Kijelzőkontraszt

Frissítve: 2023 május 5.

Az elektronikus kijelzők kontrasztja vagy kontrasztaránya fontos mutató a képernyőn megjelenő kép „dinamikájának” jellemzésére. A jelenleg uralkodó LCD technológiájú síkpanelek esetében az elérhető maximális és minimális fénysűrűség („fényerő”) aránya – a panel fajtájától függően – a legutóbbi időkig meglehetősen alacsony volt. A dinamika növelésének sürgető igénye azonban kikényszerítette előbb a TV-készülékek, majd a PC monitorok esetében is az egyre nagyobb kontrasztarányú készülékek kifejlesztését. A kontrasztarány fogalmának a gyakorlatban többféle értelmezése van, ezért nézzük közelebbről, hogy miről is van szó.

Egy kijelző lehetséges maximális kontrasztaránya a legegyszerűbben úgy határozható meg, hogy az összes pixelt (a teljes képernyőt) 100%-os „fehér” jellel meghajtva megmérjük a fehér fénysűrűségét, majd megmérjük a 0%-os „fekete” jellel meghajtott pixelek fénysűrűségét. Ez utóbbi az LCD kijelzőknél (de minden más kijelzőnél is) nagyobb nullánál, a fekete nem tökéletesen fekete, így a kontrasztarány is egy véges szám lesz. Még a legnagyobb kontrasztú VA LCD panelek pixelein is átszivárog a háttérvilágítás egy kis része. A mai IPS és TN panelek kontrasztaránya 1000:1 körüli, az ún. IPS Black paneleké 1500-2000:1, a VA paneleké a legjobb esetben 3-4000:1. (A VA panelek más tekintetben tudnak kevesebbet, mint az IPS vagy a TN panelek, lásd LCD-fajták: TN, VA vagy IPS?)

Szekvenciális és szimultán kontraszt

Mivel a fenti mérésnél mindig teljes fehér és teljes fekete képernyőről van szó, amelyeket csak egymás után lehet mérni, rögtön belátható, hogy az ún. nem egyidejű (szekvenciális) kontrasztról van szó, amelyet statikus vagy full on/full off kontrasztaránynak is neveznek. A fehér és fekete ezen szélső értékei kijelölik a dinamika abszolút határait – kivéve, ha a háttérvilágítást lokálisan vezéreljük a fent mondottak szerint.

A full on/full off vagy statikus kontrasztarány meghatározásánál a teljes felületén fehér és teljesen felületén fekete (gyakorlatilag a feketéhez közeli) képernyő fénysűrűségét csakis egymás után tudjuk mérni

Azonban adott álló vagy mozgó képtartalom megjelenítésekor fontosabb számunkra (sőt, csakis ez igazán fontos), hogy az egyidejűleg a képen látható legvilágosabb és legsötétebb részletek fénysűrűségének mekkora az aránya. Ez esetben beszélünk egyidejű (szimultán) kontrasztarányról.

Különböző fehértartalmú képek egyidejű kontrasztjának mérésére alkalmas mérőábrák. A felső kép fehértartalma 2%, a középsőé 10%, az alsóé 25%. Bizonyos kijelzőknél, minél nagyobb a kép fehértartalma, annál jobban eltér az egyidejű kontraszt a nem egyidejű kontraszttól. Más kijelzőfajtáknál (mint amilyenek a síkpaneles kijelzők) általában kicsik lehetnek az eltérések

A szekvenciális és a szimultán kontrasztarány nem ugyanakkora, több okból sem. A legnagyobb eltéréseket a projektoroknál tapasztalhatjuk, amelyek optikailag bonyolultabbak a síkpaneleknél, és a projektor belsejében keletkező és az objektívben létrejövő fényszóródás tetemesen hozzájárul az egyidejű kontraszt csökkenéséhez a nem egyidejű kontraszthoz képest. A síkpaneleknél sokkal jobb a helyzet, de a konkrét technológiától függően, és persze a világos és sötét felületek mindenkori távolságától, méretétől és elhelyezkedésétől függően az egyidejű kontrasztarány itt is kisebb lehet, mint a szekvenciális.

