Calibration REC709 du Sony VW300ES

Le Sony VPL VW300ES utilisé pour élaborer ce dossier m’a été prêté par Sony France (Maxime) avec l’appui de de l’enseigne CINEMOTION (Richard) et de mon confrère Cédric Sabattié. Je remercie chaleureusement toutes ces personnes pour leur confiance.

Vous pouvez réagir à cet article en consultant le topic dédié à ce dossier et hébergé sur le forum Cin&Son en cliquant ICI.

Introduction et objet de ce dossier

Pour faire suite à l’excellent article qu’a écrit mon confrère Cédric Sabattié sur ce vidéo projecteur et consultable sur le forum Cin&Son (cliquez ICI pour y accéder directement), j’ai souhaité étudier plus en profondeur les aspects calibration vidéo en choisissant d’explorer les trois méthodes de calibration décrites ci-après, que j’ai ensuite analysées et comparées entre elles afin de juger de leur pertinence et de leur apport :

  • Calibration usine REC709 réalisée par Sony en utilisant un mode prédéfini et en réglant uniquement le niveau de noir et de blanc.
  • Calibration 1DLUT REC709 réalisée au travers des outils mis à disposition par Sony : pour le gamma et l’échelle de gris, pour les primaires et les secondaires.
  • Calibration 3DLUT REC709 avec LightSpace CMS et mise en œuvre par l’interpréteur de 3DLUT Lumagen Radiance 2143.

Rappel sur REC709

REC709 est l’espace couleur de référence utilisé pour l’encodage et la reproduction des contenus Haute Définition (HD) disponibles notamment sur les disques Blu-Ray. La recommandation ITU-BT-709 ou REC709 pour la haute définition (1080p ou 1 920 × 1 080 pixels) est disponible en cliquant ICI.

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 du même générateur de mires pour toutes les campagnes de mesures
  • Utilisation des mêmes couleurs pour vérifier les 3 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 :

Un écran micro perforé au format 2.35.

Marque Oray, 3.5m de base. Gain de 1.0 (donc sans gain).

Le vidéo projecteur 4K Sony VW300ES.

Numéro série : 1000041, firmware : 1.000, lampe au début des tests : 290 heures. Placé à 5m de l’écran et à 1.90m de hauteur (utilisation du lens shift vertical).

Un câble HDMI-HDMI.

Marque HD Elite. Longueur 10m.

Un Lumagen Radiance 2143.

Firmware en Production 012515

Un lecteur de Blu-Ray pour vérifier subjectivement les calibrations.

Marque Oppo, modèle BD93.

Un colorimètre professionnel.

Marque Colorimetry Research, Inc., modèle CR-100.

Le logiciel LightSpace CMS de Light Illusion.

Version HTP pour effectuer la prise des mesures et la création de la 3DLUT.

Un logiciel d’analyse des profils et de création des statistiques.

Outil propriétaire que j’ai créé moi-même et que j’utilise pour réaliser mes prestations.

Un ordinateur portable.

Marque MSI, modèle GE60 sous Windows 8.1 64 bits dont l’écran et sa sortie HDMI ont été calibrés via le logiciel SpaceMatch DCM de Light Illusion.

Des mires adaptées.

Sur fond d’écran totalement noir dont la taille valait 11% de la surface de l’écran, mires générées par LightSpace CMS via le Lumagen Radiance 2143 à la résolution 2160p à 24 Hz en YCbCr 4:2:2 sur 12 bits

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 9611 couleurs – dites de référence pour ce test – incluant 98 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 Cubes

Comparaison d’une vérification sur 9611 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 pas été suffisante 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 9611 points.

Films choisis pour créer les screenshot illustrant ce dossier

En fait ce dossier ne comporte aucun screenshot. Ce choix va sans doute faire fuir beaucoup de lecteurs mais de mon point de vue il n’est pas possible de comparer des calibrations entre elles à l’aide de screenshot pour la simple et bonne raison que l’écran de votre ordinateur n’est probablement pas calibré.

