Măsurarea contrastului în imagini alb-negru. Sfaturi pentru utilizator. televizoare

ÎN grafica pe computer ton acesta este nivelul (nuanța) de culoare. O imagine cu tonuri are o scară continuă de gri de la alb la negru. Pentru o culoare, numărul de astfel de gradații (pași) în modelul de culoare RGB este de 256 (8 biți).

Sens corectarea tonului imagistica fotografică constă în a oferi fotografiei un interval dinamic maxim prin ajustarea luminozității și contrastului imaginii. Pentru a evalua și corecta luminozitatea și contrastul imaginii (corecția tonului acesteia) folosește editorul histogramelor.

Termen nou

diagramă cu bare- o diagramă cu bare care afișează numărul de pixeli ai imaginii (vertical) care au un anumit nivel de luminozitate (orizontal). Într-o altă formulare, o histogramă este un grafic care afișează distribuția pixelilor imaginii în funcție de luminozitate. La construirea acestui grafic, axa X afișează valori de luminozitate în intervalul de la 0 (negru) la 255 (alb), iar axa Y afișează numărul de pixeli cu valoarea luminozității corespunzătoare.

Pentru un specialist în grafică computerizată, analiza histogramei îi permite să înțeleagă care zone tonale ale imaginii necesită corectare și în care dintre acestea (Fig. 1.16).

La examinarea histogramelor pe o imagine fotografică ușoară, grămada principală de pixeli este deplasată la dreapta, pe una întunecată - la stânga și în imagine normală este în mijlocul histogramei.

Într-o imagine luminoasă, toate obiectele sunt puternic evidențiate. Un exemplu de astfel de imagini sunt fotografiile cu obiecte luminoase puternic iluminate. Regiunile de umbră și tonuri medii ale unor astfel de imagini conțin de obicei puține informații și nu prezintă niciun interes.

Într-o imagine întunecată multe detalii importante ascuns (pierdut) în zonele de umbră. Tonurile medii și luminile sunt slab evidențiate. Astfel de imagini sunt obținute când fotografiați în condiții de lumină scăzută.

Imaginile normale sunt caracterizate cea mai bună calitate, adică o distribuție uniformă a tonurilor în toate cele trei zone: lumini, tonuri medii și umbre.

Asa de, histogramă numit grafic care afișează distribuția pixelilor imaginii în funcție de luminozitate. Instrument Histogramă vă permite să evaluați interval dinamic imaginea, adică diferența dintre zonele sale cele mai luminoase și cele mai întunecate (distribuția dintre luminozitatea minimă și maximă a imaginii). Cu alte cuvinte, folosind o histogramă, puteți determina și care zone tonale sunt dominante: umbre (zone întunecate), lumini (zone luminoase) sau tonuri medii. ÎN Adobe Photoshop verificarea intervalului dinamic al unei imagini se face cu comanda Imagine | Corecție | Niveluri.

La Adobe instrument Photoshop instrument de corectare a histogramei Niveluri. Folosind Niveluri (prin modificarea luminozității și contrastului imaginii), puteți face imaginea mai ușoară sau mai întunecată, adică să îmbunătățiți intervalul dinamic al acesteia. Cu alte cuvinte, cu ajutorul histogramelor poți evalua calitatea imaginii, iar cu ajutorul nivelurilor poți îmbunătăți această calitate. Există un instrument pentru lucrul cu o histogramă în niveluri Stabilirea punctului negru, unealtă Setarea punctului griși instrument Setarea punctului alb. Conform histogramei, caracteristicile tonale ale unei imagini pot fi clasificate în unul din trei tipuri: deschis, întunecat sau normal.

Punctul alb este cel mai strălucitor punct de lumină din imagine. În consecință, punctul negru este punctul din imagine cu luminozitate minimă (cea mai neagră). Punctul gri este între alb și negru.

Așadar, un set de trei pipete este conceput pentru a seta valorile punctului alb, al punctului negru și gamma, specificându-le direct pe imaginea editată, selectând pipeta adecvată.

Pe lângă pipetele care controlează punctele, nivelurile au glisoare triunghiulare între triunghiurile exterioare, care caracterizează valoarea luminilor și umbrelor imaginii, există un al treilea triunghi, care este conceput pentru a controla luminozitatea în zona; tonurile medii ale imaginii. Acest control este în grafică raster are un nume special - coeficientul gamma, iar acțiunile efectuate prin deplasarea triunghiului din mijloc se numesc ajustare gamma. Setarea valorii acestui parametru la mai puțin de 1 (această valoare este setată implicit) întunecă imaginea și, invers, mai mare de 1 are ca rezultat luminarea imaginii în zona de tonuri medii. În ambele cazuri, contrastul imaginii se modifică.

Termen nou

Gamma- raportul de contrast în tonurile medii ale imaginii.

Parametrii secțiunii Niveluri de ieșire poate fi controlat în același mod ca și parametrii de intrare. Totuși, spre deosebire de ei, aici, mutarea triunghiului din stânga face ca pixelii mai întunecați (umbrele) să fie luminați și, dimpotrivă, mutarea triunghiului dreptunghic întunecă pixelii mai deschisi (luminile).

