Цветопередача ЖК-мониторов

- Nov 30, 2017 -

【R & D Department of Blaze Display】 С точки зрения цветопередачи производители обычно указывают лишь одну цифру - количество цветов, которое традиционно равняется 16,2 млн. e 16,7 млн. Впрочем, даже здесь уже есть подвох - дело в том, что очень многие из выпускаемых сейчас матриц (а из "быстрых" матриц - все поголовно) не умеют отображать более 262 тысяч цветов (что соответствует 18 битам, или по 6 бит на каждый из трех базовых цветов).

Изображение на 18-битной матрице без дополнительных мер выглядит весьма грустно - фактически такая матрица годится только для офисной работы да еще (и то - в некоторой степени) для игр. По этой причине производители матриц реализуют в них так называемый FRC (Frame Rate Control) - метод эмуляции недостающих цветов, при котором цвет пиксела меняется с каждым кадром в небольших пределах. Допустим, нам надо вывести цвет RGB: {154; 154; 154}, который наша матрица физически не поддерживает, однако она поддерживает два соседних цвета - RGB: {152; 152; 152} è RGB: {156; 156; 156}. Если теперь поочередно (с частотой кадровой развертки) выводить эти два цвета, то, в результате близости их цветов и инерционности как человеческого глаза (очевидно, не воспринимающего мерцание на частоте 60Гц), так и самой матрицы ( "сглаживающей" момент переключения цветов) мы будем видеть некий усредненный цвет, то есть искомый RGB: {154; 154; 154}. Разумеется, это все же эмуляция, не дотягивающая до полноценной цветопередачи "true color", а потому в описаниях мониторов с такими матрицами обычно указывают, что он воспроизводит 16,2 млн. цветов - иначе говоря, указание такого количества цветов однозначно говорит о том, что у монитора 18-битная матрица. К сожалению, указание, что монитор воспроизводит 16,7 млн. цветов, еще ни о чем не говорит - многие производители так маркируют модели с теми же 18-битними матрицами.

На практике могут применяться более сложные механизмы FRC, работающие в сочетании с более привычным для пользователей дизерингом (когда нужный цвет формируется несколькими расположенными рядом пикселами с немного различающимися цветами), то есть меняющие на каждом кадре цвет не одного пиксела, а, скажем, группы из четырех пикселов - это позволяет более точно передавать недоступные матрице оттенки цвета, однако суть от этого в общем-то не меняется - "полноцветными" такие матрицы можно называть лишь условно.

Соответственно, качество цветопередачи таких матриц во многом определяется качеством реализации FRC. В основном, встречаются две проблемы - во-первых, это поперечные полосы на плавных цветовых градиентах, в наиболее плачевных случаях выглядящие так, как будто в матрице и нет никакого FRC. Впрочем, этот недостаток скорее относится к первому поколению "быстрых" матриц и на последних моделях мониторов встречается редко, хотя легкая "полосатость" градиентов иногда все же проявляется. Во-вторых, на некоторых сложных картинках (например, на однопиксельной сеточке, а уж тем более если она сочетается с плавным градиентом) алгоритмы FRC могут давать сбои, приводящие к мерцанию изображения - от едва заметного до очень сильного, делающего невозможной работу за монитором. Впрочем, последнее на современных мониторах тоже встречается достаточно недорогих моделей производителей. Также стоит помнить, что качество работы FRC (и, соответственно, связанные с ним побочные эффекты) может зависеть от установленной на мониторе контрастности и яркости (в случае, если последняя регулируется матрицей, а не лампами подсветки) - в такой ситуации мерцание картинки может возникать только на определенных настройках монитора. Впрочем, возникает только на достаточно специфичных изображениях, не мешая обычной работе с монитором.

Следующая после разрядности матрицы проблема обеспечения качественной цветопередачи - это гамма-компенсация. Выше, говоря про яркость и контрастность, я для простоты писал, что зависимость между входным сигналом и яркостью пиксела линейная (), но на самом деле это не так - зависимость эта степенная и выглядит как, гдеgamma - некоторое число.

