Характеристики видеопроекторов. Нужны ли нам такие цифры?

            Видеопроекторы, работающие в домашних условиях, уже несколько лет являются совершенно обычным явлением и перестают восприниматься как некая экзотика. Это неудивительно, ведь для построения более или менее приличного домашнего кинотеатра, обеспечивающего полноценное погружение зрителя в действие кинофильма, требуется создать изображение по-настоящему большого размера. Несмотря на все технологические достижения производителей телевизионных дисплеев, создание такого большого изображения пока что возможно только при помощи видеопроектора. Впрочем, любителям домашнего кино прекрасно известно, что размер изображения – это необходимое, но далеко не достаточное условие для того, чтобы получать настоящее удовольствие от просмотра любимого фильма, спортивной передачи или музыкального концерта. Не секрет, что изображение должно быть не только большим, но еще и качественным. Согласитесь, что удовольствие от просмотра изображения большого размера, но с низким разрешением (т.е. с хорошо заметной структурой дискретных элементов, формирующих это изображение), малой контрастностью или же с неестественной передачей цветов будет, мягко говоря, сомнительным. Что касается разрешения, то появление современных форматов высокой четкости (так называемых High-Definition или HD) произвело настоящую революцию на рынке домашних видеопроекторов. Full-HD проекторы позволяют говорить о создании действительно качественного и подробного изображения c передачей мельчайших деталей на большом экране. Эмоциональное воздействие такого изображения на зрителя очень велико, а если оно, к тому же, сопровождается реалистичным объемным звуком, то основную задачу домашнего кинотеатра можно считать выполненной – зритель забывает о том, что он находится у себя дома и полностью погружается в действие, происходящее на экране. К сожалению, такое состояние «погруженности» - очень неустойчиво. Любое несоответствие изображения тому, к чему мы привыкли в реальной жизни, выводит нас из него и напоминает, что это всего лишь имитация. Для того чтобы устранить данное несоответствие производители оборудования для домашнего кинотеатра уделяют огромное внимание реалистичности изображения и звука своей аппаратуры. Именно реалистичность отличает действительно качественную аппаратуру от массовой продукции, в которой во главу угла ставится не натуральность, а эффектность (гипертрофированно яркие цвета изображения, перенасыщенный средний и верхний бас в звучании и т.д.). Впрочем, в данной статье, мы не будем рассматривать особенности звукового сопровождения в домашнем кинотеатре, а сфокусируемся именно на изображении, его особенностях и методиках оценки его качества, позволяющих экспертам (в том числе и нашего журнала) проводить объективное тестирование и давать обоснованные рекомендации потребителям.

Такие разные цифры

            Для тех из наших читателей, кто давно интересуется видеопроекционной аппаратурой, не станет открытием то обстоятельство, что в разные времена во главу методик оценки качества видеопроекторов ставились различные параметры. Еще совсем недавно использование проекторов в домашних условиях было совершенной экзотикой, в основном же их применяли для проведения презентаций. Поскольку в аудиториях, где проводятся презентации далеко не всегда можно организовать полное или хотя бы частичное затемнение, то наибольшее значение придавалось яркости или если быть более точным, то световому потоку видеопроектора.

Единицей измерения светового потока является люмен. Один люмен представляет собой световой поток, испускаемый точечным источником в телесном угле 1 стерадиан при силе света источника в 1 канделу. Как и следовало ожидать, с появлением параметра, по которому различные модели видеопроекторов можно сравнивать друг с другом, началась «гонка вооружений» между различными производителями. На рынок выводились новые модели с все большими и большими заявленными характеристиками светового потока, пока не стало понятно, что дальнейшее его увеличение уже не имеет практического смысла (во всяком случае для проведения презентаций в обычных аудиториях среднего размера).

            С развитием проекционных технологий и с их приходом на рынок домашних кинотеатров про яркость видеопроекторов не то чтобы забыли, но она постепенно стала отходить на второй план. На первые же роли вышел новый параметр под названием соотношение контрастности (для простоты в дальнейшем будем использовать пусть и не совсем корректный, но общепринятый термин «контрастность»). Контрастность видеопроектора определяется соотношением световых потоков, измеренных при воспроизведении максимально яркого и максимально темного изображения. Например, если при воспроизведении белого поля световой поток видеопроектора составляет 5000 люмен, а черного – 5 люмен, то контрастность данного проектора составит 5000 / 5 = 1000:1. Контрастность видеопроектора является очень важным параметром, особенно при его работе в домашнем кинотеатре. Она определяет возможность аппарата показывать глубокий черный цвет и в то же время яркие светлые цвета. При проведении презентаций в относительно светлых помещениях высокая контрастность позволяет увеличивать яркость проектора, сохраняя при этом разборчивость проецируемого изображения.

