هرآنچه باید درباره گاموت رنگی و انواع مختلف آن بدانید

گاموت رنگی نمایشگرها نیز به عنوان زیرمجموعه‌ای از نمودارهای فام‌داری xy نمایش داده می‌شوند و تقریباً شکل مثلث به خود می‌گیرند. چنین نمودارهایی نشان‌دهنده این مسئله هستند که صفحه نمایش‌های دیجیتال تنها می‌توانند بخشی از طیف رنگی قابل مشاهده توسط چشم انسان را تولید کنند. متداول‌ترین گاموت رنگی امروزی، sRGB است که در بیشتر نمایشگرها مورد استفاده قرار می‌گیرد و نمودار مرتبط با آن در تصویر بالا قابل مشاهده است. در واقع یک محصول مبتنی بر پهنه رنگی sRGB نمی‌تواند رنگ‌هایی خارج از محدوده مثلث گفته شده، تولید نماید.

هرچه مثلث نشان‌دهنده طیف رنگی گسترده‌تر باشد یا مساحت بیشتری را اشغال کند، خبر از پوشش بیشتر رنگ‌های قابل مشاهده توسط نمایشگر یا استاندارد مورد استفاده آن می‌دهد. همچنین هرچه فضای مشترک بین نمودار گاموت رنگی و محدوده قابل رویت توسط چشم انسان بیشتر باشد، بهتر خواهد بود. البته درحال حاضر هیچ محصولی در بازار وجود ندارد که بتواند تمامی رنگ‌های قابل مشاهده را پوشش دهد؛ اما این مسئله تاثیر چندانی بر خرید نمایشگرها توسط مشتریان نخواهد داشت.

نگاهی به مفهوم عمق رنگ

پیش از آن که به انواع مختلف گاموت‌های رنگی بپردازیم، بهتر است نگاهی به نحوه تولید رنگ‌ها در نمایشگرها داشته باشیم. به صورت کلی، تمامی صفحه نمایش‌ها از تحت پیکسل‌های قرمز، آبی و سبز تشکیل شده‌اند که در نهایت با ترکیب با یک دیگر به تولید رنگ خروجی دلخواه ختم می‌شوند. تحت پیکسل‌های گفته شده توسط چشم انسان قابل مشاهده نیستند؛ اما می‌توان به آسانی آن‌ها را در زیر میکروسکوپ نمایان کرد.

پس می‌توان نتیجه گرفت که یک گاموت رنگی مناسب به عنوان تنها عامل برای کیفیت بالای صفحه نمایش کافی نخواهد بود. نمایشگرها باید بتوانند انواع رنگ‌های قرمز، سبز و آبی را در گاموت خود به خوبی تولید کنند. در این میان از عبارت عمق رنگ برای مشخص کردن تعداد سطوح یک رنگ استفاده می‌شود یا به عبارتی دیگر، به حجمی از داده اطلاق می‌شود که برای تعیین میزان روشنایی هر تحت پیکسل مخابره می‌شود.

هرچه میزان عمق رنگ بالاتر باشد، نشان می‌دهد که صفحه نمایش قادر به جابه‌جایی دقیق‌تر و روان‌تر میان رنگ‌های مختلف است. برای مثال یه نمایشگر ۸ بیت قادر است دو به توان هشت یا ۲۵۶ سطح از هر رنگ اصلی را تولید کند. ترکیب سطوح هر سه رنگ اصلی می‌تواند ۱۶.۷ میلیون حالت متفاوت را به ارمغان بیاورد. در سوی دیگر یک محصول ۱۰ بیتی می‌تواند ۱۰۲۴ سطح از هر رنگ اصلی را فراهم کند که تعداد کل رنگ‌های قابل نمایش را به میزان ۱.۰۷ میلیارد رنگ می‌رساند.

