Погоня за контрастностью: притормозим, спросим, а нужно ли?

То и дело в мире цифровой обработки изображения происходят сумасшедшие события. Вы помните появление первой цифровой фотокамеры и "мегапиксельную" войну, которую оно за собой повлекло? Представьте, вы только что купили новую 6-мегапиксельную камеру (и вам очень нравились снимки, сделанные на нее во время вашего отпуска на Гавайях), и тут какие-то производители начинают убеждать вас в том, что снимки сделанные на их 12-мегапиксельную камеру сделали бы ваш отпуск еще более незабываемым. Так называемая "погоня за пикселями" привела к появлению просто абсурдных чисел, для получения которых в устройствах супервысокого разрешения начали использовать пластиковые линзы. В результате гавайские фотографии стали выглядеть так, будто их сделали под водой (просим прощения у всех, кто действительно делал подводные снимки).

Вторая волна этой тенденции накрыла производителей дисплеев (как проекционных, так и обычных). Помните переход от стандарта HD ready или Full HD к сверхчёткому UHD? На самом деле, этот процесс все еще продолжается. Уже проводятся тестирования камер с поддержкой более высоких, чем UHD разрешений, и, возможно, это только вопрос времени, когда в сфере массового производства дисплеев появится новый стандарт еще более высокого разрешения.

Но совсем недавно вырисовалась еще одна тенденция: увеличение контраста. Большинство людей хорошо понимают, что представляет из себя степень контрастности, но c недавних пор все стали обсуждать такие понятия как "динамический диапазон", "расширенный динамический диапазон" (EDR) и "высокий динамический диапазон" (HDR). Чтобы все это не превратилось в очередную погоню за постоянным увеличением, стоит узнать некоторые факты и следующую полезную информацию.

Понятия "динамический диапазон" и "степень контрастности" имеют очень схожую природу: первое чаще применяется когда речь идет об устройствах захвата изображения (человеческий глаз, камеры), в то время как второе используется при разговоре об устройствах отображения (электронные дисплеи и тд.). Исторически сложилось, что степень контрастности всегда относили к глобальным параметрам. Понятие "динамический диапазон" применяется по отношению к дисплеям для обозначения более локальных вариаций: например, относительная разность между яркой белой точкой в одном углу и темной областью в другом. Обратите внимание, что все полностью зависит от восприятия: вариации можно также измерить и по степени контрастности.

Ну а что насчет слов "расширенный" и "высокий"? Насколько мы знаем (пожалуйста, поправьте, если мы ошибаемся), стандартов определяющих где заканчивается "обычный" динамический диапазон и начинается "расширенный" или "высокий" не существует. Некоторые связывают данные понятия с делениями диафрагм объективов камер. Но на самом деле, любое значение, превышающее производственный или рыночный стандарт можно вполне законно отнести к XDR или HDR. Надо заметить, именно так и поступают некоторые производители: “на 10% лучше стандарта? Скажем, что это HDR!”

Никто не станет оспаривать тот факт, что степень контрастности является очень важным показателем измерения качества изображения. Она помогает определить, как много деталей можно разобрать на изображении. Кроме того степень контрастности является важным фактором, влияющим на натуральность цифрового изображения. Чем больше контрастности - тем лучше, в этом сомнений нет.

Однако, есть два важных вопроса:

• воспринимаемый контраст определяется только используемой технологией?
• при увеличении контраста качество изображения увеличивается в равной пропорции?

Ниже - ответы на оба вопроса.

Закон убывающей отдачи

Рассматривая первый вопрос, следует упомянуть работу Питера Людэ (Peter Ludé) под названием “How black is black?” (Насколько черен черный цвет?), представленную на выставке 2015 NAB Show. В своей работе автор сфокусировал внимание на использовании проекторов высокого динамического диапазона в области цифровой кинематографии. Цифровое кино, пожалуй, - та область, в которой применяются самые передовые средства формирования контента и самые лучшие средства обработки изображения. Поэтому эта сфера является хорошим для рассмотрения примером применения HDR. Выделяются четыре основных фактора, которые являются определяющими в восприятии качества изображения на экране. Два из них - это выбор используемых технологий, два других никак не связаны с техническими характеристиками экрана или проектора, а на 100% определяются влиянием окружающей действительности. Степень "контрастности помещения" в соотношении с работой устройства составляет примерно 650:1. Представленная модель, с учетом разных характеристик, доказывает, что характеристики окружающей среды могут снизить последовательную контрастность с  1500:1 (контрастность проектора) до 354:1!

Полученные результаты подтверждают выводы, сделанные более чем 20 лет назад: окружающие условия - решающий для восприятия степени контрастности параметр. Источники света в помещении, отражающие свойства предметов ... Все это имеет большее влияние на восприятие вами изображения, чем сам дисплей. Весьма вероятно, что в будущем производители будут рекламировать товары с поддержкой контрастности 10000:1, 100000:1, 1000000:1. Данные значения имеют чисто теоретический характер, так как их можно добиться только в полностью контролируемой темной комнате. В реальных же условиях соотношения последовательно сокращается: возможно, в целях соблюдения требований безопасности вам нужно установить обозначающие выход из помещения знаки? Возможно, клиент просит установить подсветку для лестниц? И... ну нет, вы серьезно собираетесь попросить всех сидящих в зале людей надеть черные рубашки? 

В разных научно-исследовательских лабораториях по всему земному шару проводится множество тестов с моделированием различных ситуаций для исследования зависимости контрастности изображения от обстановки и окружающих условий. Как только эти данные станут доступны широкой общественности, погоня за увеличением контрастности станет контролируемой.

Понимание характеристик окружающей обстановки позволяет ответить и на второй обозначенный выше вопрос. Поскольку влияние ее настолько велико, воспринимаемая (фактическая) контрастность снижается. Вне зависимости от того, каким было теоретическое значение контрастности 10M:1 или 1M:1 в действительности значение будет ближе к основному определяющему фактору контрастности помещения. А теперь мы подходим к любопытному выводу: тратя намного больше средств на HDR, вы рассчитываете добиться большой степени контрастности, но в результате качество изображения улучшается весьма незначительно. Лучшее ли это вложение средств? Не забывайте, что для достойного качества изображения степень контрастности является лишь одной из составляющих. Яркость, равномерность, цветовая гамма, качество 3D и разрешение не менее важны. Учитывая вышеизложенное, возможно, следует вложить средства в яркость или 3D. Закон убывающей отдачи в меньшей степени влияет именно на эти параметры, и в то же время - как было установлено выше - в значительной степени влияет на восприятие контрастности.