Перевод с CNET
Хотите узнать, почему такой важный параметр изображения, как контрастность, бесконечно растет и остается непонятным для многих?
Понимание того, что такое контрастность и как ее оценить, поможет выбрать лучший телевизор, исходя из ваших возможностей. Но это несколько сложнее, чем может показаться.
По сути, контрастность определяется разницей между самым ярким и наиболее темным изображением, которые телевизор может воспроизвести. Более точная формула:
уровень белого / уровень черного = контрастность.
Если телевизор может излучать яркость 45 фут-ламберт при белом экране и только 0,01 фут-ламберт с черным экраном, он имеет коэффициент контрастности 4 500:1. К сожалению, в реальности все становится сложнее.
Есть несколько способов измерения контрастности. Например, производитель может измерить максимальную светоотдачу одного пикселя на некотором, недоступном в обычном режиме, максимуме, затем измерить светоотдачу от того же пикселя при полном отсутствии сигнала. Такая ситуация вряд ли возможно при обычном просмотре фильмов и телепрограмм, но без общепринятого стандарта для измерения такие мелочи не волнуют производителей телевизоров.
Более того, показатели контрастности в последнее время доросли до таких экстремальных значений, что иногда нет буквально никакой возможности измерить их. Почему же сложилась такая ситуация? Отдел маркетинга заявляет численные значения, с которыми он сможет продать товар. Специалистам-разработчикам, в конце концов, приходится хитрить и, о чудо, телевизор получает необходимую контрастность. Единственной возможностью узнать реальные способности телевизоров остается чтение обзоров, но даже и они не всегда точны, как мы увидим далее.
Коэффициент контрастности: хороший и плохой
Поскольку вы читаете эту статью с дисплея, который имеет свой коэффициент контрастности, нельзя дать вам реальные примеры, как выглядит хорошая и плохая контрастность, так что придется искать другие способы.
Проверить, насколько хорошо настроен ваш монитор можно, прочитав специальные статьи. А ниже приведены два изображения, слева с хорошей контрастностью, справа с плохой.
Левое изображение более точное, с хорошей контрастностью. Справа контрастность хуже, уровень черного более высокий.
Довольно легко отметить, что картинка слева более правильная. Изображение справа имеет более высокий уровень черного, и если выбирать из двух телевизоров, поставленных рядом, выбор однозначен.
Контрастность: естественная и динамическая
Есть два типа контрастности. Чаще всего их называют естественной (родной) и динамической. Естественная контрастность та, которую позволяет без ухищрений представлять технология дисплея. У LCD дисплея эту возможность определяет жидкокристаллическая панель. В случае DLP технологии все определяется одним или тремя DMD чипами.
Представьте представленные выше изображения на экране вашего телевизора. Естественная контрастность определяется сравнением наиболее темной части изображения с самыми яркими элементами в этом же сюжете. Назовем это "внутренней контрастностью сюжета", хотя, у кого- то может быть есть и более удачные определения на этот счет?
Подобная контрастность отличается от той, что сегодня приписывают большинству телевизоров и которая называется динамической. Динамическая контрастность – расширенный термин для описания технологии, который позволяет беспредельно завышать показания, в сравнении с естественной контрастностью. При воспроизведении фильма или телепрограммы телевизор регулирует общий световой поток в соответствии с характером отображаемого сюжета. Возможно вам доводилось вручную регулировать подсветку ЖК дисплея, телевизор делает то же самое автоматически, анализируя в режиме реального времени воспроизводимый видеосюжет.
Эта шкала серого пример относительной яркости дисплея. С установленной на максимум подсветкой ЖК дисплей демонстрирует наибольшую яркость, но имеет плохой уровень черного цвета. Если уровень подсветки установить на минимум, будет приличный уровень черного, а общий световой поток станет недостаточным.
Автоматическая регулировка подсветки (аналогично у проектора регулировка отверстия диафрагмы) выполняется схемой контроля видеосигнала и позволяет в режиме реального времени корректировать общий световой поток в зависимости от того, что в это время на экране. Пример изображения с использованием динамической контрастности:
В темном сюжете телевизор затемняет подсветку (или прикрывает отверстие диафрагмы проектор), поэтому изображение становится темнее. При этом проигрывают яркие области на экране, которые тоже темнеют.
