Calibration vidéo REC709 du Sony VPL-HW65ES

Introduction et objet de ce dossier

L’objet de ce dossier est de vous présenter une analyse approfondie de la calibration vidéo REC709 mise en œuvre sur le Sony VPL-HW65ES.

Les résultats présentés plus-bas sont le reflet des mesures réalisées dans les conditions suivantes:

• Utilisation du Sony VPL-HW65ES avec son mode prédéfini REFERENCE, sans aucune modification.
• Utilisation du Sony VPL-HW65ES après une calibration vidéo manuelle REC709 réalisée au travers des outils mis à disposition par Sony pour les primaires et les secondaires et via l’outil Sony Projector Calibration Pro pour le gamma et l’échelle de gris.

Protocole et explication de la méthode

L’analyse développée dans ce dossier s’appuie sur un raisonnement dit « par différences » dont les prérequis suivants ont été systématiquement vérifiés et appliqués:

• Environnement de projection identique pour chacune des campagnes de mesures : temps de chauffe des appareils identique, durées maximales d’utilisation identiques, température ambiante régulée et constante (21°C).
• Distance et positionnement de la sonde colorimétrique identique pour chacune des campagnes de mesures.
• Utilisation d’une sonde colorimétrique professionnelle ayant une très bonne répétabilité et fiabilité des mesures.
• Utilisation d’un spectromètre professionnelle pour étalonner le colorimètre.
• Utilisation du même générateur de mires pour toutes les campagnes de mesures.
• Utilisation des mêmes couleurs pour vérifier les calibrations.

Présentation de l’environnement et du matériel utilisé

Toutes les mesures ont été réalisées dans ma salle dédiée qui est totalement noire : murs avec tissu acoustique noir, sol avec moquette noire et plafond avec des dalles acoustiques noires. Les dimensions de ma salle sont les suivantes : 6.5m x 4m x 2.35m.

Les matériels et moyens utilisés étaient les suivants :

Couleurs de référence pour mener les comparaisons des différentes calibrations

Afin de mener une comparaison pertinente entre les différentes calibrations, je les ai évaluées à l’aide de 9581 couleurs – dites de référence pour ce test – incluant 101 points pour l’échelle de gris.

Sachant qu’une couleur est la somme de 3 composantes, le rouge, le vert et le bleu, que chaque composante peut être codée numériquement sur 8 bits avec une valeur comprise entre 0 et 255 alors toutes les couleurs peuvent se représenter graphiquement dans un cube dont la structure principale est construite de la manière suivante:

• les 3 axes principaux de ce cube sont les couleurs primaires (R,V,B) à différentes valeurs de luminance et de saturation,
• la diagonale du cube est l’échelle de gris (ou points de saturation nulle),
• les 8 sommets du cube sont le Rouge, le Vert, le Bleu, le Jaune, Le Cyan, le Magenta, le Blanc, toutes à 100% de luminance et 100% de saturation, et le Noir.

Ci-dessous la représentation en 3D des couleurs utilisées pour vérifier les calibrations (à gauche) comparée à la représentation 3D d’une vérification de type ISF (à droite) tout à fait standard faite sur 131 couleurs de référence (incluant 10 points de l’échelle de gris et le colorchecker SG).

Comparaison d’une vérification sur 9581 points (à gauche) versus ISF (à droite)

Grâce à ces deux représentations graphiques en 3D, vous pouvez vous rendre compte qu’une vérification de type ISF n’aurait grossière approximation pour évaluer la pertinence des calibrations car trop de points auraient alors été ignorés.

L’objectif de ce dossier est donc de vous présenter une analyse plus en profondeur sur 9581 points.

Films choisis pour créer les screenshot illustrant ce dossier

Les screenshots de ce dossier sont proposés uniquement à des fins d’illustration. En effet, il n’est pas possible de juger d’une calibration à l’aide de screenshot pour la simple et bonne raison que l’écran de votre ordinateur n’est probablement pas calibré.

Les films utilisés sont:

• Le seigneurs des anneaux
• Oblivion
• 300 : La naissance d’un Empire
• Lucy
• Wall-e
• Dragon

Conclusion

Ce dossier étant relativement long et technique, j’ai décidé de donner la conclusion de mes analyses dès le début de l’article. La voici :

Ci-dessous vous trouverez des graphiques et des statistiques qui viennent étayer cette conclusion.

Le dossier est divisé en deux parties : la première partie est sur la calibration vidéo REC709 et la seconde donne quelques screenshots illustratifs.

