Aynı ekran, farklı renkler: yeni nesil ekranlar herkese aynı rengi göstermiyor
UCL araştırmacılarının modeline göre lazerli ve kuantum noktalı ekranlarda aynı görüntü kişiden kişiye farklı görünebiliyor; ekranları ayarlayan yaklaşık yüz yıllık renk standardı da sorunun parçası.
Şöyle bir sahne düşünün: bir film stüdyosunun renk düzenleme odasında iki ekran yan yana duruyor. İkisi de aynı ölçüm cihazıyla, aynı standarda göre ayarlanmış; cihaz ikisinin de aynı beyazı verdiğini söylüyor. Yine de odadaki bir kişi soldakini hafif yeşilimsi buluyor, öbürü sağdakini pembemsi. University College London (UCL) Göz Bilimleri Enstitüsü'nden araştırmacıların yeni çalışmasına göre bu kişilerin hiçbiri yanılmıyor olabilir: sorun ne yalnız ekranda ne yalnız gözde, ikisinin buluştuğu yerde.
Andrew Rider, John Frith ve Andrew Stockman'ın Optics Express dergisinde Ekim başında yayımlanan makalesi, televizyonlardan sinema projektörlerine kadar 16 ekranın ışığını insan renk görmesinin ayrıntılı bir modeliyle karşılaştırdı. Sonuç kısaca şu: eski tüplü televizyonlar ve ksenon lambalı projektörler çoğu insana birbirine yakın renkler gösteriyordu; çok daha canlı renkler üreten lazerli ve kuantum noktalı yeni ekranlarda ise aynı görüntü, izleyicilerin önemli bir azınlığına belirgin biçimde farklı görünebiliyor.
Bu yalnız sinemacıların derdi değil. Bir tasarımcının ekranında tam istediği ton olan bir mavi, müşterisinin ekranında başka bir maviye dönüşebilir; iki kişi aynı telefona bakıp bir gömleğin gri mi bej mi olduğunu tartışabilir. Çalışma, bu tür anlaşmazlıkların bir kısmının dikkat ya da zevk meselesi değil, hesaplanabilir bir fizyoloji meselesi olduğunu gösteriyor. Üstelik ekranları ayarlamakta kullanılan renk ölçüm sisteminin neredeyse yüz yıllık olduğunu ve yeni ekranlarda artık güvenilir sonuç vermediğini öne sürüyor.
Göz, rengi üç sayıya indirger
Retinadaki renk görmesi üç tür koni hücresine dayanır: uzun (L), orta (M) ve kısa (S) dalga boylarına en duyarlı olanlar. Kabaca kırmızımsı, yeşilimsi ve mavimsi ışığa yatkın üç algılayıcı diyebiliriz. Her koni gelen ışığın dalga boyunu değil, kaç foton yakaladığını bildirir. Bu yüzden beyin, sonsuz çeşitlilikteki ışık tayfını üç sayıya indirgenmiş olarak alır.
Ekranlar bu kısayoldan yararlanır. Kırmızı, yeşil ve mavi üç ana ışık doğru oranda karıştırıldığında, gözdeki üç koniyi gün ışığının uyardığı oranda uyaran bir karışım elde edilir ve ekran "beyaz" görünür. Tayfları tamamen farklı olduğu hâlde konileri aynı oranda uyaran iki ışığa renk biliminde metamer denir: göz için ikisi aynıdır.
Püf noktası, bu eşleşmenin belli bir gözün koni eğrilerine göre kurulması. Eğriler kişiden kişiye biraz kaydığında, birisi için kusursuz olan karışım bir başkası için kayar. Araştırmacılar bu duruma "gözlemci metamerizmi başarısızlığı" diyor.
Kimin gözü "standart"?