Apăsați butonul Auto este o alternativă la a face echipa speciala Niveluri automate. Declanșează o procedură automată de corectare a tonului, a cărei esență este să renunțe la un număr prestabilit de pixeli cei mai lumini și cei mai întunecați ai imaginii.

Listă Canal oferă acces la orice canal de culoare utilizând o listă derulantă. Cu acesta, puteți ajusta valorile de luminozitate de intrare și de ieșire separat pentru fiecare canal separat.

Notă

Punctul de corecție a tonului este de a oferi imaginii interval dinamic maxim, care, la rândul său, este direct legat de ajustarea luminozității imaginii. Cu toate acestea, nu numai histogramele și nivelurile sunt folosite pentru a evalua și corecta luminozitatea și contrastul unei imagini (corecția tonului acesteia). Photoshop oferă o gamă largă de instrumente similare, inclusiv instrumente Curbe, LuminozitateȘi Contrast.

Curbe

Pentru a accesa acest instrument în Photoshop, utilizați comanda Image (Imagine) | Corecție | Curbe sau combinația de taste corespunzătoare Ctrl+M. După principiul de funcționare, comanda Curbe aproape de echipa Niveluri, dar numai aici, în loc de histogramă, se folosește o histogramă pentru a regla luminozitatea imaginii instrument, cunoscută sub numele de curba de acordare, care este o linie dreaptă cu o pantă de 45 de grade. Dacă curba este în stare originala nu este modificată, atunci toți pixelii de intrare (original) și de ieșire (editați) au valori identice de luminozitate - Fig. 1.17.

Orez. 1.17.

Curba este un grafic care convertește intervalul spectral al imaginii originale (date de intrare) în domeniul spectral al imaginii corectate (datele de ieșire).

Dacă în instrument Niveluri Pentru a regla luminozitatea, sunt folosite doar trei zone (lumini, umbre și tonuri medii), apoi instrumentul Curba schimbați contrastul simultan în mai multe intervale de luminozitate ale imaginii. Aceasta este principala diferență dintre aceste instrumente, dintre care unul este mai subțire și celălalt mai grosier.

Setând panta curbei la mai mult de 45 de grade (o curbă convexă în sus), extindeți gama de tonuri sau culori incluse în zonele corespunzătoare ale imaginii, făcând-o mai contrastată și mai deschisă. Dimpotrivă, setarea unei curbe concave în jos duce la o îngustare a gamei de tonuri și, ca urmare, la o scădere a contrastului și la întunecarea imaginii.

Sfat

Utilizați curbele de ajustare concave pentru a corecta subexpunerea (lipsa detaliilor de umbră) și curbele de ajustare convexe pentru a corecta supraexpunerea (lipsa detaliilor de iluminare).

Majoritatea controalelor (pipette și glisoare) ale casetei de dialog Curbe nu diferă de caseta de dialog discutată anterior Niveluri. Prin urmare, are sens să se concentreze doar pe elemente noi. Acesta este butonul de desenare a curbei libere ( Desenați pentru a modifica curba) cu imaginea unui creion. Dacă în Mod normal editarea formei curbei se face prin setarea a până la 16 puncte pe curbă și apoi tragerea lor cu mouse-ul, apoi folosind instrumentul Mână liberă puteți desena orice formă a curbei de reglare cu mouse-ul. După ce ați terminat desenul, faceți clic pe butonul Neted pentru a netezi colțurile ascuțite ale unei curbe.

Luminozitate/Contrast

Echipă Luminozitate/Contrast este folosit pentru a corecta simultan luminozitatea și contrastul unei imagini, adică nu prin ajustarea separată a fiecăruia dintre cele trei intervale de tonuri (umbre, tonuri medii și lumini), ci prin corectarea întregii imagini simultan. Și deși acest instrument nu are flexibilitatea și capacitățile instrumentelor discutate anterior CurbeȘi Niveluri, dar câștigă prin simplitatea și rapiditatea muncii sale.

Pentru a explora opțiunile casetei de dialog Luminozitate-Contrast hai sa profitam exemplu concret. Imaginea unei pisici prezentată în acest scop în Fig. 1.18 are un contrast excesiv de mare și luminozitate scăzută și, prin urmare, detalii slabe în umbre și lumini. Să încercăm să corectăm aceste neajunsuri.

Orez. 1.18.

Pentru a corecta tonul unei astfel de imagini, executați comanda Imagine | Corecție | Luminozitate/Contrast. Aceasta deschide o fereastră de dialog Luminozitate/Contrast- orez. 1.19.

Orez. 1.19.

Mutarea cursorului parametrului Luminozitate la dreapta (creșterea luminozității), setați valoarea acesteia la valoarea optimă a luminozității pentru imaginea dvs. Mutați glisorul parametrului Contrast lasat sa valoare optimă pentru a reduce contrastul imaginii. Evaluați rezultatul în fereastră imagine activă. Dacă sunteți mulțumit de el, faceți clic pe butonul Bine(Fig. 1.20).

Orez. 1.20.

