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AJUSTE Y CALIBRACIÓN DE DISPOSITIVOS DE VISUALIZACIÓN II- Ajustes avanzados

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En esta segunda parte, seguimos avanzando en la calibración de nuestro visualizador a través de la escala de grises y la curva de gamma, aspectos que nos ayudarán a mejorar de manera sustancial la imagen. A partir de ahora, además de los discos de patrones necesitaremos herramientas adicionales para ayudarnos en nuestra labor.

Texto: Javier Guerra

Retomamos esta serie de artículos sobre la calibración de dispositivos de visualización de vídeo, con este segundo capítulo dedicado al ajuste de la escala de grises y de la curva de gamma. Tal y como comentamos en el número del mes pasado, hasta ahora sólo hemos necesitado un disco de patrones para ayudarnos a realizar los ajustes básicos necesarios. A partir de este momento, comenzaremos a utilizar adicionalmente dos herramientas imprescindibles para culminar el proceso de calibración, la primera en forma de software -el programa informático que nos va a otorgar la información y nos guiará para aplicar las correcciones necesarias- y la segunda en forma de hardware –el dispositivo encargado de la medición de los valores, denominado colorímetro- que conectaremos mediante una toma USB a nuestro ordenador.

Existen numerosos programas dedicados a la calibración de visualizadores, y seguro que tanto nuestros lectores más veteranos como los compradores de publicaciones extranjeras ya estarán familiarizados con algunos de los más famosos como Colorfacts, Sencore o Calman. Para la realización de esta guía nosotros hemos escogido el conocido como Colorimetre HCFR. Los motivos que nos han llevado a esta elección son obvios: es de una gran calidad y precisión, destaca por su facilidad de uso y quizás lo más importante es que se trata de un programa gratuito creado por unos cuantos aficionados franceses reunidos en el foro de Internet más famoso de nuestro país vecino. La dirección donde pueden descargar este programa tanto para plataformas PC como para MAC, es la siguiente: http://www.homecinema-fr.com/colorimetre/.

En cuanto al dispositivo encargado de tomar las mediciones que iremos realizando, la cosa cambia bastante. Nosotros les vamos a ofrecer al menos dos colorímetros que destacan sobre todo por su bajo precio, pero han de saber que, en este caso, la fiabilidad de las mediciones va a ir en consonancia con la inversión realizada. Cualquiera de nuestros recomendados les va a servir para realizar unos ajustes bastante cercanos al ideal teórico y sobre todo les va a permitir conocer el porqué y para qué de una calibración avanzada, pero no debemos engañarnos y tenemos que tener claro que no se puede comparar la precisión de un colorímetro de poco más de cien euros con la de un espectrofotómetro de quince mil. Por orden ascendente de precio, nuestro primer recomendado sería el colorímetro Spyder 3 Pro de la empresa Datacolor, que se puede adquirir en su página web por 125 euros más impuestos. Seguro que su economía no se resentirá si decide ir un poco más allá y gastar en torno a los 200 euros más impuestos si se decide por nuestro segundo recomendado que se llama Eye One i1Display2, de la multinacional X-Rite.

Para la generación de los patrones necesarios para estos ajustes, podemos seguir usando nuestro disco de pruebas Digital Video Essentials, tanto en sus versiones de resolución estándar como en alta definición, pero los que quieran ahorrar este desembolso, pueden descargar desde la misma dirección de Internet arriba mencionada, de forma completamente legal y gratuita, la versión en DVD (definición estándar en formato PAL) del disco asociado al programa HCFR. También encontraremos un enlace para la descarga de un disco en formato de alta definición llamado AVS HD 709, creado por los integrantes del foro norteamericano avsforum y que les recomiendo encarecidamente por ser extremadamente completo y sencillísimo de usar.

Para completar su instrumental de calibración es imprescindible el uso de un ordenador portátil con conexión USB y un trípode donde poder sujetar la sonda de calibración/colorímetro durante la realización de las mediciones. Asimismo, les recomendamos que se provean de sus discos favoritos o mejor aún, de aquellos especialmente destacados por su calidad de imagen para que puedan deleitarse con el resultado de los ajustes y comparar las imágenes obtenidas antes y después de la calibración.

