معنی مقیاس خاکستری برای نمایشگرهای LED
در تصویربرداری دیجیتال، مقیاس خاکستری به تعداد سطوح شدت مشخصی که یک نمایشگر می‌تواند برای هر کانال رنگی تولید کند، اشاره دارد. یک سیستم 8 بیتی مقیاس خاکستری 256 سطح در هر کانال تولید می کند. یک سیستم 16 بیتی 65536 را تولید می کند. در یک صفحه نمایش LED، این به طور مستقیم به چند مرحله بین تاریک ترین و روشن ترین حالت یک LED منفرد ترجمه می شود.
هنگامی که عمق مقیاس خاکستری کافی نیست، درجه‌بندی‌های رنگی صاف-مانند آسمان غروب خورشید یا چهره انسانی که در نور ملایم عکس گرفته شده است-به‌جای انتقال مداوم به‌عنوان نوارها یا گام‌های قابل مشاهده ارائه می‌شوند. این مصنوع نامیده می شودباندبندییاپوسترسازیو در مناطقی با روشنایی کم{0}}تصویر که گام‌های بین سطوح خاکستری مجاور از نظر ادراکی بزرگ هستند بیشتر مشهود است.
چگونه مقیاس خاکستری اجرا می شود: PWM و کنترل جریان
نمایشگرهای LED از دو روش اصلی برای کنترل روشنایی در هر پیکسل استفاده می کنند و این روش ها به طور مستقیم محدوده موثر مقیاس خاکستری را تعیین می کنند:
مدولاسیون عرض پالس (PWM).
PWM روشنایی LED را با روشن و خاموش کردن LED در فرکانس بالا کنترل می کند. نسبت زمان -روشن به خاموش-در هر چرخه روشنایی درک شده را تعیین می کند. مدت زمان روشن‌تر-روشنایی بالاتری ایجاد می‌کند. یک دوره روشن{5}کوتاه تر، روشنایی کمتری ایجاد می کند. عمق مقیاس خاکستری در سیستم‌های مبتنی بر PWM-بر اساس تعداد زیربخش‌های موجود در یک چرخه تعیین می‌شود-زیربخش‌های بیشتر به معنای مراحل دقیق‌تر مقیاس خاکستری هستند.
یکی از عوارض جانبی مهم PWM سوسو زدن است. اگر فرکانس PWM خیلی کم باشد، خاموش کردن سریع برای چشم انسان یا دوربین ها قابل درک است و به صورت نوارهای تیره چرخان در فیلم ویدیویی نشان داده می شود. به همین دلیل است که نرخ تازه سازی بالا (اغلب 3840 هرتز یا بالاتر) ارتباط نزدیکی با عملکرد مقیاس خاکستری در برنامه های صفحه نمایش حرفه ای دارد. این دو پارامتر مستقل نیستند-عمق بیشتر در مقیاس خاکستری در یک نرخ تازه‌سازی معین، به آی‌سی‌های راننده سریع‌تر و سربار پردازش بیشتری نیاز دارد.
کنترل جریان (جریان ثابت).
یک رویکرد جایگزین یا تکمیلی، تغییر مقدار جریان درایو به جای چرخه وظیفه است. جریان کمتر خروجی کمتری ایجاد می‌کند. جریان بالاتر خروجی روشن تری تولید می کند. در عمل، اکثر سیستم‌های نمایشگر LED هر دو روش را ترکیب می‌کنند: کنترل روشنایی درشت از طریق تنظیم جریان، و مراحل ریز مقیاس خاکستری از طریق PWM در محدوده فعلی. این رویکرد ترکیبی محدوده موثر مقیاس خاکستری را گسترش می‌دهد در حالی که فرکانس PWM را به اندازه کافی بالا نگه می‌دارد تا از سوسو زدن جلوگیری شود.
منحنی گاما و نقش آن در مقیاس خاکستری درک شده
مقیاس خاکستری در نمایشگرهای LED صرفاً مربوط به داشتن تعداد زیادی گام نیست{0}}به نحوه توزیع آن مراحل نسبت به درک انسان نیز مربوط می شود. سیستم بینایی انسان به طور خطی به تغییرات شدت نور پاسخ نمی دهد. ما به تفاوت در رنگ های تیره بیشتر از رنگ های روشن حساس هستیم.
به همین دلیل، سیستم‌های نمایشگر LED هنگام نگاشت مقادیر سیگنال ورودی به سطوح خروجی LED واقعی، منحنی تصحیح گاما را اعمال می‌کنند. یک مقدار گامای معمولی 2.2 به این معنی است که صفحه نمایش گام های خاکستری بیشتری را در قسمت تاریک تر محدوده تون متمرکز می کند و با حساسیت بینایی انسان مطابقت دارد. بدون تصحیح گاما، تصاویر در نقاط برجسته و فشرده در سایه ها ظاهر می شوند.
درک تنظیمات گاما به ویژه زمانی مرتبط می شود که یک صفحه نمایش با یک سرور رسانه ای خاص یا سیستم مدیریت محتوا استفاده می شود. عدم تطابق گامای بین منبع و نمایشگر می‌تواند باعث شود که تصاویر خیلی تاریک یا فاقد جزئیات سایه به نظر برسند، حتی اگر هر دو دستگاه به طور جداگانه به درستی کالیبره شده باشند.
