از طیف رنگ های DCI-P3 و NTSC 1953 خارج از محدوده رنگ Rec.2020 قرار دارند که ناچیز است. Rec.2020 99.9٪ از Pointer's Gamut را پوشش می دهد، که آن را به بزرگترین استاندارد طیف رنگی در بین موارد مورد بحث تبدیل می کند. با پیشرفت تکنولوژی و پذیرش گسترده تلویزیون های UHD، استاندارد Rec.2020 به تدریج رواج بیشتری خواهد یافت.

نتیجه گیری

در این مقاله ابتدا تعریف و روش محاسبه وسعت رنگ معرفی شد، سپس استانداردهای رایج وسعت رنگ در صنعت نمایشگر به تفصیل شرح داده شد و آنها با هم مقایسه شدند. از منظر منطقه، رابطه اندازه این استانداردهای طیف رنگی به شرح زیر است: Rec.2020 > NTSC > Adobe RGB > DCI-P3 > Rec.709/sRGB. هنگام مقایسه طیف رنگی نمایشگرهای مختلف، استفاده از فضای استاندارد و رنگ یکسان برای جلوگیری از مقایسه کورکورانه اعداد بسیار مهم است. امیدوارم این مقاله برای حرفه ای ها در صنعت نمایشگر مفید باشد. برای اطلاعات بیشتر در مورد نمایشگرهای LED حرفه ای لطفابا RTLED تماس بگیریدتیم متخصص