Corecția culorilor și echilibrul culorilor

Corecție de culoare- modificarea parametrilor de culoare ai pixelilor (luminozitate, contrast, nuanță, saturație) pentru a obține culoarea optimă a imaginii. Următoarele comenzi sunt utilizate pentru corectarea culorilor în Photoshop: și Nuanță/Saturație.

Echilibru de culoare Acesta este raportul culorilor dintr-o imagine. Ajustarea echilibrului de culoare vă permite să întăriți sau să slăbiți o culoare în detrimentul alteia suplimentară (complementară). De exemplu, roșul este complementar (opus pe roata de culori) cu cyan, verde cu magenta, galben cu albastru. Baza corecției culorii folosind comanda Echilibru de culoare constă în reducerea mărimii componentei de culoare în exces prin sporirea culorii sale complementare. O creștere a roșului duce la o scădere a cyanului și, invers, o scădere a roșului crește cantitatea de cyan din imagine. Instrument Echilibru de culoare serveste pentru corecție de culoareîntreaga imagine, deși, dacă este necesar, o puteți folosi pentru a corecta zonele selectate ale imaginii.

Nuanță/Saturație

Acești termeni se referă la modelul de culoare HSL și, prin urmare, pot fi controlați caracteristicile culorii imagine prin ajustarea componentelor de culoare ale acestui model: Nuanţă, SaturareȘi Luminozitate. Fereastra de configurare este apelată de comandă Imagine | Corecție | Nuanță/Saturație sau combinație de taste Ctrl+U(Fig. 1.21).

Orez. 1.21.

În această fereastră:

deplasarea motorului Nuanţă efectuate de-a lungul perimetrului paletă de culoriîn intervalul de la -180 la 180 de grade. După setarea unei anumite valori acest parametru toate culorile imaginii sunt modificate automat cu o anumită cantitate prin adăugarea acesteia la gradul echivalent al fiecărei culori;
deplasarea motorului Saturareîn dreapta vă permite să modificați valoarea acestui parametru de la 0 (inițial) la 100 la sută (culoare pură fără nicio componentă gri); deplasarea spre stânga - de la 0 la -100 de grade (culoarea dispare, transformându-se într-o nuanță de gri);
parametru Luminozitate folosit pentru a regla luminozitatea imaginii de la -100 la sută (toate culorile se estompează în negru) la 100 la sută (culorile se estompează în alb);
dungile superioare și inferioare de culoare acționează ca o fereastră previzualizare, afișând spectrul original și respectiv modificat al imaginii;
listă Editați | × include șase gratuite canale de culoareși canal compozit ( Toate). Alegeți unul dintre șase culorile de bază vă permite să faceți ajustări la parametrii de culoare listați separat pentru fiecare gamă de culori, independent de celelalte, ceea ce vă oferă un instrument pentru reglaj fin a întregii imagini. Opțiune de setare Maestru (toate) conceput pentru a aplica setările pe care le faci simultan pe întreaga gamă de culori a imaginii;
Caseta de bifat Tonifiere (Colorare) este conceput pentru a implementa una dintre cele două tehnologii posibile: colorarea unei imagini alb-negru cu una dintre nuanțe de culoare sau recolorarea unei imagini color prin conversia întregii game de culori într-un set de nuanțe de aceeași culoare.

În acest tutorial vom învăța cum să schimbăm luminozitatea și contrastul unei imagini.

Modificarea luminozității imaginii

Luminozitate- aceasta este caracteristica luminii corpurilor, raportul dintre intensitatea luminii emise de o suprafață și aria proiecției acesteia pe un plan perpendicular pe axa de observare. Pentru a spune simplu, această cantitate albîn imagine. Cu cât luminozitatea este mai mare, cu atât devine mai ușoară.

Iată formula prin care vom schimba luminozitatea:

Cod:

Valorile luminozității variază de la 0 inainte de 255 . Pentru ca luminozitatea să fie redusă și crescută, valorile de luminozitate sunt luate în intervalul de la -255 inainte de 255 , apoi culoarea este calculată folosind formula și i se oferă un interval de la 0 inainte de 255 .

Pentru ca culoarea să fie în intervalul de la 0 inainte de 255 , vom folosi funcția ToByte().

Creați o clasă Luminozitateși adăugați-i o funcție ToByte().

Cod:

/*http://site, Alexei16*/ octet static privat ToByte(int Val) ( dacă (Val > 255) Val = 255; altfel dacă (Val< 0) Val = 0; return (byte)Val; }

Acum trebuie să adăugăm funcția ProcessImage:

Cod:

Figura 1. Imagine înainte de schimbarea luminozității.

Figura 2. Imagine după schimbarea luminozității (+85).

Modificarea contrastului imaginii

Contrast- diferența dintre nuanțele de culoare ale obiectului observat și fundalul înconjurător. Din nou, pentru a spune simplu, este diferența dintre diferitele culori una lângă alta. Cu cât contrastul este mai mare, cu atât mai clar vedem trecerea de la o culoare la alta.

