Calibración del Monitor (I)

Existen dos conceptos que debemos separar antes de adentrarnos en el mundo de la calibración.
Cuando acometemos una tarea de calibrado, estamos llevando a cabo dos procesos:
Por un lado el calibrado que no es más que ajustar los mandos de nuestra pantalla. Las posibilidades esenciales de ajuste de un monitor son: la Gamma, la luminancia de blanco y negro y el punto blanco.
Y por otro, el proceso de caracterizado o perfilado, que es generar un perfil de salida que nos ayude a percibir los colores de una forma próxima a la realidad. Para esta fase necesitamos de una sonda o calibrador de monitores, que realice mediciones espectrales sobre la superficie de nuestra pantalla, y un software que genere el perfil de color ICC.

Cabe matizar que en este artículo solo abordaremos los aspectos relativos al propio monitor, y no a las condiciones de visualización. Es necesario insistir que una correcta calibración o caracterización de un monitor solo es válida si nos ajustamos a la norma ISO 3664:2009 Graphic technology and photography -- Viewing conditions

Aspectos iniciales:

La Gamma en los monitores:

Los aspectos de la Gamma son una herencia de las características del Tubo de Rayos Catódicos, empleado en los ya casi desaparecidos monitores CRT heredados del mundo del broadcast.
Durante el desarrollo de las primeras televisiones se observó un fenómeno por el cual la tensión aplicada al tubo de rayos catódicos no producía una relación lineal: la luminosidad no experimentaba un aumento equivalente a la tensión aplicada. En vez de la esperada respuesta lineal, fruto de las cargas electrostáticas del tubo, se producía una respuesta logarítmica que se traducía en un oscurecimiento de los medios tonos y una pérdida de contraste de la imagen.
La solución pasó por aplicar una señal en forma de curva opuesta a la generada por el defecto en la respuesta en los tubos de rayos catódicos. Sin embargo su implementación no fue llevada a cabo en las propias televisiones, sino que se realizaría en los dispositivos que generase la señal de TV, como cámaras, estudios, etc.

Sin embargo, hay que plantear, que la gamma no es un fenómeno exclusio de los tubos CRT, sino que es un fenómeno igualmente presente a como el sistema de visión humano percibe los cambios en la luminosidad. Es decir, la gamma también se define como la falta de uniformidad en la percepción de la luminosidad, entendida como cantidad de luz. Este es le motivo, por el cual aún hoy en día, usando monitores TFT desprovistos de tubos CRT la gamma sigue estando presente en nuestros discursos.

¿Cómo afecta la Gamma al color?

La gamma afecta en un primer momento a la luminancia de la imagen, o lo que coloquialmente se entiende como la sensación de luminosidad.
La luminancia es el resultado de la tensión (T) elevada a la gamma (g): L = T^g
Cuanto mayor es el factor de gamma menos pronunciada será la pendiente de la curva y mayor oscurecimiento y menor contraste presentará la imagen.
De esta forma la diferencia de luminancia para unas tensiones de 0.5 y 0.2 mV, para una gamma de 1.8 tendríamos:
0.5^1,8 - 0.2^1,8 = 0.23 cd/m²

Los mismos valores con una gamma de 2.8:
0.5^2,8 - 0.2^2,8 = 0.13 cd/m²

Es fácil deducir por tanto, que a mayor factor de gamma menor diferencia de luminancia entre dos valores de tensión.

Sin embargo para un sistema RGB la luminancia es el resultado de la suma de los 3 canales, pero de forma que el Rojo ofrece el 29%, el Verde el 58% y el Azul el 11% de dicha suma.
De esta forma si la luminosidad cae un 50%, el canal Rojo caerá un 14%, el Verde 29% y el Azul 5.5%.

¿Cómo se hace la corrección de gamma en los monitores?

Como decíamos en la introducción para compensar la curva generada por el error de gamma es necesario aplicar a la señal una misma curva pero en sentido inverso, e lo que se conoce como corrección de gamma, o lo que es lo mismo, el Logaritmo de base 10 de la luminancia:

Curva de Ajuste = LOG₁₀(Luminancia)

Si a la tensión le aplicamos la siguiente función:

Luminosidad = Tensión^LOG(gamma)

Obtenemos una señal de luminancia perfectamente compensada.

Como valores de gamma para nuestra calibración, lo más común es usar la gamma 2,2. Durante años el standard de la industria gráfica fue la gamma 1.8, que los Macintosh ya traían preconfigurada. Sin embargo, hoy en día prácticamente si nos dedicamos a la impresión o al vídeo, la gamma 2,2 es lo más habitual.

Ajustes de la luminancia del blanco y del negro

La luminancia de blanco y la luminancia de negro, son lo que coloquialmente podemos entender como la cantidad de luz que irradian los píxeles blancos, y la cantidad que irradian los píxeles negros.
El índice de contraste de un monitor es la relación entre la luminancia del negro y la luminancia del blanco, a mayor diferencia, mayor contraste, de forma que:

Contraste = Luminancia del blanco / Luminancia del negro

Así si tenemos una luminancia de blanco de 90 cd/m² y una luminancia de negro de 0.30 cd/m² tendremos una relación de contraste de 3:1

Las variaciones de estos parámetros se realizan a través de los controles del monitor de brillo, contraste o retroiluminación, dependiendo del monitor y en la mayoría de casos bajo botones un tanto ambiguos, esencialmente debido a que la tecnología TFT es muy diferente a la CRT de donde se heredan estos conceptos. Dichos valores sólo son cuantificables a través de una sonda de calibración de monitores o usando un exposímetro de fotografía, tal y como veremos posteriormente. Esta información es interesante tanto para normalizar el visionado y fundamental para las operaciones del perfilado.