В светлом сюжете телевизор повышает общий световой поток, но, как вы можете заметить по серой шкале, повышенная яркость достигается за счет потери достойного уровня черного.
Светлые сюжеты становятся ярче, а темные чернее. Это очень хорошо, и действительно увеличивает видимый контраст дисплея, но не настолько сильно, как хотелось бы предположить, исходя из заявленных параметров контрастности. Телевизор с коэффициентом контрастности 5000000:1 это фантастика. Очень хотелось бы посмотреть на него, жаль, что он не существует. HDTV с высоким коэффициентом динамической контрастности может смотреться лучше, в сравнении с телевизором, который не имеет такой схемы, но он не будет также хорош, как дисплей с высокой естественной контрастностью.
Да, LED источники подсветки LCD панели можно отключить, создав истинный черный цвет, но это далеко не всегда можно делать в процессе воспроизведения реального фильма. Дисплей с высокой естественной контрастностью покажет яркий белый текст на глубоком черном фоне. Дисплей с высокой динамической контрастностью может иметь такой же темный фон, но текст не будет таким ярким.
Сравнительно, это выглядит вот так:
Изображение слева имитирует дисплей с высокой естественной контрастностью. То, что справа имеет пониженную естественную контрастность, но расширенную динамическую. Правое изображение способно представить низкий уровень черного, но делает это за счет снижения общего светового потока. Высокая естественная контрастность дисплея (слева) позволяет без технических ухищрений воспроизводить максимально черный, и в то же время яркий белый цвет.
Как вы можете видеть, дисплей с высокой естественной контрастностью – это то, что нужно. На фоне чернильно-черного неба ясно различимы блики уличных фонарей. Днем небо яркое, но черная куртка достаточно темная. Это больше похоже на картинку на экранах ЭЛТ телевизоров, больше похоже на фильм в кинотеатре, более соответствует реальному изображению.
Сегодня технология с наиболее высокой естественной контрастностью – используемая в домашних проекторах LCOS . В настоящее время в проекторах JVC используется фирменная версия этой технологии (D-ILA). Такие проекторы обладают самым высоким измеренным коэффициентом естественной контрастности. Версия от Sony (SXRD) достаточно отстает, но занимает второе место. Третьими по уровню естественной контрастности можно считать плазменные HDTV, хотя и некоторые DLP проекторы близки к ним.
ЖК (LCD) телевизоры достигли большого прогресса за последнее десятилетие, но все еще отстают от других технологий по ряду параметров. К счастью, лучшие производители знают об этом и придумали несколько способов, чтобы имитировать свойственную другим технологиям высокую естественную контрастность.
Лучший способ для LCD телевизоров добиться высокой контрастности внутри сюжета – использовать локальное затемнение. В этом случае подсветка дисплея представляет собой массив из светодиодов (LED источников), яркость каждого из них может меняться в зависимости от того, что показывается на экране. Хотя это не сделано и не на уровне пикселей, а светодиоды управляются не индивидуально, а по зонам, как правило, общий эффект очень хороший.
К сожалению, сегодня большинство производителей отказались от использования полной LED подсветки, которая является единственным типом хорошего локального затемнения. Такие телевизоры дороже обходятся в производстве.
Большинство LCD LED дисплеев сегодня используют боковую (краевую) подсветку, при которой светодиоды подсветки размещаются сверху и снизу LCD панели. Несколько компаний разработали методы для затемнения отдельных областей экрана и для такой подсветки (Edge LED), но эффект не так хорош, как при использовании полного LED массива позади экрана. Хотя многие телевизоры с боковой подсветкой и выглядят великолепно.
Измерение и все прочие проблемы
Однако у вас естественно давно уже возник вопрос: Как же, выяснить какой телевизор в магазине имеет лучшую контрастность? Вопрос хороший. Однако повышенная яркость освещения искажает реальные возможности телевизора. К тому же, одни модели могут иметь глянцевое покрытие экрана, а другие антибликовое, что тоже затрудняет сравнение. Как уже упоминалось, все производители дают завышенные показатели контрастности, которое имеют мало общего с реальными возможностями телевизоров. Поэтому не стоит особо доверять спецификациям.