Implementarea contrastului este puțin mai complicată. Pentru ca contrastul să poată fi mărit și micșorat, valorile sale sunt luate din -100 inainte de 100 , iar apoi valoarea este adusă în intervalul de la 0 inainte de 255 .

Formula de calcul este următoarea:

Cod:

RGB_Canale aici sunt canalele RGB(rosu, verde, albastru).

Creați o clasă Contrastși adăugați-i o funcție ProcessImage :

Cod:

/*http://site, Alexei16*/ public static nesigur Bitmap ProcessImage(Filter Main,int Value) ( int RedVal, GreenVal, BlueVal; pixel dublu; contrast dublu = (100,0 + valoare) / 100,0; //Calculează sens general contrast Contrast = Contrast * Contrast; pentru (int I = 0; I< Main.AllPixelsBytes; I += Main.BytesPerPixel) { BlueVal = *(Main.Unsafe_IMG_Scan0 + (I + 0)); //B GreenVal = *(Main.Unsafe_IMG_Scan0 + (I + 1)); //G RedVal = *(Main.Unsafe_IMG_Scan0 + (I + 2)); //R Pixel = RedVal / 255.0; Pixel = Pixel - 0.5; Pixel = Pixel * Contrast; Pixel = Pixel + 0.5; Pixel = Pixel * 255; if (Pixel < 0) Pixel = 0; if (Pixel >255) Pixel = 255; *(Main.Unsafe_IMG_Scan0 + (I + 2)) = Convert.ToByte(Pixel); Pixel = GreenVal / 255,0; Pixel = Pixel - 0,5; Pixel = Pixel * Contrast; Pixel = Pixel + 0,5; Pixel = Pixel * 255; dacă (Pixel< 0) Pixel = 0; if (Pixel >255) Pixel = 255; *(Main.Unsafe_IMG_Scan0 + (I + 1)) = Convert.ToByte(Pixel); Pixel = BlueVal / 255,0; Pixel = Pixel - 0,5; Pixel = Pixel * Contrast; Pixel = Pixel + 0,5; Pixel = Pixel * 255; dacă (Pixel< 0) Pixel = 0; if (Pixel >255) Pixel = 255; *(Main.Unsafe_IMG_Scan0 + (I + 0)) = Convert.ToByte(Pixel); ) Main.UnLock(); return Main.Picture; )

Aplicație Utilizare: Contrast

Cod:

/*http://site, Alexei16*/ Bitmap Test1 = Contrast.ProcessImage(new Filter(TestImage),35); //TestImage este imaginea ta

Figura 3. Imagine înainte de schimbarea contrastului.

Figura 4. Imagine după modificarea contrastului (+35).

Contrastul imaginii descrie gradul de contrast dintr-o fotografie. Aceasta este o cantitate adimensională, exprimată cantitativ prin raportul dintre luminozitatea zonei celei mai luminoase a imaginii și cea mai întunecată.

Derivat din limba engleză Contrast ratio - un termen tehnic folosit pentru a determina raportul dintre cea mai puternică și cea mai slabă iluminare a unui ecran de referință atunci când se proiectează culorile alb și negru pe acesta.

Contrast– una dintre principalele caracteristici ale imaginii, direct legată de luminozitatea pixelilor.

Pe măsură ce creșteți contrastul unei imagini, zonele luminoase (pixelii) devin mai luminoase, iar zonele întunecate mai întunecate. Ca rezultat, pixelii sunt redistribuiți datorită intervalului de tonuri medii. Unele dintre ele se transformă în lumină, iar altele în umbră.

Când contrastul imaginii scade, dimpotrivă, intervalul de tonuri medii se extinde datorită luminilor și umbrelor limită. Pixelii întunecați devin mai deschisi, iar pixelii deschisi devin mai întunecați și parțial se estompează în tonuri medii.

O imagine cu contrast ridicat poate să nu conțină deloc tonuri medii. În schimb, o imagine cu contrast redus va avea o culoare predominant gri.

Există multe imagini realizate în condiții de iluminare nefavorabile, care au un aspect decolorat, plictisitor. Astfel de imagini necesită un contrast sporit.

Contrastul arată cât de vizibile sunt distinse anumite zone (obiecte, elemente) ale unei imagini. Afectează direct vizibilitatea detaliilor și claritatea imaginii.

Cum să determinați contrastul unei imagini

Trebuie remarcat faptul că contrastul imaginii este o valoare subiectivă. Unora le plac imaginile contrastante, în timp ce altora le plac tonurile mai blânde.

Prin analogie cu contrastul optic, care caracterizează distingerea unui obiect de fundalul înconjurător, contrastul unei imagini poate fi definit cantitativ ca raportul dintre diferența de luminozitate a zonelor luminoase și întunecate față de cea luminoasă.

K = (B 1 – B 2) / B 1

Aici K este contrastul imaginii, B 1 este luminozitatea zonei celei mai luminoase, B 2 este luminozitatea zonei celei mai întunecate.

Luminozitate puncte individuale imaginile pot fi definite în photoshop.

Dacă K=1, avem contrast absolut. La K=0 nu există contrast. Imaginea va fi Fundal gri. Detaliile nu vor fi distinse.