عمق رنگ بیشتر می‌تواند توانایی نمایشگر در جابه‌جایی میان رنگ‌های مختلف را مشخص کند؛ زیرا به طور ساده، سطوح بیشتری برای هر رنگ در دسترس قرار دارد و در نتیجه، فرایند تغییر میان رنگ‌های مشابه روان‌تر و آهسته‌تر شکل می‌گیرد. اگر چنین امکانی برای صفحه نمایش وجود نداشته باشد، حالتی تحت عنوان Banding رخ می‌دهد که در آن رنگ‌های نزدیک به یک دیگر به صورت مجزا دیده می‌شوند. بهره‌مندی از عمق رنگ مناسب برای نمایشگرهایی با گاموت وسیع‌، ضروری‌تر خواهد بود. نمونه‌ای اغراق شده از پدیده گفته شده در تصویر بالا قابل مشاهده است.

گاموت sRGB

گاموت sRGB یا استاندارد RGB، قدیمی‌ترین پهنه رنگی متداول مورد استفاده برای صفحه نمایش‌های دیجیتال است. این گاموت اولین بار توسط کمیسیون بین‌المللی الکتروتکنیک (IEC) در دهه نود میلادی برای نمایشگرهای قدیمی CRT طراحی شده است. سپس در ادامه از sRGB در ساخت محصولات مبتنی بر پنل‌های LCD استفاده شد و از آن زمان تاکنون در دستگاه‌‌های مختلفی دیده می‌شود. 

اگرچه گاموت استاندارد RGB از محبوبیت بسیار بالایی در میان سازندگان صفحه نمایش‌ها برخوردار است، اما تنها بخش محدودی از طیف رنگ‌های مرئی را شامل می‌شود. به صورت خلاصه می‌توان گفت که یک نمایشگر مبتنی بر sRGB قادر است ۲۵ تا ۳۳ درصد از رنگ‌های قابل مشاهده توسط چشم انسان را تولید کند. با نگاهی مختصر به نمودار فام‌داری متوجه خواهید شد که مقدار وسیعی از رنگ‌های اصلی، خارج از محدوده پوشش داده شده توسط این گاموت قرار می‌گیرند.

نمودار فام‌داری گاموت sRGB همچنین به ما نشان می‌دهد که پهنه مذکور بخش‌هایی از قرمز، سبز و آبی را در برگرفته است؛ اما قسمت‌هایی با اشباع رنگی بیشتر از جمله نواحی سبز، در ناحیه آن قرار نمی‌گیرند. رویداد گفته شده می‌تواند در نهایت به کاهش وضوح تصویر ختم شود و رنگ‌هایی غیر زنده و به دور از واقعیت را نشان دهد.

استاندارد RGB ارتباط نزدیکی با گاموت Rec. 709 هم دارد؛ در واقع هر دو پهنه بخش مشابهی را در نمودار فام‌داری اشغال می‌کنند، اما sRGB از مقدار گامای کمتری نسبت به Rec. 709 برخوردار است. گامای کمتر sRGB نویدبخش ادراک بهتر رنگ‌ها در محیط‌های پرنور مانند فضاهای اداری توسط بیننده است. در سوی دیگر Rec. 709 برای تلویزیون‌ها در نظر گرفته شده است؛ پس برای محیط‌های با نور نسبتاً کمتر مناسب خواهد بود. به دلیل این که بیشتر نمایشگرها امکان تغییر مقدار گاموت توسط کاربر را فراهم می‌کنند، تفاوت میان دو گاموت مورد اشاره در عمل وجود ندارد.

برخلاف محدودیت در پوشش رنگ‌های مختلف، sRGB توانسته است به استاندارد مرسوم برای نمایشگرها در ابعاد و شکل‌های گوناگون تبدیل شود. بیشتر سیستم عامل‌های رایانه‌ای از جمله ویندوز، به صورت پیش‌فرض برای تعامل آسان با گاموت sRGB بهینه‌سازی شده‌اند. همچنین بیشتر وب سایت‌ها و محتواهای دیجیتال هم براساس sRGB تولید و منتشر می‌شوند.