Makale bu kaymaların başlıca kaynaklarını sıralıyor. Birincisi genetik. L ve M konilerinin pigmentini kodlayan genler X kromozomunda yan yana durur. Yazarların aktardığına göre bu iki gen yaklaşık 35 milyon yıl önceki bir gen kopyalanmasından doğdu ve bugün hâlâ yaklaşık yüzde 96 oranında aynı. Bu benzerlik, iki genin parçalarını karıştıran "melez" pigmentlerin ortaya çıkmasını kolaylaştırıyor.
Küçük kaymalar o kadar yaygın ki normal sayılıyor: L pigmentindeki tek bir amino asit değişimi duyarlılığı yaklaşık 4 nanometre kaydırıyor ve makaleye göre nüfusun yaklaşık yüzde 45'inde bulunuyor. Büyük kaymalar ise kırmızı-yeşil renk görme farklılıklarına yol açıyor. Makaledeki tahmine göre yaklaşık her 12 erkekten birinde bir tür kırmızı-yeşil renk görme eksikliği var ve bunların dörtte üçü renkleri tümden karıştıranlar değil, üç koniyle ama "kaymış" bir koniyle görenler, yani anormal trikromatlar. Kadınlarda oran yaklaşık 200'de bir.
İkinci kaynak yaş. Göz merceğinde kısa dalga boylu, mavi-mor ışığı süzen sarı bir pigment bulunur ve yaş ilerledikçe yoğunlaşır. Modelde 32 yaşındaki "standart" gözlemcinin mercek yoğunluğu 1 alınırsa, 20 yaşında bu değer ortalama 0,7, 80 yaşında 2 civarında. Üçüncü kaynak, retinanın merkezindeki makula pigmenti; o da kişiden kişiye değişiyor ama hesaplanan etkisi mercekten küçük çıktı.
Dar tayflı ışık, büyük farklar
Ekip, ekranların kırmızı, yeşil ve mavi ışıklarının ölçülmüş tayflarını bir veri tabanında topladı: tüplü (CRT) televizyon, üç ksenon lambalı sinema projektörü, plazma, OLED, QD-OLED, iki tür LCD, LED projektör, birkaç lazerli projektör ve tamamen tek dalga boylu ana renklerle tanımlanan Rec. 2020 standardına uygun kuramsal bir ekran. Ardından her ekranı standart gözlemci için gün ışığı beyazına ayarlayıp, eğrileri kaymış gözlerin aynı ekranı nasıl göreceğini hesapladılar.
Belirleyici etken, ışık tayfının darlığı. Eski ekranların ana renkleri geniş bir dalga boyu aralığına yayılıyordu. Bu, gösterilebilen renk yelpazesini (gamı) sınırlıyordu ama bir göz biraz farklı olduğunda karışım da az kayıyordu. Lazerler ve kuantum noktaları ise neredeyse tek bir dalga boyunda ışık verir. Böylece çok doygun renkler elde edilir; ama koni eğrisindeki küçük bir kayma, o dar çizgiden yakalanan ışık miktarını orantısız biçimde değiştirir.
Makaledeki hesaplar farkın boyutunu gösteriyor. Normal sayılan küçük koni kaymalarında bile bazı lazer projektörler, kırmızı-yeşil oranında yüzde 12'ye varan uyumsuzluk üretebiliyor. Kaymış konili gözlemciler için tüplü televizyon referans alınıp Rec. 2020 ekranı ona eşlendiğinde kırmızı-yeşil oranında yüzde 25-30 düzeyinde düzeltme gerekiyor. Saf lazer projektör referans alınıp tüplü ekran ona eşlendiğinde ise gereken düzeltme yüzde 83 ile 130 arasına çıkıyor.
Yaşın izi ise mavide. Yazarların hesabına göre merceği yoğunlaşmış yaşlı bir göz, standarda göre ayarlanmış ekranı fazla mavi ve kırmızı, biraz eksik yeşil görüyor; ekranın üzerine morumsu bir tül çekilmiş gibi. Genç bir göz ise bunun daha hafif tersini, yeşilimsi-sarı bir ton görüyor. Optica'nın basın bülteni de aynı ayrımı vurguluyor: mavi ana rengin tayfı farklı yaşlardaki izleyicileri, kırmızı ve yeşilin tayfı ise kırmızı-yeşil renk görme farklılığı olanları etkiliyor.