BREVE TEORÍA DEL COLOR

Antes de comenzar con los ajustes propiamente dichos, es necesario repasar brevemente algunos aspectos importantes sobre la teoría del color, su temperatura y algunos rasgos de la visión humana.

Todos los dispositivos de visualización de imágenes basan su funcionamiento en el modelo de color RGB creado a partir de la síntesis de color aditiva, por la cual se consiguen toda la gama de colores gracias a la mezcla de los conocidos como tres colores primarios: Rojo, Verde y Azul. Tal y como podemos comprobar en la siguiente imagen, si aportamos igual cantidad de cada uno de estos tres colores, conseguiremos el color blanco.







Cada uno de estos primarios tiene un color complementario que se obtiene del resultado de substraer dicho color de la ecuación RGB. De esta forma, se consiguen los colores secundarios, denominados Cyan, Amarillo y Magenta. Como podemos observar, el Cyan es el complementario del rojo y se crea por la ausencia de éste y la mezcla a parte iguales de los dos primarios restantes: Verde y Azul. Por la misma teoría, el complementario del Azul es el Amarillo y se obtiene del aporte idéntico de Rojo y Verde con ausencia total de azul. Por último, el color Magenta es el complementario del Verde obtenido de la mezcla de Rojo y Azul sin aporte del Verde.

Por otra parte, la temperatura de color de una fuente lumínica es una característica de la luz visible que se determina por el color obtenido dentro del espectro luminoso, en comparación con la luz que emitiría un cuerpo negro calentado a una temperatura determinada. Su valor se expresa por tanto en grados y la escala que se usa es la de temperatura absoluta o escala Kelvin.







En lo que hace referencia a las señales de vídeo, existen distintas normas de temperatura de color en función del origen de las imágenes. En los estudios de televisión, por ejemplo, se usa la temperatura de 3200K y en el mundo informático la más común es la de 9300K. La norma de temperatura para aplicaciones de vídeo que se utiliza en los dispositivos de visualización es la de 6500ºKelvin. De hecho, la temperatura de color usada en cinematografía es inferior y las lámparas de xenon de los cines comerciales reproducen las películas a una temperatura de 5400K, pero durante el proceso de telecineado los técnicos de postproducción, que trabajan con monitores calibrados a 6500K, modificaran el valor de origen hasta el estándar de vídeo.







Ahora que sabemos que con el aporte idéntico de los tres colores primarios se obtiene el color blanco, nuestro trabajo para ajustar la escala de grises consiste en obtener la misma cantidad de estos tres colores a una temperatura de 6500K desde la parte más oscura de la imagen (0 IRE) hasta la marca más clara (100 IRE). El resultado es un color blanco conocido como D65 y nuestra intención es obtenerlo a lo largo de toda la escala. A medida que incrementemos el aporte del color rojo, la temperatura de color disminuirá y la imagen adoptará un tono mucho más cálido. Por el contrario, si aumentamos el nivel del color azul, la temperatura de color se elevará por encima del valor de referencia de 6500K y la imagen tornará a un aspecto mucho más frío, fruto del aporte excesivo del color azul. En la siguiente figura podemos comparar el resultado de un ajuste correcto a D65 con un ajuste inadecuado con predominio de unos colores u otros a lo largo de la escala.

Para realizar los ajustes necesarios, nos valdremos de unos patrones de grises -pueden ser en intervalos de 5 en 5 IRE, pero es más práctico en intervalos de 10 IRE -que iremos midiendo en pantalla para conocer realmente la temperatura de cada uno de ellos y la cantidad que poseen de cada uno de los colores primarios. La diferencia que se obtenga respecto del ideal teórico es conocida como desviación delta E y podemos afirmar que un display tiene una escala de grises correctamente calibrada cuando esta desviación deltaE arroja un valor inferior a 5. Se supone que valores menores de 3 no se pueden distinguir a simple vista por el ojo humano, pero les animo a intentar llevar al límite este ajuste y acercarse lo más posible a un valor de 1 que rozaría la perfección. Debido a la sensibilidad limitada de los colorímetros escogidos, hay que tener en cuenta que las mediciones inferiores a 20-30 IRE carecen de fiabilidad y sólo con instrumentos de medición mucho más caros podemos conseguir un ajuste perfecto en las zonas extremadamente oscuras.



