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hardware review of home theater and self-made devices

デュアルプロジェクターのキャリブレーション


 

Calibration of dual projector
Relationship of luminance and color reproduction nature
between single and stack 2D projection
after HDTV standard calibration

   
    cal_top2    
    Summary    
   

In this article, I described about calibration of my dual JVC DLA-HD750 projector, Emitted light from projector forms additive color. Unless each projectors are calibrated to same condition, stacked image on screen is shifted from original color. The calibration is performed by CalMAN Commercial v4, Konica Minolta CS-200 and Quantum data QD780, Measurement and tuning was performed by ISF certified technician.
Target is ITU-R BT.709, and standard HDTV spec. In calibrated Stack 2D image, brightness became doubled but color space was maintained at BT.709. Image quality changed excellent especially with dual projection. I think display calibration is important, because there is individual specificity in a projector.

   
    Key features    
   

1.Professional calibration of dual projector to HDTV standard and BT.709.
2.Brightness became doubled but color space was maintained at BT.709. in stacked image.
3.Image quality after calibration has improved remarkably in stack 2D projection, probably due to improvement of unsuitable additive color mixing before calibration..

   



デュアルプロジェクターのキャリブレーション

 

INDEX

1.はじめに 
2.ディスプレイキャリブレーションの方法  
3.キャリブレーションによるプロジェクターの調整
4.キャリブレーション後の輝度と色域の測定   
5.スタック2Dでのキャリブレーション後の映像  
6.最後に   
7.参考画像    
8.関連記事 

1.はじめに

1-1. スタック投影で最良の映像を得るには何をすべきか

スタック投影では2台のプロジェクターの映像位置を正確に合わせ投影します。設置上の難しさがありますが、明るさが増すという大きなメリットあります。せっかく性能を上げるなら、明るさだけでなく色の再現性にも拘りたくなります。しかし、趣味用途ではスタックそのものが一般的でなく、色再現に関するどうのような理論や調整法があるのかは不明です。そこで今回シングルとスタック投影における色再現に関する関連性およびその調整法を検討してみました。

1-2. 加法混色

自分の理解のためにも基本から考えてみました。光の3原色を混ぜてゆくと白になります。これが加法混色で絵の具やインクなどによる減法混色とは性質が異なります。プロジェクターの場合はスクリーンに投影された光の反射をみているので、加法混色が当てはまります。

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RGB 加法混色          CMYK 減法混色

1-3. プロジェクターをスタックした場合の色の再現性

デュアルプロジェクターでスタック2D投影をする場合はどうでしょう。2つのプロジェクターの光をスクリーンに重複して投射するので、この際にも加法混色があてはまりそうです。その場合2つのプロジェクターのソースに対する色再現性が限りなく同一であることが理想と思われます。なぜならスクリーン上のある場所で、同じ色が入力されているにもかかわらずその投影色が異なる場合、加法混色により明るく白に近づいたものになる可能性があるからです。例えば一方が正しく緑を投影し、他方がそれより赤によった調整不良の状態で重ねて投影すると、黄色っぽい緑になるはずです。

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1-4. 2つのプロジェクターは同じ色再現性を持っていないかもしれない

プロジェクターの性能はランプや本体の経年変化で性能が変化する事が知られています。プロジェクターを2台使う場合、それぞれの色再現性に個体差があり、上記のように同じ入力に対し同じ出力をしていない可能性があります。そこで2台のプロジェクターを同一の基準に沿って調整し、同一の色再現性を持つように調整すれば、少なくとも誤った加法混色がなくなるはずです。

1-5. 2つのプロジェクターをキャリブレーションして性能を合わせてはどうか?