Adevărat, acest lucru este valabil doar pentru imaginile alb-negru. Ele sunt caracterizate de un contrast luminos.

Într-o imagine color, obiectele care au aceeași luminozitate pot fi distinse clar datorită contrastului de culoare.

Pentru a adăuga comentarii trebuie să vă înregistrați pe site.

Redactor-șef - Vladimir Krylov, Ph.D.
Adjunct redactor-șef - Mihail Nikulichev, Ph.D.

Prima parte a articolului este dedicată caracteristicilor moderne Ecrane LED, afectând calitatea imaginii - controlul luminozității folosind metode PWM, formarea imaginii cu divizare în timp și rata de reîmprospătare a ecranului. A doua parte a articolului discută gama dinamică de luminozitate, redarea culorilor și contrastul ecranelor, driverelor și sisteme moderne controlul ecranelor LED, compatibilitate electromagneticași interferența ecranului industrial.

Ecran LED – complex dispozitiv electronic, conținând un număr mare de componente. Calitatea imaginii și caracteristici de performanta Ecranul LED depinde atât de parametrii componentelor utilizate în ecran, cât și de capacitățile sistemului de control pentru acest ecran.

În ceea ce privește calitatea imaginii, următoarele caracteristici ale ecranului sunt importante:

rezoluția ecranului (așa-numita spațială rezoluție), în cazul ecranelor LED, de obicei exprimată ca distanța dintre pixeli (dimensiunea pasului);
luminozitate maximă(măsurată în nit);
interval dinamic de luminozitate, exprimat în numărul de niveluri de luminozitate care pot fi afișate pe un ecran LED (această caracteristică este numită și radiometric sau energie permisiuni);
frame rate, exprimată în numărul de cadre afișate pe secundă (fps) (aceasta este rezoluția temporală);
rata de actualizare a cadrelor (frecvența de reîmprospătare), măsurată în Herți (aceasta este și o rezoluție de timp);
rezoluție spectrală - câte componente spectrale formează o imagine;
uniformitatea culorii pe întregul ecran;
balansul de alb și capacitatea de a-l personaliza;
liniaritatea percepției luminozității este o caracteristică subiectivă a calității imaginii, care se exprimă în capacitatea de a distinge niveluri similare de luminozitate cu ochiul, atât în zonele întunecate ale imaginii, cât și în cele luminoase;
contrastul imaginii ecranului;
caracteristicile modificărilor calității imaginii ecranului în funcție de unghiul de vizualizare;

Pe lângă calitatea imaginii, notăm și următoarele caracteristici operaționale ale ecranului LED:

Disponibilitatea unui sistem de monitorizare a stării ecranului LED;
dezvoltare de software ( software) sisteme de control (abilitatea de a construi rețele de ecrane LED, inclusiv rețele care conțin atât LED-uri, cât și Ecrane LCD, capacitatea de a controla ecranele prin Internet, prezența unui subsistem de securitate a informațiilor încorporat);
nivel radiatie electromagnetica sub formă de interferențe radio industriale create de ecranul LED.

Să aruncăm o privire mai atentă la unele dintre caracteristicile de mai sus.

Formarea unei imagini pe un ecran LED și controlul luminozității

Modularea lățimii impulsului (PWM) și rata de reîmprospătare

Imaginea originală pentru afișare pe ecranul LED este formată în formă fisier, cel mai adesea sub forma unui videoclip într-un anumit format (*.avi, *.mpg). Acest fișier este decodat de computerul de control (sau controlerul video), apoi convertit într-un flux digital special furnizat cipurilor driverului curent continuu, care la rândul lor asigură transmisie curent electric printr-un LED, care provoacă radiații într-un anumit spectru.

Pentru a forma diferite niveluri de luminozitate ale radiației LED, se folosește o tehnică modularea lățimii impulsului- PWM (modularea lățimii pulsului). Esența acestei tehnici este că, în funcție de nivelul de luminozitate necesar, curentul nu este furnizat constant LED-ului, ci doar pentru o perioadă de timp (în funcție de nivelul de luminozitate necesar), apoi se oprește alimentarea, apoi este alimentat din nou etc. . De exemplu, pentru a genera o luminozitate de jumătate din maxim, este necesar să treceți jumătate din timpul unui anumit ciclu, la un sfert din luminozitate - un sfert din timp etc. Cu alte cuvinte, LED-ul funcționează în modul „pornire-oprire”, iar timpul de pornire este proporțional cu nivelul de luminozitate necesar.

Din această tehnică rezultă că imaginea de pe LED (și deci de pe ecran) se formează ciclic. Timpul ciclului minim în timpul căruia LED-ul „se aprinde” și „se stinge” secvențial se numește perioadă de reîmprospătare (timp de reîmprospătare). Valoarea inversă este mai des folosită - rata de reîmprospătare.

