Артефакты изображения проекторов (и не только)

Обновлено: 27 февраля 2017. Поскольку тема обширная и требующая детального изучения, буду постепенно дополнять эту публикацию, а пока опубликую ее «как есть». 

Существенной проблемой является перевод названий дефектов изображения с английского. В русском языке зачастую нет точных аналогов, либо не всегда имеется согласие насчет того, какой из терминов необходимо использовать. Иногда чтобы понять, о каком именно эффекте идет речь, приходится смотреть по контексту, либо искать видео, демонстрирующие данный эффект.

Все нежелательные эффекты изображения именуются словом «артефакт» (artefact, иногда artifact — используются оба варианта), что дословно переводится с латыни, как «искусственно сделанный». Применительно к изображению это расшифровать достаточно просто. Артефакт — это что-то, чего нет в оригинале, нечто привнесенное. 

По своей природе артефакты могут возникать на разных этапах формирования изображения, на всей цепочке от производства видео до отражения света проектора от экрана. К примеру, на студии контент закодировали так, что стали видны артефакты сжатия (пресловутые квадратики), затем уже у пользователя проектор испортил плавные цветовые переходы, сделав переходы между полутонами более грубыми (banding).

Артефакты, свойственные проекторам

Несведение матриц (misalignment, convergence problems). Артефакт потенциально присущ всем трехматричным проекторам (3LCD, 3-DLP, варианты LCoS и пр.) и не присущ одноматричным DLP проекторам. Использование трех матриц позволяет проекторам одновременно обработать красное, зеленое и синее изображения, оптически объединяя которые получается цветное изображение, которое и проецируется на экран. Тем не менее, использование трех матриц требует их точнейшей подгонки друг к другу. На практике же, сетка пикселей одной матрицы на экране может быть сдвинута относительно матрицы другого цвета иногда на целый пиксель. В результате, на тестовых изображениях или при использовании интерфейса операционных систем с мелкими значками и шрифтами можно заметить, что

  • контуры пикселей немного смягчены;
  • с одной из сторон мелких объектов может быть заметен небольшой контур того или иного цвета (красного, зеленого или синего)

У более дорогих проекторов может иметься система цифровой коррекции несведения, которая позволяет сдвинуть красный или синий изображения относительно зеленого, на всем экране одинаково, либо в разной степени в той или иной области.

Данный эффект обычно считается малозначимым.

Хроматические аберрации. Визуально данный эффект может быть идентичен несведению матриц и проявляется, как цветная окантовка (color fringing) вокруг мелких контрастных объектов. Данный эффект возникает при прохождении света через линзы объектива и связан с тем, что фокусные расстояния не совпадают для лучей различных цветов.

Иллюстрация с сайта zuggsoft.com

Прочие оптические аберрации. Как правило, все они будут похожи на расфокусированность изображения, но со своей спецификой. Одни аберрации выглядят, как направленное размытие, в других случаях возникает неодинаковость фокусировки в различных частях изображения (сферическая аберрация). Возможна также кривизна поля изображения, когда сама его форма отличается от прямоугольной. Особые опасения вызывают короткофокусные и ультракороткофокусные проекторы — они требуют установки значительно более сложной оптики, чем обычные длиннофокусные модели, что является причиной их более высокой стоимости, но также и потенциальной возможностью сэкономить, поставив менее качественную оптику.

Эффект радуги, или "эффект разделения цветов". Данный артефакт присущ только одноматричным DLP проекторам. В отличие от трехматричных, они проецируют на экран не цветное изображение, а цветовые компоненты изображения, которые для зрителя сливаются воедино из-за скорости чередования цветных кадров. Скорость чередования кадров может быть меньше или больше — это зависит, в том числе, от конфигурации цветовых сегментов на цветовом колесе проектора. Если одни и те же сегменты на колесе повторяются два раза, то его скорость также увеличивается в два раза (к примеру, колеса с сегментами RGBRGB). Эффект радуги различим при движении глаз по экрану, особенно — на контрастных сценах.

Часто проекторы типа DLP узнаются именно посредством случайного движения глаз из стороны в сторону. Данный эффект одними зрителями описывается, как соверешенно незаметный, другие находят его раздражающим.

