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FPD高画质改善技术最新趋势专题

1990年代初开始商品化的平面显示器(FPD),直到最近才得到普遍认可而担负着轻薄型电视的主流技术,可以约略的说,从商品化开始到今天为止,平面显示技术的商品化发展还不到10年,但是却已经置身于价格竞争中了,依照过去的经验来判断,这样的状况不得不让人觉得其中有相当多诧异的地方。浏览过所有的环境和条件之后,可以发现最重要的因素之一是:“因为是数位产品”。

所以很快的,薄型电视终于打破了被认为是电视普及障碍的1寸1万日元的大关。紧接下来,平面显示器发展的速度可以说是怒涛汹涌之势,无论是液晶或是等离子面板,在画面尺寸的部份,已经能够超过100寸的大小,而家庭用一般大小的40寸,也成长为能够轻易达到购买得起的价格。


图说:薄型电视终于打破被认为是电视普及障碍的1吋1万日元大关的问题,而紧接下来,平面显示器发展的速度可说是怒涛汹涌之势。(资料来源:三星电子)

因此从2005年左右就可以发现平面显示器除了价格竞争之外,另ㄧ个发展的技术便是影像的画质,当然这也迎头赶上其他新一代的显示技术和期望,这与FULL HD时代的来临刚好相当吻合。可以说开端是从地面数位播放服务开始的2003年12月,让日常电视播放开始可以播放高解析度影像。为什麼会强调这一点,这是由于在过去,只要提起高解析度影像播放,就非BS数位播放莫属了,但是长久以来,BS数位播放一直被认为是上、中流的社会阶层的享受。不过,因为地面数位播放的出现,打破了这样的藩篱。高解析度影像播放的内容相当的丰富,除了提供鲜明而完美的影像之外,就技术上而言,也可以透过简单合适的天线来接收内容资讯,使得平常的一般节目,能够以宽广鲜明的画质观看,大大改变了电视画面欣赏的视野。

因为有了这些的变化,相对的电视业者的策略对应是相当迅速的。因为如果电视的性能和功能劣于其他竞争者的话,那么竞争力就会大打折扣而出现难以销售的情况,当亮度、价格等竞争告一段落之后,紧接而来的正是显示产品的画质表现能力竞争,也这因为这样的改变,使得各业者也纷纷朝向改善显示器的画质进行努力和研发。

液晶高画质化持续进行

如同前述,紧接下来轻薄型电视的竞争部分,液晶和等离子面板都需要面临同样的环境,并不能说液晶或等离子面板哪一项技术较为优秀,而是必须各自的个性,来提高相关的条件。

液晶显示面板大体来说,主要的是还是需要致力于大画面化、视野角度的扩大,和解决动态影像模糊的问题。以目前来说,液晶显示面板占了80%以上的薄型电视市场,尺寸从小到大,可以说是液晶显示面板的强处,在克服显示面板缺点的方面也作了很大程度的努力。虽然大部分缺点都与液晶显示面板性能相关,但是只要液晶显示面板的技术无法更进一步突破的话,那么液晶显示面板就无法成为薄型电视的主流。

目前全球生产液晶显示面板的业者并不是很多,设备投资不断的增加、竞争越来越激烈等是限制了加入者最主要的原因。但是,能够让液晶面板的价格不断的下滑,终究达到消费者期望的程度,这是日本夏普、IPS Alpha(日本松下),韩国三星电子、LG Philips,台湾友达光电、奇美电子等竞争的成果。

在这种背景下,使得液晶电视无论在显示能力或者是价格上都获得了一定程度的突破,而加快了实现产品化的速度,但是也因此使得业者的生产技术能力上,都出现了不大的差异性,由此可以预测在未来,产品的差别化不是靠显示面板的技术,而将会是在画质的表现能力上决定胜负,因此如果期望在未来仍旧保有决胜的优势性的话,那么不依靠显示画质是不行的。

VA与IPS阵营积极改善动态影像模糊和对比度

目前液晶面板技术可以分为两大方向,分别是“VA”和“IPS”。VA是夏普、S-LCD和台湾业者较为主流的技术,而IPS则是IPS Alpha、LG最常采用的。因为电视的画质基本上,是由显示面板性能所决定的,所以对比度和视角、动态影像模糊等并不是下游组装业者能够改善的,不过,在动态影像模糊这一部分还是有一定程度能够经由影像控制电路进行改善,所以就影像控制电路部份,目前也开发出了一些方法被开发方式,并且也经被实用化,例如将频率提高到120Hz、超驱动化、黑色插入化等等的方式。虽然如此,但是下游组装业者也必需考虑基本画质,决定了采用何种显示面板之后,再利用相关的技术来补强面板的影像表现能力。

