輻射亮度

日前，投影機(jī)行業(yè)領(lǐng)先廠商及技術(shù)供應(yīng)商聯(lián)合通過一項(xiàng)新的標(biāo)準(zhǔn)，這項(xiàng)命名為3LCD陣營(yíng)中的領(lǐng)先廠商愛普生等公司均已表示將會(huì)支持這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)。 在中國(guó)的投影市場(chǎng)中，亮度可以說是投影機(jī)規(guī)格中最為消費(fèi)者關(guān)注的一個(gè)參數(shù)，已經(jīng)成為使用者采購(gòu)的直接標(biāo)準(zhǔn)。盡管現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量的亮度對(duì)于投影機(jī)非常重要，但是由于3片液晶投影機(jī)和單片DLP投影機(jī)成像原理的不同，使得亮度這個(gè)參數(shù)具有十分不同的含義。

圖1:9點(diǎn)測(cè)量法

什么是投影機(jī)的亮度呢，嚴(yán)格說，投影機(jī)標(biāo)注的亮度是光通量(Luminance flux)或光輸出(Luminance output)。確切定義為"用CIE明視覺函數(shù)加權(quán)的標(biāo)準(zhǔn)眼來評(píng)價(jià)的發(fā)光流量。在一給定時(shí)間周期內(nèi)，空間中任一給定面積所通過的可見光能量流的測(cè)量"。按照ISO/IEC 21118的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，是將照度計(jì)放在焦點(diǎn)平面，測(cè)量其亮度。在100%全白圖像上，如圖1所示，對(duì)屏幕上所示9點(diǎn)亮度進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量?jī)x器的受光部分的面積應(yīng)在3x3像素以上。測(cè)量的流明值是通過9點(diǎn)亮度平均值(勒克司)乘以圖像面積(平方米)來計(jì)算。

圖2:3LCD成像原理 圖3:單片DLP(4色輪)成像原理

為了解不同技術(shù)的投影機(jī)對(duì)于以上測(cè)量方法的不同表現(xiàn)，我們需要先了解一下3LCD技術(shù)和單片DLP技術(shù)的成像原理。3LCD技術(shù)的成像原理(圖2)同我們常見的顯示器，電視，數(shù)碼相機(jī)的彩色成像設(shè)備一樣，都采用了3色成像原理，即采用紅，綠，藍(lán)三原色合成色彩。并且目前來自所有的視頻，DVD，HD，數(shù)碼相機(jī)以及計(jì)算機(jī)信號(hào)等都以RGB色彩范圍解析。根據(jù)楊-赫姆霍爾茲的三色學(xué)說，紅，綠，藍(lán)三原色可以混合合成所有不同色彩，這同人眼的視覺特性有關(guān)。

圖3所示的是單片DLP(4色輪)的成像原理，可以看到，采用的是三原色和白色的合成影像。一般單片DLP為什么不采用標(biāo)準(zhǔn)的三原色合成影像呢?這需要從單片和3片的不同說起。采用單片DLP成像，紅，綠，藍(lán)三原色畫面是分時(shí)的，當(dāng)投射紅色畫面時(shí)，不能同時(shí)投射綠色和藍(lán)色畫面，光源發(fā)出的白色光，經(jīng)過色輪的紅色段，只有紅色可以通過，則此時(shí)的綠色和藍(lán)色光被過濾損失了，不能用于投射影像。如果不考慮各種色光的亮度區(qū)別，則每時(shí)透過的色光只有總色光的1/3，大量的光能被浪費(fèi)了。投影機(jī)標(biāo)注的亮度只是100%全白圖像的測(cè)量亮度，為了增加白色畫面的測(cè)量亮度，在商用單片DLP投影機(jī)上，基本上采用了增加白色段的方法。在白色段，紅，綠，藍(lán)可以全部通過，通過的光量不是1/3了，大大提高了圖像上白色的亮度，從而使標(biāo)注的亮度測(cè)量值有了極大的提高，但此時(shí)，畫面上的彩色，并沒有相應(yīng)提高。彩色的亮度仍然處在一個(gè)相對(duì)較低的水平，這樣就破壞了色彩的平衡;同時(shí)使投射的色彩亮度遠(yuǎn)達(dá)不到標(biāo)注的對(duì)應(yīng)水平，僅僅是標(biāo)注的亮度提高了。直觀的感受就是白色較為刺眼，彩色較暗，色彩暗淡。對(duì)于極致色彩技術(shù)，是在色輪中加入白色，青色，黃色或其他顏色。其最為主要的目的是提高光的通過率，并提高相關(guān)顏色的亮度。以黃色段為例，黃色是由紅色和綠色組成，在色輪轉(zhuǎn)到黃色段時(shí)，紅光和綠光可以同時(shí)通過，這使得總色光的2/3得以投射，此時(shí)提高了光的利用效率。但是由于投影機(jī)采用的是加色法成像，紅色和綠色光可以合成黃色，但黃色光卻不能投射到紅色和綠色的畫面上，這又相應(yīng)降低了紅色和綠色的亮度。因?yàn)樯喪?60度，是有限的，每增加一個(gè)顏色，就會(huì)相應(yīng)降低另一個(gè)顏色所占比例。也就是降低了其他顏色的亮度。

