Контраст в зрительном восприятии — это ощутимая разница во внешнем виде двух или более частей поля, видимых одновременно или последовательно (отсюда: контраст яркости, контраст освещенности, цветовой контраст, одновременный контраст, последовательный контраст и т. д.).
Контраст в физике — это величина, предназначенная для корреляции с воспринимаемым яркостным контрастом, обычно определяемая одной из нескольких формул (см. ниже), которые включают, например, яркость рассматриваемых стимулов, например: ΔL/L вблизи порога яркости (известный как контраст Вебера [1] ), или L H /L L для гораздо более высоких яркостей. [2]
Контраст также может быть обусловлен различиями цветности , определяемыми колориметрическими характеристиками (например, цветовым различием ΔE CIE 1976 UCS).
Визуальная информация всегда содержится в каком-то визуальном контрасте, [ необходимы пояснения ], таким образом, контраст является важной характеристикой электронных визуальных дисплеев .
Контрастность электронных визуальных дисплеев зависит от электрического управления (аналоговый или цифровой входной сигнал), от окружающего освещения и от направления наблюдения (т. е. направления просмотра ).
«Яркостной контраст» представляет собой соотношение между более высокой яркостью L H и более низкой яркостью L L , которые определяют обнаруживаемый признак. Этот коэффициент, часто называемый коэффициентом контрастности , CR (на самом деле являющийся коэффициентом яркости ), часто используется для высокой яркости и для определения контрастности электронных устройств визуального отображения . Яркостный контраст (отношение), CR, представляет собой безразмерное число , которое часто обозначается добавлением «:1» к значению частного (например, CR = 900:1).
с 1 ≤ CR ≤
«Коэффициент контрастности» CR = 1 означает отсутствие контраста.
Контраст также можно определить с помощью контрастной модуляции (или контраста Майкельсона ), CM , определяемой как:
при 0 ≤ C M ≤ 1.
C M = 0 означает отсутствие контраста.
Другое определение контраста представляет собой практическое применение контраста Вебера , [3] иногда встречающегося в области электронных дисплеев, K или CW :
при 0 ≤ C W ≤ 1.
C W = 0 означает отсутствие контраста, тогда как максимальный контраст C Wmax равен единице или, чаще всего, описывается как процент, как у Майкельсона, 100%.
Модификация Weber, разработанная Хваунгом/Пели, добавляет к знаменателю смещение бликов для более точного моделирования компьютерных дисплеев. [4] Таким образом, модифицированный Вебер :
Это более точно моделирует потерю контрастности, которая возникает при более темной яркости дисплея из-за условий окружающего освещения.
Две части поля зрения могут иметь одинаковую яркость, но их цвет ( цветность ) различен. Такой цветовой контраст можно описать расстоянием в подходящей системе цветности (например, CIE 1976 UCS, CIELAB , CIELUV).
Показателем цветового контраста , часто используемым в области электронных дисплеев, является цветовая разница ΔE*uv или ΔE*ab.
Во время измерения значений яркости, используемых для оценки контрастности, активная область экрана дисплея часто полностью устанавливается в одно из оптических состояний, для которых необходимо определить контрастность, например, полностью белая (R=G=B=100 %) и полностью черный (R=G=B=0%), а яркость измеряется один за другим (последовательно во времени).
Этот способ действия подходит только в том случае, когда устройство отображения не проявляет эффектов нагрузки , что означает, что яркость тестового изображения меняется в зависимости от размера тестового изображения. Подобные эффекты загрузки можно встретить в ЭЛТ -дисплеях и плазменных дисплеях . Небольшой тестовый шаблон (например, 4%-ный шаблон окна), отображаемый на этих устройствах, может иметь значительно более высокую яркость, чем соответствующий полноэкранный шаблон, поскольку ток питания может быть ограничен специальными электронными схемами. [ нужна цитата ]
Любые два тестовых шаблона, которые не являются полностью идентичными, можно использовать для оценки контраста между ними. Когда один тестовый шаблон содержит полностью яркое состояние (полностью белый, R=G=B=100%), а другой — полностью темное состояние (полностью черный, R=G=B=0%), результирующий контраст называется полный контраст . Этот контраст является наивысшим (максимальным) контрастом, которого может достичь дисплей. Если в технических характеристиках вместе с указанием контраста не указан тестовый шаблон, скорее всего, это будет относиться к полному контрасту . [ нужна цитата ]
Стандартная процедура оценки контрастности следующая :
Когда яркость и/или цветность измеряются до того, как оптический отклик достиг стабильного устойчивого состояния, вместо статического контраста измеряется своего рода переходный контраст . [ нужна цитата ]
Когда содержимое изображения быстро меняется, например, во время отображения видео- или киноконтента, оптическое состояние дисплея может не достичь запланированного стабильного устойчивого состояния из-за медленного отклика, и, таким образом, видимый контраст снижается по сравнению со статическим контрастом. [ нужна цитата ]
Это прием расширения контрастности LCD-экранов.