当然,液晶显示面板的性能每年都在提高。首先,VA是透过采用多画素构造,使得曾是最大缺点的可视角度获得大幅度提高,夏普将这项技术称为MPD(多画素驱动),而S-LCD也开发了几乎相同构造的显示面板,来解决可视角度不足的缺憾。紧接着,夏普和S-LCD又改善了VA面板的对比能力,特别是提高了黑暗处的对比度(暗室内的黑色浮动)。除了透过黑色滤光片和彩色滤光片的改善来研究以外,有部分的下游业者也开始在背光模组上进行了一些改善,来克服暗对比能力不足的缺憾。

对于如何更进一步地改善面板体质,IPS技术阵营也积极地开发改善技术,因为利用IPS技术生产的液晶面板,在可视角度上并没有太大的困扰,也就是说,对于大角度的观赏能力,先天上就来得比VA技术生产的面板强了许多,所以改善的技术方面大部分都集中在动态影像模糊和对比度上。

主动式背光源控制技术 达到更完美画质表现

关于液晶显示面板的画质改善技术,因为液晶电视的亮度依赖于背光源,所以还有另一个技术焦点就是背光源的改良,在最近也是成为一种新技术趋势,传统中最具有代表性的背光元件是CCFL,各式各样的改良不断的在研发中,例如,为了达到提高顏色再现性的4波长化(夏普、索尼),另外最新背光技术的LED背光源的采用,并且还有结合CCFL和LED的混合光源等等。顏色再现性基本上是由背光源的性能决定,因为下游组装业者的期望强烈,所以利用背光源如何让顏色更加鲜艳,能够显示丰富顏色的液晶电视,就当然需要依靠CCFL管业者的努力。

最近,已经有业者开发出主动式背光源控制技术,在进行画面变换时,可以利用控制亮度的变化,来达到更完美的画质表现。最初采用这项技术的业者是松下,因为加入背光源控制功能,被称为智慧型液晶面板,大幅度提升了画质显示的效果。改善背光方面的技术,各领域的业者不断的投入研发,目的就是为了提升面板的画质显示能力,以目前来说,最主要的目标就是改善黑色的显示技术。

因为在黑暗的画面中,可以将背光源调暗消除黑色浮动,相反地在明亮的画面中,可以发出明亮地发光,确保光线强度。虽然也是需要根据CCFL的能力来做控制,不过最大能改变达到70%以上,因此长久以来,液晶电视因为绝对性黑色,易产生浮动的缺点正不断被消除,并且还可以再加上是亮度感应器的电路,透过使用感应器自动检查出环境的亮度变化,由此来控制背光源的亮度,让电视显示出对眼睛有利容易观看的画面。

透过影像控制引擎整体性 提高液晶电视的画质

为了达到更高的画质,在这方面还有一项重要的因素,那就是影像控制电路,对于下游的组装业者来说,当然是希望能够获得更强的影像控制引擎解决方案,但是除此之外,下游的组装业者也不断的累积对于家用电视的开发经验与技巧,由于长年培养而成熟悉程度,对于这点也成了能够具有达到差别化的关键性技术之一。

以目前市场上来说,每家电视业者都分别采取独特的影像控制引擎解决方案,例如,夏普的“AQUOS Platform”、索尼的“BRAVIA引擎”,松下的“液晶PEAKS”,东芝的“Meta Brain Pro”,VICTOR(JVC)的“GENESSA”等等,各个公司凭藉采用各种独特技术的影像引擎来对高画质竞争。但是很难一概而论所有引擎都是很优秀的,不过还是必须从所使用显示面板、背光源等的特性,来判断眾多液晶电视产品之间的差异性。

除了面板驱动技术、背光源改善、高阶影像控制引擎之外,另一项画质提昇的重点是,在生产线上能够及时测量出Histogram(画面分析的资料),并且藉此改善液晶电视的色彩显示能力。主要的方式包括了,主动伽玛曲线(Gamma Curve)修正,主动背光源修正,主动NR,主动Aperture Compensation,主动彩色修正等等,并且灵活地利用高性能的CPU来进行处理运算,而且将处理性能提高到14bit,透过完成高精细化的动作,整体性地提高液晶电视的画质。