Să ne uităm la un exemplu. Lăsați rata de reîmprospătare a ecranului LED să fie de 100 Hz. Dacă trebuie să asigurăm luminozitatea completă - 100%, atunci furnizăm constant curent LED-ului pe toată perioada de reîmprospătare, care în acest caz este egal cu 1/100 s = 10 ms. Dacă este necesară o luminozitate de 50%, atunci în acest timp furnizăm curent pentru 5 ms, nu îl aplicați în următorii 5 ms, aplicați din nou 5 ms în următorul ciclu, nu 5 ms etc. Dacă este necesar 1% din luminozitatea maximă, atunci curentul este aplicat timp de 0,1 ms și nu este aplicat timp de 9,9 ms.

În plus față de această tehnică, sunt utilizate metode PWM modificate: PWM codificat (Macroblock), Sequential Split Modulation (Silicon Touch), Adaptive Pulse Density Modulation (MY-Semi). Esența acestor tehnici este de a „împrăștia” timpul de „pornire” al LED-ului pe întreaga perioadă de reîmprospătare. Deci, formarea de 50% luminozitate la o rată de reîmprospătare de 100 Hz poate arăta astfel: 1 ms - LED-ul este aprins, 1 ms - stins, 1 ms - aprins, 1 ms - stins etc. Adică pentru 50% luminozitate putem spune că perioada de reîmprospătare a scăzut de 5 ori și a devenit egală cu 2 ms. În consecință, frecvența de reîmprospătare a crescut și a devenit 500 Hz. Dar aceste cifre sunt valabile doar pentru formarea de 50% luminozitate. Pentru fiecare schemă de generare a luminozității există o luminozitate minimă - 1 impuls (un timp minim) de aprindere a LED-ului și în restul timpului este stins.

Astfel, ciclicitatea clară inerentă PWM-ului tradițional atunci când este utilizat metode modificate este distorsionată deoarece, în funcție de nivelul de luminozitate, se pot distinge perioade cu mai puțin timp (și, prin urmare, o rată de reîmprospătare mai mare). Puteți spune, de exemplu, că pentru un anumit ecran LED, frecvența de reîmprospătare variază de la 100 Hz la 1 kHz. Înseamnă că luminozitate minimă pe ecranul LED afisam cu o perioada de reimprospatare de 100 Hz. Și când se formează niveluri ridicate de luminozitate, pot fi distinse perioade („on-off” ale LED-urilor) cu durată mai scurtă.

Deci, pentru metodele PWM modificate, un astfel de concept precum rata de reîmprospătare poate fi interpretat ambiguu. Totuși, dacă luăm în considerare perioada de reîmprospătare drept timpul minim în care imaginea este actualizată pentru toate nivelurile de luminozitate, atunci această valoare nu depinde de schema de generare PWM.

Scanarea intercalată sau diviziunea în timp a ecranelor LED

În unele cazuri, designul ecranului LED prevede o metodă de formare a imaginii în care curentul nu poate fi furnizat tuturor LED-urilor simultan. Toate LED-urile ecranului sunt împărțite în mai multe grupuri (de obicei două, patru sau opt), care sunt aprinse alternativ. Adică, metodele de formare a imaginii descrise mai sus sunt aplicate pe rând fiecăruia dintre aceste grupuri. În cazul a două astfel de grupuri, formarea imaginii este similară cu cea utilizată în televiziunea analogică scanare intercalată.

Această metodă este utilizată în principal pentru a reduce costul ecranelor LED, deoarece implementarea sa necesită mai puține drivere LED (de două, patru, opt ori - numărul de ori corespunzător numărului de grupuri comutate alternativ), care reprezintă o parte semnificativă a costul ecranului LED. În plus, metoda împărțirii în timp este aproape inevitabilă când Rezoluție înaltă(adică un pas mic) al unui ecran LED, deoarece în acest caz este extrem de dificil să se asigure plasarea unui număr mare de drivere și disiparea căldurii acestora.

Trebuie înțeles că atunci când utilizați această metodă, luminozitatea maximă a ecranului LED este redusă, iar rata de reîmprospătare este, de asemenea, redusă (cu numărul de ori corespunzător numărului de grupuri).

Să presupunem că facem o împărțire în timp între două grupuri de LED-uri. Un grup este alimentat cu curent în funcție de luminozitatea necesară și metoda PWM utilizată. Celălalt grup este deconectat de la sursa de alimentare în acest moment. După perioada de reîmprospătare, grupurile se schimbă - acum al doilea este alimentat, iar primul este oprit. Prin urmare, perioada totală în care toate informațiile de pe ecranul LED sunt actualizate se dublează.

Conceptul de rată de reîmprospătare în acest caz devine și mai neclar. Strict vorbind, perioada de reîmprospătare ca timp minim în care imaginea este actualizată pentru întregul ecran LED crește. Totuși, dacă pentru fiecare grup luăm în considerare doar perioada în care imaginea este formată prin metoda PWM, atunci rata de reîmprospătare este aceeași.