گاموت ادوبی RGB: مناسب برای عکس‌ها

همانطور که از نام گاموت ادوبی RGB مشخص است، برای اولین‌ بار توسط غول بزرگ نرم افزاری، ادوبی، طراحی و توسعه یافته است. پهنه رنگی در نظر گرفته شده توسط ادوبی وسیع‌تر از sRGB است و به طور تقریبی می‌تواند ۵۰ درصد از رنگ‌های مرئی را شامل شود. برخلاف سایر گاموت‌های موجود در این لیست، ادوبی RGB برای ویدیوها مورد استفاده قرار نمی‌گیرد و به صورت اختصاصی برای عکس‌ها در نظر گرفته شده است.

اما چرا ادوبی RGB برای ویدئو مورد استفاده قرار نمی‌گیرد؟ برای یافتن پاسخ این سوال باید روی چاپگرهای عکس تمرکز کنیم. بیشتر چاپگرها اقدام به ساخت رنگ‌های مختلف از طریق ادغام جوهر قرمز، سبز و آبی نمی‌کنند؛ در عوض بیشتر تجهیزات چاپ رنگی از جوهرهای فیروزه‌ای، ارغوانی، زرد و مشکی (به اختصار CMYK) بهره می‌گیرند. ادوبی در سال ۱۹۹۸ اقدام به توسعه گاموت اختصاصی خود کرد تا بتواند طیف گفته شده را بهتر پوشش دهد و عکاسان کنترل بیشتری روی چاپ تصاویر خود داشته باشند. در نتیجه ادوبی RGB ضعف‌های sRGB در بخش‌های فیروزه‌ای و سبز را پوشش داده است که در نمودارهای فام‌داری قبلی به آن‌ها اشاره کردیم.

اگرچه استفاده از ادوبی RGB مزیت‌های بزرگی برای عکاسان به همراه دارد، اما بیشتر دوربین‌های تصویربرداری هنوز به صورت پیش‌فرض از sRGB استفاده می‌کنند؛ زیرا امروزه بیشتر عکس‌ها به صورت دیجیتال در نمایشگرهایی مشاهده می‌شوند که براساس گاموت sRGB ساخته شده‌اند. همچنین حتی در نمایشگرهای سازگار با استاندارد ادوبی، بسیاری از نرم افزارها قادر به نمایش صحیح رنگ‌ها نخواهند بود.

به طور مثال اگر یک وب سایت از گاموت ادوبی RGB استفاده کرده باشد، بیشتر مرورگرها سعی می‌کنند تا آن را به sRGB تبدیل نمایند. البته فرایند تبدیل رنگ‌ها معمولاً بدون نقص صورت نمی‌گیرد و تصویر خروجی آن از کیفیت پایین‌تری نسبت به فایل مبتنی بر sRGB برخوردار خواهد بود. به شکل کلی می‌توان گفت که استفاده از محتوای تولید شده در گاموت ادوبی RGB نیاز به نرم افزارهای اختصاصی و ابزارهای متناسب با آن دارد. نباید فراموش کنیم که گاموت مذکور برای تقلید پهنه رنگی مورد استفاده توسط پرینترهای رنگی توسعه یافته است؛ در نتیجه امکانات و دستگاه‌های کمتری برای آن ساخته شده است.

اگر فایل در هر مرحله به درستی مورد استفاده قرار نگیرد، تصویری sRGB با کیفیت پایین‌تر بدست خواهد آمد. در سوی دیگر تقاضای مصرف‌کنندگان برای گاموت ادوبی RGB در سال‌های اخیر کاهش یافته و آن را به پهنه رنگی خاصی تبدیل کرده است. با این حال هنوز هم برخی نمایشگرهای پیشرفته اقدام به ارائه پروفایل‌های اختصاصی برای گاموت ادوبی می‌کنند که پیکربندی پیش‌فرض مناسب آن را درون خود جای داده‌اند.

گاموت DCI-P3

گاموت Digital Cinema Initiatives - Protocol 3 با نام اختصاری DCI-P3 در ابتدا به عنوان جایگزینی برای استاندارد RGB در صنعت فیلم‌سازی مطرح شد. در این گاموت، شاهد افزایش ۲۵ درصدی محدوده تحت پوشش در نموار فام‌داری هستیم که ارقامی مشابه با ادوبی RGB را ارائه می‌دهد. البته پهنه ادوبی تمرکز بیشتری روی ناحیه منتهی به سبز و فیروزه‌ای دارد؛ درحالی که DCI-P3 در جهت تمامی سه رنگ اصلی گسترش یافته است. چنین مسئله‌ای موجب می‌شود تا نمایشگرهای بهره‌مند از گاموت گفته شده بتوانند رنگ‌هایی اشباع شده و زنده‌تر را به تصویر بکشند.