Note : sauf mention contraire, les captures d’écrans pour les courbes sont toutes issues de mon outil d’analyse.

REC709 - Distribution DeltaE sur l’ensemble des points mesurés

Le mode REFERENCE permet d’obtenir un deltaE 2000 moyen de 1.644 sur 9581 points de mesures, c’est excellent. La calibration 1DLUT permet d’atteindre une moyenne à 0.7763.

Le tableau et les graphes ci-dessous montrent le nombre de points (en ordonnée) qui appartiennent à une fourchette de deltaE 2000 (en abscisse). Idéalement nous devrions n’avoir que des deltaE 2000 compris en 0 et 1. Un DeltaE2000 au dessous de 3 est considéré comme acceptable, au dessous de 2 comme conseillé. Après la calibration 1DLUT il reste exactement 13 couleurs (sur 9581) ayant un dE2000 compris entre 3 et 4 contre 451 couleurs ayant un dE2000 entre 3 et 6 pour une utilisation avec le mode REFERENCE.

Si les deux graphes ci-dessous sont strictement identiques, la représentation par courbes donnée dans la deuxième colonne illustre mieux l’impact très positif qu’a eu la calibration 1DLUT.

En jaune, le résultat après calibration, en mauve le résultat avec le mode REFERENCE.

Représentation par bargraph [Avant vs Après]	Représentation par courbes [Avant vs Après]
Sony HW65 - DeltE profil 1	Sony HW65 - DeltE profil 2

Sony HW65 - DeltaE - nombre de points proche DE max après calibration

REC 709 - Diagramme CIE

Le diagramme CIE permet d’avoir une bonne idée du comportement global du vidéo projecteur, avec entre autres, sa capacité à reproduire tout ou partie de l’espace couleur REC709 . En mode REFERENCE c’est très bon, la calibration 1DLUT va permettre de finir correctement le travail (on le voit sur les saturations intermédiaires). Les captures d’écran sont issues de l’interface graphique de LightSpace CMS.

CIE à 75% de stimuli avant calibration	CIE à 75% de stimuli après calibration
Sony HW65 - CIE 75% - REFERENCE	Sony HW65 - CIE 75% - 1DLUT

REC709 - Échelle de gris

Avec l’utilisation du mode REFERENCE, nous obtenons un deltaE 2000 moyen de 2.5191 avec un maximum à 3.6995. Cela se traduit concrètement par une perte de précision entre 20% et 80% de stimuli (20-80IRE). La calibration 1DLUT permet de rectifier cette tendance et de retrouver une bonne cohérence dans l’ensemble des DeltaE 2000 de l’échelle de gris.

Le tableau et les graphes ci-dessous montrent pour chaque niveau de luminance (stimuli en %) (en abscisse) la valeur de DeltaE 2000 obtenue (en ordonnée).

DeltaE Echelle de gris avant calibration	DeltaE Echelle de gris après calibration
Sony HW65 - DeltaE Echelle gris - REFERENCE	Sony HW65 - DeltaE Echelle gris - 1DLUT

REC709 - Luminance

Le réglage de la luminance est une étape clé de la calibration car elle n’intervient pas seulement sur l’échelle de gris mais bel et bien dans la reproduction de toutes les couleurs du cube RVB. Pour REC709 elle est de la forme :

Luminance = stimuli ^2.2.

La saturation n’entre pas en compte dans le calcul de la luminance, son réglage peut donc se faire via l’échelle de gris constitués par les points du cube à saturation nulle. Régler la luminance de l’échelle de gris revient à régler la luminance pour toutes les couleurs du cube RVB.

C’est donc le réglage de cette courbe qui détermine comment nous allons percevoir toutes les couleurs. C’est aussi ce réglage qui permet d’annuler ou réduire tous les artefacts que nos yeux savent détecter naturellement comme les aplats de couleur, les blanc brulés, les noirs bouchés, les remontés de pixels bleu dans les scènes sombres (bruit), etc.

Le taux de contraste ON/OFF dans le mode REFERENCE était plutôt bas puisque valant à peine [5861.5 : 1], la calibration 1DLUT avec un bon travail sur les noirs permet d’obtenir [9978.2 : 1] sans jamais boucher les noirs.

REC709 - Gamma

Cette information est strictement équivalente à la luminance. Elle donne une représentation graphique de l’exposant utilisé pour le calcul de la courbe de luminance. Cet exposant qu’on appelle gamma devrait être constant et égale à 2.2 (la courbe horizontale noire dans les courbes ci-dessous).

