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Brillo, gamma, los parámetros básicos de los monitores

Comenzamos esta serie de artículos de El Ojo Clínico con el análisis de dos parámetros básicos de cualquier sistema de representación de video, bien sea un monitor, un proyector, videowalls, etc: el brillo y la gamma. En posteriores entregas iremos desgranando otros aspectos relacionados con la imagen y con su calidad, las razones por las que se pueden producir distorsiones del color, cómo medir la fiabilidad de los monitores y cómo solucionar (hasta donde sea posible) los desajustes e imperfecciones que lamentablemente siempre se producen.

 

La digitalización  ha supuesto un cambio de paradigma en la Industria Audiovisual tan profundo que ha requerido una reconversión de nuestra forma de pensar y de trabajar. Desde el punto de vista tecnológico, poco de lo que era válido hace solo unos años, se mantiene ahora en pie. Constantemente aparecen nuevas generaciones de equipos, herramientas y aplicaciones que suceden a las anteriores en un ciclo continuo. Aunque si bien es verdad que cada nueva generación de productos comporta mejoras respecto a la anterior, y ciertamente estamos viviendo una de las etapas más apasionantes de la comunicación humana, es necesario reconocer que estos avances van a menudo más deprisa que nuestra capacidad para comprenderlos.

 

En esta ocasión vamos a centrar nuestra reflexión en los monitores, que son  el último eslabón de la cadena de valor de la Industria Audiovisual. El monitor es la conexión final de la tecnología con el factor humano, con el ojo y la mente, con el mundo de las sensaciones. De poco sirve esmerarse en cada una de las etapas del proceso técnico-creativo si luego vemos el programa en un monitor desajustado o simplemente malo, que no muestra los detalles oscuros, o muestra los blancos quemados, o todos los colores virados hacia el verde,  etc. O, lo que es todavía peor, de qué sirve ajustar las cámaras o pasar innumerables horas realizando una corrección de color para dar el tono dramático deseado a la imagen de nuestro programa si esto lo hacemos sobre un monitor desajustado y cuando nosotros creemos que hemos conseguido un precioso tono que evoca el ambiente que queremos comunicar, realmente hemos dejado unos colores totalmente distintos a los deseados.

 

Debemos ser conscientes de que los monitores son, esencialmente, equipos analógicos con todo lo que ello conlleva. La apabullante digitalización de los procesos de producción, tan genial como práctica, que nos asegura que la imagen no se degrada a lo largo del proceso de producción, postproducción, emisión, etc, podría llevarnos a pensar que los monitores, por el hecho de tener entradas digitales, están libres de pecado, que son perfectos, vaya. Lamentablemente esto no es así: El monitor ciertamente recibe la señal en formato digital, pero debe convertirla a analógico para mandar la información a cada uno de los pixeles (o más precisamente a cada subpixel RGB) de cuál es la cantidad de luz que debe dejar pasar o que debe generar, si es un LCD o un OLED, respectivamente. De modo que la conversión digital/analógica, el procesado de la señal analógica, y la extrema precisión que esta debe tener para que el color reproducido sea el correcto, junto con los múltiples factores que hacen que las señales deriven de su valor teórico, hacen que la imagen realmente presentada pueda parecerse muy poco a la imagen definida por los valores digitales que le llegan al monitor través del cable de video SDI.

 

Brillo

Comenzaremos por recordar las ideas básicas del funcionamiento de los monitores de tubo, que todos tenemos como referencia. Estos producen luz disparando un haz de electrones sobre pequeños puntos de fósforo (los píxeles). Realmente son tres haces de electrones, cada uno de ellos incidiendo sobre un subpíxel (rojo, verde y azul), de modo que el brillo y color de un pixel se produce mediante la suma de la luz generada por el fósforo de los tres subpixeles. Debido a las limitaciones prácticas a la hora de construir los monitores de tubo, el brillo máximo que se podía conseguir para un blanco al 100% era de 100 Nits (o Candelas por metro cuadrado), lo cual convirtió los 100 Nits en el valor de referencia. Este valor se ha mantenido durante toda la era analógica, y también es válido para las normas de video digital SDI y para el video en HD, pero con la llegada de los monitores LCD de altas prestaciones y los monitores OLED, y coincidiendo con la aparición de las normas asociadas a la UHD (o 4K) se han definido estándares de mucho mayor brillo, los HDR, o alto rango dinámico, de los que hablaremos en posteriores entregas.