Mindeddig főként a háttérvilágítást (backlight) használó LCD képernyőkről beszéltünk. Jelenleg az OLED síkpanelek nyújtják a legnagyobb (akár több millió az egyhez) kontrasztarányt, ezek azonban emisszív, azaz „önvilágító” kijelzők, bármiféle külső fényforrás nélkül, és a „fekete” jellel meghajtott pixelek tényleg feketék (semennyi fényt nem bocsátanak ki). Az egyidejű kontraszt az OLED képernyőknél megegyezik a nem egyidejű kontraszttal,

A jelenlegi OLED technológiákról és a PC monitorokban való alkalmazásáról lásd ennek az írásunknak az első részét. Más „feltörekvő”, részben az LCD háttérvilágítását „megreformáló” (quantum dot, mini-LED), részben önvilágító (mikro-LED, emisszív quantum dot) technológiák nagyon komoly javulást hozhatnak a PC monitorok kontrasztjában is. A szóba jöhető technológiákról olvasható egy korábbi írásunk (Az LCD trónkövetelői), amelyben a mini-LED-ekről, mint a local dimminghez kiválóan használható eszközökről még nem beszéltünk, mert akkor még nagyon kevés hír volt róla, de az OLED-et reális alternatívának tekintettük.

Jelenleg az LCD technológián belül a legígéretesebb a mini-LED háttérvilágítású technológia, amely a teljes képernyőfelületen elhelyezett, zónákba szervezett mini-LED-ek lokális tartalomtól függő vezérlésével (full array local dimming, FALD) lehetővé tette a szimultán kontraszt látványos növelését. A korrekt HDR megjelenítéshez ez elengedhetetlen, mivel még a „legmegengedőbb” HDR szabvány is sokkal-sokkal nagyobb egyidejű kontrasztarányt követel meg, mint amire a local dimming nélküli LCD képernyők képesek. A mai jó FALD képernyők szabályozható zónáinak száma ezer körül van, de remélhetőleg ez a szám tovább fog növekedni.

Dinamikus kontraszt, avagy global dimming

Mint említettük, az LCD képernyőkön a statikus vagy on/off kontrasztarányt állandó háttérvilágítás mellett mérik, a projektoroknál pedig a megvilágítás fényereje, továbbá az írisz és a zoom ugyanakkora.

Az LCD-nél maradva, fentebb beszéltünk a képen belüli magas kontrasztarányt biztosító local dimming mibenlétéről, de azt is látnunk kell, hogy ma ez még egy meglehetősen költséges – bár bizonyos esetekben megkerülhetetlen – lehetőség.

Az egyszerűbb és olcsóbb (de valójában sokkal kevésbé elfogadható) megoldás a global dimming, a jelenlegi LCD monitorok nagy részénél bekapcsolható dinamikus kontraszt-szabályozás, ami a teljes képfelület fényerejét modulálja (tehát csak időbeli szabályozást végez) a képtartalomból származtatott algoritmussal, amelynek alapja a kép pillanatnyi átlagos fénysűrűsége.

A dinamikus kontraszt-szabályozás alapvetően követő szabályozás, a kontrasztarány pillanatról pillanatra, de utólag változik. A gyári adatlapokon azonban általában egy megadott értékkel, egy hatalmas számmal találkozunk, amely a szélsőséges állapothoz tartozik, a maximálisan felszabályozott és a teljesen leszabályozott háttérvilágítási fényerő arányát fejezi ki. Tehát ez az adat is egy szekvenciális jellemző, és mint ilyen, nem írja le a dinamika bonyolult változását. Ráadásul a mérések szerint (ha ezt a funkciót bekapcsoljuk) a kijelző gammája, az RGB együttfutás és a színek is folyamatosan torzulnak.

