本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
这是罗切斯特理工学院医学插画项目教授 Jim Perkins 撰写的 2 部分客座文章的第二部分。他的第一篇文章详细介绍了定期校准电脑显示器的理由。这篇后续文章将引导我们完成校准过程，并解释被称为伽玛和白点的神秘设置。
客座文章作者：Jim Perkins
在我之前的客座文章中，我鼓励所有数字艺术家投资购买显示器校准系统。正确的校准可确保屏幕上显示的图像与数字文件中保存的数值颜色数据相匹配。假设您的客户使用校准过的印刷设备，那么您在屏幕上看到的图像与最终印刷品之间应该几乎完美匹配。
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如果您从未校准过显示器，那么它几乎肯定是不准确的。也许偏差很大，也许偏差很小。除非您生成昂贵的印前样张（例如，柯达 Approval、富士 FinalProof、Creo Veris）并将其与屏幕图像进行比较，否则真的无法知道。即使是高质量的显示器也可能无法准确显示颜色，尤其是随着时间的推移。所有显示器都会随着时间的推移而发生变化，因此必须定期进行校准。大多数专家建议每隔几周到几个月进行一次。
显示器校准的基本原理非常简单。您将测量设备（色度计）悬挂在显示器前面。然后，校准软件会在屏幕上显示一系列色块。色度计测量这些色块，以查看屏幕上显示的颜色是否与颜色应该呈现的外观相匹配。如果存在差异，软件可以调整显示器以提高色彩准确度。
然而，在实践中，校准有点棘手。首先，您需要控制显示器环境的某些方面，以确保正确校准。其次，您必须就希望显示器如何显示颜色做出一些关键决定。正如我将在下面讨论的，这些决定取决于您创建的艺术作品主要是用于印刷、屏幕显示（网络、游戏）还是广播（电视/电影）。
校准条件
校准应在您通常使用显示器的相同条件下进行。您不希望在一个条件下进行校准，而在不同的条件下使用显示器。显示效果会不一样。例如，显示器的显示效果可能会随着升温而变化。因此，请务必在校准前至少 30 分钟打开显示器，以便它升温至正常工作温度。这在旧 CRT 显示器上更为重要，但也适用于平板 LCD 显示器。
接下来，确保您在适度的环境光照条件下使用显示器。没有必要在黑暗中工作，但显示器应该是您工作区域中最强的光源。不要让强光直接照射到屏幕上，因为这会影响显示的表观亮度并可能引入色偏。一些校准系统具有环境光传感器来补偿这一点，但它们并非完美。
一些摄影工作室和印前服务甚至会将墙壁和家具涂成中性 50% 灰，并且只使用日光平衡的 D50 荧光灯。国际标准化组织（ISO – www.iso.org）发布了一套名为“图形技术和摄影 -- 观看条件”（ISO 3664:2009）的指南，适用于摄影师、艺术家和网页开发人员；以及一套更严格的指南，适用于照片成像实验室和印前服务机构，名为“图形技术 - 用于色彩打样的显示器 - 特性和观看条件”（ISO 12646:2008）。对于大多数艺术家来说，这可能有点矫枉过正。
选择系统的伽玛值
当您连接色度计并运行校准软件时，它会要求您选择一些重要设置。两个最重要的设置是伽玛和色温，这两个概念都相当难以理解。
伽玛是图像文件中像素的数值与屏幕上观看时该像素的亮度之间的关系。计算机将图像文件中的数值转换为发送到显示器的电压。这种关系是非线性的，这意味着电压的变化不会转化为亮度的等效变化。对于几乎所有电视和电脑显示器，电压的变化会导致亮度发生 2.5 次方的变化。因此，这些设备的伽玛值被认为是 2.5。
伽玛校正是补偿电压和亮度之间这种非线性关系的一种方法。硬件和/或软件的组合可以将伽玛值降低到接近 1.0 的值，即完美的线性关系。这有助于确保数字文件中像素值的变化转化为屏幕上亮度的成比例变化。
在校准显示器之前，至关重要的是告诉校准软件您希望使用的伽玛设置。从历史上看，Mac 和 PC 之间的硬件伽玛校正存在很大差异。多年来，这决定了这两个平台上的伽玛选择。然而，正如我们将在下面看到的，现在的选择更多地取决于您从事的工作类型，而不是操作系统。