Так что остается читать обзоры. К сожалению, лишь на немногих сайтах в процессе тестирования делают измерения контрастности. А полученные показатели порой могут сильно различаться, что объяснимо, к тому же нет единого стандарта для измерения контрастности. Кто-то может оценить контрастность в 20000:1, в то время как другой тестировщик получит только 1000:1.
Многое зависит от того, что измерять. Можно взять черное поле (яркость 0 IRE) с настроечного диска или генератора сигналов, а потом белое поле (100 IRE) из тех же источников. При этом получим приличную общую контрастность, но она не очень актуальна при реальном просмотре видео (которое никогда не бывает полностью темным или полностью белым). Кроме того, на реальном материале начинают работать многочисленные системы видеообработки, которые оказывают влияние на яркость отдельных участков изображения.
Хорошим дополнением будет измерение контрастности по методике ANSI. В этом случае на экран в шахматном порядке выводится восемь черных и белых полей. Все измерения усредняются. Это дает хорошее представление о возможностях дисплея, и гораздо более актуальное для фактического видео. Определенной проблемой является то, что яркость белых полей может влиять на показатели измерений черных квадратов. Таким образом, чтобы все сделать правильно придется потратить очень много времени.
Заключение
В данном случае однозначного ответа нет. Именно такой вывод можно сделать из всего написанного выше. Лучшее, на что сегодня можно надеяться с тем, чтобы получить общее представление о приглянувшихся моделях HDTV – достаточно точные измерения, приводимые в обзорах телевизоров с компетентных сайтов. А также очень пригодятся и почерпнутые из этой статьи познания, чтобы представить, какие потенциальные возможности телевизора наилучшим образом раскроются в условиях просмотра в вашем доме.
Как и во многих руководствах по выбору телевизора можно сказать следующее. Многое зависит от условий, в которых предполагается смотреть телевизор. Если вы любитель кино и смотрите телевизор в темной комнате или в ночное время, повышенная контрастность плазм будет смотреться очень кинематографично.
Если же вы чаще смотрите телевизор в дневное время, по яркости с LED LCD ничто не может сравниться. Где-то между ними располагаются LCD телевизоры с системой местного или зонного затемнения светодиодной (LED) подсветки. Они могут представить лучшую "внутреннюю контрастность сюжета", в сравнении с обычными LCD дисплеями, но при наличии достаточного запаса по уровню светоотдачи.
Независимо от того, какой у вас дома телевизор, очень важно правильно его настроить, так как начальные заводские настройки не могут полностью раскрыть весь потенциал телевизора.
Контрастность изображения характеризует степень контраста в фотографии . Это безразмерная величина, количественно выражаемая отношением яркости самой светлой области изображения к самой темной.
Происходит от английского Contrast ratio - технический термин, используемый при определении отношения между самой сильной и самой слабой освещенностью контрольного экрана при проецировании на него белого и черного цветов.
Контрастность – одна из основных характеристик изображения, напрямую связанная с яркостью пикселей.
При увеличении контрастности изображения светлые участки (пиксели) становятся еще светлее, а темные темнее. В результате происходит перераспределение пикселей за счет среднего тонового диапазона. Часть из них переходит в света, а часть в тени.
При уменьшении контрастности изображения, наоборот происходит расширение среднего тонового диапазона за счет пограничных светов и теней. Темные пиксели становятся более светлыми, а светлые более темными и частично переходят в средние тона.
Высококонтрастное изображение вообще может не содержать средние тона. И, наоборот, малоконтрастное изображение будет иметь преимущественно серый цвет.
Есть немало изображений, снятых при неблагоприятных условиях освещения, имеющие блеклый, унылый вид. Такие изображения нуждаются в повышении контрастности.
Контрастность показывает, на сколько визуально различимы те или иные области (объекты, предметы) изображения. Она напрямую влияет на различимость деталей, четкость изображения .
Как определить контрастность изображения
Следует отметить, что контрастность изображения, величина субъективная. Одному человеку нравятся контрастные изображения, другому более мягкие тона.