 

Imagen 1

Imagen 1

 

Por lo tanto, cualquier monitor en el que queramos ver una imagen SD o HD deberá estar ajustado a un brillo de 100 Nits para un blanco al 100%. En los monitores de LCD este parámetro se ajusta mediante el parámetro backlight o retroiluminación (en algunos casos se ajusta con el brillo). Se recomienda que la iluminación de la sala sea tenue e incolora para no enmascarar o colorear los tonos oscuros de la imagen.

 

El ajuste del brillo y el contraste se realizan usando señales test del tipo de las mostradas en Imagen 1 e Imagen 2. Muchos generadores de video incluyen señales test similares.

 

Se ajustará el brillo para que el rectángulo de valor 20 sea visible, pero no se vea ninguno de los de menor valor (infranegros). De la misma manera ajustaremos el contraste para que sea visible el rectángulo 235 (es recomendable pero no necesario que se vean los rectángulos de mayor brillo).

 

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Imagen 2

 

Es muy importante asegurarse de que la señal test sea la correcta y los grises de 16 y 235 realmente corresponden a esos valores en la señal digital, para ello deberemos evitar que la señal pase por conversores de cualquier tipo. En última instancia, un monitor de forma de onda será muy útil para chequear la señal que llega al monitor y asegurarnos de que estamos ajustándolo con los valores correctos. Algunos de los monitores de referencia incorporan medidores que nos facilitan esta tarea.

 

Debemos tener en cuenta que los ajustes de brillo, contraste y backlight interactúan entre ellos, de modo que es necesario chequear los tres valores cada vez que se ajuste uno de ellos.

 

La Gamma

El ojo humano responde a la luz de forma logarítmica, lo que significa que cuando vemos una escalera de grises, a pesar de que nos parece que el brillo aumenta de forma continua, la cantidad real de luz real entre dos barras adyacentes aumenta de forma exponencial, donde el exponente es la Gamma. Como referencia, un valor de gamma habitual es 2,4, es decir que cada barra tiene 2,4 veces la cantidad de luz de la barra anterior. En los tiempos no tan lejanos de las cámaras y monitores de tubos, las cámaras y los monitores se comportaban de forma exponencial, aunque con una curva inversa uno del otro, de modo que la curva de gamma venía implícita en los equipos. Sin embargo, los sensores de estado sólido de las cámaras modernas tienen una respuesta lineal, al igual que los monitores actuales LCD, de plasma, u OLED también tienen una respuesta lineal (aproximadamente).

 

A pesar de que podríamos pensar que la Gamma es una reliquia de usos  ya anticuados, resulta totalmente de actualidad porque es un método de compresión muy eficaz, al  asegurarnos que sólo se asignan, se guardan y se transmiten valores (y diferencias de valores) que serán visibles por el ojo, y que no se usan bits en codificar incrementos de brillo que el ojo no va a percibir.

 

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La Gamma tiene una importancia extrema en el diseño de la electrónica analógica de un monitor: unos pocos milivoltios de error en los valores bajos de señal significan importantes diferencias de brillo, y por lo tanto un color visiblemente distinto del ideal, lo cual hace necesario controlar con mucha precisión la tensión de cada uno de los subpixeles y que esta sea estable a lo largo del tiempo, para que el color resultante no se tinte de un tono o de otro.

 

Como resultado práctico de lo que hemos comentado, a continuación presentamos un gráfico donde se puede ver el comportamiento de un monitor LCD real, un monitor profesional fabricado recientemente. En la parte central de la imagen se observan las desviaciones sobre el valor teórico de los valores de Gamma de cada uno de los tres colores. En la parte derecha se aprecia el valor  de la curva de Gamma medido para la luminancia en toda la escalera de grises, junto con sl valor teórico. Así mismo, en el lado izquierdo se muestran los valores de DeltaE para cada uno de los niveles de gris. El parámetro DeltaE mide cuánto de visible es la diferencia entre el valor teórico y el valor real medido, este parámetro es muy importante porque variaciones mínimas en brillo pueden ser muy visibles (especialmente en los grises y tonos piel) y variaciones grandes pueden no ser visibles (particularmente en colores brillantes y saturados).

 

No es lo mismo ver, que ver bien, y para conseguir un resultado óptimo y fiable  es necesario conocer cómo se comportan los monitores, saber que su calibración es fundamental y que aquí no acaba la historia, porque además existen otras variables -que trataremos en El Ojo Clínico- en próximas ediciones.

Equipos para entorno
BITAM 2016. Entrevis
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