Особенности изменения яркости и контраста цифровых изображений. Критерии и методы укрупнённой оценки качества изображений в растровых графических форматах

Тоновая коррекция в Photoshop

Софья Скрылина, преподаватель информационных технологий, г.Санкт-Петербург

Под тоновой коррекцией изображения понимается осветление, затемнение или повышение контрастности всего изображения или его частей. В данной статье будут рассмотрены методы диагностики тональности изображения и инструменты для тоновой коррекции фотографии.

Диагностика тональности изображения

Прежде чем приступать к коррекции изображения, необходимо проанализировать изображение, определить тоновый диапазон, что поможет правильно выбрать инструменты для исправления недостатков исходного изображения. Для этих целей используется гистограмма изображения.

Гистограмма иллюстрирует распределение пикселов на изображении. Это график, на котором указано число пикселов на каждом уровне интенсивности цвета. По оси Х располагаются тоновые градации в диапазоне от 0 (черный цвет или тень) до 255 (белый цвет или свет), а по оси Y — количество пикселов каждого уровня. Гистограмма позволяет определять, содержит ли изображение достаточно деталей в тенях (левая часть графика), в средних тонах (середина) и в наиболее светлых участках изображения (правая часть). На рис. 1 приведен пример чтения гистограммы.

Рис. 1. Примеры чтения гистограммы: а — очень светлая фотография, график смещен вправо, в область светов; б — фотография с полным тоновым диапазоном, график построен на всех уровнях интенсивности света; в — темная фотография, график смещен влево, в область теней

Чтобы открыть палитру Гистограмма (Histogram), выполните команду Окно (Window) -> Гистограмма (Histogram). Данная палитра не является инструментом коррекции, она предназначена лишь для диагностики изображения. Для определения тонового диапазона используется гистограмма совмещенного RGB-канала, а для отображения статистики — расширенный просмотр (рис. 2).

Рис. 2. Палитра Гистограмма со статистикой

Раскрывающийся список Источник (Source) становится доступным для многослойных документов: можно оценить тональность текущего слоя или суммарного изображения с учетом всех слоев. Параметры Уровень , Счетчик и Процентиль отображают статистику для области под указателем мыши (рис. 3).

Рис. 3. Палитра Гистограмма для выбранного слоя со статистикой текущего положения указателя мыши на графике

В палитре Гистограмма (Histogram) под графиком приводится следующая статистическая информация:

На рис. 3 гистограмма занимает весь тоновый диапазон. Высота графика и значение параметра Среднее (113,86) показывают, что изображение имеет достаточно много светов — значит, фотография экспонирована правильно. Величина отклонения незначительная (58,68), поэтому изображение не имеет резких световых переходов. Из всего этого следует, что данное изображение не требует тоновой коррекции.

Следует понимать, что не существует идеальной гистограммы! Каждое изображение отличается от остальных и имеет собственный неповторимый график распределения пикселов. Более того, не всегда требуется проводить коррекцию при гистограмме, показывающей явный сдвиг в область светов или теней. Например, логично, что снимок, сделанный в ночное время суток или в открытом космосе, имеет низкий уровень яркости. И гистограмма в этом случае будет соответствовать недоэкспонированному снимку (рис. 4).

Обратите внимание, что пик гистограммы смещен в левую часть графика — это указывает на содержание большого числа теней и совсем незначительного числа светов в изображении. Об этом же говорят значения параметров Среднее (26,89) и Медиана (11). Но этот снимок не является недоэкспонированным, он сделан в естественных условиях. И было бы неверно исправлять такой снимок только лишь для «правильного» вида гистограммы.

Вот еще пример исключения из правил (рис. 5). Зимний пейзаж — полная противоположность предыдущему примеру. Пик гистограммы смещен вправо (в область светов), и график имеет мало темных областей. Значения параметров Среднее (169,30) и Медиана (169) близки к максимальной яркости. Но, несмотря на показания гистограммы, данный снимок не требует коррекции, его яркость естественна.

Уровни

Диалоговое окно Уровни (Levels) вызывается командой Изображение (Image) -> Коррекция (Adjustments) -> Уровни (Levels) или клавиатурным эквивалентом Ctrl+L (в Mac OS — Command+L). В окне отображается гистограмма изображения. Но, в отличие от палитры Гистограмма , в этом окне мы можем проводить коррекцию, манипулируя тремя ползунками: — тени, — средние тона, — света (рис. 6).