Rata de reîmprospătare a ecranului LED și ochiul uman

Rata de reîmprospătare afectează în primul rând percepția imaginii de către ochiul uman. Imaginea, la figurat vorbind, „pâlpâie” în mod constant, deși la o frecvență destul de mare. Percepția umană a imaginilor luminoase este un fenomen psihofizic și este concepută în așa fel încât fulgerele individuale de lumină să fie rezumate în timp. Această însumare are loc într-un anumit timp (10 ms) și depinde de luminozitatea blițurilor (legea lui Bloch). Dacă lumina „pâlpâie” suficient de repede, cu o frecvență peste un anumit prag (CFF - Critical Flicker Frequency), atunci ochiul uman percepe această lumină în același mod ca și cum ar fi aprins constant (legea Talbot-Plateau). Frecvența pragului CFF depinde de mulți factori, cum ar fi spectrul sursei de lumină, locația sursei în raport cu ochiul și nivelul de luminozitate. Cu toate acestea, este sigur să spunem că atunci când conditii normale această frecvență nu depășește 100 Hz.

Astfel, dacă luăm în considerare percepția unei imagini pe un ecran LED generată prin metoda PWM sau metoda PWM modificată de către ochiul uman, atunci o imagine cu o rată de reîmprospătare de 100 Hz și 1 kHz va fi percepută la fel.

Rata de reîmprospătare a ecranului și cameră video

Cu toate acestea, nu numai ochiul uman, ci și echipamentele de înregistrare video, care au caracteristici diferite de ochi, pot acționa ca un sistem de percepție. Acest lucru este valabil mai ales pentru ecranele LED instalate pe stadioane, facilități sportive sau locații de concerte, din care se realizează de obicei transmisii video. Timpul de expunere sau viteza obturatorului în camerele video moderne poate varia de la secunde la miimi de secundă.

Luați în considerare un ecran LED în care se formează imaginea metoda traditionala PWM cu rată de reîmprospătare 100 Hz. O imagine statică este afișată pe ecran. Să presupunem, de asemenea, că filmăm un ecran LED cu o cameră video la o viteză de expunere de 1/8 s, adică. timp de expunere 125 ms. În acest timp, lumina de la 12,5 perioade de reîmprospătare va ajunge la fotosenzor. Când luăm o serie de cadre cu o anumită viteză a obturatorului, diferența este flux luminos, căzând pe elementul fotosensibil nu depășește fluxul generat de LED-uri în timpul a 0,5 perioade de reîmprospătare, adică. nu mai mult de 4% din debitul total. Diferența se formează din cauza faptului că camera video și ecranul LED nu sunt în mod natural sincronizate și fiecare cadru luat de camera video intră în timp diferit relativ la începutul ciclului de reîmprospătare a LED-ului. Astfel, imaginea video de la cameră va afișa o imagine destul de netedă de pe ecranul LED.

Acum sa reducem timpul de expunere cu care filmam la 1/250 s, timpul de expunere este de 4 ms. Acest timp este de 2,5 ori mai mic decât perioada de reîmprospătare. Acum relația dintre ora de pornire a cadrului camerei video și începutul ciclului PWM va fi semnificativă. Unele cadre pot cădea la începutul ciclului, altele la mijloc, iar altele la sfârșit. Astfel, în diferite cadre se formează o eroare semnificativă în fluxul luminos. Adică, imaginea redată pe camera video va schimba aleator luminozitatea și va „pluti”. În plus, luminozitatea imaginii va scădea, ceea ce, totuși, este tipic pentru toate obiectele fotografiate la o viteză scurtă de expunere. Dacă reduceți și mai mult viteza obturatorului, este mai probabil să apară cadre negre (atunci când începutul cadrului camerei video se încadrează în partea ciclului PWM în care LED-ul este „stins”) și imaginea camerei va începe să apară. pâlpâie.

Astfel, dacă dorim să filmăm un ecran LED cu o cameră video, pe care imaginea este formată folosind PWM tradițional, atunci rata de reîmprospătare trebuie să fie comparabilă sau să depășească viteza obturatorului cu care filmează camera.

În cazul utilizării metodelor PWM modificate, același raționament poate fi efectuat. Datorită „împrăștierii” timpului de pornire a LED-ului de-a lungul ciclului PWM la luminozitate ridicată, imaginea capturată pe o cameră video va fi mai stabilă decât atunci când se utilizează PWM tradițional. Dar la luminozitate scăzută situația rămâne aceeași - imaginea fie va schimba luminozitatea, fie va pâlpâi. Întrucât o imagine reală conține, de regulă, diferite niveluri de luminozitate, imaginea surprinsă pe o cameră video va avea și erori, deși de altă natură.

Deci, atunci când înregistrați videoclipuri, este imposibil să evitați distorsiunea imaginii cu parametri arbitrari de fotografiere. Puteți găsi întotdeauna viteza obturatorului la care videoclipul va fi distorsionat. Situația este asemănătoare cu împușcarea TV analogic o cameră analogică. Datorită diferențelor de frecvență de scanare, atunci când fotografiați în acest mod, pe televizorul filmat sunt vizibile dungi negre diagonale.