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2つのプロジェクターの色の再現性を近似させるよい方法があります。測定機器を使ったディスプレイキャリブレーションです。出力される光を直接測定してプロジェクターを調整するので、2台の出力結果を合わせる事ができます。ではどういった目標に向かってキャリブレーションするのが妥当でしょう。当シアターで再生するのは主にブルーレイです。大半のブルーレイタイトルはマスタリングの段階でシネマ用の色域、例えばDCIからITU-R BT.709という色域に調整されます。HDTVの標準規格では色温度6500K、カンマ2.2、色域はBT.709となっています。よって2つのプロジェクターの調整ターゲットをこれらの仕様にあわせておけば前述の問題を解決できるかもしれません。 ITU-R BT.709 r-rec-bt709-4-200003-spdf-e

1-6. 2台のプロジェクターをHDTVの標準規格にあわせ、シングルとスタックでの色域を測定してみた

前置きが長くなりましたが、今回デュアルプロジェクターをHDTV標準規格・BT709に調整し、シングルとスタック投射の測定値を比較してみました。スタックでは輝度がシングルのほぼ倍になるのは予測がつきますが、色温度、ガンマ値や色域など実際に測定してみないとわかりません。

2.ディスプレイキャリブレーションの方法

測定系としては業務用レベルの高精度のものを使用しています。クロマメーターはKonika Minolta CS-200, 測定ソフトウエアはCalMAN Commercial v4、HIDIパターンジェネレーターはQuantum data QD780を使っています。一台ずつ色温度(グレースケールトラッキング)は6500K、ガンマを2.2に、色域をBT709に合わせ調整しています。最後にスタック投影にて2台のプロジェクター重複投影で測定してみました。 

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Set up of measuring devices and CalMANv4 http://store.spectracal.com/calman-overview

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Chroma meter: Konica Minolta CS-200 (http://www.konicaminolta.jp/instruments/products/light/cs200/index.html) and Test pattern generator: Quantum data, QD780 Handheld Test Instrument for HDMI (http://www.quantumdata.com/products/780.asp)

実際の調整はDAC JapanでAudio Visual consultantとして活躍しておられる鴻池賢三氏にお願いしています。氏はTHXとISFの認定資格を取得されている本邦で唯一の方で、映像やAV家電関係の多くの評論・レビュー記事を書かれています。実は私がJASのDHT specialist level2の試験を受けた際に(趣味です)講師をされておられ、それが縁となり今回の調整にお招きすることになりました。DAC JAPAN http://www.dac-japan.com/

1台のプロジェクターなら測定・調整は独学でもできたかもしれませんが、スタックとなると参考になる前例もなく応用であり、バックグラウンドの基本的知識や経験が必要です。twitterでブツブツ呟いていると、思いがけなく助け舟が!願ってもない事でとんとん拍子に話が進み、1泊2日の合宿になりました。もちろん測定機材などは氏が持参されたものです。私は横で見学し操作の意味を考えながら助手をしていました。 今回用いたCalMANは私自身も購入済みなので、DIYでの測定・調整の詳細は後日投稿してみます。

具体的な手順は鴻池氏のサイトにまとめられています。別ウインドウで開きます

また最近雑誌にも画質調整に関する事項がまとめられています。
鴻池賢三(2012). 特集2 プロジェクターの画質向上大作戦. ホームシアターファイルvol65, pp57-65.
鴻池賢三(2012). AVの美味しい情報ココにあり! キャリブレーション入門・前編. AV REVIEW vol29-4, pp78-79.
鴻池賢三(2012). AVの美味しい情報ココにあり! キャリブレーション入門・後編. AV REVIEW vol29-5, pp142-143.

プライマリとセカンダリプロジェクター

判りやすくするために、ここではスタックした2台のプロジェクター(JVC DLA-HD750)に名前をつけています。プライマリーとセカンダリーです。プライマリーは2008年発売時購入、セカンダリーはスタックを始めるに当たって、2011年中古を通販購入したものです。通算使用時間はプライマリーが2000時間を超えています。セカンダリーは不明です。ランプを交換するとリセットされるので厳密な使用時間はわかりません。シリアル番号はセカンダリの方が若い番号になっているので、生産時期が早いのかもしれません。

