[argyllcms] AW: Re: Spectral data for building Monitor profiles

  • From: "Andreas Mock" <andreas.mock@xxxxxx>
  • To: <argyllcms@xxxxxxxxxxxxx>
  • Date: Tue, 15 Jun 2021 10:26:35 +0200

Hi Ben,

 

at that point

______________

x + 2y = 5

2x + 3x = 8

 

From here, you can get x = 5 - 2y, work the rest of the way through, etc., to 
eventually find that x = 1 and y = 2.

_____________

 

I couldn't follow any more with the math I learned…   ;-)))

 

Best regards

Andreas

 

Von: argyllcms-bounce@xxxxxxxxxxxxx <argyllcms-bounce@xxxxxxxxxxxxx> Im Auftrag 
von Ben Goren
Gesendet: Montag, 14. Juni 2021 22:10
An: argyllcms@xxxxxxxxxxxxx
Betreff: [argyllcms] Re: Spectral data for building Monitor profiles

 

On Jun 14, 2021, at 11:12 AM, Ben Goren <ben@xxxxxxxxxxxxxxxx 
<mailto:ben@xxxxxxxxxxxxxxxx> > wrote:

 

If you don’t have a colorimeter…I don’t think the spectral data is going to do 
much to improve things.

 

Just to elaborate on that…I “just happen” to be 2/3 of the way through a Linear 
Algebra summer class, with a big test tomorrow on linear dependence, basis, 
etc. And that “just happens” to get right to the heart of why more spectral 
bands isn’t going to make an improvement.

 

So…as part of my preparation for tomorrow’s test…let me expound upon that.

 

First, the physics.

 

A colorimeter is conceptually equivalent to a low spectral resolution 
spectrometer. The colorimeter has three wide-band spectral filters, roughly 
matching up with the biological analogues in the human eye. There’s a red 
filter over one sensor, a green filter over another, and a blue filter over the 
last. There’s overlap; something cyan-colored is going to register roughly 
equally on the green and blue sensors, and just barely (if at all) on the red 
filter.

 

Instead of colored filters, a spectrometer uses a diffraction grating (it could 
use a prism, but those are bigger, heavier, and more expensive) to split the 
light into a rainbow, and that gets projected onto unfiltered sensors. I think 
the i1Pro has 21 sensors. How the spectrometer records that same cyan light 
depends on the spectral composition of the light. If it’s a monochromatic 
source, such as from a, say, 490 nm laser, then just that one single sensor 
that spans that part of the spectrum will get triggered; all others will record 
negligible noise. But, if it’s from a display, it’ll record basically a 
double-humped camel in profile, with one hump aligning with the peak of the 
display’s blue phosphors and the other the display’s green phosphors.

 

Imagine recording a sequence of red-only, blue-only, and green-only patches of 
varying intensities, exactly like what you see Argyll do when calibrating the 
display. On the spectrometer, you’ll see single humps get bigger or smaller, 
but those humps won’t move around or change shape.

 

In an ideal world, the filters on your colorimeter will be exact matches for 
the spectra of the display. But that’s not only impractical to manufacture in 
the first place, it would mean the colorimeter could only be used with that one 
display.

 

So, here’s where the math comes in.

 

We normally think of RGB colors as being made of three numbers. To make it 
simple, think of each being a simple zero to nine. Now, instead of, say, R=2, 
G=1, B=7, we could write that color as 217. Pretty clearly, if we do that 
consistently, we get the same thousand colors whether you write them separated 
by commas or as a single three-digit number.

 

Right off the bat, I need to note that, where this is heading, it’s not going 
to form what’s called a “subspace” in Linear Algebra. If you add together 777 
and 777, you get a number bigger than 999, the largest number in our system. 
That means it’s not closed for addition. (By similar reasoning, it’s also not 
closed for scalar multiplication, the other big test for subspaces.) In the 
graphic arts world, that means that clipping is a concern. How to deal with 
that is beyond the scope of this email. But we can still do lots of very useful 
math regardless.

 

Anyway, we can put that together to write some systems of equations. For the 
colorimeter, we might have three variables: r, g, and b. For a low-resolution 
spectrometer, we might have v, b, c, g, y, o, and r for the famous spectral 
colors. For the i1Pro, you might have x_1, x_2, x_3, …, x_21.

 

I’m now going to step away from examples that obviously map to the instruments 
we’re actually working with. Hopefully, I’ve convinced you that it’s logically 
reasonable to represent things this way, with a bit of hand-waving that the 
actual math can quickly turn into mind-numbing walls of numbers.

 

So, let’s wave our hands and make life about as simple as we can. Our 
colorimeter is actually just two channels, x and y; and our spectrometer is 
three channels, x, y, and z. Our display only has two colors.

 

We go through all sorts of algebraic adventures to boil everything for the 
colorimeter down to this system of equations:

 

x + 2y = 5

2x + 3x = 8

 

From here, you can get x = 5 - 2y, work the rest of the way through, etc., to 
eventually find that x = 1 and y = 2.

 

For the spectrometer, we get:

 

16x + 2y + 3z = 13

5x + 11y + 10z = 8

11x - 9y -7z = 5

 

Looks like you need all three of them, right?

 

Wrong. Subtract the second equation from the first, and you get the third. As 
it turns out, you can use any value you want for z and you’ll get the exact 
same answer. You’ve got three equations and three variables, sure…but you can 
get the exact same answers with two variables and two equations. (In this case, 
the simplification involves some nasty fractions; I’ll spare you the details.) 
In essence, the three-equation system is only two dimensional, with the third 
dimension having gotten flattened all the way down to a plane. There’s nothing 
you can do to the third variable that will move you perpendicular to the plane.

 

The same thing (in principle) happens with the spectrometer. Yes, you’ll 
capture all that extra data…but the math works out to being just the same as if 
you only use the colorimeter. The 21 dimensions of the i1Pro get flattened to 
the 3-dimensional space of the display. And the CCMX skews / stretches / 
whatever the 3-dimensional space of the colorimeter so that it matches that of 
the display.

 

There’s still a possibility worthy of a footnote. There’s noise in any 
real-world system. If the CCMX isn’t spot-on, the errors will get “baked into” 
all the measurements. With the spectrometer, you’re re-sampling the display’s 
spectral response with every measurement, so any one glitch has much less 
impact. But, in the real world…I very much doubt that sort of error will be 
meaningfully measurable — and the gain in low-light performance from the 
colorimeter can potentially be quite noticeable. (A visual analogue…imagine not 
a zero-height two-dimensional plane, but a piece of paper with measurable but 
probably meaningless thickness.)

 

A last footnote. Mathematicians will note that I used systems of equations, as 
opposed to vectors, to demonstrate the notion of linear dependence. This is 
especially noteworthy since the systems above have singular solutions. 
But…novices probably know enough about systems of equations to be able to 
recognize how the “spectrometer” example reduces, whereas it took me a month of 
summer classes to get to the point where I understand enough about vectors to 
be able to describe linear dependence.

 

Cheers,

 

b&

Other related posts:

  • » [argyllcms] AW: Re: Spectral data for building Monitor profiles - Andreas Mock