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Delta-E

追求Delta-E、灰階和原色的精確校準(zhǔn)

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出于非常明顯的原因，在考慮校準(zhǔn)準(zhǔn)確性時(shí)，通常會(huì)對(duì)Delta-E值非常關(guān)注，的更低Delta-E值被視為灰度和原色準(zhǔn)確性的良好指標(biāo)。許多校準(zhǔn)系統(tǒng)供應(yīng)商會(huì)特意提供各種校正報(bào)告功能，用Delta-E值來(lái)證明他們的校準(zhǔn)在灰階和RGB三原色是準(zhǔn)確的。

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但是，這種說(shuō)法正確嗎？

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依賴于Delta-E的現(xiàn)實(shí)狀況

簡(jiǎn)而言之，這種說(shuō)法并不正確，而且往往對(duì)校準(zhǔn)的整體準(zhǔn)確性沒(méi)有太大的實(shí)際意義。

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一個(gè)非常簡(jiǎn)單的解釋就是，現(xiàn)實(shí)世界中的圖像并不包含灰度，或者甚至沒(méi)有太多灰色或純紅、綠、藍(lán)色作為實(shí)際顏色。只有在技術(shù)上生成的圖像才具有如此完美的顏色，這表明許多系統(tǒng)在處理校準(zhǔn)和驗(yàn)證時(shí)存在潛在問(wèn)題，因?yàn)檫@些非自然的顏色是大多數(shù)校準(zhǔn)系統(tǒng)關(guān)注的焦點(diǎn)。

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這張圖片顯示了基于灰度和RGB三原色梯度的標(biāo)準(zhǔn)Delta-E值，作為校準(zhǔn)準(zhǔn)確性的一個(gè)示例。所有黑色空間都無(wú)法進(jìn)行準(zhǔn)確的校準(zhǔn)驗(yàn)證，很容易出現(xiàn)極大的不準(zhǔn)確性。

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由于這種Delta-E校驗(yàn)關(guān)注到的采樣點(diǎn)有限，當(dāng)查看真實(shí)世界的圖像時(shí)，實(shí)際的基礎(chǔ)校準(zhǔn)很可能出現(xiàn)廣泛的不準(zhǔn)確性，盡管Delta-E值報(bào)告了準(zhǔn)確的校準(zhǔn)。

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更好的驗(yàn)證校準(zhǔn)的方法是在校準(zhǔn)后進(jìn)行第二次校準(zhǔn)，使用完整的顯色體積色塊，并在ColourSpace中評(píng)估3D圖形，包括評(píng)估所有顯色體積校準(zhǔn)測(cè)量的dE值。

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Delta-E（dE）是表示兩種顏色之間差異的單個(gè)數(shù)值，基于這樣一個(gè)原理，即dE值為2.3時(shí)是人眼可以察覺(jué)到的最小顏色差異（JND，Just Noticeable Difference）。

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因此，在理論上，任何小于2.3的dE值都是無(wú)法察覺(jué)的，而大于2.3的dE值則是可察覺(jué)的。然而，有些大于2.3的顏色差異無(wú)法察覺(jué)，而有些低于2.3的顏色差異可能非常明顯，這取決于所測(cè)量的顏色。

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此外，更重要的是，當(dāng)使用Delta-E表示校準(zhǔn)準(zhǔn)確性時(shí)，通常只反應(yīng)了有限數(shù)量的顏色點(diǎn)。通常只有灰度和RGB主要顏色，如上所示，或者基于類似麥克白色卡（24色色卡）的少量顏色選擇。但實(shí)際上，這種方法并不足夠，因?yàn)槭褂玫狞c(diǎn)太少，無(wú)法完整地驗(yàn)證整個(gè)體積的顏色空間。

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Delta-E存在的問(wèn)題

為了形象地描述這里所提出的問(wèn)題，請(qǐng)想象一下膚色。高加索人的平均膚色與任何灰度或主要顏色都有很大的差距，因此大多數(shù)校準(zhǔn)系統(tǒng)在進(jìn)行后期校準(zhǔn)驗(yàn)證時(shí)都會(huì)忽略它們。更重要的是，像膚色、草地、天空等顏色屬于記憶顏色，這意味著人眼對(duì)它們應(yīng)該是什么樣子會(huì)很熟悉，因?yàn)閹缀趺刻於伎梢钥吹剿鼈?。同樣重要的是，每個(gè)記憶顏色和影調(diào)都與許多不同的色調(diào)、飽和度和亮度變化相關(guān)聯(lián)。如果沒(méi)有包括這些差異的顯示設(shè)備校準(zhǔn)，那么校準(zhǔn)結(jié)果將永遠(yuǎn)不能被認(rèn)為是準(zhǔn)確的。