На рис. 7 представлена гистограмма тусклого изображения. Обратите внимание, что график распределен не на всем тоновом интервале, а только на его части. Слева и справа от графика нет ни одного пиксела уровня яркости.

Поэтому в ходе коррекции необходимо расширить тоновый диапазон. Для этого следует присвоить самым темным пикселам нулевую яркость, то есть черный ползунок сместить вправо до основания графика, а самым светлым пикселам — максимальную яркость, то есть сместить белый ползунок влево до основания графика (рис. 8).

Рис. 8. Коррекция тусклого изображения в окне Уровни осуществляется смещением черного и белого ползунков к основанию графика

Одновременно со сменой местоположения ползунков меняется гистограмма в палитре (рис. 9), которая показывает нам, что в результате коррекции изображение теперь имеет пикселы на всем тоновом диапазоне (полосатый график).

Рис. 9. Изменение в окне Уровни влечет изменения в палитре Гистограмма

Обратите внимание на треугольник с восклицательным знаком в окне палитры Гистограмма , который появляется в ходе коррекции. Он предупреждает, что произошло удаление уровней яркостей в результате их перераспределения по всей шкале. Поэтому образовались провалы уровней, которые хорошо видны, если нажать на этот значок (рис. 10).

Рис. 10. Результат повышения контрастности в окне Уровни и измененный вид гистограммы после коррекции

Осветление и затемнение изображения

Чтобы осветлить слишком темное или затемнить слишком светлое изображение, необходимо изменить положение серого ползунка, то есть гамму изображения. По умолчанию гамма равна 1. Для темной фотографии ползунок смещается влево (значение гаммы больше 1), для светлой — вправо (значение гаммы меньше 1).

Встречаются примеры очень светлых или темных изображений, у которых не только пик гистограммы смещен в сторону светов или теней, но и весь график уровней яркости распределяется не на всем тоновом интервале. Для коррекции такого изображения достаточно присвоить нулевую яркость самым темным пикселам (для светлых изображений) или назначить максимальную яркость самым светлым пикселам (для темных изображений). Иными словами, сместить к основанию графика черный ползунок (для светлых изображений) или белый (для темных изображений). Смещение серого ползунка в этом случае происходит автоматически, но при необходимости для усиления эффекта серый ползунок также можно сместить в сторону светов или теней.

На рис. 11 приведены исходное светлое изображение замка Эльц и его гистограмма. Гистограмма распределена не на всем тоновом диапазоне, и ее пик смещен вправо.

Для коррекции данного изображения черный ползунок сдвинут к основанию графика, а значение гаммы немного уменьшено (рис. 12).

Коррекция тональности при помощи кривых

Диалоговое окно Кривые (Curves) открывается с помощью команды Изображение (Image) -> Коррекция (Adjustments) -> Кривые (Curves) или клавиатурным эквивалентом Ctrl+M (в Mac OS — Command+M). Это окно позволяет выполнять коррекцию при помощи 14 различных точек в тоновом диапазоне изображения (от теней до светлых участков). Тоновый диапазон представляется в виде прямой диагональной линии (рис. 13).

Чтобы одновременно с прямой линией отобразить и гистограмму изображения, установите флажок Гистограмма (Histogram). Щелчок мыши с клавишей Alt (в Mac OS — Option) в любом месте системы координат изменяет шаг сетки, что также можно выполнить с помощью двух кнопок в нижней части окна (см. рис. 13).

Для коррекции изображения в режиме изменения кривой с помощью точек (кнопка ) необходимо добавить точки на график, а затем провести изгиб кривой.

Для добавления точки на график следует просто щелкнуть мышью в требуемом месте на прямой линии. Если необходимо удалить контрольную точку, то сначала ее нужно выделить щелчком мыши, а затем нажать клавишу Backspace (в Mac OS — клавишу Delete). Также можно щелкнуть по ней с нажатой клавишей Ctrl (в Mac OS — с клавишей Command). Невозможно удалить конечные точки кривой!

Внимание! Если результат коррекции вас не устраивает, нажмите клавишу Alt (в Mac OS — клавишу Option) — кнопка Отмена (Cancel) изменится на кнопку Сбросить (Reset). Нажмите ее — это позволит, не закрывая окна, отменить неудавшуюся коррекцию. Затем повторите попытку. Более того, помимо окон тоновой коррекции действие данной клавиши распространяется на большинство диалоговых окон!