Важность соотношения контрастности для оценки качества видеопроекторов ожидаемо привела к новому витку «гонки вооружений» между производителями. Соотношение контрастности стало очень активно эксплуатироваться ими в рекламных целях, т.е. для того, чтобы подчеркнуть преимущество своих моделей над конкурентами. Для конечного потребителя же информативность этого важнейшего показателя резко устремилась к нулю, поскольку в отсутствие четких правил, регламентирующих правила измерения контрастности, большинство производителей проводили эти измерения так как им было удобнее, т.е. так, чтобы получить максимальное значение.

            В 1997 году Американский Национальный Институт Стандартизации ANSI (American National Standards Institute) разработал универсальную методику тестирования видеопроекторов. Эта методика регламентировала измерения основных характеристик проекторов для того чтобы указанные в их технических характеристиках значения (в первую очередь, значения светового потока и контрастности) можно было сравнивать друг с другом. В технических характеристиках стали появляться значения светового потока в ANSI-люменах, т.е. в люменах, измеренных в соответствии с методикой, предложенной ANSI.

            Контрастность видеопроектора по этой методике может быть измерена двумя разными способами. Первый из них служит для измерения так называемой контрастности Full On/Off, т.е. соотношения, определяемого световыми потоками при поочередном воспроизведении абсолютно белого и абсолютно черного полей. Именно этот параметр обычно и указывается производителями в технических характеристиках проекторов. Другой метод – это измерение контрастности по так называемому шахматному полю. В соответствии с данным методом на экран проецируется картинка, представляющая собой поле, разбитое на 16 прямоугольников таким образом, чтобы белые сегменты чередовались с черными как на шахматной доске. Для определения контрастности по шахматному полю производится измерение светового потока в центре каждого из этих сегментов. Значения световых потоков для белых и черных сегментов усредняются и позволяют вычислить соотношение контрастности по шахматному полю.

            Само собой, контрастность, измеренная по шахматному полю, является гораздо более информативной по сравнению с контрастностью Full On/Off, поскольку позволяет судить о реальных характеристиках видеопроектора, в кадре которого, как правило, и бывают сочетания светлых и темных участков изображения. В то же время такое тестирование является гораздо более жестким для проекционной системы, поэтому цифры, полученные при измерениях по шахматному полю могут отличаться от контрастности в режиме Full On/Off очень и очень существенно. Производители это прекрасно понимают и обычно не указывают контрастность по шахматному полю, а, пользуясь неразберихой (ведь та же самая методика ANSI подразумевает измерение контрастности по двум принципиально различным методикам), ограничиваются только первой (максимальной) характеристикой. Мы же, к примеру, при проведении тестирования проекторов для нашего журнала, наоборот обращаем внимание, в первую очередь на контрастность по шахматному полю. Стоит ли удивляться, что данные, полученные нами в лаборатории, временами отличаются от характеристик, заявленных производителем, в несколько раз…

            Еще одним фактором, влияющим на разницу соотношений контрастности, измеренных разными способами, является применение в современных проекторах так называемых ирисовых диафрагм. В слове «ирисовые» не стоит искать какой-либо потаенный смысл, оно означает лишь то, что диафрагма объектива проектора регулируется специальными «лепестками». Диафрагма видеопроектора может управляться автоматически и регулируется таким образом, чтобы быть максимальной при передаче светлого изображения и минимальной (т.е. максимально ограничивающей световой поток) при воспроизведении темных кадров. Понятно, что применение диафрагмы способно радикально повысить контрастность изображения при измерении в режиме Full On/Off. В режиме Full On диафрагма полностью открыта, поэтому световой поток – максимальный. В режиме же Full Off диафрагма закрывается и не пропускает свет от лампы на экран. К сожалению, переходя в режим измерения контрастности по шахматному полю, для видеопроекторов, оснащенных ирисовой диафрагмой, мы ожидаемо получаем радикальное снижение заявленных характеристик. Поскольку в кадре в этом случае одновременно присутствуют и темные и светлые участки, то диафрагма никак не может повлиять на увеличение соотношение контрастности, и оно определяется только характеристиками матрицы и оптической системы видеопроектора. Еще раз оговоримся, что и в этом случае такое измерение кажется нам максимально объективным, поскольку позволяет понять, может ли проектор в одном и том же кадре передавать глубокий черный цвет одновременно с ярким световым источником (например, звездное небо, фары автомобиля ночью и пр.).

            Отдельно стоит отметить, что ANSI-люмены, в которых измеряется световой поток видеопроекторов, в настоящее время уже не совсем, а точнее даже совсем не ANSI. Дело в том, что Американский Национальный Институт Стандартизации, разработавший данную методику, призванную внести ясность в процесс стандартизации технических характеристик проекторов, а на деле (как мы видим) еще больше его запутавшую, решил от греха подальше отойти «в сторону». С 2003 года видеопроекторы стандартизуются в соответствии с требованиями IEC (International Electronic Comission), которые, впрочем, практически идентичны критериям ANSI.