等离子面板充分发挥各家业者独特技术

和LCD相比,等离子面板显示面板的提供业者比液晶更少了,在日本有松下、日立、Pioneer,而韩国则分别是三星SDI和LG等2家业者,在最近中国也有业者开始投入这一方面的研发与生产。在电视的生产上,与LCD所不同的是,电视业者都是使用自己公司的显示面板,相互之间没有采购供应与支援,就量产意义上来说,可以视为完整的一贯生产线,而电视画质的方面,也分别充分发挥其各自独特的技术。当然显示面板也是几乎可以决定所生产出来电视的画质,这一点与液晶电视是共同的。

对于等离子显示面板生产来说,目前最积极的是,在世界市场上佔有率都很高的松下。现在该松下在日本国内外都拥有生产工厂,大多数所生产的等离子电视机型都是销往日本以外的市场,针对日本国内的市场,只有生产部份适合日本市场所需的机型。其次在量产化方面紧追而上的是日立,目前正在依照计画扩充宫崎工厂,所开发出SLIS技术的等离子显示面板也是日立独特的专利技术。Pioneer也具备本身的等离子面板研发技术,近日公佈要针对山梨工厂,进行积极的投资,就产品而言,Pioneer相当满意自己所开发的42吋的宽萤幕以及50吋等离子电视机型,而且可以完全支援HD的画质显示。

等离子面板也有画质改善压力

和液晶面板一样,等离子面板也是有画质改善的压力存在,以现今而言,最急迫的是针对拟似轮廓Noise的技术、黑色显示能力不足,以及达到完全支援HD显示能力。目前在支援全HD显示能力的部分已经有相当程度的改善,并且相关的技术也循序的开发中,未来最大的目标将会是针对放在拟似轮廓Noise改善以及黑色不足的部份上。

拟似轮廓Noise是从副磁场发光的原理性外表噪音,特别是显示动态影像画面的时候很难消除,长久以来一直在开发其相关技术,以目前而言就技术上,已经可以达到大幅度的改善,达到不错的显示能力。就技术上而言,重新考量动态适应型副磁场法,以及弹性清除驱动法等副磁场的构成,开发出的技术已经可以让肉眼在等离子面板难以看到这些缺点,而且当呈现静止画面时也可以有所改善,所采用的技术是以协调性为优先的副磁场法,达到在画面上不会出现阶梯状噪音的效果。

黑色不足是因为,当等离子面板发光时必须要具备提前预备点灯而产生的,导致无法产生真正的黑色,而造成显示不出来的现象。虽然等离子面板不像液晶那么严重,但还是会出现一些黑色不足的情况。对于这样的问题,有些业者开发出利用前面保护滤光片(新深黑色滤光片)的改善,或者是回头针对画素加以改良的高纯度水晶层,以及利用生动亮度控制等方法加以改善,虽然现在还不能说完全克服了黑浮现象,但是实际上已经获得了比液晶好的黑色再现性。

明亮度是急待解决的问题之一

最后等离子面板所剩下急待解决的问题之一就属明亮度了,当等离子面板在出现闪光画面的时候,画质上最大的问题点就是白色感不足,这个问题会与生动亮度控制功能、显示面板保护、电源电路等方面的因素都有很大关係。和LCD一样,在影像控制引擎的部份,各业者也都分别采用了独创的产品,例如Pioneer的“Pure Drive II”、松下的“Full High Vision PEAKS”等等。当然这些电路也和液晶一样,在最新的版本上采用了Histogram技术,以及日立利用控制伽玛特性的方法获得了改善外观上对比度的效果,来达到先进的生动对比度。

因为高画质表现的驱动下,等离子面板所使用的萤光粉方面也有一些进展,例如,Pioneer采用了新一代的新G/新B萤光粉、日立采用了新R萤光粉、松下采用了新HDTV规格萤光粉等等,当然因为萤光粉的改变,直接也会影响到保护彩色滤光片,因此这一部分也会随之改变,来达到顏色再现范围扩大的目标。

xvYCC达到100%颜色再现能力

紧接下来薄型电视最重要的里程碑就是面对xvYCC的考验。xvYCC的正式名字是“活动态影像面顏色空间标准”,这即将成为顏色再现的新国际标准。xvYCC的特色是,在HDTV的条件下,因要确保与sRGB的相容性,所以采用了ITU-R BT.709色域,来规范更宽广的色域空间,而能够让目前包括电视等等的影像输出产品,都能够即使接受到xvYCC规格的影像内容,也可以无误的依照sRGB色域定义显示影片顏色。sRGB是利用0~1的范围之内来表现色彩,而xvYCC的表现能力,可以达到正负1的范围,超过了原先定义的色彩范围。