Dikkat çekici bir istisna da var. Ksenon projektörlerden biri, kırmızıyla yeşili birbirinden daha çok ayırmak için tayfın sarı bölgesini kesen bir süzgeç taşıyor. Bu projektör, geniş tayflı olmasına rağmen kaymış konili gözlemcilerde Rec. 2020'ye yakın sapmalar üretti. Yazarlara göre bu, sorunun yalnız tayf genişliğiyle açıklanamayacağını gösteriyor.
Yüz yıllık cetvel
İşin ikinci yarısı ekran ayarıyla ilgili. Ekranın rengini ölçen kalibrasyon cihazları, yani kolorimetreler, büyük ölçüde Uluslararası Aydınlatma Komisyonu'nun (CIE) 1931'de belirlediği renk eşleme fonksiyonlarına dayanıyor. Televizyon ve sinema standartlarındaki renkler de (Rec. 709/sRGB, DCI-P3, Rec. 2020) bu sistemin x,y koordinatlarıyla tanımlanıyor.
Makaleye göre 1931 fonksiyonları, 1924 tarihli bir parlaklık eğrisi kullanılarak kurulduğu için kısa dalga boylarında hatalı ve bu uzun zamandır biliniyor. Hatanın onlarca yıl göze batmamasının nedeni ise neredeyse bir rastlantı: 20. yüzyılın iki baskın ekranı, tüplü televizyon ile ksenon projektör, bu sistemle ölçüldüğünde kabaca aynı yönde ve aynı büyüklükte yanılıyordu. Yazarların deyişiyle, "Bazen iki yanlış gerçekten bir doğru eder!" Geniş renkli yeni ekranlarda bu şans yok; aynı x,y değerlerini veren iki ekran farklı renkler gösterebiliyor.
Ekip burada sinema sektörünün bir mühendislik kılavuzunu da eleştiriyor. SMPTE'nin dijital sinema kılavuzunda (EG 432-1:2010) yer alan, aynı CIE 1931 değerlerine sahip iki ışığın aynı ortamda aynı görüneceği yönündeki "kolorimetri yasası"nı, tüplü ekran ve ksenon projektör gibi bazı geniş tayflı ekranlar dışında "yanıltıcı" ve "kanıtlanabilir biçimde yanlış" buluyorlar. Merceği sararmış yaşlı gözlerin 1931 standardına daha iyi uyduğunu da hesaplayan yazarlar, araya bir espri sıkıştırmış: standardın bu kadar uzun yaşamasında standart komitelerindeki üyelerin kıdeminin de payı olabilir.
Rider, Optica'nın bülteninde durumu şöyle özetliyor: "Tutarlı görüntü üretmek iyi bir ekran kalibrasyonu da gerektirir, ama kalibrasyon cihazlarının çoğu yaklaşık yüz yıl önce geliştirilmiş, normal renk görmesiyle örtüşmeyen renk standartlarını kullanıyor. Bu da modern ekranların, aynı görünecek şekilde ayarlanmış olsalar bile yanlış görünmesine yol açabiliyor."
Makale, CIE'nin 2006'da önerdiği koni temelli fonksiyonların ve onlardan türetilen 2015 sisteminin daha iyi olduğunu, ama kusursuz olmadığını belirtiyor. Asıl vurgu başka: tek bir "standart gözlemci" ne kadar iyi seçilirse seçilsin, renk görmesi farklı olan herkesi temsil edemez. Yazarların aktardığına göre CIE, renk eşleme fonksiyonlarını yeniden ele almak için iki ayrı teknik komite kurmuş durumda; Rider ve Stockman ikisinde de üye.
