Kijelzőkontraszt

A 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 (TV), a PC monitorok esetében pedig kezdi kikényszeríteni az egyre nagyobb kontrasztarányú készülékek kifejlesztését. A kontrasztarány fogalmát a gyakorlatban többféleképpen értelmezik, ezért érdemes egy kicsit közelebbről szemügyre venni, 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 a 0%-os fekete „fekete” jellel meghajtott pixelek „fekete” fénysűrűségét. Mondanunk sem kell, hogy ez utóbbi az LCD kijelzőknél sohasem nulla, azaz a fekete nem tökéletesen fekete, hiszen még a legnagyobb kontrasztú VA panelek pixelein is átszivárog a háttérvilágítás egy kis része. Az IPS és TN panelek kontrasztaránya 1000:1 körüli vagy ennél kisebb, a VA paneleké a legjobb esetben 3-4000:1. (Sajnos 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 vagy szukcesszív) 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.

A full on/full off kontrasztarány meghatározásánál a teljes felületén fehér és teljesen felületén fekete képernyő fénysűrűségét csakis egymás után tudjuk mérni, ezért a kapott arány csak a kijelző többé-kevésbé megközelítő kontraszthatárát jelöli ki

Azonban adott álló vagy mozgó képtartalom megjelenítésekor fontosabb számunkra (sőt csakis ez 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%. Minél nagyobb a kép fehértartalma, annál jobban eltér az egyidejű kontraszt a nem egyidejű full on/full off kontraszttól a kijelzőn (egyes kivételektől eltekintve)

A szekvenciális és a szimultán kontrasztarány nem ugyanakkora, több okból sem. A legnagyobb eltéréseket a projektoroknál tapasztalhatjuk, amelyek optikailag bonyolultabban 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.

Mindeddig főként a háttérvilágítást (backlight) használó LCD képernyőkről beszéltünk, és a kontrasztarány meghatározásnál állandó háttérvilágítást feltételeztünk. Jelenleg az OLED síkpanelek nyújtják a legnagyobb (gyakorlatilag végtelen nagy) 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-nél gyakorlatilag megegyezik a nem egyidejű kontraszttal, de sajnos az OLED „beégési” problémái miatt PC monitorokat nem gyártanak OLED panelekkel. (Az elmúlt két évben két hamvába holt kísérlet történt a piacra történő bevezetésre.) Más „feltörekvő”, részben az LCD háttérvilágítását javító (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). Ebben a mini-LED-ről még nem beszéltünk, mert akkor még nagyon kevés hír volt róla, az OLED-et pedig reális alternatívának tekintettük, amiben a jelek szerint tévedtünk.

Dinamikus kontraszt

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, megkérdezhetjük, hogy mi történne akkor, ha a pillanatról pillanatra változó mozgókép (film, videojéték) megjelenítésekor az egyes képkockák tartalmát folyamatosan elemeznénk, és a háttérvilágítást egy megfelelő algoritmussal ennek függvényében vezérelnénk időben és térben (a képernyő síkjában)? A válasz adott, a módszert adaptive dimming-nek (adaptív fényerő-szabályozásnak) nevezik. Fejlettebb változata az ún. local dimming (lokális fényerő-szabályozás), amelynek feltétele a háttérvilágítás elemeinek (LED-eknek) vezérelhetősége külön-külön. Ez esetben a háttérvilágítás fel van osztva zónákra vagy régiókra. A local dimming-gel hamarosan egy külön írásban foglalkozunk részletesen.

Az egyszerűbb és olcsóbb (de természetesen kevésbé hatékony) 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 átlagos pillanatnyi fénysűrűsége.

A dinamikus kontraszt-szabályozás alapvetően követő szabályozás, a kontrasztarány pillanatról pillanatra 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 gammáját, az RGB együttfutást és a színeket is folyamatosan torzítja.

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 hatásosan (bár mellékhatásokkal terhelten) működhet. A képen belüli szabályozást nyújtó local dimming lehet egydimenziós (1D) vagy kétdimenziós (2D), de a fénycsöves (CCFL) háttérvilágítás kiszorulásával ma már csak a 2D változatot használják.

Mind a full on/full off (statikus) kontrasztarány, mind a dinamikus kontrasztarány az esetek többségében félrevezető vagy keveset mondó lehet, mert a fehér és a fekete (vagy a sötét és világos) mérése nem egyidőben történik.

ANSI kontraszt

Az ANSI kontraszt  az egyidejű kontraszt speciális esete, tulajdonképpen egy szabványos mérési módszer elnevezése (az ANSI az amerikai szabványügyi hivatal rövidítése). A kép 50%-a fehér, 50%-a fekete, és 8 fehér és nyolc 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

Többnyire a projektorok tesztelésekor határozzák meg ezt a fajta kontrasztot, az adatlapokon azonban szinte sohasem tüntetik fel (hiszen sokkal kisebb, mint az on/off kontraszt). A síkpaneles kijelzőknél szintén nem szokás megadni, pedig az LCD panel optikai jellemzőiből adódóan sokkal kevésbé tér el az on/off 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 képpernyőre vetülve – reflexiót okozva – szintén tetemesen ronthatják 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 falak, a mennyezet, a padló és a helyiségben lévő tárgyak színe hogyan befolyásolja a mérhető on/off (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 on/off 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 fény szintje eleve meghatározza. 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 jóval kisebb mértékű, mint a fehér vászon esetében. Vannak anti-glare vagy anti-reflection nélküli képernyők is, amelyeknél világos helyiségben természetesen a legnagyobb a kontrasztcsökkenés, és a tükröződés nagyon zavaró lehet. De a reflexió még a legjobb anti-glare képernyőknél is meghaladja az 1%-ot, és 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 esetében 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 full on/full off (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, akkor 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 kontrasztányt 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 a weboldal az Akismet szolgáltatását használja a spam kiszűrésére. Tudjunk meg többet arról, hogyan dolgozzák fel a hozzászólásunk adatait..