از آن جایی که DCI-P3 با تمرکز روی محتوای دیجیتال طراحی شده، گسترش بسیار بیشتری در مقایسه با ادوبی RGB داشته است. تقریباً تمامی دستگاه‌های کنونی از تلویزیون‌ها تا گوشی‌های هوشمند می‌توانند قسمت عمده‌ای از این پهنه رنگی را تحت پوشش قرار دهند؛ درحالی که نمایشگرهای پیشرفته قادر هستند تا ۹۰ درصد از رنگ‌های آن را تولید نمایند. محبوبیت گاموت گفته شده در سال‌های اخیر افزایش چشمگیری پیدا کرده است و اکنون به عنوان استانداردی پایه برای یک صفحه نمایش HDR مناسب محسوب می‌شود.

مشابه با سایر گاموت‌ها، برای بهره‌گیری کامل از طیف DCI-P3، به محتوای متناسب با آن هم نیاز خواهد بود. برای مثال اگر یک تصویر مبتنی بر sRGB را روی نمایشگر DCI-P3 مشاهده کنید، احتمالاً به رنگ‌هایی فوق اشباع نسبت به واقعیت یا نظر طراح مواجه خواهید شد.

گاموت‌های Rec. 2020 و Rec. 2100

گاموت‌های Rec. 2020 و 2100 جدیدترین موارد موجود در این لیست هستند که می‌توانند بخش وسیعی از نمودار فام‌داری را تحت پوشش قرار دهند. Rec. 2020 اولین استانداردی است که از نمایشگرهای ۱۰ بیت و ۱۲ بیت پشتیبانی به عمل می‌آورد و می‌تواند رزولوشن‌های بالا مانند 4K و 8K را جوابگو باشد؛ در نتیجه به گزینه‌ای مناسب برای تلویزیون‌های UHD تبدیل شده است. پشتیبانی از نرخ به روز رسانی تصویر فراتر از ۶۰ هرتز، تا سقف ۱۲۰ هرتز هم از سایر ویژگی‌های کلیدی این گاموت محسوب می‌شود.

پهنه Rec. 2020 حدود ۷۵ درصد از رنگ‌های مرئی را شامل می‌شود که این مقدار تقریباً ۴۰ درصد بیشتر از DCI-P3 است و اختلاف چشمگیری با sRGB دارد. گاموت گفته شده به حدی وسیع است که حتی بهترین نمایشگرها نیز تنها قادر به پوشش ۶۰ تا ۸۰ درصد از آن هستند. پیشرفت‌های بدست آمده در زمینه فناوری میکرو LED و صفحه نمایش‌های کوانتوم دات احتمالاً می‌تواند در بلند مدت به افزایش میزان پشتیبانی نمایشگرها از Rec. 2020 و تولید رنگ‌های بیشتر کمک کند.

استاندارد Rec. 2100 شاخه‌ای از گاموت Rec. 2020 محسوب می‌شود که بیشترین جزئیات نسخه اصلی از جمله طیف رنگی تحت پوشش را بدون تغییر به قرض گرفته است. البته در این پهنه جدیدتر، پشتیبانی از قابلیت HDR به کمک دو روش مختلف (HLG و Perceptual Quantization) فراهم شده است که اولین تکنیک به صورت اختصاصی برای پخش محتوای تلویزیونی کاربرد دارد و HLG به عنوان پایه‌ای برای فرمت‌های HDR رایج از جمله HDR10 و دالبی ویژن محسوب می‌شود.