Осветление или затемнение изображения

Для осветления или затемнения изображения с помощью диалогового она Кривые (Curves) необходимо установить точку в середине прямой линии и протянуть ее вверх (для осветления) или вниз (для затемнения), чтобы сделать график соответственно выпуклым или вогнутым. На рис. 14 приведено исходное темное изображение ящерицы и его гистограмма в окне Кривые .

Для осветления изображения прямая линия преобразована в выпуклую кривую (рис. 15).

Рис. 15. Итоговая осветленная фотография и пример коррекции в окне Кривые

Повышение контрастности изображения

Чтобы повысить контрастность изображения, необходимо коррекционную прямую сделать похожей на букву S. Для этого следует добавить на прямую минимум три точки (рис. 16).

В ходе коррекции нужно верхнюю точку сместить вверх, а нижнюю — вниз (рис. 17).

Коррекция тонового интервала

До сих пор мы рассматривали примеры изображений, коррекцию которых можно было выполнить как в окне Уровни (Levels), так и в окне Кривые (Curves), потому что коррекция проводилась на общем тоновом диапазоне. По причине того, что диалоговое окно Кривые позволяет разные участки кривой корректировать независимо друг от друга, этот инструмент предоставляет больше возможностей, чем коррекция уровней.

На рис. 18 приведено изображение Невского проспекта. Гистограмма смещена немного влево, указывая на то, что в изображении преобладают темные пикселы.

Если попробовать исправить недостаток в окне Уровни (Levels), сместив белый ползунок к основанию графика, то мы не получим ожидаемого результата. Изображение становится светлее, но изменения заметны на светлых участках (рис. 19). А если попробовать увеличить гамму изображения, то вместе с домами блекнет небо и украшения ко Дню Победы.

Рис. 19. Коррекция в окне Уровни на общем тоновом диапазоне не дает нужного результата

В данном случае нам необходимо осветлить только темные изображения домов, оставив без изменения светлые участки неба. Для этого в окне Кривые (Curves) следует определить тоновый интервал, который требуется защитить от воздействия, и интервал, подлежащий коррекции. Если, не закрывая диалогового окна, провести указателем мыши по изображению, то на прямой линии возникает точка, соответствующая значению яркости выбранных пикселов.

В нашем случае интервал для коррекции — нижняя часть прямой линии — диагональ двух нижних квадратов. Именно на этом участке находятся яркости пикселов темных фрагментов домов. Оставшиеся участки (точки на прямой линии, расположенные в двух верхних квадратах) необходимо защитить от воздействия. Для этого следует добавить несколько точек в этом интервале (рис. 20).

Рис. 20. Нижний интервал подлежит коррекции, а верхний защищен от воздействия

Для осветления фрагментов изображения нужно сделать часть коррекционной кривой выпуклой (рис. 21).

Тонирование HDR

В Photoshop CS5 появилась новая функция — Тонирование HDR (HDR Toning), которая позволяет стилизовать одиночный снимок под HDR-изображение. Но ее также можно использовать для коррекции тонового интервала, влияя на тени и света изображения. Более того, данная функция позволяет детализировать части изображения, что очень удобно на завершающем этапе коррекции. Так, в нашем случае фотография Невского проспекта в ходе тоновой коррекции, помимо осветления нужных участков, стала плоской. Повышение детализации (+105%) и насыщенности изображения (+30%) в окне Тонирование HDR сделали снимок гораздо более привлекательным (рис. 22).

Открывается данное окно командой Изображение -> (Image) -> Коррекция (Adjustments) -> Тонирование HDR (HDR Toning).

Корректировка экспозиции

Диалоговое окно Экспозиция (Exposure) предназначено для корректировки тона HDR-изображений, но также поддерживает 8-битные изображения. Для его вызова используется команда Изображение (Image) -> Коррекция (Adjustments) -> Экспозиция (Exposure).

Корректировка тона может проводиться изменением трех параметров:

• Экспозиция (Exposure) — предназначен для корректировки светлого участка тональной шкалы с минимальным воздействием на самые темные фрагменты;
• Сдвиг (Offset) — заменяет тени и средние тона с минимальным воздействием на светлые участки;
• Гамма-коррекция (Gamma Correction) — меняет гамму изображения.

На рис. 23 приведена темная фотография белки, что подтверждает гистограмма изображения.

В данном случае для коррекции изображения необходимо влиять на отдельные участки фотографии по-разному: снег надо осветлить гораздо меньше, чем белку, а для ее мордочки необходимо повысить контрастность. С этими задачами можно успешно справиться в диалоговом окне Экспозиция (Exposure) — рис. 24.