Para completar la información relativa a las gráficas que luego vamos a analizar, es necesario explicar brevemente lo que conocemos como corrección gamma. De la misma forma en que nuestro sistema auditivo tiene una respuesta no lineal a los sonidos de distinto nivel de presión sonora, nuestro sistema de visión capta de forma distinta las imágenes en función de la luminosidad que contienen. Nos es mucho más fácil distinguir pequeñas variaciones de luminosidad en una escena muy oscura que en una escena con valores de brillo elevado. De la misma forma, la respuesta en forma de luz emitida por un sistema de visualización no es directamente proporcional a la luz que incidió durante el proceso de captación de la imagen, y para corregir esta alinealidad es necesario introducir una distorsión conocida como corrección gamma. No pretendo complicar la vida a ningún lector con fórmulas matemáticas, pero deben pensar en el valor gamma como el exponente de una potencia en una ecuación entre la luz recibida y la luz emitida. De esta forma, el valor de gamma 1 sería el correspondiente a una respuesta completamente lineal. Gracias a esta corrección, nuestro cerebro va a interpretar como correcta una escala de grises no lineal. El valor de gamma correcto que nos marcaremos como objetivo a la hora de calibrar nuestro display va a ser el de 2.22, que en teoría debería coincidir con el de los monitores utilizados durante el telecineado de las películas. Cuanto mayor sea el valor obtenido, la imagen vendrá acompañada de unos negros mucho más profundos, pero al mismo tiempo perderemos gran detalle en las zonas oscuras, restando mucha de la información contenida en ellas. Cuanto menor sea el valor resultante (tendiendo a 1) la imagen va a ofrecer un brillo muy alto, mucho más apreciable en las zonas oscuras de la imagen, que genera una pérdida global de contraste y que se traduce en lo que denominamos una imagen completamente lavada. Como ya sabemos que el blanco es la suma de los tres colores básicos, es fácil entender que a la hora de medir nuestro visualizador vamos a obtener una curva de gamma global, que es el resultado de la suma de las gammas de los tres colores primarios.

AJUSTE DE LA ESCALA DE GRISES

Ahora que conocemos nuestra tarea y en aras de facilitar la calibración, debemos repasar bien todas las opciones que nos ofrecen los distintos menús de nuestro display. Actualmente, podemos encontrar hasta tres tipos de menú distintos, aunque el acceso a alguno de ellos puede estar protegido por una contraseña. Lo más deseable es poder contar con todas las opciones de calibración en el propio menú de usuario, lo que sin duda nos facilitará el trabajo y sobre todo impedirá que provoquemos algún problema de difícil solución. Afortunadamente, cada vez hay más visualizadores que incorporan la certificación ISF, lo que implica el acceso a un menú específico donde encontraremos muy bien ordenados todos los controles necesarios para realizar un ajuste adecuado, además de unos bancos de memoria para guardar dichos ajustes. De esta forma, nos aseguramos un control máximo sobre la imagen y sin riesgos. Lamentablemente, hay todavía muchos visualizadores que esconden estas opciones en el menú de servicio. No es difícil encontrar las claves de acceso a los mismos en cuanto hagamos una búsqueda en los foros apropiados de la red, pero recuerden que aquí SÍ podemos dañar irremediablemente nuestro equipo, así que es importantísimo seguir dos reglas básicas si vamos a trabajar en el menú de servicio. La primera, anotar todos los valores previamente antes de modificarlos para retornar a ellos en caso de necesidad. La segunda, no tocar ningún control si no tenemos la certeza de para qué sirve.

Para acercarnos en lo posible a nuestro propósito, debemos seleccionar en el menú de usuario el valor de gamma más cercano a 2.2 -suele denominarse FILM o CINE- y la temperatura más cercana a 6500K –suele aparecer como Media o Templada-.