فراتر از رنگ‌ها: خطاهای رنگی و دمای رنگ

درحالی که گاموت رنگی وسیع‌تر می‌تواند به عنوان مزیتی بزرگ به شمار برود؛ اما تنها عامل تعیین‌کننده در کیفیت تصویر نخواهد بود. در قسمت‌های قبلی به تاثیر مقدار گاما و عمق رنگی روی عملکرد کلی نمایشگر پرداختیم؛ اما عوامل دیگری در این میان تاثیرگذار هستند که موجب می‌شوند هیچ دو نمایشگری خروجی کاملاً یکسانی را ارائه ندهند، حتی اگر از گاموت مشابهی استفاده می‌کنند. بیشتر این موارد در مشخصات صفحه نمایش‌ها درج نمی‌شود و اعلام آن‌ها در محصولات تخصصی و پیشرفته رایج است.

دلتا E

به صورت ساده می‌توان دلتا E را به عنوان معیاری برای سنجش میزان خطای خروجی رنگ در یک نمایشگر تعریف کرد. برای مثال یک خطای رنگی در دنیای واقعی موجب می‌شود تا رنگ قرمز تمایل بیشتری به سوی نارنجی پیدا کند. به صورت تخصصی‌تر می‌توان گفت که دلتا E برابر با اختلاف میان رنگ خروجی با رنگ اصلی متناظر در نظر گرفته شده در گاموت sRGB است.

نمودار بالا بنچمارک صورت گرفته از صفحه نمایش وان پلاس ۸ پرو را نشان می‌دهد که با گاموت sRGB مقایسه شده است. نتیجه آزمایش نشان می‌دهد که نمایشگر به خوبی در بیشتر نواحی کالیبره شده است؛ اما در رنگ‌های زرد و قرمز کمی خارج از محدوده عمل می‌کند. مقدار میانگین دلتا E طی این تست (اختلاف بین خروجی و رنگ اصلی) برابر با ۲.۸ بوده است.

بهتر است اشاره کنیم که دلتا E کمتر از یک برای چشم انسان قابل تشخیص نخواهد بود. همچنین مشاغلی که در آن‌ها دقت رنگ‌ها از اهمیت بالایی برخوردار است، ترجیح می‌دهند از نمایشگرهایی با دلتا E کمتر از ۲ استفاده کنند. مقادیر بیشتر از ۲ می‌تواند به جابه‌جایی رنگ‌ها و کاهش دقت تصویر منتهی شود.

دمای رنگ

دمای رنگ به طور معمول با واحد کلوین سنجیده می‌شود و مقادیری بین ۴۰۰۰ تا ۷۰۰۰ را شامل می‌گردد. اما چرا یک واحد اختصاصی دما برای سنجش رنگ‌ها در نمایشگر دیجیتال مورد استفاده قرار می‌گیرد؟ اگر یک جسم گرم شود، در دماهای مختلف، رنگ‌های متفاوتی را از خود ساطع می‌کند؛ در نتیجه هر رنگ دمای مخصوص به خود را خواهد داشت. نقطه سفید معیاری نسبی برای سنجش دمای رنگ‌ها در صفحه نمایش‌ها است. برای مثال اگر رنگ سفید به آبی گرایش پیدا کند، از اصطلاح سرد برای بیان آن استفاده می‌شود و تمایل به سمت قرمز باشد، عبارت گرم برای توصیف رنگ تولید شده مورد استفاده قرار می‌گیرد.

استانداردهایی با رنگ‌های سردتر به طور معمول نقطه سفیدی با دمای ۶۵۰۰ کلوین دارند که به آن D65 هم گفته می‌شود. برای مقایسه باید اشاره کرد که دمای رنگ نور خورشید در محدوده‌ای بین ۵۰۰۰ تا ۶۰۰۰ کلوین قرار می‌گیرد. همچنین بیشتر گاموت‌های رنگی در محدوده‌ای نزدیک به D65 طراحی شده‌اند.