Mai importantă pentru înregistrarea video a unui ecran LED este problema uniformității imaginii capturate pe camera video. Ecranul LED este un design modular, format din mai multe blocuri, imaginea pe care se formează direct diverse controlere. Dacă aceste controlere nu sincronizează începutul ciclului PWM, adică începerea ciclului în diferite părți ale ecranului LED are loc în momente diferite, atunci următoarea situație poate apărea în timpul fotografierii. Pe o parte a ecranului LED, începutul cadrului camerei video poate coincide cu începutul ciclului PWM, iar pe alta, de exemplu, la mijloc. Dacă viteza obturatorului este comparabilă cu perioada de reîmprospătare, atunci într-o zonă imaginea va fi mai deschisă și în alta mai întunecată. În acest caz, întreaga imagine de pe ecranul LED va fi împărțită în dreptunghiuri de luminozitate diferită, ceea ce reprezintă un disconfort mai mare pentru privitor.

Costul creșterii ratei de reîmprospătare a ecranelor LED

Indiferent de metoda de generare a PWM, circuitele care le implementează au aspecte comune. Circuitul de generare PWM are o anumită frecvență de ceas F pwm. Să presupunem că trebuie să generăm N niveluri de luminozitate. În acest caz, rata de reîmprospătare F r nu poate depăși F pwm /N.

Pentru a ilustra, iată câteva exemple:

Cifrele date presupun că există circuite independente de generare PWM pentru fiecare LED, adică circuitul PWM este implementat direct în Drivere LED ecran.

În caz de utilizare drivere simpliși generând PWM pe controlerul cu ecran LED, este necesar să se ia în considerare câte drivere sunt conectate în serie și deservite de un circuit PWM. Dacă un circuit PWM deservește drivere M cu 16 ieșiri, atunci frecvența de reîmprospătare nu poate depăși F pwm /(N*M*16), ceea ce duce la o reducere semnificativă a frecvenței de reîmprospătare sau la necesitatea creșterii semnificative a frecvenței de ceas.

În cazul utilizării diviziunii în timp (scanare întrețesată), așa cum am spus deja, rata de reîmprospătare scade proporțional cu coeficientul de divizare.

Deci, pentru a crește rata de reîmprospătare a ecranelor LED, sunt posibile următoarele opțiuni:

utilizarea de drivere „inteligente”;
crește frecvența ceasului Circuite de generare PWM;
reducerea numărului de niveluri de luminozitate (adâncimea culorii).

Fiecare dintre aceste metode are propriile sale avantaje și dezavantaje. Deci, driverele inteligente sunt mai scumpe decât cele convenționale, creșterea frecvenței ceasului crește consumul de energie (și, prin urmare, disiparea căldurii, nevoia de disipare a căldurii pentru a evita supraîncălzirea), reducerea numărului de niveluri de luminozitate reduce calitatea imaginii.

Reîmprospătarea ecranelor LED: Concluzii

Adesea, un astfel de parametru precum rata de reîmprospătare a ecranelor LED este utilizat în scopuri de marketing ca unul dintre indicatorii calității imaginii. Se presupune că, cu cât rata de reîmprospătare este mai mare, cu atât ecranul LED este mai bun, toate celelalte lucruri fiind egale. Cu toate acestea, uneori sunt date cifre care induc în eroare potențialii cumpărători. De exemplu, specificarea unei rate de reîmprospătare de câțiva kiloherți, după cum am văzut, poate însemna fie utilizarea unor metode PWM modificate, pentru care rata de reîmprospătare este diferită pentru diferite niveluri de luminozitate, fie reducerea adâncimii culorii.

Trebuie înțeles că valorile ridicate ale frecvenței de reîmprospătare și, în același timp, profunzimea culorii implică cel mai probabil că această reîmprospătare într-un ecran LED se realizează la anumite niveluri (înalte) de luminozitate.

În cazul scanării intercalate, poate fi indicată frecvența corespunzătoare unui ciclu PWM pentru un grup de LED-uri, în timp ce frecvența reală de reîmprospătare a ecranului (care afectează percepția) este de câteva ori mai mică.

Mai informativ, aparent, este de a indica adâncimea culorii și ceasul Frecvențele PWM, cu posibila adăugare a unui interval de frecvență de reîmprospătare a ecranului (de exemplu, 200-1000 Hz) în cazul utilizării metodelor PWM modificate. Dacă se utilizează diviziunea în timp pe ecranul LED, atunci este necesar să se indice în mod explicit această metodă de formare a imaginii (de exemplu, diviziunea în timp = 1:1 - fără diviziune în timp, diviziunea în timp = 1:2 - PWM funcționează pe jumătate de ecran în același timp etc.).

Pentru percepția ochilor, acest parametru al ecranului LED este în general nesemnificativ. Pentru frecvențele de peste 100 Hz, ochiul uman nu va vedea o diferență în calitatea imaginii. Prin urmare, este necesar să înțelegem dacă este necesar frecventa inalta reîmprospătați și merită să plătiți pentru asta.

Când utilizare activă Ecran LED în timpul filmării video, acest indicator devine semnificativ, dar ar trebui să acordați atenție și uniformității imaginii atunci când filmați. Pentru astfel de ecrane LED, poate fi mai bine să efectuați fotografii de testare decât să vă bazați doar pe un astfel de parametru precum rata de reîmprospătare.