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[教學] 投影機對比值的迷思

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發表於 2008-3-26 19:11:20 | 顯示全部樓層 |閱讀模式

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之前在討論區常常會看到許多網兄提出關於對比值的問題與迷思,小弟曾對此問題答覆過,可是原文被刪掉了。小弟認為可以從這個問題的回覆中來澄清一些觀念,這幾天剛好又看到之前的草稿,於是又將它貼回來,大家參考參考,若有謬誤,亦請各位網兄指正、指教!

投影機與對比值:
如其他網兄所回的,評價投影積及畫面的標準中,對比值並不是唯一用來做判斷的數據,就家庭劇院的投影機來說,對比、輸出亮度、採用的鏡頭、燈泡、支援的I/O介面、解析度、畫面均勻度、影像處理迴路、演色性、採用的投影技術等等,甚至品牌,都會在消費者心中對投影機的評價產生影響。

廠商對投影機對比值的重視,是在單槍投影的出現後開始的,進而產生了競賽,各廠商除了盡力改進其所採用的投影技術及光學系統以增加對比,每家在廠內量測對比時,皆會採用對其投影系統最適合的方法及數字。

就廠商在規格表上標的“對比”值並沒有人去規範一套標準的量測準據,雖然規格表上標的對比值指的通常是所謂的Full On/Off對比(全黑、全白畫面的對比)。許多廠商都會使用一些〝撇步〞把這個數值變高,並將此對比值拿來用以行銷,而造成許多消費者把對比當成選擇或評估投影機的唯一標準。

投影機的原生對比度、亮度(包括投影機的輸出及從銀幕反射回來的亮度)、銀幕的增益值、及投影的距離和期望的畫面大小、環境的亮度及反射...等等,皆為影響實量對比值得變數。

在對比值掛帥的時代,許多消費者甚或店家,多不知道如何運用實量的規格來選擇適合自己環境的投影機了。

對比的迷思:
我們先來看看目前常聽到的各種對比的種類及其代表的意義及如何來運用對比值:

FOFO Contrast Ratio:
一般廠商標示的或大家在討論的對比值,通常是所謂的Full On Full Off Contrast Ratio(以下簡稱FOFO),是用全畫面的全黑及全白的兩個畫面量測出來的對比值,代表的就是這台投影機〝白〞可以到多亮、〝黑〞可以到多暗。

Intra-Image Contrast Ratio:
另一種對比就是所謂的〝畫面〞對比,Intra-Image Contrast Ratio,是取〝單一〞畫面中的最暗的部份及最亮的部份所量測的對比。而大家也常講的ANSI Contrast Ratio是一種被標準化的量測方法所產生的數值,也被業界普遍採用。

ANSI Contrast Ratio:
量測ANSI C/R時,是以4 X 4黑、白相間的西洋棋格狀圖形(Checkerboard)來量測,是〝畫面〞對比中最嚴苛的量測方式。投影機的燈泡投射出來的光線經過投影機的光學系統及顯示元件,光線會在光學系統中產生散射及漫射的現象,讓這樣的圖形該黑的部份,泛著一點亮度,而全白的部份變成有一點灰,故ANSI Contrast Ratio通常沒辦法像FOFO Contrast Ratio般動輒上萬,往往僅有三位數。

FOFO對比和ANSI對比各代表著不同的意義:
近來的1080p投影機(特別是採用LCoS和LCD技術的機種)多以超高的FOFO對比值為特色。 採用DLP技術的投影機也不惶多讓,至少也要標個一萬的對比,因為顯示元件特性及光學系統較簡單的原因,DLP的投影機往往有較好的ANSI對比值。

FOFO對比對家庭劇院投影機來說,代表的意義大多在黑、暗階的表現。在一樣的輸出亮度及調整條件下,有20,000:1 FOFO對比值的投影機投出來的全黑畫面,一定比僅有2,000:1  FOFO對比值的投影機投出來的全黑畫面來的黑。2,000:1投影機的〝黑〞比起20,000:1的投影機的〝黑〞在銀幕上比起來,就會比較像〝暗灰色〞。

FOFO對比大的投影機對於畫面中階調層次的表現較有助益,特別是電影訊源暗場較多的影片更顯得重要。而從量測方式中我們可以了解到ANSI對比代表的是在同一畫面中黑(或暗場)的部份受到其旁邊白色(或亮場)影響的程度,比較像是是黑到白或白到黑的轉換〝純度〞的觀念。


ANSI對比越高表示在一畫面中,某一部份暗場的階調,較不易受到其旁邊亮場畫面的影響,可以顯示出應有的黑或灰。故量測ANSI對比的環境要求很高,往往需要在伸手不見五指的環境才會有準確的數字。故單純由ANSI對比值的數字來看,人們會認為ANSI對比值較高的投影機會有較好的立體感與景深感。