Быстрая корректировка тональности

Помимо рассмотренных функций в Photoshop есть инструменты, которые позволяют мгновенно провести коррекцию тональности изображения. Они не требуют тщательной настройки, а некоторые из них позволяют скорректировать изображение буквально одним щелчком мыши!

Коррекция тональности с помощью диалогового окна Яркость/Контрастность

Данное простое в управлении диалоговое окно
имеет всего два ползунка — Яркость (Brightness) и Контрастность (Contrast). Коррекция сводится к изменению их положения (рис. 25).

Рис. 25. Диалоговое окно Яркость/Контрастность

Автокоррекция уровней изображения

Автоматическая коррекция тона и цвета осуществляется в диалоговом окне Уровни (Levels) или Кривые (Curves) щелчком по кнопке Авто (Auto), а ее настройка — в диалоговом окне, открываемом щелчком по кнопке Параметры (Options), — см. рис. 6 и 13.

Для автоматической коррекции изображения по тонам используются также команды Автотон (Auto Tone) и Автоконтраст (Auto Contrast) из меню Изображение (Image).

С половиной из приведенных примеров команды Автотон и Автоконтраст справились успешно, кроме фотографий замка Эльц, Невского проспекта и белки. Перед тем как выполнить коррекцию вручную, пробуйте провести автоматическую коррекцию уровней, потому что в случае удачного результата автоматические команды существенно сэкономят вам время.

Коррекция тона при помощи пипеток

Диалоговые окна Уровни (Levels), Кривые (Curves) и Экспозиция (Exposure) содержат три пипетки: черную , серую и белую — см. рис. 6, 13 и 24.

Для цветных изображений все три пипетки в окнах Уровни и Кривые используются для удаления цветового сдвига, то есть для цветовой коррекции. А для тоновой коррекции можно применять черную и белую пипетки, но только для полутоновых изображений. Цветные изображения корректируются по тонам с помощью всех трех пипеток в окне Экспозиция .

Принцип работы с пипетками следующий: необходимо выбрать нужную пипетку, а затем просто щелкнуть ею по той области изображения, которая должна быть черной, серой или белой. Обратите внимание, что быстрая коррекция с помощью пипеток не всегда выполнима. Изображение должно содержать предполагаемые черные, нейтральные или белые области. Например, фотография заката, скорее всего, не будет содержать нейтральных и белых цветов.

Использование корректирующих слоев

Все рассмотренные в статье инструменты вносят необратимые изменения в слой изображения. Чтобы избежать потери исходной фотографии, лучше проводить эксперименты с дубликатами изображения или слоя. Также можно сохранять результаты коррекции в виде снимков состояния в палитре История (History). Но помните, что после закрытия документа с несколькими снимками состояния будет сохранен только текущий снимок. Поэтому снимки следует использовать только для выбора наиболее удачного результата коррекции.

Другой способ выполнить коррекцию изображения и не потерять исходную фотографию — создать корректирующий слой. Корректирующие слои позволяют возвращаться и вносить последующие изменения тона, не удаляя данные из слоя изображения и не внося необратимых изменений.

Для создания корректирующего слоя применяется кнопка с пиктограммой кружка в палитре Слои (Layers). Щелчок по ней вызывает всплывающее меню, в котором следует выбрать имя инструмента для тоновой коррекции: Яркость/Контрастность , Уровни , Кривые или Экспозиция . После настроек в палитре Слои (Layers) появляется корректирующий слой, который, как и обычный слой, в любой момент можно отключить или удалить. Поэтому в данном случае необратимых изменений в изображении не будет. Более того, вы можете создать несколько корректирующих слоев для выбора наиболее удачного результата коррекции. Так, на рис. 26 палитра Слои (Layers) содержит три корректирующих слоя с разными интрументами тоновой коррекции. Корректировка производится с помощью кривых.

Гистограмма изображения, диалоговые окна Уровни и Кривые , помимо тоновой коррекции, используются для диагностики и удаления цветового сдвига, то есть для цветовой коррекции, которая будет рассмотрена в одном из ближайших номеров нашего журнала. 

1. Линейное изменение яркости и контраста. При линейном изменении яркость и контраст в большинстве графических про­грамм (например, в программе Adobe Photoshop) оптимизируются одновременно и объединены одним диалогом.

Для линейного изменения яркости и контраста нужно выбрать из меню Изображение команду Коррекция и включить функцию Яр-

кость/Контраст. Затем в открывшемся диалоговом окнезадать нужное значение яркости и контраста 1 (рис. 209).