ЖК-экраны состоят из блока подсветки, излучающего постоянный свет, и ЖК-панели перед ним, которая модулирует пропускание света по интенсивности и цветности. Чтобы увеличить контрастность таких ЖК-экранов, подсветка может быть (глобально) затемнена, когда отображаемое изображение темное (т. е. не содержит данных изображения высокой интенсивности), в то время как данные изображения численно корректируются и адаптируются к уменьшенной интенсивности задней подсветки. . Таким образом можно улучшить темные области на темных изображениях и существенно увеличить контраст между последующими кадрами. [5] Также контрастность в пределах одного кадра может быть намеренно увеличена в зависимости от гистограммы изображения (некоторые спорадические блики на изображении могут быть вырезаны или подавлены). Для реализации метода динамического управления контрастностью , который приятен для зрительной системы человека , требуется определенная цифровая обработка сигнала (например, не должно вызываться эффектов мерцания).
Контрастность отдельных кадров ( одновременный контраст ) можно увеличить, если подсветку можно локально затемнить. Этого можно достичь с помощью блоков подсветки, реализованных на основе массивов светодиодов. [6] ЖК-дисплеи с расширенным динамическим диапазоном (HDR) используют этот метод для реализации (статических) значений контрастности в диапазоне CR > 100 000. [7]
Для измерения максимально возможной контрастности темное состояние тестируемого дисплея не должно искажаться светом из окружающей среды, поскольку даже небольшие приращения ΔL в знаменателе отношения (L H + ΔL) / (L L + ΔL ) приводят к значительному уменьшению этого коэффициента. По этой причине большинство коэффициентов контрастности, используемых в рекламных целях, измеряются в условиях темной комнаты (освещенность E DR ≤ 1 лк). [ нужна цитата ]
Все излучающие электронные дисплеи (например, ЭЛТ, плазменные панели) теоретически не излучают свет в черном состоянии (R=G=B=0%) и, таким образом, в условиях темной комнаты, когда окружающий свет не отражается от поверхности дисплея в светоизмерительное устройство, яркость черного состояния равна нулю, и, таким образом, контраст становится бесконечным. [ нужна цитата ]
Когда эти экраны используются вне полностью темного помещения, например, в гостиной (освещенность около 100 лк) или в офисе (освещенность минимум 300 лк), окружающий свет отражается от поверхности дисплея, увеличивая яркость. темного состояния и, таким образом, значительно уменьшая контраст. [ нужна цитата ]
Совершенно новый телевизионный экран, реализованный по технологии OLED, имеет коэффициент контрастности в темной комнате CR = 1 000 000 (один миллион). В реальной ситуации применения при освещенности 100 лк контрастность снижается до ~350, при 300 лк — до ~120. [8]
Контраст, который можно ощутить или измерить в присутствии окружающего освещения, кратко называют «контрастом окружающей среды». [9] Особым видом «окружающего контраста» является контраст в условиях наружного освещения, когда освещенность может быть очень интенсивной (до 100 000 люкс). Контраст, наблюдаемый в таких условиях, называется «контрастом дневного света». [10]
Поскольку темные области дисплея всегда искажаются отраженным светом, разумные значения «окружающего контраста» могут поддерживаться только тогда, когда дисплей снабжен эффективными мерами по уменьшению отражений с помощью антиотражающих и/или антибликовых покрытий. [ нужна цитата ]
Когда отображается тестовое изображение, которое содержит области с различной яркостью и/или цветностью (например, шахматный узор), и наблюдатель видит разные области одновременно, видимый контраст называется параллельным контрастом (термин « одновременный контраст» уже используется для другого эффект). Значения контрастности, полученные из двух последовательно отображаемых полноэкранных шаблонов, могут отличаться от значений, оцененных из шахматного шаблона с теми же оптическими состояниями. Это несоответствие может быть связано с неидеальными свойствами экрана дисплея (например, перекрестными помехами, ореолами и т. д.) и/или из-за проблем с рассеянным светом в светоизмерительном устройстве. [ нужна цитата ]
Когда между двумя оптическими состояниями, которые воспринимаются или измеряются одно за другим, устанавливается контраст, этот контраст называется последовательным контрастом . Контраст между двумя полноэкранными шаблонами (полноэкранный контраст) всегда является последовательным контрастом . [ нужна цитата ]
В зависимости от типа тестируемого дисплея (прямого обзора или проекции) контрастность оценивается как частное от значений яркости (прямой обзор) или как частное от значений освещенности (проекционные дисплеи), если свойства проекционного экрана отделен от проектора. В последнем случае проецируется шахматный узор с полностью белыми и полностью черными прямоугольниками, а освещенность измеряется в центре прямоугольников. [11] Стандарт ANSI IT7.215-1992 определяет схемы испытаний и места измерения, а также способ получения светового потока на основе измерений освещенности, однако он не определяет величину, называемую «ANSI люмен». [ нужна цитата ]
Если в измерение включены отражающие свойства проекционного экрана (обычно в зависимости от направления), то яркость, отраженную от центров прямоугольников, должна измеряться для (набора) конкретных направлений наблюдения .
Яркость , контрастность и цветность ЖК-экранов обычно меняются в зависимости от направления наблюдения (т.е. направления просмотра ). Изменение электрооптических характеристик в зависимости от направления наблюдения можно измерять последовательно путем механического сканирования конуса наблюдения ( гониоскопический подход) или путем одновременных измерений на основе коноскопии . [12]