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上述立方體圖像顯示了標(biāo)準(zhǔn)的灰度和RGB三原色驗(yàn)證，其中添加了膚色以便參考其大致位置。在大多數(shù)校準(zhǔn)系統(tǒng)中，所有的黑色區(qū)域（包括膚色色塊）都沒(méi)有得到有效的驗(yàn)證。

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對(duì)于具有線性表現(xiàn)較差的顯示器（正如上文所述，大多數(shù)顯示器都是如此），確保準(zhǔn)確校準(zhǔn)需要使用基于完整3D立方體配置的3D LUT。

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但并非所有基于3D LUT的校準(zhǔn)都相同，因?yàn)樵S多校準(zhǔn)系統(tǒng)錯(cuò)誤地將Delta-E、灰度和原色作為準(zhǔn)確校準(zhǔn)的定義重點(diǎn)。

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這并不是說(shuō)Delta-E報(bào)告毫無(wú)用處、應(yīng)該被忽視，或者它們報(bào)告的值不可靠（忽略了實(shí)際報(bào)告值可能具有誤導(dǎo)性這一事實(shí)），而是說(shuō)僅憑良好的Delta-E值不能保證準(zhǔn)確的校準(zhǔn)。所有Delta-E值中未提到的顏色同樣重要，對(duì)于良好的最終校準(zhǔn)，它們必須同樣準(zhǔn)確。

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每個(gè)顏色點(diǎn)都必須被視為一樣重要

從上述校準(zhǔn)問(wèn)題的描述可以看出，在配置文件制作、校準(zhǔn)和驗(yàn)證過(guò)程中，每個(gè)顏色點(diǎn)都必須被賦予相等的重要性，而不僅僅是灰度和三原色。

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上述聲明對(duì)于準(zhǔn)確的校準(zhǔn)非常重要，值得再次強(qiáng)調(diào)！

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在配置文件制作和校準(zhǔn)過(guò)程中，每個(gè)體積顏色點(diǎn)都必須被賦予相等的重要性，而不僅僅是灰度和主要顏色！

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而唯一的方法就是通過(guò)驗(yàn)證多個(gè)顯色體積點(diǎn)，盡可能多地使用點(diǎn)來(lái)進(jìn)行任何重要校準(zhǔn)的驗(yàn)證，以便涵蓋整個(gè)色彩空間，并具有足夠細(xì)致的顆粒度。

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下圖形象地說(shuō)明了這一點(diǎn)。

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第一個(gè)驗(yàn)證圖顯示了一個(gè)正常的灰度和主要顏色漸變，以及記憶顏色的驗(yàn)證，可以看出存在大量未經(jīng)驗(yàn)證的顯色體積空間。

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第二個(gè)圖使用了1000個(gè)色塊的體積驗(yàn)證，第三個(gè)圖使用了3000個(gè)色塊的驗(yàn)證。差異是顯而易見(jiàn)的，顯然顯色體積驗(yàn)證更好地定義了最終校準(zhǔn)的準(zhǔn)確性。

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Delta-E和人類視覺(jué)系統(tǒng)（HVS）

所有Delta-E值都試圖提供一個(gè)在不同顯示條件和對(duì)比度水平下、定義人類視覺(jué)系統(tǒng)（HVS, Human Visual System）對(duì)顏色差異反應(yīng)的方式。

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例如，給定的顏色數(shù)值相對(duì)于目標(biāo)色彩空間的峰值亮度所處位置，定義了人類視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)顏色變化的敏感度，因此相同的技術(shù)上的顏色差異將根據(jù)其相對(duì)亮度與峰值亮度之間的差異，產(chǎn)生不同的Delta-E值。

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簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，顏色越暗，在報(bào)告中的Delta-E值變大之前，技術(shù)上的顏色差異可以拉開(kāi)的更大；而相同顏色在更亮的情況下，對(duì)于相同的技術(shù)性的顏色變化下，報(bào)告的Delta-E值將顯著增大。

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通過(guò)查看以xy顏色誤差為例的dE00值可以看出這一點(diǎn)，其中x為-0.0065，y為0.0062，在目標(biāo)值和測(cè)量值相同、只有Y值發(fā)生變化時(shí)，在Rec709顯示器上使用峰值亮度為100尼特。