Рис. 209. Изображение, подвергнутое обработке, и диалоговое окно линейного изменения яркости и контраста

В диалоговом окне Яркость/Контраст всего две полосы, в ко­торых перемещением движков изменяют яркость и контраст. Для того чтобы изображение сделать более светлым, движок значения яркости перемещают вправо, более темным - влево. Аналогично увеличивают и уменьшают общий контраст изображения.

Данная функция изменения яркости и контраста позволяет пред­варительно оценить эффект обработки, для этого в диалоговом окне должен быть включен флажок Просмотр. В случае, если результат обработки устраивает пользователя, то нажимают кнопку Да.

При линейной коррекции яркость каждого элемента увеличива­ется на фиксированную величину. Например, указывая в про­граммном диалоге величину 10 единиц, программа должна следить

Команды и функции по обработке изображений приведены для программы Adobe Photoshop версии 4. 0. В более современных версиях программы названия команд и функций по обработке изображений могут отличаться.

за тем, чтобы интервал яркостей не выходил за верхний (255) и нижний (0) пределы.

Линейное изменение яркости и контраста при значительной сте­пени коррекции приводит к потере деталей изображения. Так, при выявлении деталей в светах они теряются в тенях и наоборот. Приемлемые результаты получают при небольшой коррекции ярко­сти или же, когда действие изменения ограничивается определен­ным диапазоном яркостей.

Кроме того, при линейном «осветлении», т. е. увеличении ярко­стей всех градаций на одну величину, не учитывается физиология зрения человека.

Человек воспринимает изменения яркости почти логарифмиче­ски, и поэтому, чтобы добиться равномерного осветления, адекват­но учитывающего физиологию зрения человека, его следует произ­водить нелинейно, например в соответствии с экспоненциальной (показательной) функцией. При этом потери информации будут уменьшаться.

2. Нелинейное изменение яркости и контраста. Нелинейно изменять яркость и контраст можно, используя различные функции:

Функция «Кривые», позволяющая изменять яркость и кон­
траст с помощью градационной кривой или таблицы сопоставления
значений;

Функция «Уровни», изменяющая яркость и контраст:

а) глобально, с помощью гамма-характеристики;

б) селективно, для «светов», теней и средних тонов изображения.
Такие стандартные функции имеются в каждой современной

программе обработки изображений, например в программе Adobe Photoshop.

А. Изменение яркости и контраста с помощью градационной кривой.

Яркость и контраст цифровых изображений можно изменять произвольно, задавая вид градационной кривой.

Для того чтобы воспользоваться этой функцией, нужно в меню Изображение выбрать команду Коррекция и включить функцию Кривые. При этом откроется диалоговое окно (см. рис. 200), в кото­ром нужно задать вид градационной кривой для обрабатываемого изображения.

При этом необходимо на графике зафиксировать точки, которые будут ограничивать корректируемый участок тонового диапазона, например область «светов». Для этого подводят курсор к опреде­ленной точке на градационной кривой и, нажав левую кнопку мыши, фиксируют ее. Далее в отмеченном диапазоне графика изменяют вид градационной кривой до получения требуемого результата.

Под графикам представлены две кнопки инструментов для по-строения кривых: слева - инструмент для работы с гладкой кри­вой, справа - для работы с произвольной кривой. Чем больше угол наклона градационной кривой к горизонтали, тем выше кон­траст изображения.

Если результат обработки устраивает пользователя, то нажи­мают кнопку Да в диалоговом окне.

На рис. 210 представлены обработанное изображение и вид градационной кривой, позволяющие получить более светлое изо­бражение и выявить детали в области теней.

Все прекрасно знаете, что фотоаппараты не идеальны и не всегда точно подбирают цвет (свет) на фото. Бывает, вспышка не успевает зарядиться и мы наблюдаем практически черный квадрат Малевича, бывает она сработает чересчур сильно и мы наблюдаем белый квадрат неизвестного художника с красными точками посередине (глазенки хомячка), а бывает что мы пытаемся не зависеть от вспышки, пробуем снять без нее, а фото получается желтовато-коричневатого мутного оттенка. Все это с легкость можно вылечить средствами Photoshop (безусловно, в разумных пределах! Конечно же, полностью черный или полностью засвеченный кадр восстановить не удастся).

Как правильно менять яркость, контрастность и насыщенность

Давайте начнем сначала с некратких, а затем кратких определений, чтобы понимать что же мы с вами меняем.