自 1984 年推出以来，Macintosh 电脑内置了校正功能，可以将系统的伽玛值降低到 1.8。因此，我们说 Mac 的“系统伽玛”为 1.8。苹果选择这个数字是有充分理由的。事实证明，印刷设备也有一种伽玛值。数字文件中 10% 灰度的像素区域被印刷成一系列覆盖纸张表面 10% 的微小点。理论上，这应该在纸上产生 10% 灰度的外观，与数字文件中的值相匹配。然而，在实践中，墨水或墨粉会渗入纸张并扩散（称为“网点扩大”），形成的点图案覆盖了纸张表面超过 10% 的区域。这使得印刷图像看起来比应有的更暗，尤其是在中间调中。Mac 系统的 1.8 伽玛值补偿了这种现象，使图像稍微变亮，从而与数字文件相匹配。
最初的 Mac 从一开始就被设计成图形艺术系统。它的发布恰逢 Apple Laserwriter、Linotype Linotronics 照排机和 Aldus Pagemaker（第一个页面排版程序）的推出。所有这些组件都通过 PostScript 页面描述语言连接在一起，PostScript 页面描述语言也是在 1984 年由一家名为 Adobe 的新兴公司发布的。这引发了 20 世纪 80 年代中期及以后的桌面出版革命。苹果选择面向印刷输出的系统伽玛值绝非巧合。
另一方面，Windows PC 从未内置伽玛校正功能，尽管这在某些显卡上是可选的。这反映了 PC 始终面向商业和大众消费市场，而不是图形专业人士。在没有硬件校正的情况下，Windows 系统的伽玛值约为 2.2。
随着 2009 年 Mac OSX 10.6 (Snow Leopard) 的发布，苹果最终将其默认系统伽玛值从 1.8 更改为 2.2。他们这样做当然是为了确保视频游戏和网络图像在 Mac 和 PC 系统上看起来相同。然而，这样做，他们放弃了他们在图形专业人士中的传统支持基础。
因此，伽玛设置的选择不再受计算机平台或操作系统的制约。相反，在校准显示器时，您可以选择最适合您通常从事的工作类型的伽玛设置。这将覆盖系统的内置设置。
如果您主要创建将在屏幕上查看的图像——用于网络、PowerPoint、视频游戏等——请将伽玛值设置为 2.2。这将有助于确保您的图像在商业和大众消费市场中使用最广泛的计算机上看起来一致。
另一方面，如果您仍然主要为印刷品创建作品（就像我一样），请坚持使用 1.8。这种设置不仅与高端印刷系统更兼容，而且还在屏幕上产生明显更亮的图像。这有助于您看到阴影中的细节，这在创建和编辑数字图像时至关重要。
色温
校准显示器时的另一个重要设置是色温，有时也称为白点，因为它会影响屏幕上白色的外观。
19 世纪后期，几位科学家注意到，当冷的黑色物体被加热到高温时，会辐射出不同颜色的光。这促成了钨丝灯泡的开发。1901 年，马克斯·普朗克提出了理想黑体的概念，理想黑体是一种假想物体，它完全不反射光，但会随着温度的升高而辐射出不同波长的光。尽管理想黑体仅存在于理论中，但普朗克能够通过数学方法确定在不同温度下会发射出的光的波长（即颜色）。在相对较低的温度下，黑体会发出红色光，然后是橙色光，然后是黄色光。在非常高的温度下，它会辐射出蓝色光。
这与我们对不同颜色的情感联想截然不同。我们认为蓝色是冷色调，而黄色、橙色和红色是暖色调。但在物理世界中，情况恰恰相反。您可以通过观察煤气火焰来证实这一点。火焰的中心——最热的部分——发出蓝色光。火焰较冷的外部边缘发出黄色和橙色光。
物理学家用开尔文度 (°K) 表示理想黑体的温度。这只是衡量温度的不同尺度，就像摄氏度和华氏度一样。开尔文标度值得注意，因为开尔文标度上的零度被称为绝对零度——分子运动停止的温度（相当于华氏标度上的 -459.67°）。
那么这与显示器校准有什么关系呢？没有纯白色这种东西。每个光源都带有轻微的色调或色偏。对于任何给定的光源，我们可以将其与开尔文标度上的温度相匹配，该温度会发出相同颜色的光。以下是照明条件及其对应的色温列表：
*如果您曾经在晚上开车经过某人的房子，看到他们家的电视开着，您可以看到窗户中蓝色的光芒。
请注意，色温不是衡量每个物体或条件实际温度的指标。显然，电视的温度并不比蜡烛火焰高。相反，色温是衡量这些条件下白光的色调的指标，对应于假想黑体在该温度下会发出的颜色。
出现在电脑屏幕上的任何白色物体都会带有这些色偏之一。您可能没有注意到它，因为您习惯于将屏幕上的空白页视为“纯”白色。但是，如果您更改显示器的色温，您将看到显着差异，并且色偏将变得明显。在 Mac 上，转到“系统偏好设置”下的“显示器”控件。选择“颜色”选项卡，然后单击“校准”。在这里，您可以选择更改伽玛设置和色温，以查看它们如何影响您的屏幕。但是，我建议您不要保存任何这些更改。稍后，当您运行色度计随附的校准软件时，您将有机会选择伽玛和色温。