Renk düzenleyici, tasarımcı ve sıradan izleyici için anlamı
Etkinin en çok hissedileceği yer, ekranların yan yana durduğu ortamlar. Karanlık bir sinema salonunda tek ışık kaynağı perde olduğundan göz kendini perdeye uyarlar; renk uyumu (kromatik adaptasyon) denen bu süreç küçük kaymaları büyük ölçüde siler. İki ekran yan yana durduğunda ise bu uyum zorlaşır. Makale özellikle film ve dizilerin renk düzenleme odalarında, ekranlar ya da izleyiciler arasındaki küçük farkların bile kabul edilemez olacağını vurguluyor. Ekranda renk onaylayan grafik tasarımcılar ya da ürün fotoğrafı hazırlayanlar da benzer bir durumla karşı karşıya.
Renk adlandırma tartışmalarına da yeni bir gözle bakmak mümkün. İki kişi aynı ekrandaki bir tonun yeşile mi maviye mi çaldığını tartıştığında, çalışma ikisinin gözüne gerçekten farklı bir uyarım ulaştığı ihtimalini somutlaştırıyor. Ama bu, makalenin doğrudan ölçtüğü bir şey değil: model, koni uyarımlarındaki değişimi hesaplıyor; bunun bir kişinin rengi nasıl adlandıracağına ya da nasıl yaşayacağına nasıl yansıdığını söylemiyor.
Rider, aynı yaklaşımın ekranların ötesine de uzanabileceğini söylüyor: Optica'ya yaptığı açıklamaya göre model, enerji tasarruflu LED aydınlatma ile eski tip akkor ampuller arasındaki renk farklarını ya da boya ve pigmentlerin nesnelerin ışığı yansıtma biçimini değiştirdiği başka uygulamaları incelemek için de kullanılabilir.
Sınır: henüz tek bir izleyici ölçülmedi
Çalışmanın en önemli kısıtı, tamamen modele dayanması. Optica bültenine göre tahminler henüz gerçek insan gözlemcilerle doğrulanmadı. Makale ayrıca koni uyarımlarındaki değişimin algılanan renge birebir çevrilemeyeceğini ve kaymış konili kişilerde beynin zayıflayan kırmızı-yeşil sinyali bir ölçüde güçlendirdiğine dair kanıtlar bulunduğunu not ediyor. Yazarlar, bugünkü renk farkı ölçütlerinin de kusurlu 1931 sistemine dayandığını, bu yüzden ondan bağımsız yeni renk görünümü ölçümlerine acilen ihtiyaç olduğunu yazıyor.
Makalenin sonunda daha spekülatif bir olasılık da var: retinanın merkezindeki makula pigmenti yüzünden, iki ekran arasında hızla bakış değiştiren tek bir kişi bile iki görüntüyü tam eşleştiremeyebilir. Yazarlar bunun için şimdilik doğrudan kanıtları olmadığını açıkça belirtiyor.
Sırada ne var
Ekip, tahminleri gerçek izleyicilerle sınamayı ve sonuçları ekran tasarımına aktarmayı planlıyor. Bültende anılan yollardan biri üçten fazla ana renk kullanan ekranlar: dört, beş ya da daha fazla ışık kaynağı, rengin daha geniş bir izleyici kitlesi için ince ayarlanmasına izin verebilir. Modelin kodu açık kaynak olarak yayımlanmış durumda.
Asıl açık soru sektörün yönü. Yazarlar, giderek daha geniş renk yelpazesine koşan ekran endüstrisinin, rengin son kullanıcının gözünde nasıl göründüğünü yeterince hesaba katmadığı görüşünde. Daha canlı renk ile daha ortak bir renk deneyimi arasındaki dengeyi kimin, hangi ölçüyle kuracağı ise henüz belli değil.
Fotoğraf: BenRG, Public domain, Wikimedia Commons