日本电子情报产业协会在2005年将xvYCC规格提交给了IEC。IEC的投票工作已经结束,并且2005年9月获得透过认可,2006年1月17日IEC发佈xvYCC为国际色彩规格。xvYCC规格包含了现阶段尚未使用的信号级别(颜色信号Cb, Cr的1-16和240-254级),在加入了这些级别之后,不仅可达到扩大色域的目标,还能确保与目前EBU和sRGB等标准的一致相容性。


图说:紧接下来薄型电视最重要的里程碑就是面对xvYCC的考验。xvYCC的正式名字是“活动态影像面顏色空间标准”,这即将成为顏色再现的新国际标准。(资料来源:HDMI LLC)

xvYCC可以达到“Munsell Color Cascade”中所规定的色彩,实现了100%的再现,色域扩大到了原来的约1.8倍。而原来广泛应用的广播信号格式“BT709”色彩再现只有“Munsell Color Cascade”的55%。特别是绿色、黄色和红色的再现范围明显增大。符合这一标准的显示器、摄录影机等等产品所展现出来的色彩水准,相当接近人类眼睛所能辨识的极限范围,也就是说,利用在经过符合xvYCC色彩范围的摄录影机所拍製的影像,将影片利用符合xvYCC的显示器播放,放映出来的动态影像色彩,均能达到色再现性的目地,例如娇艳欲滴的红色玫瑰、或者是青翠无比的晨间竹林,消费者都能在画面中感受出来真实感。

这种“xvYCC”标准以更大的色彩范围实现了真正自然和高解析度的影像画面,这是向着显示新纪元迈出的又一步。透过采用这样的构造,颜色再现性也在谋求透过孟塞尔顏色列,一举实现45%以上的改善和100%化。 这真正显示出可以按照原样对蒙塞尔顏色显示进行忠实表现了。这样,使搭载了这种xvYCC方式的超薄型电视或者显示器走入市场是今后的课题。在任何人看来,大家都在期待能感到美丽鲜艳色彩的超薄型电视的完成。平面显示动态影像评价技术纷纷出现伴随着高速网路环境的完备,以及PC、多功能影像输入输出产品的开发、地上广播电视数位播放的开始等等,利用液晶、电浆等技术的平面显示产品越来越受到消费者的喜爱,此外甚至于包括在医学用影像诊断中,也已经从使用底片的方式,逐渐加速朝向仰赖高精细显示荧幕。

显示影像记录重现,是根据使用的目的不同而不同,所以显示器也就被要求着适应着各种的画质要求,例如包括PDP、LCD等大型FPD,几乎都是被应用于电视影像的观赏。所以消费者也就强烈的要求平面电视在家庭中,无论在任何环境下,都可以呈现出消费者所喜欢的色彩、灰阶、新鲜敏锐性等等的影像,而在医学用诊断方面,达到正确且高精细的监视器显示也是逐渐被期望,另一方面,在e化商业模式中,由于充满着各式各样且色彩丰富的产品,所以使用者也期望显示器能够达到商品的正确色彩再现,或者光泽再现的要求,表现出产品的高度质感。而且,对于经常需要完成CG合成的使用者来说,必须要达到与实际影像有相同性质的真实影像再现能力。

也就是说,动态影像是透过影像感测器上的记录、调变、传送、运算等过程后,来被发送、接收和显示的。所以,在影像纪录产生的初期,就开始出现一些会影响影像的因素,这样影响画面的变数,更会随着传送过程与环境来直接队于画面影像造成失真现象。例如,在数位摄影机感测器中,包括画素、有效距离、CCD排列、滤光片分光穿透率、CCD分光感度、滤光片排列、镜头分解能力、S/N等等的因素都会影响画质。另外,在储存、传送中的储存密度、取样数、量子化阶层、压缩法、调变技术,还有在显示中的色域、背光源的辉度、有效距离、滤光片的分光特性、辅助画素、荧光体的分光特性、灰阶数、色温、动画特性、白色平衡等因素对画质也有很大影响。