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l??接近黑色?- dE00值：0.0002

l??灰色?- dE00值：5.0661

l??接近峰值白色?- dE00值：8.0879

可以看出，測(cè)量值的亮度接近目標(biāo)峰值白色時(shí)，dE值越大，因?yàn)閳D像較亮?xí)r人類視覺(jué)系統(tǒng)更容易察覺(jué)到顏色誤差。

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上述示例中使用的實(shí)際亮度值并不重要，

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PQ HDR, Delta-E, & ITP

PQ HDR（Perceptual Quantization HDR）的出現(xiàn)給Delta-E作為評(píng)估顯示色彩準(zhǔn)確性的概念帶來(lái)了新的變化。

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PQ HDR是一個(gè)絕對(duì)標(biāo)準(zhǔn)，使用10,000尼特作為目標(biāo)峰值亮度。然而，實(shí)際上沒(méi)有顯示器能夠達(dá)到10,000尼特的峰值亮度...因此，如果給定顯示器的峰值亮度明顯低于10,000尼特，尤其是許多家庭電視的亮度低于1,000尼特，那么Delta-E值如何能準(zhǔn)確地表示給定顯示器相對(duì)于HVS的色彩準(zhǔn)確性呢？

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不幸的是，針對(duì)PQ HDR引入了一種新的dE指標(biāo)?- dE ITP，它在應(yīng)用于ST2084（PQ）配置文件時(shí)將10,000尼特鎖定為參考目標(biāo)亮度。這意味著對(duì)于具有不同峰值亮度能力的PQ顯示器，給定測(cè)量亮度點(diǎn)的報(bào)告的dE值不會(huì)改變，而這與HVS對(duì)不同對(duì)比度水平的視覺(jué)條件下的響應(yīng)不一致。

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如果使用PQ標(biāo)準(zhǔn)的10,000尼特來(lái)定義顯示器的Delta-E值，而該顯示器的峰值亮度要低得多，那么得到的值將與HVS的感知相對(duì)不準(zhǔn)確，并展示出比HVS實(shí)際感知更高水平的準(zhǔn)確性。

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然而，如上所述，除了dE ITP之外的所有其他Delta-E計(jì)算都使用定義的目標(biāo)峰值亮度作為dE值計(jì)算的參考。因此，與使用dE ITP（或dE00/76）時(shí)的PQ HDR默認(rèn)值10,000尼特相比，使用顯示器的實(shí)際峰值亮度值作為目標(biāo)，將會(huì)生成與HVS感知更貼切的dE00/76值，。

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這正是ColourSpace的工作原理，可以為任何色彩空間定義任何目標(biāo)峰值亮度值，包括基于PQ的HDR，這意味著在任何顯示器上使用dE 2000或dE 1976生成基于PQ的HDR的有效且感知準(zhǔn)確的dE值時(shí)，不同目標(biāo)峰值亮度值對(duì)HVS的影響可以被正確考慮。

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這種改進(jìn)的感知數(shù)據(jù)源于目標(biāo)峰值亮度是顯示器的真實(shí)峰值，因此意味著所有測(cè)量值都更接近峰值，從而生成更真實(shí)的dE值。

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dE 2000和dE 1976與dE ITP相比

dE00/76的計(jì)算取決于測(cè)量值和參考色塊的L*a*b值，這些值是根據(jù)參考白色的絕對(duì)亮度計(jì)算得出的。但在ITP中并非如此。

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因此，如果參考白色的絕對(duì)亮度發(fā)生變化，dE00/76的計(jì)算結(jié)果也會(huì)不同。dE00/76是顏色差異的相對(duì)度量。樣本的亮度越接近參考白色，就越可能觀察到顏色差異，即dE值越大。

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在ColourSpace中，對(duì)PQ配置文件進(jìn)行評(píng)估時(shí)可以證明這一點(diǎn)，只需改變目標(biāo)色彩空間的峰值白色值，并在dE00/76和ITP之間切換。dE ITP的值不會(huì)受到PQ參考白色亮度的任何變化的影響，而dE00/76將顯示出變化。

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當(dāng)然，可以在ColourSpace中使用dE ITP來(lái)處理SDR和HLG顯示配置文件，但I(xiàn)TP使用的dE算法所報(bào)告的值與dE00/76相比會(huì)有較大的差異，并錯(cuò)誤地暗示了校準(zhǔn)中的視覺(jué)錯(cuò)誤，而實(shí)際上這些錯(cuò)誤并不存在或不可見(jiàn)。