درک مقیاس خاکستری در نمایشگرهای LED: چیست و چرا اهمیت دارد

مقدمه

هنگام ارزیابی یک صفحه نمایش LED، اکثر خریداران بر روی پیکسل، روشنایی یا نرخ تازه سازی تمرکز می کنند. مقیاس خاکستری اغلب در برگه های مشخصات ذکر می شود، اما به ندرت به طور عمیق توضیح داده می شود. با این حال، عملکرد مقیاس خاکستری یکی از مستقیم‌ترین شاخص‌ها برای بازتولید جزئیات تصویر، درجه‌بندی سایه‌ها و تغییر رنگ‌ها به‌ویژه در مناطق تاریک یا کم- نمایشگر است.

این مقاله توضیح می‌دهد که مقیاس خاکستری در زمینه نمایشگرهای LED چیست، چگونه از نظر فنی به دست می‌آید و چه عواملی در عمل بر آن تأثیر می‌گذارند.

1. Grayscale چیست؟

مقیاس خاکستری به تعداد سطوح روشنایی مشخصی اشاره دارد که یک صفحه نمایش می تواند بین حداقل روشنایی (خاموش یا نزدیک{0}}سیاه) و حداکثر روشنایی خود ایجاد کند. به صورت یک مقدار عمق بیت بیان می شود:

• مقیاس خاکستری 8 بیتی: 2⁸=256 سطح در هر کانال رنگی
• مقیاس خاکستری 12 بیتی: 2¹²=4،096 سطح در هر کانال رنگی
• مقیاس خاکستری 16 بیتی: 2¹6=65،536 سطح در هر کانال رنگی

در یک نمایشگر RGB، هر یک از سه کانال رنگی (قرمز، سبز، آبی) محدوده خاکستری خاص خود را دارند. یک سیستم 16-بیتی-در هر کانال از نظر تئوری می تواند بیش از 281 تریلیون ترکیب رنگ را نشان دهد.

عمق بیت بالاتر صرفاً به معنای "روشن تر" نیست - به این معنی است که نمایشگر می تواند انتقال های دقیق تری را بین مراحل درخشندگی ارائه دهد که به شیب های صاف تر، رنگ پوست دقیق تر و جزئیات قابل مشاهده در سایه ها یا هایلایت ها تبدیل می شود که یک نمایش-بیتی{{2} کمتر به عنوان یک بلوک یکنواخت نمایش داده می شود.

2. چگونه مقیاس خاکستری در نمایشگرهای LED ایجاد می شود

برخلاف پنل‌های LCD که نور پس‌زمینه را از طریق سلول‌های کریستال مایع تعدیل می‌کنند، نمایشگرهای LED مستقیماً از خود LEDها نور تولید می‌کنند. مقیاس خاکستری عمدتاً از طریق دو روش کنترل می شود:

الف) PWM (مدولاسیون عرض پالس).LED با فرکانس بالا روشن و خاموش می شود. نسبت زمان روشن-زمان به خاموش-در هر چرخه، سطح روشنایی درک شده را تعیین می‌کند. زمان روشن‌تر{4}}گام روشن‌تری ایجاد می‌کند. زمان کوتاه‌تر- یک مرحله تاریک‌تر ایجاد می‌کند. تعداد کل تقسیم‌های زمانی گسسته در یک چرخه، عمق مقیاس خاکستری را مشخص می‌کند.

مقیاس خاکستری مبتنی بر PWM{0}}روش غالب است زیرا در بین تغییرات دما پایدار است و دقت رنگ را حفظ می‌کند. با این حال، در تنظیمات روشنایی کم، فرکانس پایین PWM می‌تواند باعث لرزش قابل مشاهده - شود، به همین دلیل است که نرخ تازه‌سازی و مقیاس خاکستری پارامترهای نزدیک به هم هستند.

ب) مدولاسیون دامنه جریان (CAM).این روش به جای روشن و خاموش کردن LED، جریان عبوری از LED را تنظیم می کند. جریان کمتر باعث ایجاد روشنایی کمتر می شود. CAM گاهی اوقات در ترکیب با PWM (کنترل هیبریدی) برای گسترش محدوده موثر مقیاس خاکستری در سطوح روشنایی کم و در عین حال کاهش خطر سوسو زدن استفاده می شود.

3. نقش آی سی درایور

آی سی درایور قطعه ای است که دستورات خاکستری را از کارت دریافت کننده اجرا می کند. عرض ثبت داخلی آن به طور مستقیم حداکثر عمق خاکستری قابل دستیابی را تعیین می کند. یک آی سی درایور با یک رجیستر PWM 16 بیتی می تواند تا 65536 سطح خاکستری تولید کند. یکی با رجیستر 12 بیتی به 4096 محدود شده است.

آی‌سی‌های شناخته‌شده درایور مورد استفاده در برنامه‌های با مقیاس خاکستری{{1} بالا شامل تراشه‌هایی از Macroblock (سری MBI)، ICND و SinoWealth - هستند که هر کدام دارای مبادله-متفاوتی بین عمق مقیاس خاکستری، نرخ تازه‌سازی و بازده انرژی هستند.