Esta guía no pretende ser un manual de uso del programa HCFR, así que es imprescindible leer la ayuda del programa para instalar adecuadamente los drivers de nuestro colorímetro usando todas las opciones por defecto. Conviene que se familiarice previamente con su interfaz gráfica y con las distintas opciones disponibles, para poder acceder directamente a la toma de mediciones. En primer lugar, debemos escoger en el menú de preferencias el espacio de color que vamos a usar para realizar la calibración de entre los tres disponibles. HDTV REC 709 para imágenes en alta definición, SDTV REC 601 para imágenes en definición estándar de origen NTSC y la opción PAL/SECAM para imágenes en definición estándar de origen europeo. El resto de opciones las dejamos sin variación. Una vez instalada físicamente la sonda de medición, y en el caso del ajuste de un proyector frontal, debemos escoger si realizaremos las tomas directamente desde la lente del proyector, o bien reflejadas desde la pantalla de proyección. En el primer caso, ajustaremos sólo el proyector, en el segundo, lo haremos con todos los elementos que influyen en la imagen final, como la pantalla y los elementos que aporta nuestra sala de visionado.

Volviendo al diagrama CIE que muestra todo el espacio de color que nuestro cerebro es capaz de distinguir, es imperativo conocer nuestro propósito sobre el diagrama.







Hemos comentado anteriormente que el blanco puro es el que se forma con el aporte idéntico de los tres colores primarios y, tal y como podemos observar en el eje de coordenadas, hay unos valores x e y que marcan el punto exacto del blanco D65. Estos valores son x=0.313, y=0.329, y son la meta final que debemos alcanzar. Existe una tercera dimensión que obviamente no es posible representar sobre el plano y que se trata de la luminancia de cada color. Debemos pensar por tanto en un cubo en el que desde el plano inferior (diagrama CIE) y hacia arriba, cada color alcanza un valor de luminosidad determinado que se representa mediante la letra Y (mayúscula). Tras esta explicación y después de lanzar el programa por primera vez, debemos por tanto seleccionar la pestaña xyY en el recuadro de visualización de datos que aparece a la derecha. A continuación, seleccionaremos el tipo de visualizador que queremos ajustar (LCD en todos los casos, excepto si queremos ajustar un televisor con panel de plasma).

Ya podemos comenzar con las mediciones. Para optimizar la posición del colorímetro al punto donde reciba mayor luminosidad, podemos empezar lanzando un patrón de blanco de 100IRE, al tiempo que seleccionamos la pestaña de medición continua, mientras nos fijamos en el valor Y que debe ser lo más alto posible. Seguidamente, tenemos que comprobar cómo es en realidad la escala de grises antes de la calibración. Seleccionamos la pestaña de escala de grises y comenzamos la toma de resultados. Debemos ir pasando los once patrones de grises en intervalos de 10 IRE que existen en la escala de 0 a 100 IRE y tomar la medición en cada uno de ellos, para conocer qué cantidad de cada color aporta nuestro visualizador en cada punto de la escala. Repito que la fiabilidad de estas mediciones en la parte más oscura de la imagen no es muy alta, además de que el tiempo de cada toma es mucho mayor cuando el sensor apenas recibe luz. Una vez finalizadas las once tomas, el programa ya nos va a ofrecer mucha información que procedemos a analizar.

Comenzamos con los datos que hacen referencia a los puntos xyY y la desviación deltaE, obtenidos en la medición de cada una de las tomas. En el siguiente ejemplo, podemos observar cómo la medición de 50 IRE nos arroja un resultado de x=0.308 y=0.318 Y=74.886 y hace que la desviación deltaE llegue a un valor de 8.7. Si nos fijamos en las barras de niveles de cada color que aparecen a la izquierda, podemos observar que el aporte del color rojo es del 101%, el del verde es de tan sólo el 98% y el azul se dispara a 109% en esta toma de 50IRE.







De esta forma es mucho más fácil comprender los gráficos que aparecerán a continuación. El primero que analizaremos es el de la curva de luminancia, que nos muestra el valor Y en cada punto de la escala.