Бандинг, полосатость, постеризация. Эффект резкого перехода полутонов вместо плавного, незаметного. Изначально присущ изображениям с низкой глубиной цвета, таким как файлы .gif, но наиболее популярный в данный момент 8-битный формат цвета (8 бит или 256 градаций на канал) также при некоторых условиях дает эффект бандинга. Но это — относительно контента.

В каких ситуациях бандинг могут привносить проекторы? Один из вариантов — при неправильной настройке гамма-коррекции темные участки изображения становятся слишком хорошо различимы, в связи с чем и изменения цветовых оттенков в этой области могут оказаться более заметными.

Другая ситуация — это особенности обработки цвета бюджетными одноматричными DLP проекторами в наиболее ярких режимах — многие цветовые переходы могут оказаться резкими. В частности, резкость переходов может возникнуть между различными оттенками цветов.

Screen door effect (эффект москитной сетки). В погоне за яркостью, в проекторах отказались от структуры матрицы, типичной для телевизоров — когда каждый пиксель состоит из красного, зеленого и синего субпикселей. К тому же, эта структура вполне адекватна для небольших экранов, а на экранах от 80 дюймов смотреть на такие пиксели было бы не очень приятно.

В связи с этим у проекторов пиксели монолитны, то есть, вся поверхность пикселя светится одновременно красным, зеленым и синим, приобретая нужный оттенок. У трехматричных проекторов это делается путем соединения трех отдельных изображений с трех матриц в одно, при котором каждый пиксель состоит из трех пикселей, наложенных друг на друга.


Совмещение изображения трех матриц у 3LCD проектора

А у одноматричных DLP проекторов наложение разных цветов происходит по очереди, но, опять же, в отличие от телевизоров, пиксель остается цельным. Тем не менее, граница между пикселями у проектора может оказаться очень четко обозначена, что при просмотре с небольшого расстояния как раз и дает эффект просмотра «через комариную сетку». Причина данного эффекта у LCD проекторов заключается в том, что ЖК матрицы работают на просвет, а значит, управляющие элементы располагаются вокруг пикселя (это требует зазора). У DLP проекторов управляющие элементы располагаются позади «пикселей» матрицы, поскольку они зеркальные и работают не на просвет, а на отражение. Тем не менее, необходимость сделать эти микрозеркала поворачиваемыми также приводит к наличию зазора между пикселями.

Считается, что в наименьшей степени эффект свойствен LCoS проекторам (или использующим подобную технологию, например D-ILA, SXRD, 3LCD Reflective). Данная технология проекторов использует неподвижные зеркальные пиксели, располагающиеся поверх элементов управления, как у DLP. Для борьбы с эффектом комариной сетки используются такие технологии, как массив микролинз, либо сдвиг  изображения по диагонали на полпикселя в современных технологиях эмуляции 4K («4K Enhancement», «e-Shift»).

Хотя «беспиксельное» или «бесшовное» изображение действительно способно создать эффект смотрения в чистое окно, по своему опыту могу сказать, что идеально квадратный пиксель, хотя и является наиболее правильным результатом, не всегда выглядит лучше, чем слегка смягченный пиксель с более сглаженными границами. К примеру, отображение 1080p на настоящем 4K проекторе, если осуществляется простым дублированием пикселей (каждый пиксель превращается в 4 пикселя), дает этот самый правильный, но не всегда желаемый «квадратный» эффект, от которого можно избавиться, включив апскейлинг из 1080p в 4K с технологией усиления резкости, например «Reality Creation» у Sony.

Цифровой шум. По логике вещей, шумов быть не должно. Тем не менее, при тестировании с такими источниками, как кинофильмы, определенный уровень шума на экране является нормой, поэтому далеко не всегда от проектора требуют полного отсутствия видимых шумов. Проще всего увидеть шумы на одноцветной поверхности. Иногда шумы являются особенностью технологии формирования изображения проектора — к примеру, на некоторых одноматричных DLP проекторах можно заметить шумы при отображении черного цвета, что связано с особенностями работы DMD чипа.

Артефакты улучшения изображения

Прекрасный способ обнаружить артефакты — это подвергнуть изоображение улучшению или «улучшению». К примеру, у ряда домашних проекторов есть функции, позволяющие увеличить четкость, плавность движения и цветастость картинки, чтобы приблизить ее к современным возможностям оборудования, даже если используется источник старого типа.