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下がプライマリ、上がセカンダリープロジェクター: JVC DLA-HD750
パッシブ3D用電動フィルターホルダーの製作:http://monolith-theater.net/hal/?p=17741 
デュアルプロジェクター用冷却ファン:http://monolith-theater.net/hal/?p=17612 
iPadによるデュアルプロジェクターの遠隔制御 http://monolith-theater.net/hal/?p=15779 
Stack 5D dual projection system http://monolith-theater.net/hal/?p=14993  
QuadroによるopenGL passive 3D http://monolith-theater.net/hal/?p=14416
デュアルプロジェクター設置台の自作 http://monolith-theater.net/hal/?p=12942
スタック2Dプロジェクターの調整 http://monolith-theater.net/hal/?p=13190

両者の投影像には同一画質モードでも肉眼的に明らかな違いがあります。ランプはスタックセットアップ時に同時に新品に交換したにもかかわらず、セカンダリーの方が明るい状態でした。なおスタック2D時の両者の投影像は誤差1ピクセル以内で合っています。

測定環境(シアタールーム)

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シアタールームの迷光は極小で、ほぼ完全な遮光が得られる暗室です。
シアタールームの設計 http://monolith-theater.net/hal/?p=189

3.キャリブレーションによるプロジェクターの調整

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上の写真は2台のプロジェクターのメニューのスクリーン投影像です。
各写真、左がプライマリ、右がセカンダリです。キャリブレーション後の状態です。

  色温度6500K、ガンマ2.2、色域BT.709に調整した場合の
プライマリとセカンダリ機のパラメータ
               
    プライマリ セカンダリ
               
  画質モード ユーザー1 ユーザー1
  コントラスト -6 -3
  明るさ 2 2
  色の濃さ 0 0
  色合い 0 0
  色温度 カスタム1 カスタム1
  ガンマ カスタム1 カスタム1
  レンズアパチャー 0 -7
               
  色温度 カスタム1 カスタム1
  ゲイン赤 0 -11
  ゲイン緑 -15 -1
  ゲイン青 -61 -3
  オフセット赤 0 2
  オフセット緑 0 0
  オフセット青 2 3
               
  カラーマネージメント カスタム1 カスタム1
  色相 彩度 明るさ 色相 彩度 明るさ
  6 -24 0 -32 -5 -2
  -7 -49 40 -10 -48 41
  -15 -45 34 -13 -46 35
  シアン -1 -51 40 10 -49 42
  0 -23 10 0 -22 13
  マゼンタ 0 -31 16 -5 -23 14
               

各プロジェクターの調整量です。同じ基準値に沿った出力をしているにもかかわらず、プライマリとセカンダリの調整量にはかなり差があります。ランプパワーは標準です。ランプ時間はプライマリ255H、セカンダリ496H.

4.キャリブレーション後の輝度と色域の測定

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fig.A:Post Calibration (Primary)                            fig.B: Post Calibration (Secondary)

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fig. C:Post Calibration (Stack 2D)

  table D: Luminance, Gamma Luminance and Color Temperature after Calibration  
      Luminance Gamma Luminance Color Temperature  
  Primary Projector   11.4fL (39cd/m2) 2.13 6576  
  Secondary Projector   11.3fL (39cd/m2) 2.18 6438  
  stack projection   23.1 fL (79cd/m2) 2.16 6465  
             

fig.Aはプライマリ、fig.Bはセカンダリ、fig.Cはスタック投影でのキャリブレーション後のCalMANでの測定結果です。table Dは今回のキャリブレーション後の輝度、ガンマと色温度を表にしたものです。スタック時のCalMANのチャート(fig.C)では、RGB Balance、Gamma Luminance, Color Temperature, Gamt CIEなど適切な範囲内に見事に収まっています。すなわち2台のシングルを調整しておけば(figA,B)、スタック投影してもそれがほぼ維持されるということになります。ガンマ値や色温度値はスタックするとシングルのほぼ平均となり、輝度は両者を足したもの、即ち倍になっています(table D)。

  

5.スタック2Dでのキャリブレーション後の映像

視聴映像はプリセットと比べると色彩はやや地味に感じます。色温度も6500K程度で一言で言えばナチュラルです。グレースケールを正確にあわせてあるせいか、中間色の階調も滑らかで、例えば肌の質感の表現が見事です。かといって純色系も渋いかというとそうではなく、とても明るく鮮烈な発色です。特にどんな映画にも多く登場する白が印象的で、突き抜けるような透明感のある表現です。これがRGBが正確な比率で構成された白なのかもしれません。この設定で視聴したタイトルは20本を超えましたが、どの映像にも今までなかった驚きがあります。慣れてくると逆にプリセットモードに違和感を感じます。