توجه به این نکته مهم است که مشخصات مقیاس خاکستری تبلیغ شده برای نمایشگر باید بهخروجی واقعی مقیاس خاکستری، نه عرض رجیستر نظری. برخی از تولید کنندگان عمق بیت ثبت را نقل می کنند که ممکن است از آنچه عملاً روی صفحه قابل مشاهده است بیشتر باشد.

4. مقیاس خاکستری و کیفیت تصویر درک شده

رابطه بین سطوح خاکستری و کیفیت تصویر درک شده خطی نیست - از یک منحنی لگاریتمی تقریباً همسو با ادراک بصری انسان پیروی می کند (شبیه به منحنی گاما در کالیبراسیون نمایشگر سنتی).

در عمل، تفاوت بین مقیاس خاکستری 8 بیتی و 12 بیتی به وضوح در موارد زیر قابل مشاهده است:

• رندر صحنه تاریک: سایه هایی که در یک نمایشگر 8 بیتی به صورت سیاه و سفید ظاهر می شوند، عمق و بافت مشخصی را در یک سیستم 12 بیتی یا بالاتر نشان می دهند.
• صافی گرادیان: انتقال آهسته از یک تن به تن دیگر - مانند یک آسمان آبی که در افق محو می‌شود - در نمایشگرهای با عمق-بیتی-پایین، "باندبندی" (گام‌های ناگهانی) قابل مشاهده را نشان می‌دهد و در سیستم‌های با عمق-بیتی{5} بسیار صاف به نظر می‌رسد.
• جزئیات را برجسته کنید: مناطق با نوردهی بیش از حد یا نزدیک به{0}سفید ممکن است جزئیات را در نمایشگرهای 8 بیتی از دست بدهند. عمق بیت بالاتر، اطلاعات تونال را در آن مناطق حفظ می کند.

برای برنامه‌هایی مانند استودیوهای پخش،-نمایشگاه‌های هنرهای زیبا، یا محیط‌های خرده‌فروشی پیشرفته-که در آنها وفاداری تصویر بسیار مهم است، حداقل مقیاس خاکستری خروجی 14 یا 16 بیتی توصیه می‌شود.

5. عواملی که می‌توانند عملکرد واقعی را محدود کنند{1}}در مقیاس خاکستری

حتی زمانی که یک نمایشگر دارای سخت‌افزار با عمق-بیت{{1} بالا باشد، عوامل متعددی می‌توانند مقیاس خاکستری مؤثر را در شرایط واقعی کاهش دهند:

• دمای محیط پایین: ولتاژ جلو LED با دما تغییر می کند، که می تواند روشنایی را در هر مرحله خاکستری تغییر دهد اگر آی سی راننده جبران نشود.
• تنوع پیری و بنینگ: با گذشت زمان، روشنایی LED های جداگانه تغییر می کند. اگر اصلاح اعمال نشود (از طریق کالیبراسیون)، مراحل خاکستری ممکن است در سراسر سطح نمایشگر ناهموار شوند.
• عملکرد روشنایی کم: با کاهش روشنایی کلی (به عنوان مثال، حالت شبانه برای نمایشگرهای فضای باز)، مراحل پایین‌تر در مقیاس خاکستری فشرده می‌شوند و تشخیص آن سخت‌تر می‌شود و به طور موثر محدوده مقیاس خاکستری قابل استفاده را کاهش می‌دهد.
• محدودیت های زنجیره سیگنال: سیگنال منبع، سخت افزار پردازش و پروتکل انتقال ویدئو همگی محدودیت های عمق بیت خود را اعمال می کنند. نمایشگر 16 بیتی که توسط یک منبع ویدئویی 8 بیتی هدایت می شود، خروجی 16 بیتی تولید نمی کند.

6. نحوه ارزیابی مقیاس خاکستری هنگام انتخاب نمایشگر

هنگام مقایسه نمایشگرها، به این نکات توجه کنید:

درخواست یک نسخه نمایشی زنده با الگوی تست سطح شیب دار خاکستری (یک گرادیان صاف از سیاه به سفید) مطمئن ترین راه برای ارزیابی عملکرد واقعی{0}}جهان قبل از خرید است.

نتیجه گیری

عمق مقیاس خاکستری یک پارامتر اساسی است که تعیین می‌کند یک نمایشگر LED چقدر می‌تواند طیف رنگی کامل تصویر را بازتولید کند. این در ترکیب با نرخ تجدید، وسعت رنگ و نسبت کنتراست کار می کند تا کیفیت بصری کلی یک نمایشگر را مشخص کند. درک مکانیسم فنی پشت مقیاس خاکستری - و دانستن اینکه چه چیزی در طی ارزیابی محصول باید تأیید شود - به خریداران کمک می‌کند تا بر اساس الزامات برنامه خاص خود تصمیمات آگاهانه‌تری بگیرند.