因人們在用投影機觀賞影片時,對畫面對比的感受是由一連串單一的畫面所組成,故在談論各種對比值對畫面的意義時,我們應該用〝畫面〞對比(Intra-Image Contrast)來評量實際播放時畫面對比的高低,而不是用FOFO對比(在實際的觀賞經驗中,畫面很少會從全黑突然轉到全白或全白突然轉到全黑吧!而且一黑ㄧ白閃來閃去產生的對比感對大家應該沒什麼意義。)

然而就量測ANSI對比的圖形來看,他代表的只是各種〝畫面〞對比的一種狀況,白的佔50%、黑的佔50%。但在實際的觀賞經驗中,有多少時候畫面中的黑、白會比比相鄰,還各佔50%呢?

正因ANSI對比是一種〝畫面〞對比,在實際的觀賞中,〝畫面〞對比的組合是千變萬化的,亮、暗場景及物件的位置也不是一成不變,僅用50%:50%的圖形量測到的值來作判斷也不能完全有代表性。

我們舉個例吧:
假設現在有兩台投影機:
A是高FOFO對比的機型
FOFO對比為:12,000:1
ANSI對比為:350:1

B是高ANSI對比的機型
FOFO對比為:4,000:1
ANSI對比為:650:1

以上兩台的假設皆參考實際市售機台的量測值,價格剛好差不多,B比A貴一些。

如果我們用電影蜘蛛人變成黑色的時候,當他倒吊在黑暗的大樓前的畫面的場景來舉個例子,在這樣幾乎全是暗場的畫面中,我們用上述兩台投影機來看,整個畫面比較起來,A應該會較佔優勢,兩機一比,B的整體暗場畫面會較A浮一些,但如果畫面中出現較大片的燈光或鏡頭帶到遠處較亮的一片天空時,我們就可以感覺出來,B的明暗對比會較佳,明暗交接處也會較明顯,換句話說就是轉的比較乾淨。當然,這也不過是一個例子而已,我現在沒辦法把各種可能的畫面一個一個的叫出來測。

故網路上有人做了一個Checkerboard Contrast Calculator來模擬在不同的黑、白、灰階的組合下所能得到的〝畫面〞對比。

我們將A、B兩台投影機的實量數字套到以下的Checkerboard Contrast Calculator:
http://home1.gte.net/res18h39/contrast.htm

假設設定的Gamma為2.2,房間的反射增益為0.01,用投影機來投ANSI的棋盤(Checkerboard pattern)畫面,在Checkerboard的百分比中我們填入:1、5、10、30、50、80、及100(這些數字代表Checkerboard中白色部份訊號的強度,100為全白、30為暗灰,依此類推。)所計算出的畫面對比值各為:

A:
1%: 3.14
5:%: 22.45
10%: 54.26
30%: 107.26
50%: 116.33
80%: 119.62
100%: 120.36

B:
1%: 2.13
5%: 11.24
10%: 30.66
30%: 106.15
50%: 135.92
80%: 149.99
100%: 153.33

兩者在各階對比的差異百分比為:
1%: 46.9%
5%: 99.7%
10%: 76%
30%: 1%
50%: -14.4%
80%: -20%
100%: -21.5%

我們可以看到,A在棋盤圖形的白色部份變暗了以後(模擬暗場較多的畫面),Checkerboard的畫面對比(Intra-Image Contrast Ratio),從30% ~ 1%就會高於B,而B在亮場較多較亮的場合(30% ~ 100%)畫面中對比會較佔優勢。ANSI對比高的投影機在大部分的場合中的畫面對比皆有較好的表現。

可是從兩者的差距來看A型的投影機在暗場較多的畫面具有更明顯的優勢,在1% 、5%、10%各為46.9%、99.7%、及76%,而B型的投影機在明暗對比較大的畫面,雖有較好的對比,兩者相對的差距卻頂多在20%左右。在亮場20%的對比差異在人類眼睛看起來較不明顯。

另外從這個模擬我們也可以看出來,ANSI對比高的機型相對的對環境的要求也較高。當我們試著把Room Gain調高時, B型投影機的優勢也就漸漸消失了,A型的投影機相對的還是能維持在暗階的優勢。B的高ANSI對比則要在全黑的環境才能顯現。

從上面的說明我們可以知道,FOFO對比和ANSI對比其實各自代表著不同層面的意義,數字好並不代表絕對的優勢。當我們在客觀的評估或選擇一台投影機時,實測的數據、測試時訊源的內容、投影機當時的調整及設定、銀幕的增益,都會成為影響對比的因素。