スタックはシングルに比べると最大輝度が倍になります。色温度やガンマはシングルの平均です。しかし若干黒浮き傾向になります。シングルでも完全な漆黒が表現できないため、それが倍化します。そのため黒を沈める微調整を行ったほうがいいようです。デュアル特有の調整ポイントもありそうです。勿論キャリブレーションという方法も万能ではなく、測定環境、使う機材やソフトウエアで精度の限界があるかもしれません。最終的には視認による若干の修正も必要と思います。

キャリブレーションはシングルでも十分な効果がありますが、むしろスタックのためにあると思わせるほど画質がよくなります。多分調整前は2台のプロジェクターの色再現が異なっていたため、誤った加法混色があったためと思われます。また「3.キャリブレーションによるプロジェクターの調整」で示したように同じ機種でも基準値に到達するための調整幅が大きく異なります。ランプの経年変化を含めた個体差は少なくないようです。好みの画質を維持するためには定期的なキャリブレーションが必要かもしれません。

いずれにせよ長年、メーカープリセットあるいはHiViCASTのコントラスト、ブラックレベル、色合い、色の濃さぐらいでしか調整して来ませんでした。「ブルーレイベンチマークソフトウエア」 http://monolith-theater.net/hal/?p=3179 今回のキャリブレーションは目から鱗といった印象です。当分の間現在の設定でたくさんのタイトルを視聴しようと思います。それから更にチューンしてみます。

6.最後に

今回キャリブレーション前のデータも取っていますが、検討対象をキャリブレーション後のシングルとスタックのパラメーターの関連性に絞っています。

ホームシアターを実践されている方で興味のある方は自分で調整されるのもいいかもしれません。海外ではDIYキャリブレーションは趣味としても盛んで、各人の調整値が披露されている記事も少なくありません。(AVS ForumのDisplay Calibrationのスレッド http://www.avsforum.com/avs-vb/forumdisplay.php?f=139 )

日本では測定機器に手ごろなものがないのが難点ですが、英語板ならCalMANのソフトウエアとX-riteのセンサーのセットなど趣味でも手の届く価格です。マニアの間でも定番になっています。 (http://store.spectracal.com/consumer/calman-video-calibration.html) 設定さえクリアすれば使い方は難しくありません。私はX-rite i1Display ProとCalMAN DIYを使っています。フリーの測定ソフトウエアもあります。(HCFR Colorimeter)

自分での調整が厄介という方、あるいは高精度で調整したいという方はプロへの依頼も選択肢の一つです。それ相応のコストがかかりますが、校正された高精度の機材を購入する必要がなくDIYとは比較できない精度の高い調整ができます。また、一度プロの調整の様子とその勘所をみておくと、自力での微調整も楽になります。

私の場合ソースをHTPC(自作PC)にする場合も少なくありません。CalMANのアドオンを使うとPCのキャリブレーションを行ってBT709にあわせたICCプロファイルをWindowsに書き込むことができます。フルオートで数分で完了します。ポート開放できればイントラネット内で複数のPCを連携させ、CalMANをインストールしたノートPCからWi-Fi経由でHTPCを遠隔操作して測定できます。これは別売のCalPCと同じ機能です。その場合でも先にディスプレイキャリブレーションを行っていたほうが調整量が少なくてすみます。

HTPCのキャリブレーションに関しては別記事で投稿予定です。またデュアルプロジェクターのキャリブレーションはHTPCを使った波長分割方式のパッシブ3Dにおいても重要な意味を持ちます。これに関しても別記事で投稿してみます。

7.参考画像

キャリブレーションを終えたスタック2D映像です。200インチ、16:9、Stewart Studiotek G3 Microperf X2 THX-Ultraに投影しています。(サウンドスクリーン http://monolith-theater.net/hal/?p=1115 ) カメラの性能や撮影条件、画像の記録形式などに影響されるのであくまで参考です。