除此之外,关于显示器的观看环境方面,包括外界照明光的照明度、色彩温度、观赏距离、角度等,以及使用者视觉系统的诸多特性,例如适应性、眼球运动、视力、时间空间频率特性等等的因素与画质也密切相关。而且,大脑中更高层次的反应,认识、理解、认知、记忆、喜好等因素也会给出综合性的画质评价。所以,作为画质中的评价尺度,可以利用5或者7阶段系列范畴法、顺位法的来进行画质评价,此外还有多变数解析、因数分析等等的统计解析方式。

就如上述,影响画质的变数相当的多,当然无法针对一个画面影像来开发出最完美的评价技术。但是,面对市场上,平面显示产品逐渐被应用在家庭中来观看电视影像,使得再接下来,业界及消费者对于平面显示电视的动态影像品质也将会越来越严格。

人类视觉系统的画质评价

显示器的画面影像是透过视觉来观测的,所以把视觉的特性导入画质评价是很重要的,特别是已经成为显示技术主流的大型FPD中,充分考虑到视觉特性的画质设计很有必要。但是,人类的视觉系统特别复杂,从初期视觉能力到高级感受具有各种各样的特性。在初期视觉能力有下列7个方面:视力(时空频率特性、明暗、颜色等)、适应(明暗适应、颜色适应)、色觉(颜色的外观、分光视感效率、分光感度)、眼球运动(注视点、注释领域)、空间直觉(深度、距离)、对比(颜色、大小)、运动视觉(动态视力、闪烁感)等。而高级感受的部份,则包括了影像认识、认知、影像理解、记忆、喜好、感性、感情等,这些都会对画质评价有影响。

所以在影像再现的过程中,消费者当然会期望影像需要具有令人满意的灰阶、鲜锐度、颜色,然而令人满意的色彩与记忆色具有密切相关性。也就是说,消费者的记忆色中,包括树木的绿色、天空的蓝色等颜色等,显示器都需要转换为令人满意的颜色。但是把大脑中枢进行的高级感受,应用于画质设计上的研究才刚刚开始,因此到目前为止,业界所采用的依据条件还是仅止于初期视觉能力,再加上空间特性和眼球运动的影像评价进行论述。所以一般而言,影像显示元件的鲜锐度可以用解析度、敏感度、MTF等等的方式来进行测量。在下面的叙述中,将就以平面显示器的MTF、偏角特性、MPRT测量和视觉特性做一介绍。

MTF受测量与解析的影响

MTF(Modulation Transfer Function)被定义为PSF或LSF的傅立叶变换,当然进行LSF或者PSF的测量并不是一件容易的事情。所以一般是输入了与频率不同的正弦波Chart,从其振幅变换,或边缘影像扩展的傅立叶变换来进行测量。对为了寻求MTF而抽样调查边缘影像的时候,有时候抽样调查点会在画素的边缘倾斜面上。所以根据抽样调查点的位置的不同,MTF也会有变化,一般来说都会对于LCD的26%、32%、38%、44%、50%、56%、62%、68%、78%位置上进行抽样调查,因为根据经验在50%位置上的交叉,是MTF降低到最低点的时候,所以如果只取一点来进行测量的话,所测量得出的结果就非常具有争议性,因此影像显示的MTF不是单凭简单的思考就可以决定的,而是必须注意受测量、解析影响而变化的地方。

在视觉系的空间频率特性(MTF)之前,已经有很多研究者进行了测量,例如Dooley、Barten等人也都提出了数位Patten,这些提案都是假定了视觉系MTF的等方性。只是在经验上,能够了解与水平、垂直方向的相比,视觉频率特性在倾斜方向的时候会更低一些,像照相软片那样影像系统具有等方性的时候,这样的视觉特性并不是画质评价、影像设计上的大问题,但是在数位系统中,例如从CCD的画素形状可以明显看出具有非等方性。

所以如果让高精细液晶显示器可以任意旋转,在辉度、RGB空间、相反颜色空间,来对视觉系MTF的方向依存性进行测量的话,可以发现不管是哪一方面,45度的MTF与水平垂直方向的相比都要低。所以,如何定义视觉、影像系统的时空频率特性,还有大型FPD画质评价上的应用是今后需要发展的方向。