Dans ma salle, le mode REFERENCE et la calibration 1DLUT permettent d’obtenir un gamma moyen de 2.19, c’est excellent. La calibration 1DLUT permet d’apporter une meilleure cohérence sur l’ensemble des niveaux vidéo.

En jaune, le résultat après calibration, en mauve le résultat avec le mode REFERENCE. Les deux graphiques sont strictement équivalents.

Représentation exposant Gamma [Avant vs Après]	Représentation de la luminance [Avant vs Après]
Sony HW65 - Gamma	Sony HW65 - Luminance

REC709 - Température couleur

La température couleur du mode REFERENCE est assez éloignée des 6500K requis puisque valant 7070.92K (calculée sur 94 points).

La calibration 1DLUT va permettre de repositionner la courbe et d’atteindre la valeur moyenne de 6507.32K (calculée sur 94 points) qui est donc très proche des 6500K requis par la norme.

Ci-dessous, retrouvez ces données sous la forme de graphiques. Idéalement, les courbes devraient se superposer à la courbe horizontale noire.

En jaune, le résultat après calibration, en mauve le résultat avec le mode REFERENCE.

Sony HW65 - Température couleur avant/après calibration

REC709 - Balance RVB sur 101 points

La balance RVB du mode REFERENCE apporte une dominante bleu, la calibration 1DLUT va permettre d’améliorer les choses.

Le graphique montre la balance RVB sur 101 points. L’idéal est d’avoir les 3 courbes R, V et B confondues et alignées sur l’axe des abscisses. Les captures d’écran sont issues de l’interface graphique de LightSpace CMS.

Balance RVB sur 101 points avant calibration	Balance RVB sur 101 points après calibration
Sony HW65 - Balance RVB - REFERENCE	Sony HW65 - Balance RVB - 1DLUT

REC709 - Distribution DeltaE par saturation

Cette section permet d’avoir une très bonne idée de la distribution en DeltaE 2000 pour la totalité des points mesurés, par saturation et pour toutes les valeurs de luminances utilisées pour créer les 9581 points de référence.

Dans les graphes ci-dessous vous aurez en abscisse le pourcentage de couleurs dont la saturation est comprise entre deux valeurs (en pourcentage), en ordonnée le DeltaE 2000 moyen calculé pour ces couleurs.

Par exemple, pour la calibration 1DLUT  :

• 0 (1.1%): correspond aux points de saturation nulle (les gris), au nombre de 1.1% x 9581 points soit 105 points aux arrondis près. En fait il y en a 101. Le deltaE 2000 moyen vaut environ 1.
• 5-10 (0.7%): correspond aux points de saturation comprise entre 5% et 10%, au nombre de 0.7% x 9581 points soit environ 68 points. Le deltaE 2000 moyen vaut environ 1.

On se rend compte que la calibration 1DLUT apporte la cohérence nécessaire sur l’ensemble des couleurs. Toutes les couleurs après calibration sont reproduites avec le même niveau de justesse vis-à-vis de la norme de référence.

En jaune, le résultat après calibration, en mauve le résultat avec le mode REFERENCE.

Sony HW65 - DeltaE saturations

REC709 - Distribution DeltaE par couleur

Ci-après la distribution en DeltaE 2000 par couleurs primaires (Rouge, Vert et Bleu), secondaires (Magenta, Cyan et Jaune) et autres couleurs (qui ne sont pas des primaires, ni des secondaires)

Rouge

DeltaE Rouge avant calibration	DeltaE Rouge après calibration
Rouge avant calibration	Rouge après calibration

Vert

DeltaE Vert avant calibration	DeltaE Vert après calibration
Vert avant calibration	Vert après calibration

Bleu

DeltaE Bleu avant calibration	DeltaE Bleu après calibration
Bleu avant calibration	Bleu après calibration

Magenta

DeltaE Magenta avant calibration	DeltaE Magenta après calibration
Magenta avant calibration	Magenta après calibration

Cyan

DeltaE Cyan avant calibration	DeltaE Cyan après calibration
Cyan avant calibration	Cyan après calibration

Jaune

DeltaE Jaune avant calibration	DeltaE Jaune après calibration
Jaune avant calibration	Jaune après calibration

Autres couleurs

DeltaE Autres couleurs avant calibration	DeltaE Autres couleurs après calibration
Autres couleurs avant calibration	Autres couleurs après calibration

Screenshots

Pour le plaisir des yeux ….

Les screenshots montrés ci-dessous sont issus de blu-ray dont l’encodage respecte REC709.

Fin de l’article, merci de l’avoir lu jusqu’au bout