Что нам говорят по этой теме словари:

Яркость — световая характеристика тел. Отношение силы света, излучаемого поверхностью, к площади ее проекции на плоскости, перпендикулярной оси наблюдения.

Контрастность — различимость предмета наблюдения от окружающего его фона (монохроматическое излучение); цветовая контрастность - разновидность оптической контрастности, связанная с разницей цветовых оттенков.

Насыщенность — в физическом плане насыщенность цвета определяется характером распределения излучения в спектре видимого света.

Гхм… Неудобоваримые термины… Попробую сформулировать попроще и касательно данной темы:

Яркость — количество белого цвета на вашем фото. Чем выше вы ставите яркость, тем светлее становится кадр.

Контрастность — разница между разными, расположенными рядом цветами. Чем выше контрастность, тем более резко мы наблюдаем переход от одного цвета к другому (иногда контрастность срабатывает как повышение резкости).

Насыщенность — насколько сочно и ярко у вас выглядит тот или иной цвет. Можно увеличивать ее в нескромных пределах — тогда фото начинает даже «резать» глаз.

Можно, конечно, расписать по пунктам каждую из этих характеристик, но это было бы неправильно. Правильно комплексно менять все три настройки кадра. Как? Сейчас разберем…

Возьмем для рассмотрения вот такое вот темное, слабоконтрастное фото…

Команды эти прячутся в меню «Изображение», далее «Коррекция», затем «Яркость / Контрастность» и «Цветой тон / Насыщенность»:

и

При нажатии кнопки «Яркость / Контрастность» мы наблюдаем такое вот окошко:

При выборе «Цветой фон / Насыщенность» вот такое:

Для начала открываем «Яркость / Контрастность» и спокойно и умиротворенно двигаем оба ползунка вправо до требуемого значения яркости и контраста (все это делается чисто интуитивным образом и в каждом случае по-своему!). Не следует выставлять всегда точно такие же значения как на этом вот кадре:

Мне вот показалось что сначала нужно выставить яркость на +120, а контрастность на +30. Но всем заметно что цвета чересчур яркие и ненатуральные. Хорошо, что мы знаем где находится меню «Цветовой фон / Насыщенность», которая нам поможет это исправить:

Мне кажется, что если сбросить значение насыщенности на 13 пунктов получается неплохо. Вот, вроде бы, и все, но я всегда перестраховываюсь и еще разок захожу в «Яркость / Контрастность», проверяя, может что -то еще следует поменять для достижения наиболее красивого результата и реалистичного фото.

Не путайте яркость видимого изображения (проекции) с яркостью исходящего в сторону экрана светового потока.

Яркость проекции — это световой поток, рассеянный экраном в сторону зрителя.

Яркость изображения можно оценить с помощью следующих референсных показателей:

12-16 fL - для коммерческого кинотеатра (стандарт THX)

40-45 fL – средний показатель яркости полностью белого поля для ЖК панели

Метрические единицы: Nit или Candela/m² = Lux x к.усиления / p

1 Lux отраженный от Lambertian (референсной отражающей) поверхности равен 1 Nit

Имперские единицы: Foot Lambert = Foot Candles * к.усиления / p

Пересчет FtL в Nit: x 3,43 т.е. 16 FtL равно 55 Nits

Как правильно рассчитать ожидаемую яркость изображения?

Существует простая формула, позволяющая рассчитать ожидаемую яркость изображения.

Т.е. Яркость проектора в ANSI люменах / площадь экрана в кв.футах * к. отражения экрана = яркость в fL

В теории люмены и фут-Ламберты напрямую связаны. Один фут-Ламберт светимости, равен одному люмену на квадратный фут. Но, как обычно, не все так прямолинейно. Эта формула не учитывает посторонней засветки и ее направления, не учитывает износ лампы или калибровку проектора (которая способна снизить исходящий световой поток на 40%). Чтобы не ошибиться можно либо изначально брать лишь 70%, заявленной в спецификации яркости проектора при расчетах, либо брать как приемлемый уровень показатели от 20 до 40 fL.

Более высокая яркость позволит компенсировать негативное влияние посторонней засветки и поднять уровень реальной контрастности.

В принципе, не рекомендуется увлекаться «магией цифр» в спецификациях. При указании параметра яркость в ANSI люменах, производители не указывают все параметры измерения. Многие проекторы имеют функции оптимизации изображения, которые существенно влияют на результат. Это приводит к тому, что проектор с заявленной яркостью 700 ANSI, может быть по факту ярче проектора с показателем 1500 ANSI. Таким образом, спецификации - довольно условный источник данных для расчета ожидаемых показателей.

