Введение
Контрастное соотношение (CR) — это характеристика системы отображения, определяемая как отношение яркости самого яркого оттенка (белого) к яркости самого темного оттенка (черного), который система способна воспроизвести. Высокое контрастное соотношение является желательным свойством любого дисплея и имеет сходство с динамическим диапазоном. Не существует общепринятого, стандартизированного способа измерения контрастного соотношения для системы или ее компонентов, а также единого стандарта определения "контрастного соотношения", признанного организациями по стандартизации. Поэтому показатели, предоставляемые разными производителями устройств отображения, не всегда сопоставимы из-за различий в методах измерения, условиях работы и неуказанных переменных. Производители традиционно отдают предпочтение методам измерения, изолирующим устройство от системы, в то время как другие разработчики чаще учитывают влияние окружающей среды. В идеальном помещении весь свет, отражающийся от проекционного экрана или излучаемый электронно-лучевой трубкой, поглощается, и единственным источником света является само устройство отображения. В таком помещении контрастность изображения будет соответствовать контрастности устройства. Однако реальные помещения отражают часть света обратно на изображение, что снижает воспринимаемое контрастное соотношение. Статическое контрастное соотношение — это отношение яркости, сравнивающее самый яркий и самый темный оттенки, которые система способна воспроизводить одновременно в любой момент времени, а динамическое контрастное соотношение — это отношение яркости, сравнивающее самый яркий и самый темный оттенки, которые система способна воспроизводить во времени (в процессе отображения движущегося изображения). Переход от системы, отображающей статичное изображение, к системе, отображающей динамичную, изменяющуюся картинку, несколько усложняет определение контрастного соотношения, поскольку необходимо учитывать дополнительное временное измерение при проведении измерений.
a property of a display
The contrast ratio (CR) is a property of a display system, defined as the ratio of the luminance of the brightest shade (white) to that of the darkest shade (black) that the system is capable of producing. A high contrast ratio is a desired aspect of any display. It has similarities with dynamic range. There is no official, standardized way to measure contrast ratio for a system or its parts, nor is there a standard for defining "Contrast Ratio" that is accepted by any standards organization so ratings provided by different manufacturers of display devices are not necessarily comparable to each other due to differences in method of measurement, operation, and unstated variables. Manufacturers have traditionally favored measurement methods that isolate the device from the system, whereas other designers have more often taken the effect of the room into account. An ideal room would absorb all the light reflecting from a projection screen or emitted by a cathode ray tube, and the only light seen in the room would come from the display device. With such a room, the contrast ratio of the image would be the same as the contrast ratio of the device. Real rooms reflect some of the light back to the displayed image, lowering the contrast ratio seen in the image. Static contrast ratio is the luminosity ratio comparing the brightest and darkest shade the system is capable of producing simultaneously at any instant of time, while dynamic contrast ratio is the luminosity ratio comparing the brightest and darkest shade the system is capable of producing over time (while the picture is moving). Moving from a system that displays a static motionless image to a system that displays a dynamic, changing picture slightly complicates the definition of the contrast ratio, due to the need to take into account the extra temporal dimension to the measuring process.
Методы измерения
Многие устройства отображения предпочитают использовать метод измерения "полный включенный/полный выключенный", поскольку он нивелирует влияние помещения и обеспечивает идеальное соотношение. Равные пропорции света отражаются от дисплея в помещение и обратно при измерениях "черного" и "белого", пока условия в помещении остаются неизменными. Это пропорционально увеличивает уровни яркости обоих измерений, не изменяя при этом соотношение яркости черного к белому. Некоторые производители доходят до того, что используют различные параметры устройства для трех тестов, еще больше завышая рассчитанное соотношение контрастности. В DLP-проекторах одним из способов добиться этого является включение прозрачного сектора цветового колеса для измерения "включенного" состояния и его отключение для измерения "выключенного" состояния. Эта практика весьма сомнительна, поскольку невозможно воспроизвести такие значения контрастности при просмотре реального контента. Другой показатель – контрастность ANSI, при котором измерение выполняется с использованием тестового изображения в виде шахматной доски, где значения яркости черного и белого измеряются одновременно. Это более реалистичная оценка возможностей системы, но существует риск включения влияния помещения в результаты измерения, если тест не проводится в помещении, близком к идеальному. Важно отметить, что метод "полный включенный/полный выключенный" фактически измеряет динамическую контрастность дисплея, в то время как контрастность ANSI измеряет статическую контрастность.
Динамический контраст (DC)
Технология ЖК-дисплеев – динамический контраст (DC), также называемый расширенным коэффициентом контрастности (ACR), интеллектуальным коэффициентом контрастности (SCR) и различными другими обозначениями. Когда требуется отобразить темное изображение, дисплей с поддержкой динамического контраста снижает мощность подсветки (или уменьшает диафрагму объектива проектора с помощью ирисы), но пропорционально увеличивает светопропускание ЖК-панели; это позволяет реализовать потенциальный статический коэффициент контрастности ЖК-панели в темных сценах при просмотре изображения в темном помещении. Недостатком является то, что если в темной сцене есть небольшие участки очень яркого света, результирующее изображение может быть переэкспонировано. Задача дисплея – определить, насколько можно незаметно потерять детали в ярких участках изображения при заданных условиях внешней освещенности. Яркость, как ее чаще всего указывают в маркетинговых материалах, относится к излучаемой световой интенсивности на экране, измеряемой в канделах на квадратный метр (кд/м²). Чем выше это значение, тем ярче экран. Также распространена практика указания только динамического коэффициента контрастности дисплея (который лучше статического коэффициента контрастности только на бумаге), который нельзя напрямую сравнивать со статическим коэффициентом контрастности. Плазменный дисплей со статическим коэффициентом контрастности 4 000 000:1 покажет лучший контраст по сравнению с ЖК-дисплеем (с LED или CCFL подсветкой) с динамическим коэффициентом контрастности 30 000 000:1 и статическим коэффициентом контрастности 20 000:1, когда входной сигнал содержит полный диапазон яркости от 0 до 100% одновременно. Однако они будут сопоставимы, когда диапазон входного сигнала ограничен яркостью от 0 до 20%.
Контраст в реальном помещении
В маркетинговой литературе коэффициенты контрастности для излучающих (в отличие от отражающих) дисплеев всегда измеряются в оптимальных условиях – в абсолютно темной комнате. В типичных условиях просмотра коэффициент контрастности значительно ниже из-за отражения света от поверхности дисплея, что усложняет сравнение устройств с очень высокими коэффициентами контрастности. Степень снижения коэффициента контрастности из-за освещения в комнате зависит от яркости дисплея, а также от количества отраженного света. Качественная проекция в обычном кинотеатре может иметь коэффициент контрастности 500:1, у пропускающего цифрового проектора этот показатель составляет около 200:1, а у отражающего цифрового проектора (например, DLP) – около 500:1 в почти идеальных условиях. Современный компьютерный ЖК-монитор обычно имеет коэффициент 1000:1, а у телевизоров он может превышать 4000:1. Динамический коэффициент контрастности обычно измеряется на заводе, сравнивая две панели одной и той же модели, поскольку каждая панель имеет собственные темные и светлые (горячие) участки. Статический коэффициент обычно измеряется на одном экране, отображающем половину экрана в максимальной яркости и половину – в полной темноте. Это обычно приводит к более низкому значению, так как яркость проникает в темную область экрана, увеличивая общую яркость.