اگر مقدار دلتا E یا دمای رنگ تصویر از محدوده مورد نظر خارج باشند، می‌توان اقدام به کالیبره کردن دوباره نمایشگر کرد. حتی محصولات گران قیمت و پیشرفته که در کارخانه با دقت بالایی کالیبره می‌شوند، ممکن است در طی زمان دچار انحراف رنگ شوند. با این حال، ابزارهای مورد نیاز برای کالیبره کردن صفحه نمایش‌ها چندان ارزان قیمت نیستند. خوشبختانه بیشتر کاربران متوجه خطاهای رنگی در دستگاه‌های خود نمی‌شوند؛ اما چنین پدیده‌ای می‌تواند به مشکلی بزرگ برای متخصصین بدل گردد.

علت محبوبیت ناگهانی گاموت‌های وسیع چیست؟

چشم کاربران در طی سالیان طولانی به گاموت sRGB در دستگاه‌های مختلف عادت کرده است و یکی از دلایل عمده آن، عدم دسترسی به صفحه نمایش‌هایی با گاموت وسیع‌تر در نظر گرفته می‌شود. چنین محصولاتی به طور معمول قیمت به مراتب بیشتری دارند و توسط افراد متخصص مورد استفاده قرار می‌گیرند؛ اما این وضعیت به تدریج در حال تغییر است.

صنایع تولید نمایشگر در نهایت توانسته است به نقطه‌ای دست پیدا کند که در آن، تولید انبوه پنل‌هایی با گاموت‌های وسیع توجیه اقتصادی داشته باشد و قیمت تمام شده پایین‌تری را در اختیار مصرف‌کنندگان قرار دهد. همچنین به صورت همزمان، پیشرفت‌های صورت گرفته در زمینه تصویربرداری باعث شده است تا امکان ثبت رنگ‌های بیشتر برای فیلم‌سازان مهیا شود. ترکیب عوامل گفته شده به دسترسی آسان‌تر به محتوای مناسب و ابزارهای لازم برای پهنه‌های وسیع‌تر مثل DCI-P3 رسیده است.

بسیاری از گوشی‌های هوشمند میان رده و پرچمدار امروزی می‌توانند پوشش مناسبی از محدوده DCI-P3 در اختیار کاربران قرار دهند. برخی از پرچمداران مثل سری سونی اکسپریا ۱ و آیفون ۱۳ حتی قادر به ضبط محتوا با گاموت وسیع نیز هستند. در سوی دیگر شاهد گذر تلویزیون‌ها و نمایشگرهای رایانه‌ای از sRGB به استانداردهای جدیدتر هستیم و نرم افزارهای محبوب و سیستم عامل‌های اصلی نیز از آن‌ها پشتیبانی می‌کنند.

افزایش تولید محتوای HDR در سال‌های اخیر یکی دیگر از دلایلی بوده که تقاضا برای گاموت رنگی وسیع‌تر را افزایش داده است. امروزه بسیاری از مدیوم‌های بصری از جمله بازی‌های ویدیویی و برنامه‌های تلویزیونی در گاموت‌هایی فراتر از sRGB در دسترس مخاطبین قرار می‌گیرند. در حال حاضر محتوای HDR به یکی از اهداف اصلی کنسول‌های بازی، سرویس‌های استریم ویدیو و حتی شبکه‌های تلویزیونی تبدیل شده است و دسترسی به آن به صورت گسترده وجود دارد. حتی استانداردهای طراحی وب مثل CSS در حال حرکت به سوی استانداردهایی مثل Display-P3 (نسخه اپلی DCI-P3) هستند.

هدف اصلی HDR، ارائه تصویری واقع‌تری است و تحقق این امر بدون داشتن رنگ‌هایی با وضوح بیشتر، امکان‌پذیر نخواهد بود. بیشتر فرمت‌های HDR از جمله دالبی ویژن و HDR10 استفاده از نمایشگر و محتوای متناسب با گاموت DCI-P3 را به عنوان یکی از شروط پایه و ضروری تعریف می‌کنند. صنعت نمایشگرسازی در حال هدف‌گیری برای پوشش کامل گاموت‌های گران قیمت مثل Rec. 2020 در آینده نزدیک است؛ اگرچه در حال حاضر هیچ محصول تجاری نمی‌تواند رنگ‌های آن‌ها را به شکل کامل نمایش دهد.