Podemos comprobar mediante la curva de color amarillo, que la luminosidad de cada patrón es casi perfecta en la parte oscura de la imagen y va empeorando en las mediciones de 40,50 y 60 IRE en las que se eleva demasiado sobre el ideal teórico que viene reflejado por la línea de puntos. De la misma forma, se observa como en 80 y 90 IRE el valor se queda por debajo de la curva de referencia. Si desplegamos el recuadro de información adicional con el botón derecho del ratón, podremos obtener las curvas de cada uno de los colores de forma independiente, lo que nos va a dar una idea muy exacta de la causa del problema.

En este caso, podemos achacarlo a una curva del color rojo anormalmente elevada a partir de la zona de luminosidad media y excesivamente baja del verde y el azul a partir de 70 IRE. Nuestro objetivo es, por tanto, el ajuste de esa zona mediante el control correspondiente a cada color, intentando superponer la curva de cada uno de ellos sobre la que se marca en trazo discontinuo como curva de referencia. Esta curva de luminancia se ve afectada por una parte por los valores de brillo y luminosidad de cada uno de los colores que hemos comentado anteriormente. Por otro lado, también tiene una relación directa con la corrección gamma. De esta forma, el resultado de la misma será el que obtengamos después de realizar los ajustes que vamos a explicar a continuación.

En segundo lugar, nos vamos a encontrar con el gráfico correspondiente a la corrección gamma y que debería se lo más cercano posible a la línea blanca de puntos de referencia sobre el valor de 2.22. Para una mejor comprensión, hemos preferido mostrar además del valor medio obtenido –línea amarilla-, los valores de cada uno de los colores. De esta forma, comprobaremos que la culpa de esa línea ligeramente elevada en prácticamente toda la escala hasta llegar a 80 IRE es fruto de unos valores muy altos, principalmente del verde y el azul.

Este display ofrecerá una imagen con un negro muy sólido en las escenas más oscuras, pero en las que no podremos distinguir algunos detalles que deberían aparecer al bajar el valor hasta el ideal teórico. Desafortunadamente, no abundan los visualizadores equipados con controles de gamma por colores, lo que otorga un valor añadido a los procesadores de vídeo externos equipados con esta función. Un ejemplo de ajuste ideal sería el que proporciona el nuevo proyector HD750 de la japonesa JVC, que el distribuidor español Seesound nos ha prestado para la realización de esta serie de artículos. Tal y como les mostramos en la siguiente fotografía, este aparato no sólo permite la posibilidad de ajustar los valores gamma de los colores primarios de forma independiente, sino que además nos concede la posibilidad de ajustarlos en los once puntos de la escala de grises que coinciden con los intervalos de 10 IRE de cada patrón que lanzamos en la toma de mediciones. De esta forma, podemos situar cada punto de la escala de grises de cada uno de los colores primarios exactamente sobre el punto de referencia.

Para los usuarios de proyectores equipados con sistemas de Iris Dinámico, es importante desactivar esta función antes de la toma de mediciones. En caso de no hacerlo, el resultado final se verá seriamente afectado por la no linealidad del brillo que nos van ofreciendo los patrones en cada medición por culpa de ese dispositivo, y por ello, tanto la curva de luminancia como la línea de gamma ofrecerán un resultado completamente distorsionado.

Por último, vamos a analizar los dos gráficos que nos muestran cómo es exactamente nuestro ajuste de la escala de grises. En el primero, veremos los niveles de cada color primario en cada uno de los puntos de medición entre 0 y 100 IRE. En el segundo, y directamente relacionado con el anterior, observaremos la curva de temperatura de color resultante de la medición de toda la escala.







En estos gráficos podemos comprobar cómo la temperatura de color es excesivamente alta en toda la escala. Al analizarlo más detenidamente en el gráfico de niveles RGB, observamos que tanto el verde como el rojo están levemente desviados sobre la línea de 100% de aporte a la imagen, pero el color azul se eleva demasiado, aumentando por tanto la temperatura global. En la parte inferior del gráfico de niveles, podemos ver la línea que nos marca la desviación deltaE y que varía entre unos valores de 4 y 8 a lo largo de toda la escala. Nuestra tarea principal va a ser la de llevar la línea del color azul sobre la referencia del 100% de nivel en toda la escala de grises y de esta manera rebajar la desviación deltaE hasta un valor lo más bajo posible.