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8.関連記事

デュアルプロジェクター



9 Comments

    HALさん、どもです。

    CalMAN v5 DIY版、登場が楽しみですね。

    facebookの映画レビュー、拝読させて頂きました。
    やはり、「戦火の馬」は良い作品ですよね。
    映像、音響、物語、全てにおいて申し分ないです。
    PhileWebコミュニティでも、話題に取り上げられることが多い作品なので、
    近々にまた再生することになると思います。

    ではでは。

  • ガッツさんご無沙汰です。返信してなくてすみません。超多忙でなかなかキャリブレーションに取り組む時間がとれません。
    現在はPCディスプレイのハードウエアキャリブレーションモデルを物色中ですが、こちらも高価で考え中です。EIZOが新型を発表しています。センサーはそれから考えることにしました。
    プロジェクターの方はブルーレイプレーヤーLX91とHTPC(Quadro2000D)を比較しましたが、i1DisplayとCalPC(ad on)を使ってBT709にあわせたWindowsのICCプロファイルを使ったほうがCalManV4の測定結果が良いので、もっぱらHTPCで鑑賞しています。LX91の方がビット深度が大きいので繊細な表現ができる印象ですが、測定結果はHTPCの方が優秀です。但し事前にプロジェクターはCalMan Commercialでハードウエアキャリブレーションをしている状態です。
    CalManV5はいずれDIYでもバージョンアップできそうなのでそれを待ってみます。 http://www.avsforum.com/t/1423111/calman-5-commercial-release-notes
    ちなみにPJ,HTPCをキャリブレーションした状態でのデュアルスタックで鑑賞した映画のレビューは以下のfacebookページに掲載しています。 http://www.facebook.com/pages/Monolith-Theater-FB/477590852251687

  • HALさん、お久しぶりです。

    CalMANからDIY版ではないですが、ビジネス向けのv5がリリースされたみたいです。
    でも高いですね。
    その後、キャリブレーション関連の動きはございましたでしょうか。

    ではでは。

  • ガッツさん。
    現在出張先からチェックしています。普段どおりに返信が難しく、6月1日には戻るので、その後返信します。すみません。

  • HALさん、どもです。

    i1Pro2ですか~、結構なお値段ですね。

    3Dのキャリブレーションは、どんな感じで計測するのか興味ありますね。
    3Dメガネをカラーメータの前に設置して計測するのって、どのように設置するのかなと。

    CalManのカラーメータの設定に、Profile and offsetsという項目がありますが、
    Ambient Light Compensationといった項目などの使い道などが良く判らないですね。
    この辺、なにかご存じでしょうか。

  • ガッツさん。
    HD750のファームの件はUSB-RS232アダプタを入手してから検証予定です。手持ちのアダプタは64ビットOSに対応していませんでした。
    ソニーの1000ESは何回か見ましたがなかなか良いマシンだと思います。ハード側が対応するとよいですね。
    測定器はi1Pro2です。家族写真が主ですが実はカメラも趣味の一つなので、写真用のPCとプリンタを校正しようと思っています。ついでにスクリーンはどうなのかと…Photo pro2でプロファイル作成が主な用途ですが、CalMANも対応済みです。これはあまり期待できませんが、やってみようと思います。i1 Display Proで直接光を測定したことはあります。色域やガンマはスクリーンと大して変わりないですね。私の場合はPJ側の3Dフィルターの透過光も計るので役にはたっています。

  • HALさん、こちらこそ宜しくお願いいたします。

    JVCのHD750だとファーム書き換えという奥の手があるのですね!
    私が使っている機種(VPL-VW1000ES)だとAutoCal機能を試す機会がないので歯がゆいです。
    これからの時代のニーズは、オートキャリブレーション機能を求めていくことになるでしょうね。
    あと、CMSも最近のJVCのプロジェクターのようにハード側に搭載されて、PCからソフトでキャリブレーション可能になるのが理想ですね。
    既存のハードにCMSのOSDインタフェースを搭載するのはファームアップだけではなかなか難しいでしょうが、PCとの連携であれば調整できるインタフェースの登場が期待できるのではと考えています。
    SONYには期待しています。