На какие типы делятся проекционные экраны?

Проекционные экраны делятся на различные категории:

• По типу полотна: с гибким полотном и с жестким полотном (пластик, стекло)
• По типу проекции: фронтальная и экраны обратной проекции
• По исполнению: рамные, сворачиваемые и мобильные

Внутри дополнительно они делятся на подвиды:

Рамные экраны: сложно дать называния группам, очень много разных типов рам, полотно может крепиться к раме кнопками, крючками и спицами, липучкой, в больших диагоналях полотно почти всегда с люверсами.

Сворачиваемые: с электроприводом и с ручным управлением; с растяжками и без растяжек; страиваемые в потолок и настенно-потолочные.

Мобильные: на треноге, напольные, на стойках (в т.ч. тип экрана, называемый Fast-Fold, это торговая марка Da-lite, которая стала в области экранов почти тем же, что Xerox в копировальной технике).

В чём преимущество обратной проекции?

Экраны обратной проекции обеспечивают более высокое качество картинки в условиях сильной засветки (при условии отсутствия засветки в аппаратной комнате)

Для каких задач используются экраны с жестким полотном?

Жесткие экраны - это, как правило, обратная проекция, поскольку такой экран, кроме, собственно, функций экрана, выполняет функцию части стены, т.е. отделяет аппаратную от зоны просмотра, он должен изолировать зрителей от шума. В основном, это большие диагонали и, собственно, яркие и шумные проекторы.

Также есть примеры установки жестких экранов обратной проекции в уличных кинотеатрах. Проектор прячется в помещении, а в проем в стене вставляется экран, который не боится влажности.

Гибкие виниловые полотна обратной проекции заметно дешевле, и их проще транспортировать, но звукоизоляцию они не обеспечивают.

Какие существуют типы традиционных экранов (прямой проекции с гибким полотном)?

Следует разделять свойства полотна (материала) и тип экрана. Одна и та же модель экрана (рамного, электрического) и т.п. может быть выполнена с разными полотнами.

Свойства полотна определяются уровнем внешней засветки, разрешением контента (офисные полотна не предназначены для работы с высоким разрешением), яркостью проектора.

Если любитель кино или организация выбирают экран, то им следует рассматривать отдельно, какой тип экрана будет для них оптимален и отдельно - параметры полотна.

В сегменте дешевых экранов выбор невелик, обычно полотно Matte White (белое матовое) или High Contrast (слегка серое). В сегменте повыше, одна модель экрана может иметь от трех до двенадцати вариантов полотна.

В какой степени полотно экрана способно повлиять на качество изображения в различных условиях? Какую долю в стоимости системы должен составлять экран?

Свойства полотна экрана могут очень заметно влиять на качество изображения. В некоторых случаях правильно подобранное полотно в сочетании с не самым дорогим проектором может дать в итоге более качественную картинку, чем самый дорогой проектор с «неправильным» полотном.

Завязывать стоимость экрана, на стоимость проектора подход неверный.

Это как со звуком: купив более дорогой источник за счет экономии на акустике, мы получим плохой звук, поскольку это элементы системы. Аналогично в сочетании проектор – экран.

На какие параметры изображения может влиять качество полотна экрана?

Основными параметрами изображения, на которые могут повлиять свойства полотна являются:

• яркость
• реальная контрастность
• цветопередача
• равномерность яркости по полю
• разрешение

Как качество полотна может влиять на яркость?

За счет коэффициента отражения (gain) более 1.0 изображение становится более ярким (по сравнению с эталонной отражающей поверхностью). Человеческий глаз отстраивается по самому яркому (как правило белому) цвету, и в итоге более яркое изображение воспринимается, как более контрастное. Но есть предел: после определенного порога изменения яркости уже не воспринимается. Фотометр будет видеть картинку по-другому, для него кривая восприятия ровная.

Это физиологическое свойство восприятия давно известно используется в живописи, фотографии и, соответственно, применимо в кино. Вот хороший материал на эту тему.

Как качество полотна может влиять на реальную контрастность?

Реальная контрастность измеряется при выведении «шахматки» по методике ANSI, в отличие от физиологического восприятия, измеряется фотометром. Тут учитываются свойства матрицы проектора (насколько «черный» черный), внешняя засветка и способность полотна работать с этой засветкой. Если базовый слой экрана имеет к. отражения ниже 1.0, а оптическое покрытие его повышает, то получается, что на темных участках полотно дает более темный «черный», на светлых - увеличивает яркость.