图说:MTF被定义为PSF或LSF的傅立叶变换,一般是输入了与频率不同的正弦波Chart,从其振幅变换,或边缘影像扩展的傅立叶变换来进行测量。(资料来源:microscopyu)

面对大型化趋势 偏角特性测量更显重要

大型平面显示器大多数的环境下都是聚集很多人一起观赏的,所以观赏影像时,画面辉度的偏角特性就是一个相当重要的问题,所以必须针对PDP以及LCD,将八种Gray patch显示在整个画面上,将画面辉度从0∼75度每15度划分为一格,透过分光放射辉度剂加以测量。例如针对LCD进行的时候,画面中心部份(0度)的最大辉度为520cd/㎡时,辉度会随着角度的变化而减小,观赏角度为30度角的时候,辉度就下降到420cd/㎡,与画面中心部分相比,辉度只有80.8%。当观赏角度为75度的时候,其所呈现的辉度大概只剩下70cd/㎡而已,这是中心部份的13.5%。但是相较之下,电浆显示器的偏角特性的表现能力却比LCD来的优秀,根据试验,当PDP中心部份的最大辉度为240cd/㎡,这虽然是液晶的46.2%,但是当角度移到30度的时候,表现辉度则仍旧维持在240cd/㎡,这样的辉度表现与画面中心部份的辉度是一样的。而在75度观赏的时候,辉度值是90cd/㎡,与画面中心相比,辉度的降低到37.5%,但是,这样的辉度表现却比LCD来的好,也就是说,对于偏角特性来说,PDP的表现能力比LCD高出许多,所以在未来进行画质测量时,不仅需要进行辉度量测,更需要对色彩度的偏角特性进行整个画面的测量。

利用摄影机追踪画面与MPRT测量

当面板进行动态影像显示时,大多存在着画面中物体动态反应迟钝的问题。所以,在技术上便开始观察人类眼睛进行流畅地进行追踪移动物体的状态,作为观测显示器上的动态画面时,感觉到迟钝量予以量化的方法,而提出了MPRT(Moving Picture Response Time)的概念。MPRT是把在动态中,影像轮廓部分发生「迟钝」去除之前的时间,加以数值化,单位则是用msec表示。受移动影响的迟钝量,影像的迟钝幅度感受会更加明显。但是,用MPRT方法进行测量,迟钝幅度会因为动态画面的移动速度、观看距离、以及Hold时间等因素的变化而有所不同,所以,需要利用在不同比较条件下,测量结果的时间作为单位。


图说:当面板进行动态影像显示时,大多存在着画面中物体动态反应迟钝的问题。(资料来源:Impress)

在实际的测量中,显示器上的画面显示,是从左往右变化出不同灰阶的动态画面,利用摄影机一边追踪画面的边缘部分,同时一边进行摄影,利用这样拍摄出来的影像,就会变成交界部位出现反应迟钝的影像,再利用这样的影像计算出MPRT。另外,迟钝量会由于灰阶变化的不同而有所差异,所以必须从白到黑,把各个种类组合起来对灰阶进行测量。一般来说,最好是把灰阶分成7个等级,左右分别变换灰阶,合计共组合成42种模式进行MPRT测量。

这样的方法在LCD上已经被广泛使用了,但是到目前为止,还没有被应用在PDP上,这是因为LCD可以进行连续的灰阶再现,所以即使进行像MPRT那样的测量也能够呈现出显示辉度和摄影辉度。但是PDP是利用单位时间内的亮灯频率来调整灰阶,来完成中间色调的值,因此,拍摄PDP画面时,根据曝光时间、拍摄的时机等因素,常常有时候不能保持一定的拍摄辉度。因此由于PDP灰阶再现演算法的技术原理,所以,目前尚无PDP是利用MPRT来进行测量。

不过为了更近一步地了解PDP对于动态影响的表现能力,日本千叶大学还是利用了长臂式机器人来配合显示器动态画面进行同步运转,在与LCD相同测量的条件下,对PDP进行了MPRT测量。在MPRT的测量中,把拍摄边缘部分的迟钝幅度,作为相对于原影像10%到90%影像值中的点数进行测量,计算出影像上的迟钝幅度。然后再将迟钝幅度除去照摄影机的移动速度的数值就可以获得MPRT。运算式为(领域幅度的点数/摄影机倍率×每1点数的长度)/摄影机和边缘的移动速度(mm/s)=MPRT 所得到的结果是,Y1-Y0的MPRT,在LCD的时候是15.2msec,PDP则是为14.8msec,Y0-Y3的MPRT,LCD是16.2msec,PDP则为13.97msec。从结果可以得知,就动态影响的表现上而言,PDP的MPRT数值还是比LCD优越。不过虽然测量实验的结果是如此,但是却不能就此作为最终的判定,因为根据影像内容的不同,动态迟钝会对画质产生很大影响。