По аналогии с оптическим контрастом, характеризующим различимость предмета от окружающего его фона, количественно контрастность изображения можно определить как отношение разности яркостей светлой и темной областей к светлой.
К = (В 1 – В 2) / В 1
Здесь К – контрастность изображения, В 1 - яркость самой светлой области, В 2 -яркость самой темной области.
Яркость отдельных точек изображения можно определить в фотошопе.
Если К=1, мы имеем абсолютный контраст. При К=0 контраст отсутствует. Изображение будет представлять собой серый фон. Детали будут неразличимы.
Правда это справедливо только для черно-белых изображений. Для них характерна яркосная контрастность.
На цветном изображении объекты, имеющие одинаковую яркость, могут быть хорошо различимы за счет цветовой контрастности.
Для добавления комментариев вам необходимо зарегистрироваться на сайте.
Все прекрасно знаете, что фотоаппараты не идеальны и не всегда точно подбирают цвет (свет) на фото. Бывает, вспышка не успевает зарядиться и мы наблюдаем практически черный квадрат Малевича, бывает она сработает чересчур сильно и мы наблюдаем белый квадрат неизвестного художника с красными точками посередине (глазенки хомячка), а бывает что мы пытаемся не зависеть от вспышки, пробуем снять без нее, а фото получается желтовато-коричневатого мутного оттенка. Все это с легкость можно вылечить средствами Photoshop (безусловно, в разумных пределах! Конечно же, полностью черный или полностью засвеченный кадр восстановить не удастся).
Давайте начнем сначала с некратких, а затем кратких определений, чтобы понимать что же мы с вами меняем.
Что нам говорят по этой теме словари:
Яркость — световая характеристика тел. Отношение силы света, излучаемого поверхностью, к площади ее проекции на плоскости, перпендикулярной оси наблюдения.
Контрастность — различимость предмета наблюдения от окружающего его фона (монохроматическое излучение); цветовая контрастность - разновидность оптической контрастности, связанная с разницей цветовых оттенков.
Насыщенность — в физическом плане насыщенность цвета определяется характером распределения излучения в спектре видимого света.
Гхм… Неудобоваримые термины… Попробую сформулировать попроще и касательно данной темы:
Яркость — количество белого цвета на вашем фото. Чем выше вы ставите яркость, тем светлее становится кадр.
Контрастность — разница между разными, расположенными рядом цветами. Чем выше контрастность, тем более резко мы наблюдаем переход от одного цвета к другому (иногда контрастность срабатывает как повышение резкости).
Насыщенность — насколько сочно и ярко у вас выглядит тот или иной цвет. Можно увеличивать ее в нескромных пределах — тогда фото начинает даже «резать» глаз.
Можно, конечно, расписать по пунктам каждую из этих характеристик, но это было бы неправильно. Правильно комплексно менять все три настройки кадра. Как? Сейчас разберем…
Возьмем для рассмотрения вот такое вот темное, слабоконтрастное фото…
Команды эти прячутся в меню «Изображение», далее «Коррекция», затем «Яркость / Контрастность» и «Цветой тон / Насыщенность»:
и
При нажатии кнопки «Яркость / Контрастность» мы наблюдаем такое вот окошко:
При выборе «Цветой фон / Насыщенность» вот такое:
Для начала открываем «Яркость / Контрастность» и спокойно и умиротворенно двигаем оба ползунка вправо до требуемого значения яркости и контраста (все это делается чисто интуитивным образом и в каждом случае по-своему!). Не следует выставлять всегда точно такие же значения как на этом вот кадре:
Мне вот показалось что сначала нужно выставить яркость на +120, а контрастность на +30. Но всем заметно что цвета чересчур яркие и ненатуральные. Хорошо, что мы знаем где находится меню «Цветовой фон / Насыщенность», которая нам поможет это исправить:
Мне кажется, что если сбросить значение насыщенности на 13 пунктов получается неплохо. Вот, вроде бы, и все, но я всегда перестраховываюсь и еще разок захожу в «Яркость / Контрастность», проверяя, может что -то еще следует поменять для достижения наиболее красивого результата и реалистичного фото.
В этом уроке мы научимся изменять яркость и контрастность изображения.