La luminancia del negro es un tema complejo cuando trabajamos con TFTs, ya que estas están permanentemente retroiluminadas y lo que hacen los cristales de la pantalla es intentar bloquear en lo posible esta luz; situación que ofrece un rendimiento bastante inferior a una CRT (unas 58 veces menos). Si tenemos un valor muy bajo de luminancia de negro, los negros serán muy profundos y perderemos detalle en las sombras. Si por contra está demasiado alto, los medios tonos se elevarán, percibiendo la imagen con una mayor luminosidad. Los valores recomendados para la luminancia del negro están entorno a los 0,20 a 0,40 cd/m² siendo un valor habitual las 0,30 cd/m². La máxima influencia sobre la luminancia del negro se conseguía en los CRT con el ajuste del brillo.

La luminancia del blanco está asociada a la sensación de luminosidad, o lo que habitualmente se asocia al brillo del monitor. En los CRT su ajuste se realizaba con el mando del contraste, lo que producía un aumento de ganancia de en tubo de rayos catódicos. En las TFT está relacionado con la retroiluminación de las pantallas, o los típicos botones de los portátiles para subir y bajar el 'brillo'.
La percepción de la luminancia del blanco está asociada en cierta medida a la luz ambiente de nuestra habitación, a más luz necesitaremos un valor más alto y a menos luz uno más bajo. Sin embargo, lo recomendable es situarlos entre 80 a 100 cd/m².
Si no tenemos una sonda podemos realizar una medición con la cámara o un fotómetro de mano según la fórmula:

Luminosidad = 15.41* f² / S * T

f = Diafragma
S = Sensibilidad ISO
T = Tiempo (1/8, 1/30, etc)

NOTA: Esta ecuación aunque bien conocida, nos ofrece valores relativamente aproximados, ya que un exposimetro calcula la exposición para un gris del 18%, y todo lo que se salga de ahí comete un error de cálculo, por lo que al exponer sobre un "blanco" de una pantalla, la medición no será precisa.

Al hacer estudios de luminancia de blanco observaremos valores mucho menos optimistas que los ofrecidos por los fabricantes, esto es debido a que estos realizan los test con pantallas en blanco absoluto a la máxima ganancia y en habitaciones en obscuridad total, una situación un tanto irreal.

Como curisidad, y ya puestos a usar la calculadora, si a la luminancia máxima del blanco le aplicamos el logaritmo de base dos, obtenemos el rango dinámico de la pantalla en pasos.
Rango dinamico en pasos = LOG₂(Luminancia máxima)

Hay varias formas de fijar el punto blanco. Por una parte está el poder definirlo nosotros previamente en el software de calibrado (ej: 90 cd/m2); posteriormente durante la fase de lectura de la sonda el software nos pedirá que ajustemos los niveles de brillo de la pantalla hasta hacerlos coincidir con lo que nosotros hemos fijado previamente. La sonda irá midiendo estos niveles y mostrándolos en una tabla.
Otra posibilidad es la de no indicar el valor de salida de la luminancia de blanco. De esta forma lo más probable es que el software de calibrado elija los valores nativos o extremos del monitor entorno a los 140 cd/m² y posteriormente nos solicite que subamos el nivel de brillo hasta ese valor. Una situación que, dependiendo de la iluminación ambiental, puede resultar un tanto desagradable e incluso dañina.

Ajuste del punto blanco

Los ajustes del punto blanco se realizan como una consecuencia del fenómeno físico conocido como Cuerpo Negro  .
Las teorías entorno al cuerpo negro son las que dan lugar a los fenómenos de la temperatura de color, con los que es probable que el lector esté más familiarizado.
La consecuencia de desplazar el punto blanco a lo largo de lo que se conoce como 'Locus de Plank' en el mapa CIE, produce los fenómenos de variación de temperatura de color, una vez que nos salimos del punto blanco 6500K, con una tendencia a los tonos cálidos si nos desplazamos a la derecha 6500k.

En lo quese a calibración de monitores se refiere, hay cierta controversia en cuanto a si usar una calibración para luz de día 6500k, el estándar pero con una sensación más fría, ó 5000k, el standard de la industria gráfica pero más cálida.
Una pequeña ayuda a esta decisión la podemos encontrar en el nivel de luz ambiental. Una primera recomendación es usar 6500K para ambientes moderadamente iluminados y hasta 5500K para ambientes muy poco iluminados. Aunque en general a veces se suele buscar una media y optar por unos 5200K-5700K, yo, sin embargo, me encuentro más cómodo a 6500K, ya que en mi entorno de trabajo la luz es ligeramente cálida.