色彩与画质表现将为重要研究方向

如前所述,使用环境也会对于显示器的色彩画质表现造成相当大的过程影响,或者大家都有过这样的经验,刚进入电影院等光线比较暗的屋子时,会造成短暂的视力下降现象,但是过一段时间之后,视力就会逐渐恢復,这叫做暗适应,还有与此相反的明亮适应。所以,当阳光和钨丝光照明的物体,射到视觉上的分光能量完全不同,但是适应了其光源以后,在两个光源下的物体颜色几乎相同,这样的现象叫做颜色适应。

颜色适应指的是,LMS锥体的分光感度分佈形状,在颜色适应的过程中没有变化,假设与照明光的刺激值成反比例,其相对感度是以von Kriss Model为基础,事实上还有很多也都提出了Hunt、Nayatani、Fairchild、Luo等各种各样的Model。最近还有业者提议CIECAM97,CIECAM02等Model,这可以在某个限定条件下,正确地预测颜色的外观。然而,这些Model的自由度都非常低,在实际影像上的应用受到很大限制,而且这些Model不是以动态影像为目标的。

另一方面也有研究发现,对于监视器的适应不应只是监视器的白点,还必须依赖观测照明光。因为在多媒体时代,不只是纸质媒体,还有CRT、穿透式液晶、反射式液晶、电浆显示器、OLED、电子纸张等多种多样的影像输出技术,这些技术领域都需要在不同视觉环境下进行影像的观测。所以不只是静止画面,对于动态影像也需要进行不同视觉环境下的颜色预测,所以开发出各式环境下的最合适颜色再现设计,将会成为很重要的研究方向。


图说:在多媒体时代,不只是纸质媒体,还有CRT、穿透式液晶、反射式液晶、电浆显示器、OLED、电子纸张等多种多样的影像输出技术,这些技术领域都需要在不同视觉环境下进行影像的观测。(资料来源:Samsung)

质感再现和画质评价技术皆需有突破性发展

就如前面所述,一直被用于画质评价的物理参数大多是0∼45度,这是取决于积分球的扩散光反射,或者以平行光透过作为基础的分光反射率、浓度进行测量来进行计算的。但是,为了表现出质感这样的画质,除了颜色再现、灰阶再现、鲜锐度等等之外,还必须考虑光泽、质地、阴影等等的因素,当然这些资料数据是测量物体的BRDF(双向反射特性:Bi-directional Reflectance Distribution Function)、BSSRDF(Bi-directional Sub-Surface Scattering Reflectance Distribution Function),在某个方面下是可以表现出来的。例如根据BRDF之一的双色性反射Model,可以假设物体发出的分光反射率,在物体表面和空气层之间的交界处,透过反射的表面反射光成分和物体表面,遇到色素等微粒,散射以后反射的内部反射光的线形。

关于这样的物体表面特性的反射率推测,目前有很多的技术被发表出来,例如在CG领域中是Phong Model、TS(Torrance –Sparrow) Model、ON(Oren-Nayer)Model,Ward Model等等多种的技术。相信未来透过实际物体的偏角分光记录法,和CG领域中的各样的Model融合,对于平面显示器的画质量测来说,或许就可以开始针对光泽或画质等高精细的影像进行再现能力评价。长久以来,在数位影像的画质评价、影像设计中,一直在使用拥有很长歷史的传统照相相片,或者是由电视、印刷等积累起来的知识和技术,但是在数位影像的领域中,却有很多与类比影像不同的特殊画质因素或者是现象。

就像多年以来,一直用于照相或光学系统量测的MTF技术方式,也可以发现边缘影像的量测,会由于抽样检查点的差异,而出现相当大的落差。另外,也因为伴随着显示器大型化,而让显示画面产生的偏角特性,MPRT测量不佳的结果等。所以,在未来包括MPRT这方面的技术,对于LCD或PDP等灰阶再现基本上,使用不同系统的测量方法需要更为明确,是相当重要的一件事。

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