Para realizar el ajuste de la escala de grises, debemos utilizar un menú de nuestro visualizador que incorpora la posibilidad de modificar los valores de brillo (zona oscura de la imagen) y de contraste (zona más clara de la escala) por cada uno de los colores primarios RGB (Los valores del ejemplo de la foto no tienen nada que ver con las gráficas que estamos comentando). Hay que pensar en ellos como los controles de brillo y contraste que explicamos en el primer capítulo, pero con la capacidad de modificar cada color de forma independiente. Las denominaciones más usuales para el control de la parte oscura de la escala suelen ser Brillo, Bias, Cutoff, Black, Low u Offset, y los términos más usuales para referirse al ajuste de la parte más luminosa suelen ser Contraste, Drive, Gain, White o High.

Una buena forma de comenzar con los ajustes es la de lanzar un patrón de, por ejemplo, 70 IRE y al mismo tiempo seleccionar la medición continua, que nos mostrará en la ventana del programa el aporte de los tres colores en ese momento. En el caso que nos ocupa, el valor del rojo y el verde serán casi coincidentes y cercanos al 100%, siendo el del azul mucho mayor acercándose al 110%. Mediante el control de Contraste/Gain del color azul, iremos bajando su valor hasta que obtengamos un nivel de 100% en los tres colores, con lo que habremos movido el aporte del color azul en la parte más luminosa de la escala. Si nos vamos al patrón de 60 o de 80 IRE y seguimos haciendo la medición continua, veremos que en esos valores también ha descendido el aporte del azul y se acerca al ideal teórico. También tenemos un ligero problema con un nivel levemente alto de rojo en la zona de 80-90 IRE, así que la solución es exactamente la misma. Modificar hacia arriba o hacia abajo según corresponda el control Gain del color afectado. Una vez ajustada la zona más luminosa, lanzaremos un patrón de 30 IRE para realizar la misma operación en la zona más oscura de la imagen. En este caso, el control que debemos utilizar es el de Brillo/Offset del color correspondiente para lograr unos niveles idénticos de rojo, verde y azul en la parte baja de la escala. Una vez realizado este primer paso, debemos volver a lanzar de nuevo la medición completa de los once patrones de la escala de grises para obtener el resultado de las correcciones realizadas. Lo normal es que alguna parte de la escala haya mejorado algo, pero quizás hayamos desajustado otras zonas que en principio estaban mejor, así que conviene no desesperarse por la falta de resultados definitivos en las primeras mediciones, porque este es un trabajo algo tedioso pero realmente agradecido una vez se obtiene el objetivo deseado. Después de cada medición, hay que repasar siempre las cuatro gráficas explicadas hasta ahora, porque tanto la luminancia como la gamma pueden variar significativamente tras el ajuste de la escala de grises y viceversa. Un resultado correcto es el que podemos ver en la siguiente gráfica y que nos otorga una superposición de los tres colores primarios sobre la línea de 100% de aporte, que vendrá acompañada de una línea de desviación deltaE de un valor muy bajo y complementada con una gráfica de temperatura de color completamente plana sobre la línea de 6500K.







En el recuadro de datos adjuntos, comprobaremos entonces lo cerca que estamos en cada punto de medición, del ideal teórico de los valores x=0.313 y=0.329. Por otra parte, es conveniente reajustar los valores de ajustes básicos explicados en el número anterior, tantas veces como sea necesario antes de dar por finalizada la calibración de la escala de grises.

Terminamos este segundo capítulo explicando algo que los lectores más avezados ya habrán descubierto. Como nuestro colorímetro también cumple la función de medir la luminosidad de cada patrón, la pestaña superior de la pantalla de medidas nos va a otorgar la cifra de contraste On/Off de nuestro display, al calcularla por la relación de luminosidad que capta en los patrones de 0 y 100 IRE. No obstante, existe una función específica del programa para calcular tanto el contraste Full On/Off como el Contraste ANSI. En el caso de los proyectores frontales, si queremos hacer una medición de contraste más completa y fiable, es conveniente acercar en gran medida la sonda de medición a la lente para aumentar la fiabilidad del resultado.