Вот формула, по которой мы будем изменять яркость:
Код:
Чтобы цвет был в диапазоне от 0 до 255 , мы будем использовать функцию ToByte() .
Создайте класс Brightness и добавьте в него функцию ToByte() .
Код:
| /*http://сайт, Alexei16*/ private static byte ToByte(int Val) { if (Val > 255) Val = 255; else if (Val < 0) Val = 0; return (byte)Val; } |
Код:
Рисунок 2. Изображение после изменения яркости (+85).
Реализация контрастности немного сложнее. Чтобы контрастность можно было увеличивать и уменьшать, её значения берут от -100 до 100 , а потом уже значение приводят к диапазону от 0 до 255 .
Формула ее вычисления выглядит следующим образом:
Код:
Создайте класс Contrast и добавьте в него функцию ProcessImage :
Код:
| /*http://сайт, Alexei16*/ public static unsafe Bitmap ProcessImage(Filter Main,int Value) { int RedVal, GreenVal, BlueVal; double Pixel; double Contrast = (100.0 + Value) / 100.0; //Вычисляем общее значение контраста Contrast = Contrast * Contrast; for (int I = 0; I < Main.AllPixelsBytes; I += Main.BytesPerPixel) { BlueVal = *(Main.Unsafe_IMG_Scan0 + (I + 0)); //B GreenVal = *(Main.Unsafe_IMG_Scan0 + (I + 1)); //G RedVal = *(Main.Unsafe_IMG_Scan0 + (I + 2)); //R Pixel = RedVal / 255.0; Pixel = Pixel - 0.5; Pixel = Pixel * Contrast; Pixel = Pixel + 0.5; Pixel = Pixel * 255; if (Pixel < 0) Pixel = 0; if (Pixel > 255) Pixel = 255; *(Main.Unsafe_IMG_Scan0 + (I + 2)) = Convert.ToByte(Pixel); Pixel = GreenVal / 255.0; Pixel = Pixel - 0.5; Pixel = Pixel * Contrast; Pixel = Pixel + 0.5; Pixel = Pixel * 255; if (Pixel < 0) Pixel = 0; if (Pixel > 255) Pixel = 255; *(Main.Unsafe_IMG_Scan0 + (I + 1)) = Convert.ToByte(Pixel); Pixel = BlueVal / 255.0; Pixel = Pixel - 0.5; Pixel = Pixel * Contrast; Pixel = Pixel + 0.5; Pixel = Pixel * 255; if (Pixel < 0) Pixel = 0; if (Pixel > 255) Pixel = 255; *(Main.Unsafe_IMG_Scan0 + (I + 0)) = Convert.ToByte(Pixel); } Main.UnLock(); return Main.Picture; } |
Использование в приложениях: контрастность
Код:
| /*http://сайт, Alexei16*/ Bitmap Test1 = Contrast.ProcessImage(new Filter(TestImage),35); //TestImage - это ваше изображение |
Рисунок 3. Изображение до изменения контрастности.
Рисунок 4. Изображение после изменения контрастности (+35).
В предыдущем параграфе мы видели, что освещенность изображения протяженного предмета повышается с увеличением диаметра линзы и с уменьшением ее фокусного расстояния. Могло бы показаться, что этим путем можно повысить также яркость изображения протяженного предмета и получить изображения, например, более яркие, чем сам источник. Однако подобное заключение оказывается ошибочным.
В наилучшем случае яркость изображения может достигнуть яркости источника; это имеет место при отсутствии потерь, происходящих за счет частичного поглощения света в линзах и частичного отражения его поверхностями линз. При наличии потерь света в системе яркость изображения протяженного объекта всегда меньше яркости самого объекта. Получить яркость изображения протяженного объекта, большую, чем яркость источника, нельзя никакими оптическими приборами.
Невозможность увеличить яркость изображения с помощью оптической системы становится понятной, если вспомнить основное свойство всякой системы, отмеченное в § 102. Оптическая система, не имеющая потерь, не меняет светового потока, но она, уменьшая площадь изображения, во столько же раз увеличивает телесный угол, в который направляется световой поток. При уменьшении площади изображения световой поток, испускаемый единицей поверхности, увеличивается, но зато этот поток направляется в больший телесный угол. Таким образом, световой поток, испускаемый единицей поверхности в единичный телесный угол, т. е, яркость (см. §73), остается неизменным.