A global dimming egy kiválasztott képkockán belül, a képfelület különböző részein nem képes a fényerőt külön-külön szabályozni, a képen belüli egyidejű kontrasztot nem képes növelni. Mivel tehát a térbeli (síkbeli) dimenzióban hatástalan, szokás „nulla dimenziós” (0D) dimmingnek is nevezni, noha az idő dimenzióban szabályozza a képet. A képen belüli szabályozást nyújtó local dimming lehet egydimenziós (1D) vagy kétdimenziós (2D), de a fénycsöves (CCFL) háttérvilágítás kiszorulásával, a LED egyeduralkodóvá válásával ma már csak a 2D változatot használják.

Az ANSI kontraszt

Az ANSI kontraszt az egyidejű kontraszt speciális esete, tulajdonképpen egy szabványos mérési módszer elnevezése (az ANSI az amerikai szabványügyi hivatal navének rövidítése). A kép 50%-a fehér, 50%-a fekete, és 8 fehér és 8 fekete téglalapból áll, sakktáblaszerű elrendezésben. Az ANSI kontrasztarányt a fehér mezőkön mért fénysűrűség átlagának és a fekete mezőkön mért fénysűrűség átlagának hányadosa adja.

Szabványos mérőábra az ANSI kontraszt méréséhez. A nyolc fehér mező közepén mért fénysűrűségek átlagát kell viszonyítani a nyolc fekete mező közepén mért fénysűrűségek átlagához

Korábban többnyire a projektorok tesztelésekor határozták meg ezt a fajta kontrasztot, bár az adatlapokon szinte sohasem tüntették és tüntetik fel (hiszen sokkal kisebb, mint az on/off kontraszt). A síkpaneles kijelzőknél általában a statikus (szekvenciális) kontrasztot mérik, de manapság kezd elterjedni az ANSI kontraszt meghatározása az LCD képernyők kontrasztjának jellemzésére is. Igaz, az LCD panelek (és általában a síkpaneles kijelzők) optikai jellemzőiből adódóan az ANSI kontraszt sokkal kevésbé tér el a statikus kontraszttól, mint a projektorok esetében.

A környezet fényviszonyai viszont lényegesen befolyásolhatják (ronthatják) az ANSI kontrasztot, illetve általánosságban az egyidejű kontrasztot. Ezen felül magának a kijelzőnek a helyiség nem fekete felületeiről visszavert fénye a képernyőre vetülve – reflexiót okozva – szintén csökkenti a kontrasztot.

A környezet hatása a kontrasztra

Tételezzük fel, hogy egy helyiségben nincs más fényforrás, csak maga a kijelző. Ebben az esetben csak azt kell megvizsgálnunk, hogy a falakról, a mennyezetről, a padlóról és a helyiségben lévő tárgyakról visszavert fény hogyan befolyásolja a mérhető statikus (szekvenciális), illetve egyidejű (szimultán) kontrasztot.

Könnyen belátható, hogy az egymás után megjelenített fehér, illetve (közel) fekete felületre a saját fénysűrűségükkel arányos fénymennyiség verődik vissza a helyiség nem fekete felületeiről, így a szekvenciális vagy statikus kontraszt ugyanakkora lesz, mintha teljesen fekete szobában lennénk. Nem ez a helyzet az ANSI kontraszttal (vagy általánosságban az egyidejű kontraszttal). Az egyidejűség miatt itt a fehér mezők visszavert fénye relatíve sokkal jobban „elrontja” (megnöveli) a fekete mezők fénysűrűségét, mint a sajátjukét, ezért az egyidejű kontraszt kisebb lesz, mint egy teljesen fekete szobában.