При измерениях контрастности по шахматному полю используется специальная тестовая таблица, состоящая из чередующихся черных и белых сегментов.

Цветное кино

            Наверняка, многие из наших читателей обратили внимание на то, что все изложенные нами рассуждения о методиках измерения светового потока и контрастности касаются, в первую очередь, черно-белого изображения. Действительно, методики ANSI и последовавшие за ними IEC, казалось бы, не дают никакой информации о том, насколько ярко передаются те или иные цвета. На самом деле, в этом нет ничего удивительного, ведь в то время, когда данные методики разрабатывались, белый цвет формировался только тремя основными цветами RGB (red, green, blue) – красным, зеленым и синим. Таким образом, измеряя световой поток видеопроектора по белому полю, можно было получить косвенную информацию о яркости трех основных цветов, формирующих белый цвет. К сожалению, развитие проекционных технологий, внесло в данную методику новую неоднозначность, которая касается, прежде всего, измерения светового потока.

            Как известно, в настоящее время на рынке видеопроекторов конкурируют две основные технологии – LCD (изображение на экране формируется тремя жидкокристаллическими матрицами) и DLP (изображение формируется микрозеркальным чипом и вращающимся цветовым колесом). Проекторы, построенные на основе LCD-технологии, могут оснащаться матрицами, работающими как на просвет (3LCD-технология), так и на отражение (так называемые LCOS-матрицы, применяемые в D-ILA и SXRD-проекторах). И в том и в другом случае изображение в этих проекторах формируется тремя жидкокристаллическими матрицами, отвечающими за три базовых цвета RGB. Белый цвет в таких проекторах формируется этими же самыми матрицами. Отметим, что в трехматричных DLP-проекторах белый цвет формируется аналогичным образом.

Изображение в 3LCD и LCOS-проекторах, а также трехматричных DLP-проекторах формируется тремя жидкокристаллическими матрицами, отвечающими за три базовых цвета RGB

            В одноматричных DLP-проекторах ситуация несколько иная. Дело в том, что для увеличения светового потока некоторые DLP-модели (как правило, чисто презентационные) оснащаются цветовым колесом, в котором помимо сегментов для основных цветов RGB имеется дополнительный белый сегмент. Применение этого белого сегмента позволяет существенно повысить световой поток проектора при воспроизведении черно-белых изображений. В то же время понятно, что применение дополнительного белого сегмента в цветовом колесе таких DLP-моделей не может повышать яркость отдельных цветов, которые по-прежнему формируются соответствующими сегментами цветового колеса.

            Как вы помните, методика ANSI и последовавшая за ней методика IEC регламентирует измерение светового потока при воспроизведении белого поля, поэтому DLP-модели, оснащенные цветовым колесом с дополнительным белым сегментом, получают определенное преимущество перед соответствующими LCD-моделями с точки зрения формально измеряемых величин светового потока, которые указываются в технических характеристиках проекторов и служат критериями выбора для потребителей. Справедливости ради стоит отметить, что в DLP-моделях, разработанных специально для домашнего кинотеатра, белый сектор в цветовом колесе практически не используется.

            Исследовательский центр Lumita обратил внимание на данное несоответствие и внес предложение по модификации стандарта IEC 61947-1 “Electronic projection – Measurement and documentation of key performance criteria – Part 1: Fixed resolution projectors” (Измерения и документация для основных качественных критериев видеопроекторов с фиксированным разрешением), который в настоящее время является основным положением для стандартизации видеопроекторов. Данное предложение касается, в частности, методики определения светового потока видеопроектора, которая должна включать в себя измерения не только по белому полю, но и по трем основным цветам RGB.

            Для того чтобы аргументировать свое предложение, Lumita провела масштабные исследования, сравнив цветовые характеристики LCD-моделей и DLP-проекторов, оснащенных цветовым колесом с дополнительным белым сегментом. Подробное описание проведенных исследований можно найти на сайте компании www.lumita.com. Мы же в данной статье приведем лишь их основные выводы.

            По мнению специалистов Lumita, проекторы, оснащенные белым цветовым сегментом в дополнение к стандартному набору, состоящему из красного, зеленого и синего сегментов, имеют не столь яркую цветовую гамму по сравнению со стандартными RGB-моделями. Снижение яркости основных цветов в таких проекторах носит как объективный, так и субъективный характер.

            Если говорить об объективном снижении яркости основных цветов, то оно обусловлено тем, что часть светового потока от лампы проектора расходуется на освещение белого сегмента цветового колеса. Даже при отсутствии белого цвета в кадре яркость других цветов снижается, так как белый сегмент «оттягивает на себя» часть эффективного времени излучения лампы.