    購入を考えていらっしゃる測定器は、「C6」でしょうか。
    それとも別のものでしょうか。
    ちなみに「i1 DisplayPro」には環境光アームが付いていて、プロジェクター向けにした測定ができるみたいです。
    どの測定器だと、どのような測定が可能で、どのような利点があるのかなど今後、話題になっていくのかなと思っています。
    最近、CalManを使ったキャリブレーションについていろいろな方がブログなどに寄稿されていらっしゃるので、いつも勉強させてもらっています。
    HALさんの登場で、俄然盛り上がってきました!!

    ではでは。

  • ガッツさん。お久しぶりです。お元気そうでなによりです。人の事は言えませんが、相変わらずのマニアぶり。私も気合を入れます!

    デュアルシステムは業務用では珍しくないので、今回の結果はプロユースでは当たり前のことだったかもしれませんが、コンシューマーとして試行してみました。デュアルで色域に変化がない事を確認できた時は感動すら覚えました。しかし私のPJは古く、現行の新型は性能も上がっているのでそれらに比べると見劣りがするかもしれません。ただ車に例えると新型がドイツ車なら、トルクの太い大排気量のアメ車のような感覚があります。

    CalMANはなかなか面白いツールですね。わたしも最近はまっています。センサーの新しいのが出たようなので、そちらでも試してみようかとも思っています。ただご指摘のように時短が課題ですね。ディスプレイコントロールとテストソース出力を自動化しないと膨大な時間がかかります。私の使っているHD750はCalMANのディスプレイコントロールには対応していないので手作業でのIRによるCMSコントロールになります。即ちオートのハードキャリには対応していません。これは裏技もあるようで、750のファームを書き換えて試してみる予定です。また対応プロセッサを2台導入するコストを測定系の充実に振り向ける予定です。

    今回はスタック2Dのデータの他にパッシブ3Dのデータも取ったりしたので、純粋に1台のキャリブレーションに要した時間はわかりませんが、初回の所要時間は約1時間程度ではないでしょうか。デュアルでの測定結果を出すまで3時間程度でしょうか。その後の微調整は30分以内です。CalMANとテストパターンジェネレーターは連動オートで、CMSはマニュアルです。これを何度も繰り返しています。2日にわたり延べ15時間以上測定と調整を重ねたと思います。結果が不明という面白さがなければここまで執着できなかったかもしれません。

    私はオーディオ系の測定・調整ツールSmaartやHiQnet SystemArchitectなどど同じ感覚で使っていますが、それらと同じくユーザー向けのまとまった解説が英語圏にしかないので、導入のハードルは高いかもしれません。オーディオの方がはるかに時間がかかります。センサーの設置状況、感度や校正が測定結果に大きく影響するのはAVともに同じようです。ただCalMANそのものはガイダンスがついていて、とても親切な設計になっていますね。

    ディスプレイキャリブレーションとHTPCのキャリブレーションの連携はとても面白いです。専用機と互角以上に戦えるかもしれません。じっくり攻めてみます。全ての試行はこのブログにできるだけ判りやすく記事にするつもりです。今後ともよろしくお願いします。

  • もう、3年ぐらい前になりますかね。
    当時、アナモフィックレンズの件でメールだったですかね、いろいろと教えて頂きました。
    その際は、大変お世話になりました。

    久しぶりのコメントになります。
    現在もHALさんの記事に影響されて、いろいろと手を出しております。
    さすがに、スタックまでは難しいですが。
    今後ともよろしくお願いいたします。

    本件、大変興味深い内容ですね。
    HALさんのシアターで観る映像は凄そうです!!
    私もCalMan、i1 DisplayProの組合せで調整をしていますが、CalManを使った調整技術を会得するために
    ネットで皆さんの情報をいろいろとかき集めています。

    #プライマリ、セカンダリでの調整にそれぞれどのくらい時間がかかるのか、気になりました。
    #結構、根気の要る作業だったのではないでしょうか。

    今後の記事展開がとても楽しみです。

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