Seule une comparaison via des mesures et des statistiques me semble pertinente. Si ce genre de démonstration vous rebute vous pourrez alors simplement lire le paragraphe suivant qui donne en quelques lignes ma conclusion et mon impression subjective sur les 3 moyens de calibration que j’ai mis en œuvre. Pour les plus courageux et curieux, le reste de ce dossier vous permettra d’aller plus au fond des choses et de vous faire votre propre opinion.

Conclusion : résultats de la comparaison des 3 moyens de calibration

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

Nous le savions déjà, lorsque vous ne disposez pas des moyens nécessaires pour faire une calibration , le mode REFERENCE du Sony VW300ES est bien le réglage à privilégier car il est très proche de la norme REC709. Sa mise en œuvre est quasi immédiate et demande juste un réglage du niveau de noir et du niveau de blanc. Cela doit se faire dans le vidéo projecteur avec respectivement les réglages de lumière et de contraste via les mires prévues à cet effet donc simplement à l’aide de notre ressenti visuel. L’analyse réalisée sur 9611 points est sans ambiguïté et confirme les excellents résultats obtenus mais elle montre aussi que le Sony est loin de donner tout ce qu’il a « dans le ventre ».

La calibration 1DLUT améliore déjà significativement les choses. Elle a été réalisée avec le CMS (Color Management System) embarqué dans le Sony et le logiciel Image Director 3 de Sony. Elle permettra de donner un grand coup de peps à l’image.

La calibration 3DLUT, sans surprise, permet de pousser encore plus loin le Sony pour l’amener au maximum de ses capacités. L’image est très dynamique et ne souffre d’aucun déséquilibre. Les noirs sont réglés pour être les plus profonds possibles sans qu’aucune information ne soit perdue (pas de noirs bouchés). Même constat dans les hautes valeurs de luminance, l’équilibre est parfait. La 3DLUT a été générée avec le logiciel LightSpace CMS et l’interpréteur de 3DLUT qui la met en œuvre est un Lumagen Radiance 2143.

Dans tous les cas, la calibration, qu’elle soit 1DLUT ou 3DLUT, permet d’accroitre la profondeur de champ et de redonner aux couleurs tout leur éclat et leur réalisme.

Le Sony VW300ES est un excellent produit avec un potentiel énorme lorsqu’il est bien mis en œuvre. Sa calibration est une étape incontournable. L’ajout d’un interpréteur 3DLUT sera un choix des plus judicieux.

Ci-dessous la démonstration par des graphiques et des statistiques bien plus parlante que de grands discours.

Distribution DeltaE sur l’ensemble des points mesurés

Le mode REFERENCE permet d’obtenir un deltaE 2000 moyen de 2.3202, Sony a fait du bon travail. J’ai rarement constaté ce résultat sur autant de points (9611) avec un mode préréglé en usine.

La calibration 1DLUT va améliorer significativement les choses en apportant un meilleur équilibre colorimétrique, la moyenne passant à 0.9542. Avec la calibration 3DLUT il reste vraiment très peu de points avec un deltaE 2000 supérieur à 1 (540 exactement), ce qui est excellent. La 3DLUT est un véritable « booster » de performance.

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 qu’une seule barre, la plus à gauche possible (deltaE 2000 compris en 0 et 1).

DE2000 - Ensemble des 9611 points - TAB et courbes

DE2000 – Ensemble des 9611 points – mode REFERENCE (haut), 1DLUT, 3DLUT (bas)

Color Checker SG

Le color checker SG inclut 175 couleurs que nous avons l’habitude de voir comme, entre autres : le bleu du ciel et de la mer, les couleurs de la peau, le vert des forêts, le blanc, le noir, les gris, cette liste n’est pas exhaustive.

Le mode REFERENCE reproduit assez fidèlement l’ensemble des couleurs. Il permet de reproduire près de 52% des couleurs avec un deltaE 2000 inférieur à 2.2. La calibration 1DLUT permet d’arriver à 90%, la 3DLUT à 100%.