            С субъективной точки зрения рассуждения Lumita также выглядят достаточно логичными. Особенностью человеческого зрения является его способность к адаптации к избыточному световому потоку. При увеличении яркости белого цвета на экране воспринимаемые нами цвета R, G и B будут казаться более темными и наоборот, искусственно подавляя белый цвет в кадре, мы можем увеличить яркость субъективно воспринимаемых насыщенных цветов RGB.

            Как мы уже говорили, упомянутое выше ослабление цветовой гаммы проекторов с дополнительным белым сегментом не особенно важно для проецирования обычного текста или черно-белых изображений, но в то же время оказывает существенное влияние на передачу цветных изображений. Добавление белого «основного» цвета приводит не только к относительному затемнению и искажению цветопередачи цветных участков, но и к заметным «ступенькам» при передаче градиентных цветовых переходов. Именно поэтому использование таких проекторов, работающих в презентационном режиме для проецирования цветного изображения, является нежелательным. Переход же в кинотеатральный режим (sRGB), при котором не задействуется белый сегмент колеса, приводит к заметному падению измеряемого светового потока. Собственно именно на последнем обстоятельстве и базируются выводы компании Lumita о том, что текущие стандарты IEC не подходят для оценки работы проектора при воспроизведении цветного изображения.

Передача цветов видеопроекторами, использующими и не использующими дополнительный белый сегмент при формировании изображения. Слева направо: оригинальное изображение; фотография экрана с изображением от проектора, использующего только R,G и B матрицы; фотография экрана с изображением от проектора, использующего дополнительный белый сегмент в цветовом колесе.

            Для того чтобы устранить данное несоответствие Lumita предложила дополнить существующую методику еще одним измеряемым показателем – так называемой цветовой яркостью. Для измерения этого параметра компания предлагает использовать последовательность из трех тестовых картинок, каждая из которых представляет собой набор из девяти чередующихся прямоугольных блоков одного из трех основных цветов – красного, зеленого или синего. Для измерений используется люксметр, который позволяет определить освещенность в центре каждого из этих блоков. Поскольку каждая картинка состоит из девяти блоков, а всего таких картинок три, то всего необходимо провести 27 измерений. Результаты измерений по каждому из трех основных цветов усредняются, а затем полученные средние значения суммируются. Этот алгоритм позволяет измерить освещенность, устранив влияние белого цветового сегмента и в отличие от существующей методики дает информацию о яркости отдельных цветов.

Для определения цветовой яркости результаты измерений по каждому из трех основных цветов усредняются, а затем полученные средние значения суммируются

Процедура измерения цветовой яркости третьей тестовой картинки (Blue)

Использование последовательности из трех тестовых картинок для определения цветовой яркости

Комментарии

            Евгений Джаксимов, менеджер по проекционной технике московского представительства компании Epson Europe B.V.:

            Показатель цветовой яркости дает пользователю достоверную информацию о цветопередаче – способности проектора воспроизводить цвета. Ни один другой показатель, указываемый сегодня производителями, не позволяет это сделать. Большинство современных бизнес-презентаций выполнены в цвете и включают мультимедиа-контент: яркие изображения, брендовые заставки, видео. Поэтому в бизнес проекторах просто необходимо указывать характеристики цветовой яркости. Некоторые производители, в проекторах которых цветовая яркость меньше заявленной яркости, могут препятствовать стандартизации новой характеристики. Но компания Epson в сотрудничестве с независимыми исследовательскими компаниями и другими ответственными игроками проекторного рынка, приложит все усилия, чтобы донести до пользователя объективную информацию о реальных показателях яркости и цветопередачи проектора.

            Борис Эшкинд, генеральный директор компании «Цифровые Системы»:

Потребителю важно знать, способен ли проектор адекватно передавать цветовую гамму с заявленной яркостью. Для этого было бы логично измерять яркость с отключенным белым сегментом (т.е. по сути, цветовую яркость). Яркость с белым сегментом никому не нужна. Я согласен, что яркость презентационных DLP-проекторов при наличии белого сегмента корректно не отражает яркость цветов, но я бы стал публиковать две яркости: яркость в презентационном режиме, яркость в обычном режиме. Вот так было бы правильнее. Еще лучше - ввести цветовую яркость вместо обычной яркости (ибо проектор – это не фонарь, а устройство цветного отображения). Вводить же еще одну характеристику – запутать потребителя. Практически все представляют, что такое яркость и контрастность, а введение нового параметра потребует серьезных объяснений. В итоге на него просто никто не будет обращать внимания. При этом так же необходимо обязать производителей публиковать данные о контрастности (при выключенном белом сегменте и выключенной диафрагме). Можно назвать это цветовой контрастностью и измерять её по той же методике, что и яркость.

Источник: AVReport.ru