Артефакты усиления резкости. В проектор может быть встроен алгоритм усиления резкости, позволяющий «на лету» придать изображению более детализированный вид. Эффект может быть вполне приятным, но, выставив слишком высокий уровень данной настройки, мы непременно получим те или иные артефакты. Визуально жто могут быть шумы на более-менее равномерных участках, окантовка вдоль границ объектов, да и просто «неестественная резкость». Применение алгоритмов усиления резкости к материалам низкого качества, уже содержащим «артефакты сжатия», приведет к попытке подчеркивать резкость уже этих артефактов. Также стоит отметить, что усиление резкости может сопровождаться, либо не сопровождаться апскейлингом (например при отображении DVD контента на 1080p устройстве).

Motion judder, film judder (дерганное движение). Это не артефакт, строго говоря. Данное свойство присуще контенту, снятому с низкой кадровой частотой, например 24 кадра в секунду (24P). Отображая на большом экране сцены с плавным движением камеры, например при панорманых съемках ландшафта, прерывистость движения становится заметна. Впрочем, большинству пользователей известно, насколько съемка в 60P отличается по ощущениям от 24P. Ну а любителям динамичных компьютерных игр, тем более, не приходится ничего объяснять. Но если коротко, то дело в плавности.

Для сглаживания движения у многих проекторов имеется встроенный алгоритм интерполяции кадров, позволяющий вставлять промежуточные кадры, созданные путем комбинирования двух соседних кадров.

«Эффект цифрового видео», «эффект мыльной оперы». Эстеты скажут, что кинокартина, снятая в 24P, хороша сама по себе, и только потеряет, если показать ее с повышенной кадровой частотой, производя эффект, будто снята не Эйзенштейном в начале XX века, а вчера на цифровую камеру.

Артефакты интерполяции кадров. Убирая дерганность движения с помощью создания промежуточных кадров (интерполяции кадров), проектор должен создать промежуточные кадры в реальном времени на основании имеющихся. Как правило, функция интерполяции кадров обладает несколькими уровнями «агрессивности». Если использовать максимальные режимы, то даже при качественной реализации технологии интерполяции кадров наверняка возникнут нежелательные эффекты. Помимо выбранного режима, наличие этих артефактов и их заметность зависит от качества реализации данной функции, от качества исходного контента, а также от типа исходного контента (одни сцены поддаются интерполяции в большей степени, другие в меньшей). К примеру, плавное движение автомобиля по трассе является идеальным материалом для интерполяции кадров, а динамичная сцена с меняющимися ракурсами — нет. Как правило, артефакты могут представлять собой дефекты изображения (напоминает артефакты сжатия mpeg), либо рывки.

Артефакты 3D

Ghosting, 3D crosstalk (перекрестное влияние каналов, двоение). Рассматривая технологии создания 3D изображений, мы обнаруживаем, что они сводятся, чтобы закрыть от правого глаза картинку, предназначенную для левого, и наоборот. К примеру, у домашних проекторов эта задача возложена на очки с активными затворами, которые по очереди закрывают то левый, то правый глаз. Если изображение содержит яркий участок, то может возникнуть ситуация, когда активные очки не смогут полностью закрыть нужный глаз, в результате чего ему будет виден след от изображения, которое демонстрируют для другого глаза. Получается небольшой эффект двоения.

Тут также важно, что эффект двоения пропорционален яркости 3D изображения, поэтому более яркий проектор при прочих равных даст более заметное двоение.

Прочие

Артефакты сжатия (compression artefact). Как правило, имеется в виду знакомая всем блочность (blocking artefact), сопровождающая все видеофайлы, закодированные с потерей качества.

Сочетает снижение детализации, плавности цветовых переходов, с разбиением участков изображения на квадраты. У артефактов сжатия есть и другие эффекты, такие как шум вдоль границ объектов (к примеру, часто можно столкнуться с шумом вокруг текстовых символов).


Безусловно, это далеко не все артефакты. Статья будет дополняться. Кстати, если вы знаете, о чем именно забыл автор, то комментарии приветствуются!

 

Похожие топики

Нет комментариев

Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.