Color Checker SG - TAB et couleurs

DE2000 – Les 175 couleurs du Color Checker SG

Échelle de gris

Le mode REFERENCE de mon exemplaire et mis en œuvre dans mon installation (réglage de la luminosité et du contraste) avait tendance à rendre les noirs légèrement gris et à réduire la profondeur de champs. La calibration 1DLUT a permis d’améliorer le rendu en apportant une meilleure dynamique de l’image (les différents plans d’une image sont bien mieux détachés) et rendre les noirs plus profonds avec très peu de détail perdu. La calibration 3DLUT vient corriger tous les petits défauts de la calibration 1DLUT.

Remarque

le contraste séquentiel qui est la division de la luminance Max par luminance Min est légèrement inférieur pour la calibration 3DLUT car cette dernière a effectué un travail sur le blanc à 100% de luminance pour apporter la cohérence dans les autres couleurs. Globalement les 2 calibrations permettent d’obtenir une valeur de contraste séquentiel d’une valeur de 7000. Pour faire mieux il aurait fallu disposer d’un réglage d’iris manuel. De mémoire avec le Sony VW500ES que j’avais possédé quelques jours pour essai, j’étais arrivé à environ 10000 de contraste.

Le mode REFERENCE met en oeuvre une courbe de luminance avec une forme en « S », ceci impacte directement l’ensemble des couleurs, le deltaE 2000 de l’échelle de gris permet de s’en rendre compte : nous obtenons un deltaE 2000 moyen de 2.9674 avec un maximum à 6.2221. Cela se traduit concrètement par une perte de précision entre 20% et 80% de stimuli (20-80IRE) sous la forme d’un déséquilibre de la luminance, le film Oblivion est un excellent moyen pour s’en rendre compte avec les scènes dans le désert lorsque le soleil est couchant sur l’horizon : les différents plans de l’image ne sont pas assez marqués, on perd l’information du soleil couchant et rasant. La calibration 1DLUT via l’outil Image Director 3 permet de rectifier cette tendance et de retrouver une bonne cohérence dans l’ensemble des DeltaE 2000 de l’échelle de gris.

La calibration 3DLUT permet d’aller plus loin encore. Les réglages de gamma paramétrique du Lumagen Radiance 2143 auraient permis d’améliorer encore les choses mais j’ai souhaité laisser la 3DLUT brut, sans aucune optimisation manuelle.

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

DE2000 - Echelle de gris - TAB et courbes

DE2000 Échelle de gris sur 98 points – mode REFERENCE (haut), 1DLUT, 3DLUT (bas)

 

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.

Ci-après les courbes de Luminance mesurées sur 98 points pour les 3 calibrations.

DE2000 - Luminance - TAB et courbes

Luminance sur 98 points – mode REFERENCE (haut), 1DLUT, 3DLUT (bas)

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 offre un gamma moyen de 2.13, c’est plutôt très bon. La calibration 1DLUT via Image Director 3 ainsi que la calibration 3DLUT permettent de s’approcher plus près de la norme avec des valeurs respectivement égales à 2.19 et 2.25 contre 2.22 qui est la valeur de référence.

DE2000 - Gamma - TAB et courbes

Gamma sur 98 points – mode REFERENCE (haut), 1DLUT, 3DLUT (bas)

Température couleur

La température couleur du mode REFERENCE est assez éloignée des 6500K requis. Le résultat à l’image reste toutefois très bon car la température couleur est homogène. Avec ses 6042K ce mode restitue tout de même une image plaisante à regarder.

La calibration 1DLUT va permettre de repositionner la courbe et d’atteindre une valeur moyenne sur 98 points qui se rapproche de 6500K visés sans pouvoir l’atteindre car le logiciel Image Director 3 de Sony, s’il est efficace, reste difficile à utiliser. Des petits bugs rendent son utilisation peu aisée et cela génère de l’imprécision lors des réglages fins.

La 3DLUT quant à elle permet d’approcher les 6500K requis.

Ci-dessous, retrouvez graphiquement toutes ces données. Idéalement, la courbe rouge devrait se superposer à la courbe horizontale noire.

