近几年,4K电影、8K电影的概念很是火热,更清晰的画面展示着电影技术的进步。作为电影行业从业者,当然清楚4K、8K后面所代表的分辨率概念。但是,同样要知道,单纯的分辨率的提高并不绝对意义上代表着画质的提高,其中还有个很关键的概念——对比度。
对比度指的是一幅图像中明暗区域最亮的白和最暗的黑之间不同亮度层级的测量,差异范围越大代表对比越大,差异范围越小代表对比越小。
对比度本身的概念很好理解,但是至今没有一套有效又公正的标准来衡量对比度,商家宣传的对比度却将计算公式秘而不宣,最后只能靠使用者的眼睛来进行直观的感受。
这是为何呢?
放映机对比度的测试标准并没有公布,这里我们引用常见的投影仪对比度的测试方法。一种是全开/全关对比度测试方式,即测试投影机输出的全白屏幕与全黑屏幕亮度比值。
另一种是ANSI对比度,它采用ANSI标准测试方法测试对比度,ANSI对比度测试方法采用16点黑白相间色块,8个白色区域亮度平均值和8个黑色区域亮度平均值之间的比值即为ANSI对比度。
这两种测量方法得到的对比度值差异非常大,这也是不同厂商的产品在标称对比度上差异大的一个重要原因。
而对比度的计算方法也有三种:
1、韦伯对比度
韦伯定律(感觉阈值定律):在同种刺激下,人所能感受到的刺激的动态范围正比于标准刺激的强度,K=ΔI/I。
K为给定刺激下的常数,I为刺激,ΔI为能感受到的刺激的动态范围。
应用到人的视觉刺激,定义韦伯对比度为:
I为物体的亮度,Ib为背景的整体亮度。
2、Michelson对比度
Michelson对比度又被称为“能见度”,定义为:
其中的Imax和Imin分别表示最亮的亮度和最暗的亮度。Michelson对比度与人的视觉感受中视锥细胞对视场光通量的空域频率的感受程度在理论上是一致的。
3、均方根对比度
Peli于1990年提出,与内容的空域频率和空域分布均无关的图像的对比度,被定义成一幅光栅图像内像素值的均方根(也就是标准差):
其中
描述的是一幅宽和高分别为w和h的光栅图,
是图像中指定位置的一个像素点的值是图的亮度(像素平均值),
是均方根对比度(像素标准差)。
正是因为存在如此多不同的方法,对比度的测量标准才会如此的难以统一,于是我们只能选择相信我们的眼睛,用眼睛最直观的感受来衡量对比度。
目前电影院主流的放映系统,主要有三种:氙灯、激光和LED屏。值得注意的是,在这里我们讨论的是放映系统,以及放映系统呈现出来的对比度,也就是人的肉眼的直观感觉。因此,氙灯和激光两种,是由放映机和银幕共同组合成放映系统参与讨论。
究其本质,对比度的是最白与最黑亮度单位的相除值。因此白色越亮、黑色越暗,对比度就越高。所以,如果我们想要提高对比度,有两种方法可以采用,第一种是提高白色画面的亮度,这个很好理解。另一种是让黑色更黑,降低最低亮度,这个可能不太好理解。
第二种方法是一种数学上的取巧,白色画面的亮度是分子,黑色画面的亮度是分母,在分子相同的情况下,分母越小,数值越高。因此,有些设备放映的画面,看上去并没有特别明亮,却能做到很高的对比度,就是通过第二种方法实现的,这种高对比度意义不大。
但是,降低暗度并不全是取巧,这同样是一种技术手段。
电影院的放映设备的光源经历了从氙灯到激光的变迁,相比于氙灯,激光的诸多优势其中之一就是对比度的提升。
传统的氙灯显示技术光的汇聚性不强,受光的衍射影响较大,在对比度上先天不足。而且,氙灯受制于灯管亮度和使用寿命的限制,提高白色画面的亮度的能力弱。
激光光源的光谱为线谱,输出光谱宽度不到 1nm,狭窄的光谱宽度使得色纯度接近 100%。同时,激光作为一种高能光,具有定向发光(散射低)、亮度极高、颜色极纯、能量极大等特点,汇聚性极佳。即使考虑到银幕技术,激光能达到的对比度自然可观。
巴可第四代放映机搭配HDR图像处理技术可以达到6000:1的对比度。现在正在大力推行的HDR标准,想要呈现完美的HDR标准的图像,对比度是其中非常重要的指标。
杜比公司推行的杜比视界(Dolby Vision)是美国杜比实验室推出的影像画质技术,通过提升亮度、扩展动态范围来提升影像效果。
通过再造拍摄->后期->母版制作->传输->显示这样一个端到端的生态环境,支持杜比视界技术的视频动态范围大大提升,最暗0.007nits,最亮高达4000nits。目前杜比影院采用科视专门研发的放映机,整个放映系统可以做到100万:1的对比度,指标上已经非常震撼。
但是在对比度上,有一个更加怪物的放映系统,就是LED屏。今年在首都电影院进行展示的三星Onyx Cinema 14米LED屏幕,就号称对比度可以∞:1,这可比百万级震撼多了。他们倒没撒谎。
LED学名叫发光二极管,在放映技术上可以通过发电和断电实现最白和最黑的亮度差异。LED如果断电,将不会发出任何光,这意味着最黑的亮度数值可以无限接近于零。当分母接近零的时候,对比度当然可以接近正无穷。
前文也说过,单纯的高对比度意义并不大。但是考虑到LED技术带来的亮度和清晰度的提升,这种无穷大的对比度上限就很关键了。
为了方便讨论,我们是假定银幕一致的前提下,讨论氙灯和激光的对比度。但在实际运用过程中,银幕的品质也是影响实际对比度的重要环节,所以在讨论放映系统所能达到的对比度的时候,也要注重在不同银幕、不同环境下的表现。
在此做个简单总结,目前市面上主流的三种放映系统,只从对比度而言,毫无疑问是LED屏>激光>氙灯。
对比度是画质的一个重要指标,但是就和分辨率不能代表画质一样,单纯的对比度也不能用来判断设备优劣、画质好坏。放映技术涉及面广,包含的概念很多,呈现的效果是多种技术、多项指标的综合结果。
影院对于画质的追求不会停止,对比度的数字恐怕会越来越“吓人”,艾维电影希望所有读者能够不为单纯的数字所迷惑,了解指标背后的意义。
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