Можно сказать, что гамма-компенсация появилась и существует более по историческим причинам, нежели по техническим - дело в том, что электронно-лучевые трубки сами по себе имеют передаточную характеристику (то есть зависимость между входным и выходным сигналами), близкую к степенной, с показателем около 2,5. На операционных системах для PC долгое время не было никаких средств управления цветом (CMS - Color Management System), а потомуgamma = 2,5 традиционно считается стандартным значением для Wintel-платформы. На Apple Macintosh, традиционно использовавшихся для полиграфии, обработки фотоизображений, цветокоррекции и подобных задач, значение gammaчастично корректировалось - оно уменьшалось до 1,8. Разумеется, чтобы пользователь видел на экране неискаженную картинку, она должна быть предварительно обработана функцией, где i - яркость итоговая, I - исходная яркость картинки, gamma а - то же самое число gamma, как и на системе, для просмотра на которой эта картинка обрабатывается ; тогда для пользователя картинка будет описываться формулой, то есть он увидит оригиналI, скорректированный лишь с учетом контрастности C и яркости B монитора. Так как значение gamma отличается для разных платформ, то и изображения требовалось компенсировать по-разному, а потому, например, изображение, подготовленное для Mac'а, на PC выглядело слишком темным, а подготовленное для PC - наоборот, выглядело слишком светлым на Mac' е. Поэтому около десяти лет тому назад при активном участии Microsoft Ø HP был разработан стандарт sRGB "uno spazio colore predefinito standard per Internet", в котором значение gamma было определено равным 2,2 (точнее говоря, в sRGB гамма-кривая составлена ​​из двух независимых функций, но она достаточно точно описывается и одной функцией при gamma = 2,2) - таким образом, подготовленные в соответствии с sRGB изображения одинаково хорошо (или, как предпочитают говорить скептики, одинаково плохо) выглядели как на Mac'ах, так и на старых PC с gamma = 2,5. На данный момент sRGB является стандартом как de jure, так и de facto, и современные мониторы в большинстве своем изначально калибруются на gamma = 2,2.

Разумеется, возникает вопрос, а зачем нужна гамма-компенсация с технической точки зрения? Обычно в обоснование необходимости компенсации говорят, что она позволяет увеличить точность передачи темных оттенков (разумеется, за счет уменьшения точности передачи светлых) - ведь человеческий глаз имеет логарифмическую характеристику чувствительности, то есть он намного легче замечает изменение темных тонов, чем такое же по величине изменение светлых, а потому точностью передачи светлых тонов можно и пожертвовать. Теоретический расчет показывает, что приgamma = 2,2 точность, эквивалентная 9-битному кодированию, достигается только для 7% наиболее темных оттенков, а эквивалентная 10-битному - лишь для 3% (очевидно, что смысла говорить об 11-битной точности передачи темных оттенков уже нет - те цвета, для которых она достигается, практически неотличимы от черного), но при этом для 75% светлых оттенков точность цветопередачи падает - это сравнимо с потерями при сохранении в JPEG со средним качеством (если, конечно, не учитывать то, что JPEG привносит еще и геометрически артефакты, а не только ухудшение цветопередачи). Казалось бы, все хорошо, и с учетом вышеупомянутых особенностей зрения можно возрадоваться тому, что мы улучшили точность передачи темных цветов и не обращать внимание на ухудшение качества светлых, но, увы, на практике все далеко не так хорошо. Во-первых, изображения имеют не идеальное качество - они ограничены возможностями фотоаппарата (сканера, et cetera), с помощью которого они были получены; если говорить о темных тонах, то точность их передачи в первую очередь определяется уровнем шума CCD или CMOS-матрицы камеры (причин шума может быть много - фотонный дробовой шум, шум считывания, темновой ток матрицы и так далее). Так вот, отношение сигнал-шум даже для высококачественных камер с охлаждаемыми матрицами, применяемыми в научных целях (в астрономии, спектроскопии, микробиологии и так далее), для очень хорошей камеры составляет 60 ... 65 дБ (для достижения таких цифр применяется как минимум двухступенчатое охлаждение элементами Пельтье с активным воздушным охлаждением их радиаторов и итоговой температурой CCD-матрицы порядка -10 ...- 40 градусов) - что соответствует точности около 10 бит (1 бит = 6,2 дБ); обычные же фотокамеры, вплоть до профессиональных, обеспечивают отношение сигнал-шум в лучшем случае 40 ... 50 дБ, что соответствует точности всего лишь 7 ... 8 бит. Иначе говоря, какой смысл в дополнительных битах точности, если даже при стандартной 8-битной точности младший бит фактически передает только шум матрицы?

Un paio di:Il sistema di riciclaggio dei rifiuti LCD sviluppato da Taiwan vince il premio R & D 100 IL prossimo Articolo:LCD TFT