Temperature couleur - TAB et courbes

Température couleur sur 91 points – mode REFERENCE (haut), 1DLUT, 3DLUT (bas)

Balance RVB sur 20 points et 98 points

La balance RVB du mode REFERENCE souffre de la forme en « S » de la courbe de luminance. Image Director 3 va permettre d’améliorer les choses. La 3DLUT est excellente mais reste perfectible mais je ne suis pas certain que l’améliorer encore changerait quoi que se soit au rendu final.

A noter que je n’ai pas souhaité régler manuellement l’échelle de gris après l’application de la 3DLUT. LightSpace CMS ainsi que le Lumagen Radiance 2143 permettent de faire cet ajustement manuel sur la 3DLUT générée via leur réglage de gamma paramétrique mais pour ce dossier j’ai décidé de laisser le résultat brut.

Le graphique le plus à gauche, sur 20 points, représente la balance RVB en % pour les blancs avec un niveau vidéo compris entre 5% (proche du noir) et 100% (le blanc). L’idéal est d’avoir les barres R, V et B alignées sur le 100%.

Le graphique le plus à droite représente la balance RVB sur 98 points (les captures d’écran sont issues de l’interface graphique de LightSpace CMS ). L’idéal est d’avoir les 3 courbes R, V et B confondues et alignées sur l’axe des abscisses.

Les deux représentations sont strictement équivalentes.

A l’image il m’a été très difficile de faire la distinction entre le rendu issue de la calibration 1DLUT et celui issu de la 3DLUT.

Balance RVB 20 et 98 points

Balance RVB 20 et 98 points – mode REFERENCE (haut), 1DLUT, 3DLUT (bas)

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 9611 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 :

  • 0 (1%): correspond aux points de saturation nulle (les gris), au nombre de 1% x 9611 points soit 96 points aux arrondis près. En fait il y en a 98. Le deltaE 2000 moyen vaut environ 3.
  • 5-10 (0.6%): correspond aux points de saturation comprise entre 5% et 10%, au nombre de 0.6% x 9611 points soit environ 58 points. Le deltaE 2000 moyen vaut environ 4.

On se rend compte que la calibration, qu’elle soit 1DLUT ou 3DLUT, apporte la cohérence nécessaire. Toutes les couleurs après calibration sont reproduites avec le même niveau de justesse vis-à-vis de la norme de référence. Le résultat entre la 1DLUT et la 3DLUT semble ténu mais une analyse plus approfondie par couleur dans le chapitre suivant va confirmer que la 3DLUT apporte, là encore, un réel gain et permet de « booster » les performances de cet excellent Sony VW300ES.

DeltaE par saturations

DE2000 par saturation – mode REFERENCE (haut), 1DLUT, 3DLUT (bas)

Distribution DeltaE par couleur

Ci-après la distribution en DeltaE 2000 par couleurs primaires (Rouge, Vert et Bleu).

Les résultats parlent d’eux mêmes.

DE2000 - Rouge - TAB et courbes

DE2000 – Rouge – mode REFERENCE (haut), 1DLUT, 3DLUT (bas)

DE2000 - Vert - TAB et courbes

DE2000 – Vert – mode REFERENCE (haut), 1DLUT, 3DLUT (bas)

DE2000 - Bleu - TAB et courbes

DE2000 – Bleu – mode REFERENCE (haut), 1DLUT, 3DLUT (bas)

La distribution en DeltaE 2000 par couleurs secondaires (Magenta, Cyan et Jaune).

DE2000 - Magenta - TAB et courbes

DE2000 – Magenta – mode REFERENCE (haut), 1DLUT, 3DLUT (bas)

DE2000 - Cyan - TAB et courbes

DE2000 – Cyan – mode REFERENCE (haut), 1DLUT, 3DLUT (bas)

DE2000 - Jaune - TAB et courbes

DE2000 – Jaune – mode REFERENCE (haut), 1DLUT, 3DLUT (bas)

La distribution en DeltaE 2000 par les autres couleurs (ni primaires, ni secondaires).

DE2000 - Autres couleurs - TAB et courbes

DE2000 – Autres couleurs – mode REFERENCE (haut), 1DLUT, 3DLUT (bas)

 

 

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

 

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