پایین-عملکرد خاکستری: مشکل پایان تاریک
یکی از چالش‌برانگیزترین جنبه‌های مقیاس خاکستری در نمایشگرهای LED، حفظ درجه‌بندی صاف در انتهای بسیار پایین محدوده روشنایی است. هنگامی که یک نمایشگر برای نمایش نزدیک-محتوای سیاه-یک پس‌زمینه صحنه کم‌نور، یا یک نمایش لوگوی سبک سینما{3}}نیاز است{4}}تفاوت بین مقیاس خاکستری سطح 1 و سطح 0 (تمام خاموش) می‌تواند از نظر ادراکی بزرگ باشد، اگر سخت‌افزار عمق کمی کافی نداشته باشد.
برخی از تولیدکنندگان از طریق تکنیک هایی مانند:
- گسترش عمق بیت مجازی: الگوریتم‌های پردازشی که بین سطوح خاکستری مجاور در فریم‌های متعدد متمایز می‌شوند و به طور موثر مراحل دقیق‌تری را شبیه‌سازی می‌کنند که سخت‌افزار به تنهایی می‌تواند تولید کند.
- جبران کم-در حال حاضر در مقیاس خاکستری: تنظیم جریان درایو به طور خاص در انتهای پایین محدوده مقیاس خاکستری برای اینکه کوچکترین گام ها یکنواخت تر و از نظر ادراکی یکنواخت تر شود.
این تکنیک ها در سطح آی سی راننده و کارت دریافت اجرا می شوند و کیفیت آنها بین تامین کنندگان متفاوت است. هنگام ارزیابی نمایشگر برای برنامه‌هایی که به رنگ‌های تیره گسترده نیاز دارند-استودیوهای پخش، محیط‌های شبیه‌سازی،{2}}خرده‌فروشی‌های سطح بالا{3}}ارزش دارد که مطالب نمایشی را درخواست کنید که به‌طور خاص برای نشان دادن عملکرد کم-در مقیاس خاکستری طراحی شده است.
مفاهیم عملی بر اساس کاربرد
الزامات مقیاس خاکستری یک نمایشگر به میزان قابل توجهی به کاربرد مورد نظر آن بستگی دارد:
| برنامه | اولویت در مقیاس خاکستری | یادداشت ها |
|---|---|---|
| بیلبورد تبلیغاتی در فضای باز | متوسط | در نور زیاد محیط مشاهده می شود. درجه بندی های ظریف کمتر در فاصله قابل مشاهده است |
| خرده فروشی داخلی یا صفحه نمایش شرکتی | بالا | فاصله‌های نزدیک دید، آثار باندی را قابل مشاهده می‌کند |
| پس زمینه پخش / استودیوی تلویزیونی | خیلی بالا | ضبط دوربین هر نواربندی را تقویت می کند. به عمق بیت بالا و گامای پایدار نیاز دارد |
| استفاده از صحنه اجاره / کنسرت | بالا | صحنه‌های تاریک و انتقال‌های نوری چشمگیر نیازمند مقیاس‌های خاکستری کم-هموار هستند |
| اتاق کنترل / دیوار نظارت | خیلی بالا | محتوای تحلیلی نیاز به بازتولید تونال دقیق دارد |
چه چیزی را در مشخصات بررسی کنیم
هنگام بررسی برگه های صفحه نمایش LED یا درخواست اطلاعات فنی از یک تامین کننده، نکات زیر مستقیماً به عملکرد مقیاس خاکستری مربوط می شود:
- سطوح خاکستری: به دنبال عمق بیت در هر کانال باشید (به عنوان مثال، پردازش 16 بیت، 65536 سطح). توجه داشته باشید که "عمق بیت پردازش" و "عمق بیت فیزیکی" ممکن است متفاوت باشد-بعضی سیستم ها سیگنال ورودی 8 بیتی را به صورت داخلی پردازش می کنند.
- نرخ تازه سازی: نرخ‌های تازه‌سازی بالاتر معمولاً با کاهش مبادله- بین فرکانس PWM و وضوح مقیاس خاکستری، از عملکرد بهتر در مقیاس خاکستری پشتیبانی می‌کنند.
- گزینه های گاما: تأیید کنید که آیا نمایشگر از گامای قابل تنظیم پشتیبانی می کند و آیا می توان آن را با منبع محتوای شما مطابقت داد یا خیر.
- اسناد عملکرد کم-در مقیاس خاکستری: بپرسید که آیا تامین کننده می تواند داده های خطی مقیاس خاکستری یا نمایش زنده را در سطوح روشنایی پایین ارائه دهد.
خلاصه
عمق مقیاس خاکستری یک عامل تعیین کننده کیفیت تصویر است که در زیر سطح مشخصات قابل مشاهده تر عمل می کند. مقیاس خاکستری ناکافی باعث ایجاد مصنوعات نواری، بازتولید ضعیف سایه و سوسو زدن می شود که هم بینندگان و هم دوربین ها را تحت تأثیر قرار می دهد. پیاده‌سازی فنی-فرکانس PWM، کنترل جریان، عمق بیت آی‌سی درایور، پردازش گاما-به‌طور معنی‌داری بین محصولات متفاوت است و مستقیماً بر نحوه عملکرد نمایشگر در محیط‌های بصری سخت تأثیر می‌گذارد. ارزیابی مقیاس خاکستری در کنار روشنایی و گام پیکسل تصویر کامل تری از قابلیت نمایش به دست می دهد.