Также, полотна с к.отражения более 1.0 имеют направленную диаграмму рассеивания, т.е. свет падающий под острыми углами (фоновая засветка) рассеивается не в сторону зрителя, а под равным углу падения, противоположном направлении.

Как качество полотна может влиять на цветопередачу?

«Правильное» полотно может работать с яркостью изображения, т.е. со всем диапазоном белого света (тут мы помним, что черный, он же серый, есть разновидности белого, отличающиеся между собой только яркостью, в нем присутствует все цвета диапазона), не влияя на цветовой тон. Некачественное полотно может изменить тон изображения.

Экраны с высоким к. отражения могут начать работать как призма, разлагая цвета на компоненты, причем по разному, в зависимости от угла падения. В итоге мы получаем сдвиг по цвету, причем неравномерный по площади экрана.

Некоторые любители кино боятся ставить серый экран, поскольку полагают, что они в итоге не получат «белого» цвета, т.е. его тональность изменится. Фактически, если экран хорошего качества, он изменит только яркость проекции и контраст между участками изображения, но не повлияет на соотношение цветов в белом свете.

Как качество полотна может влиять на равномерность яркости?

Если взять точечный источник света, который изначально дает равномерную засветку экрана (некоторые проекторы изначально имеют проблемы с равномерной засветкой всей площади экрана по яркости), то в центр экрана и на его края свет будет падать под разными углами. Правильное полотно с к.отражения 1.0 должно дать равномерную яркость рассеиваемого света по всей площади. Если к.отражения более 1.0 то яркость должна быть в пределах приемлемых показателей (тут не знаю точных цифр, и есть ли по этом поводу стандарты, но понятно, что чем ровнее будут цифры яркости во всех точках экрана, тем лучше).

Как качество полотна может влиять на разрешение?

Проекционная поверхность экрана неровная, иначе она бы превратилась в зеркало, за счет микронеровностей достигается эффект рассеивания попавшего на экран света; чем меньше физический размер пикселя на экране (4K) тем более равномерными должны быть эти неровности; если они будут слишком большими или неравномерными, часть пикселей начнет отражаться в произвольном направлении, смешиваться между собой, в итоге мы фактически получаем потерю разрешения и проблемы с цветопередачей.

Почему экраны с высоким к.отражения имеют ограничение минимального проекционного расстояния?

Чем выше к.отражения, тем больше показатель неравномерности яркости изображения по всему полю экрана. Вызвано это тем, что чем ближе проектор расположен к экрану, тем больше отличаются углы падения света в центре экрана и на его края. Крайним проявлением подобной ситуации является эффект «hot spot», т.е. очень яркий блик по центру проекции.

Что такое «угол половинного падения яркости»?

Угол обзора напрямую завязан на «half gain» (угол половинного падения яркости). Данный параметр определяется экспериментальным путем: с помощью фотометра измеряется уровень отражаемого света при перпендикулярном расположении к плоскости экрана, далее фотометр начинает смещаться по радиусу, привязанному к геометрическому центру экрана. Там, где количество отраженного света падает на 50% от показателя, полученного на перпендикуляре, обозначается угол половинного падения яркости.

Угол половинного падения яркости определяет конус просмотра (угол), т.е. стандарты индустрии считают, что 50% падение яркости приемлемо для просмотра. Следует понимать, что при смещении по радиусу у нас смещается и «центр яркости» т.е. один край экрана становится ярче другого (если только экран не рассеивает свет ровно на 180 градусов).

Зная такой параметр как угол половинного падения яркости, мы знаем конус просмотра, в котором должен находиться зритель, чтобы видеть качественное изображение, т.е. максимальную ширину зрительского ряда в зависимости от дистанции просмотра.

Тангенс угла половинного падения яркости, умноженный дистанцию просмотра, даёт половину ширины зрительского ряда.

По поводу того, почему 50% считаются приемлемым показателем, возможно, есть данные на сайте ISF, но я не уверен. Государственных стандартов в этой области нет, только индустриальные, устанавливаемые авторитетными организациями ISF, THX, ANSI.

Для каких задач используют офисные экраны с соотношением сторон 1:1?

Никаких специальных особенностей у таких экранов нет. Единственно, что можно предположить, - их берут, как «универсальный» формат, т.е. выдвигают не полностью, чтобы получить 4:3, 16:10, 16:9. Как мне кажется, это сила привычки. Такие экраны выступают, как правило, в сегменте лоу-кост.