那么哪种色温设置最好呢？与伽玛设置一样，这取决于您从事的工作类型。多年来，图形艺术作品的标准色温设置为 5000°K（也称为 D50）。这最接近中性白色，并模拟了阅读印刷材料的常见照明条件。因此，如果您主要从事印刷工作，我认为这是理想的色温选择。
如果您主要创建网络图形或其他在屏幕上观看的图像，请选择 6500°K（也称为 D65）。这是 sRGB 色彩空间的默认色温，并被大众市场电脑显示器使用，其中大多数显示器都未校准。它还以带有蓝色色偏的颜色显示图像，这种颜色偏色是观看大量电视的消费者（例如，大多数美国人）所熟悉的。
一些专家认为，所有电脑都应该切换到 6500°K (D65)，即使它们主要用于印刷工作。这是图形艺术领域的最新趋势。他们认为校准到 5000°K (D50) 的显示器太暗淡和偏黄。大多数用户更喜欢在 D65 下工作，D65 看起来更亮更蓝，就像电视一样。
我不同意这种逻辑。诚然，如果您从 D65 切换到 D50，屏幕图像会显得明显暗淡和偏黄。但是，在电脑上工作几分钟后，您甚至不会注意到它。如果您在 D50 下工作一段时间，然后切换回 D65，您会惊讶于屏幕显得多么蓝色和俗艳。更重要的是，D50 标准在模拟图像在正常观看条件下印刷在纸上的外观方面做得更好。这就是 D50 标准最初被图形艺术行业采用的原因。即使对于印刷工作，也将所有显示器切换到 D65，这似乎是一种一刀切的方法，迎合了那些在廉价、未校准系统上工作的大众。作为一个身高 6 英尺 2 英寸、体重 300 磅的人，我对任何声称“一刀切”的东西都会一笑置之。
总结
总而言之，显示器校准过程包括以下步骤：
1. 将您的电脑放置在适当的环境中，环境光照适中，没有直射光源照射到显示器上。
2. 在校准前至少 30 分钟打开显示器。
3. 将色度计插入电脑，并将其悬挂在屏幕前面（按照设备随附的说明进行操作）。
4. 启动设备随附的校准软件。
5. 出现提示时，选择伽玛值和色温值。如果您主要从事印刷工作，我建议伽玛值 1.8 和 5000°K (D50)。如果您主要创建网络图形、游戏资源或其他在屏幕上观看的图像，请选择伽玛值 2.2 和 6500°K (D65)。
6. 按照说明让色度计测量显示器的颜色并进行任何必要的调整。
在我之前的文章中，我提供了一份目前市场上显示器校准设备的清单。确保您购买的设备允许您选择伽玛和色温设置。一些较便宜的型号将您限制为伽玛值 2.2 和 6500°K (D65)。Datacolor Spyder3Express（89 美元）就是这样一款型号，最初的 Pantone Huey（已不再销售）也是如此。我不推荐这两种型号，因为您将无法选择 1.8 伽玛值或 5000°K (D50) 色温。
Datacolor Spyder3Elite 和 X-Rite i1Display Pro，这两款产品的价格都超过 200 美元，可以对颜色设置进行最大程度的控制。它们提供更多伽玛值选择和选择自定义色温的能力。虽然这种灵活性很吸引人，但如果您不知道自己在做什么，可能会很危险。只有色彩管理专家才需要选择 D50 或 D65 以外的自定义色温。
Datacolor Spyder3Pro、X-Rite/Pantone ColorMunki Display 和较新的 Pantone Huey Pro 提供了三种或四种伽玛值设置（包括 1.8 和 2.2）以及色温设置（包括 D50 和 D65）的选择。这三款型号是大多数数字艺术家和摄影师的理想选择。这三款产品的价格都在 100-200 美元之间，对于屏幕上的准确色彩来说，这是一个很小的代价。
Jim Perkins 是罗切斯特理工学院医学插画项目的教授，他在该项目教授人体解剖学、科学可视化和计算机图形学课程。他还是一位执业插画家，为几本畅销医学教科书创作插图，主要领域是病理学和生理学。20 年来，他一直是 Robbins 和 Cotran 病理学系列教材的唯一插画家。他也是一个插画家团队的一员，该团队继续已故的 Frank H. Netter 博士的工作，Netter 博士被许多人认为是 20 世纪最伟大的医学艺术家。要查看 Jim 的作品示例，请访问以下链接：