Для простого случая образования изображения с помощью линзы мы можем подтвердить этот общий вывод путем несложного расчета.
Поместим перед линзой на расстоянии от нее небольшую светящуюся поверхность с площадью , перпендикулярную к главной оси. Пусть ее изображение находится на расстоянии от линзы и имеет площадь . Тогда, очевидно (рис. 238), , или
Найдем световой поток, направляющийся от источника через линзу. Согласно формуле (73.2) , где - яркость светящейся площадки, - ее площадь, а - телесный угол потока, направляемого к линзе. Из ри. 238 видно, что , где - площадь отверстия линзы. Итак,
Этот световой поток направляется на изображение .
Световой поток, испускаемый изображением, направляется внутрь телесного угла , который, как видно из рис. 238, равен .
Рис. 238. Яркость изображения зависит от произведения телесного угла на площадь изображения и не может превысить яркости источника
Поток, идущий от изображения, равен
Если в линзе не происходит потерь света, то оба световых потока - падающий на линзу (и направляемый ею к изображению) и исходящий от изображения - должны быть равны друг другу:
Отсюда в силу (109.1)
т. е. яркость изображения, даваемого линзой, равна яркости самого объекта. Напомним, что все выводы справедливы лишь для протяженных объектов. Вопрос о яркости изображения точечных объектов мы рассмотрим в следующей главе.
Полученный результат позволяет найти освещенность изображения, даваемого линзой, равна яркости самого объекта. Напомним, что все выводы справедливы лишь для протяженных объектов. Вопрос о яркости изображения точечных объектов мы рассмотрим в следующей главе.
Полученный результат позволяет найти освещенность изображения, даваемого линзой. Для освещенности изображения, согласно формуле (109.3), имеем
Если можно пренебречь потерями света в линзе, то , и, следовательно
Мы видим, что освещенность изображения, получаемого с помощью линзы, такая же, как если бы мы заменили линзу источником той же яркости и с площадью, равной площади линзы. Полученная формула (109.6) применима и к более сложным системам.
Яркость изображения может быть повышена и превзойти яркость источника, если в пространстве между источником и изображением находится активная среда, усиливающая проходящее через нее излучение. (Способы создания активных сред будут рассмотрены позже.) Системы с усилением яркости называются активными оптическими системами. Примером такой системы может служить лазерный проекционный микроскоп, позволяющий получать на экране площади несколько квадратных метров изображения микроскопических объектов с освещенностью, достаточной для восприятия в незатемненном помещении. В активных оптических системах энергия передается изображению из активной среды.
39. Фокусное расстояние оптической системы ; главные плоскости находятся на расстоянии одна от другой. Постройте в этой системе изображения предмета, расположенного от передней главной плоскости на расстояниях: а) ; б) ; в) . В каждом случае найдите линейное и угловое увеличения.
40. Оптическая система состоит из двух линз, находящихся в воздухе на расстоянии одна от другой. Передний фокус находится на расстоянии от первой линзы, а задний фокус - на расстоянии от второй линзы. Увеличенное в три раза изображение находится на расстоянии от заднего фокуса. Найдите фокусное расстояние системы и положение главных плоскостей относительно линз, образующих систему.
Рис. 239. К упражнению 41
41. Для фотографирования удаленных предметов применяется телеобъектив - оптическая система, у которой задняя главная плоскость находится впереди передней линзы (рис. 239).
Объясните, в чем преимущества телеобъектива при фотографировании удаленных предметов по сравнению с обычными объективами.
42. Найдите зависимость между оптической силой и светосилой
43. Объект, освещенность которого равна , а коэффициент диффузного отражения равен 0,70, фотографируют с помощью объектива с относительным отверстием . Найдите освещенность изображения, считая, что оно находится приблизительно в фокальной плоскости объектива.
44. Определите освещенность, даваемую прожектором, зеркало которого имеет диаметр , а дуга прожектора имеет яркость - фокусное расстояние системы. Докажите справедливость этой формулы.