從技術層面來看,LCoS及LCD型的投影機要去增強FOFO對比較為容易,想去增加ANSI對比,會受到顯示晶片上液晶反應特性的影響而受限較多,成本也較高。透過FOFO對比的增加,產生出來的數字效益也較大(平均一年多則增加一倍,少則30% ~ 50%,增加ANSI可沒那麼容易),這是大部分廠商只標FOFO對比的原因,也是近年來大部分的廠商一直往提高FOFO對比努力的原因吧。

[ 本帖最後由 Giu 於 2008-4-25 21:48 編輯 ]

評分

參與人數 6名聲 +145 精幣 +115 收起 理由
chanp + 20 + 20 不好意思,現在才看到!!
cabin + 30 + 30
linjerin + 25 + 25 深入淺出 !
west + 30
shavian + 20 + 20 精品文章重現江湖!
terry + 20 + 20

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發表於 2008-3-26 21:22:19 | 顯示全部樓層
好文章不會寂寞的!
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發表於 2008-3-27 01:51:12 | 顯示全部樓層
之前這篇文章曾經被版主誤刪了,以為會石沉大海!
沒想到細心的 Giu 還留有草稿.

這篇絕對是精品文章!
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 樓主| 發表於 2008-3-27 08:55:10 | 顯示全部樓層
感謝各位的捧場,希望這篇文章對大家有幫助,謝謝!
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發表於 2008-3-27 09:41:13 | 顯示全部樓層
當初就是這篇被誤刪掉,所以我才把各版版主刪文章的權限拿掉的.
等其他版主都熟悉論壇的操作環境,我會再把刪除文章的權限打開的!
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發表於 2008-3-27 10:50:01 | 顯示全部樓層
深入淺出 !
好文 !
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發表於 2008-3-29 15:24:30 | 顯示全部樓層
好一個深入淺出 ,看來等級480P的人真的看不太懂 ,要1080i以上才行.
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 樓主| 發表於 2008-3-31 14:22:49 | 顯示全部樓層

回復 #8 yellmaster 的帖子

yellmaster兄:

不好意思,小弟文筆不好在有限的篇幅沒辦法寫的淺入深出,以後再慢慢改寫。
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發表於 2008-3-31 19:08:26 | 顯示全部樓層

不是您的問題

以前買了一本書 〔時間簡史.霍金〕,據說是作者寫過最淺最淺的書,看了幾章,真的是每個字都懂,加起來怎麼看也看不懂.

所以你要寫到我看得懂,那會像教小學生一樣,從頭開始,太累囉 ,大概要花十倍以上的文字敘述,還要美美的圖片才行.

最近覺得自已的腦袋,如李敖形容某人的頭腦像燈泡一樣,什麼東西也進不去,什麼東西也出不來.
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 樓主| 發表於 2008-3-31 19:57:30 | 顯示全部樓層

回復 #10 yellmaster 的帖子

的確,其實如果可以加圖上去的話,會讓這篇更清楚、易懂。只是當初沒時間去畫圖、拍照、量測數字。以後一定捕上!
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發表於 2008-4-1 10:51:19 | 顯示全部樓層
發表一下幾點的看法:
  • A、B二台投影機不知是否先行校正,因為從數字上來看,這樣的情況是在機器本身輸出特性就不同,比較大的可能是GAMMA CURVE不太一樣。
  • ANSI CR主要是光學的因素較高,鏡頭,照明系統,STOP的位置及形狀,都會影響。假設在電子設計段不做特別的處理,只是忠實的把DATA PASSING THROUGH到元件上,那麼ANSI CR應該就會是比較線性的,因為光學是可逆的,線性的,不會因為光線的多少呈現非線性,當然在鏡頭的不同位置會有不一樣的值,但是差異不大。
  • 如果所有的條件是一樣的,那麼可能還有一個因素可以考慮,鏡頭的MTF設計值。整個線形可以調整成低頻或是高頻好,會造成視覺上的差異,但是量測ANSI CR應該還是一樣。通常這一點設計時不太會考慮這個,還是成本至上。
  • 高反射的環境下,同一輸出亮度的二台投影機會的確會ANSI CR高的會被吃掉一些,但是還是會比另一台高,不會發生高低ANSI CR反轉的情形。
  • ANSI CR只是看機器對雜散光的處理好壞,高的是比較好的,但並不是全部。產品在在設計時可以運用一些電子技術讓視覺上變的更好,當然也會有一些SIDE EFFECT出現,如何把視覺心理上的主因素提高,又沒有太多的破綻,是產品經理的最大考驗。
BR
Steven
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 樓主| 發表於 2008-4-25 17:41:29 | 顯示全部樓層
謝謝Steven兄精闢的見解與補充。小弟在此回答一下Steven兄提出的問題:

1. A、B兩台皆經過D65 calibration,這兩台機器是不同廠牌、使用不同的顯示元件的機器。輸出特性及光學系統也完全不一樣,只是市面上的訂價相近,剛好較適合拿來作比較。
原本進行這兩台機器的調校及量測者,使用的Gamma為機器中經他測定最接近2.2的設定。Gamma curve的確會造成差異,但從輸出及Full on/Full off對比值的數值差異看起來,要造成如此大的差異,在這樣的Gamma curve下看起來應該會很奇怪吧?故可以確認機器的設定是受到控制的。另外,小弟在輸入contrast calculator的數值中亦包含了Gamma Value(皆設為2.2)。文中兩台投影機FOFO對比及ANSI對比的數值皆為實量數值,各灰階的對比值是套入”Contrast calculator”後所產生的結果。

2. ANSI CR的確是受光學元件及系統設計的影響較高,顯示元件的設計及作動特性亦為另一重要的因素。DLP元件和光機的特性對ANSI CR相對上較具有優勢,而LCoS及LCD的顯示元件和光機的特性相對的對ANSI CR較不具優勢。

3. 從該計算的結果看來,Intra-image Contrast在較接近暗階的地方會產生反轉,依ANSI Contrast的量測pattern來說(即50%的地方)在原本設定的Room Gain: 0.01環境下,B投影機的Intra-image Contrast仍較高。但是若將Room Gain調高至0.1左右,反轉的程度就會超過50%的地方(即ANSI的測試pattern)。

4. 對比值本來就不是全部,小弟主張選購投影機時應實地看機、投影機應經校正後,盡量用相近的環境條件、一樣的訊源、節目,來比較,才不會陷入廠商規格的陷阱及迷思,為了讓消費者做出正確、適合環境的選擇,廠商的規格標示應該盡量老實些。
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發表於 2008-5-3 10:04:46 | 顯示全部樓層
如果投影機的全白輸出為X,不考慮ROOM GAIN的情況下,在ANSI PATTERN的暗部則各為X/350及X/650。為一條與輸入成正比的線。
在ROOM GAIN為0.01,則在ANSI PATTERN下,對暗部的值為1%的為Y=X/20000,5%時為Y=X/4000, 10%的為Y=X/2000,30%時為Y=X/660,50%的為Y=X/400,80%的為Y=X/250,100%時為Y=X/200。為一條曲線,最大值x/200。
二個數字Y+X/350或是Y+X/650就知道了整個curve。
對於ansi cr 350的機器,room gain的影響在快30IRE的時候為機器本身暗部的1/2。
對於ansi cr 650的機器,room gain的影響在14IRE的時候為機器本身暗部的1/2。
但是不論哪一種狀況下,Y+(X/350)永遠大於Y+(X/650),所以ANSI CR永遠是650的比較高。而且是在100ire的情形下最接近。
在不同的room gain下也是一樣的結果。
這個實驗應該是說明了,高ansi cr的機器,要有更好的環境才能表現出好的效果。但是如果機器的設計有特別動手腳,則另當別論。

[ 本帖最後由 SIC視聽生活館 於 2008-5-3 10:13 編輯 ]
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發表於 2008-6-30 13:33:36 | 顯示全部樓層
用心的專業好文章
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發表於 2008-6-30 16:39:38 | 顯示全部樓層
結論是眼見為憑如同挑音響般?難道沒有一種標準可讓人奉為圭臬?還是這就是音響迷人的地方?
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發表於 2008-8-3 13:23:41 | 顯示全部樓層
我覺得A 機在高FOFO 的情形下有如此高的對比(如果是實測值), 可能是它在Full Off 的亮度較低. 這可能是這台機器有用shuttle 將Full off 時遮閉光的輸出. 一但是ANSI CR pattern 時因不是Full Off, 故無法使用此功能, 便原形畢露了.
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發表於 2008-8-17 10:01:01 | 顯示全部樓層
好詳細....在這裡有好多知識可以學習...
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發表於 2008-8-29 14:56:49 | 顯示全部樓層
真是清楚.雖然我是剛加入的新人.對於樓上各位大大的介紹與說明.覺得真的事太棒了. 小弟我再投影機的製造業做了五年多了.從LCD&LCOS到DLP都大約了解.舊釋沒半法向各位大大解釋給別人聽.真是讓我學到以後朋友問.大概就能解釋了
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發表於 2008-10-24 10:31:38 | 顯示全部樓層
感謝各位大大
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發表於 2009-1-10 19:50:01 | 顯示全部樓層
寫的真是清楚
剛好最近迷上了高畫質 這篇文章真是太棒了 很多疑問都解答了
正在考慮買一台投影機呢!! 呵呵
感謝感謝
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