Mi a helyzet akkor, ha a helyiségben bármilyen belső vagy külső fényforrás fénye megjelenik? Ebben az esetben mind a szekvenciális, mind a szimultán kontraszt csökkeni fog. Itt azonban már meg kell különböztetnünk a vetített képet és a síkpaneles kijelzők képét, mivel az előbbinél a fehér vászon egy csaknem ideális visszaverő felület, így a „feketét” a vászonra eső minimális fény is nagy mértékben „kiszürkíti”. A vetítéstechnika mumusa a környezeti fény.

Az LCD képernyők (és más síkpaneles kijelzők képernyője) is visszaverik a rájuk eső fény egy részét, még akkor is, ha anti-glare vagy anti-reflection, azaz tükröződés-mentesítő vagy reflexiómentesítő réteggel vagy felületkezeléssel vannak ellátva. Ez azonban nagyságrendekkel kisebb mértékű, mint a fehér vászon esetében. Ám léteznek tükröző (anti-glare vagy anti-reflection nélküli) képernyők is, amelyeknél világos helyiségben nagy lehet az egyidejű kontraszt csökkenése, és a tükröződés nagyon zavaró lehet. De a reflexió még a legjobb anti-glare képernyőknél is meghaladja az 1%-ot, és tipikusan a legjobb anti-reflection réteg használata esetén sem csökken 0,5% alá. Ennek akkor lehet komoly jelentősége, ha a kijelző saját feketéje „nagyon jó” (mondjuk, 0,01 nit, vagy kisebb), de a nagy környezeti megvilágítás ezt mégoly kis reflexió esetén is igencsak leronthatja. Ráadásul a reflexió (és a kijelző saját kontrasztaránya is) is elég erőteljesen irányfüggő a síkpaneleknél. Az LCD képernyők tükröződés- és reflexiócsökkentéséről lásd A képernyő fényvisszaverésének csökkentése című írásunkat.

Kijelzők összehasonlítása

Tételezzük fel, hogy két kijelző statikus kontrasztaránya, vagy akár a specifikációban megadott „dinamikus” kontrasztaránya egyforma. Kérdés, hogy akkor egy valóságos kép(folyam) valóságos dinamikája is egyforma lesz-e? Nos, ha igen, az csakis a vakvéletlen műve, mert az említett – specifikáció szerinti – adatok ugyan kijelölik a fénysűrűség határait, de a kijelzők viselkedését e határokon belül nem írják le releváns módon. Erre csakis az egyidejű kontraszt mérése alkalmas, illetve két kijelző különbségére vagy hasonlóságára a kontraszt szempontjából ez adhat mértékadó felvilágosítást. Az egyidejű kontrasztarányt célszerű megmérni különböző fehér és fekete arányok mellett, pl. 2%, 5%, 10%, 25% és 50% (ilyen az ANSI kontrasztmérő ábra is) fehértartalom esetén. Az így kapott értékek összehasonlítása a kívánatos módszer a kijelzők dinamikájának összehasonlítására. Tegyük hozzá, hogy az egyidejű kontraszt pontos mérése csakis környezeti fénytől teljesen mentes helyiségben végezhető el, de ezen felül a kijelző saját fényét visszaverő felületek sem lehetnek jelen – más szóval a mérőszobában mindennek feketének kell(ene) lennie a kijelzőn kívül.

***

A teljesség igénye nélkül megpróbáltuk érzékeltetni, hogy mennyire sokféleképpen közelíthető meg a kontraszt fogalma. Ezt azért tartottuk elengedhetetlennek, mert a kijelzőkontraszt (mint a képminőség egyik legfontosabb ismérve) helyes értelmezése és folyamatos javítása döntő fontosságú a kijelzők fejlesztésében. Nem beszélve arról az igényről, amelyet a felhasználók joggal támaszthatnak a korrekt specifikáció iránt.

colorlove

 

Legyen Ön az első hozzászóló

Várjuk hozzászólását!

Az Ön email címe nem kerül nyilvánosságra.


*


Ez az oldal az Akismet szolgáltatást használja a spam csökkentésére. Ismerje meg a hozzászólás adatainak feldolgozását .