圖4:三色輪 圖5:極致色彩色輪

隨著豐富彩色內(nèi)容的快速發(fā)展和更多視頻影像的廣泛使用，投影機(jī)投射出畫面的色彩表現(xiàn)變得越來越重要，但當(dāng)前的亮度標(biāo)準(zhǔn)不能很好地表現(xiàn)這一實(shí)際應(yīng)用。因此，建立一個(gè)新的、方便有效的衡量標(biāo)準(zhǔn)就顯得非常必要。投影機(jī)行業(yè)領(lǐng)先廠商及技術(shù)供應(yīng)商聯(lián)合通過一項(xiàng)新的標(biāo)準(zhǔn)，這項(xiàng)命名為色彩亮度("Color Brightness")的新標(biāo)準(zhǔn)將用來測(cè)量色彩的光輸出情況，可更為科學(xué)地評(píng)價(jià)投影機(jī)的亮度表現(xiàn)。色彩亮度將對(duì)照輸入信號(hào)，利用屏幕投影的基本色亮度(紅色, 綠色, 藍(lán)色)，來評(píng)價(jià)投影機(jī)的色彩性能。有了新的色彩亮度參數(shù)，投影機(jī)用戶在選購(gòu)?fù)队皺C(jī)時(shí)，就擁有了更為重要的參考信息，可對(duì)彩色投影的圖像質(zhì)量作更詳細(xì)的考察。如果一臺(tái)投影機(jī)能產(chǎn)生和白色光亮度一致的紅、綠、藍(lán)色光，該產(chǎn)品則能準(zhǔn)確再現(xiàn)輸入設(shè)備希望的真實(shí)色彩。如果色彩亮度不等同于或者僅是接近白色光亮度，色彩圖像就會(huì)呈現(xiàn)暗淡、不平衡和不精準(zhǔn)等狀況。這一新的色彩標(biāo)準(zhǔn)也獲得色彩學(xué)專家的肯定。為了評(píng)估色彩亮度，需要在3個(gè)彩色畫面上，測(cè)量 9 個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域內(nèi)測(cè)量紅綠藍(lán)三個(gè)基本色的亮度，然后將每個(gè)畫面的平均值相加，即得出色彩亮度。具體計(jì)算方法為(①+②+③+④+⑤+⑥+⑦+⑧+⑨)/9(A畫面亮度)+ (①+②+③+④+⑤+⑥+⑦+⑧+⑨)/9(B畫面亮度)+(①+②+③+④+⑤+⑥+⑦+⑧+⑨)/9(C畫面亮度)=色彩亮度。

圖6:色彩亮度測(cè)

對(duì)于3LCD和3色輪的單片DLP投影機(jī)而言，色彩亮度一定是等于現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量亮度，而對(duì)于采用4色輪或極致色彩技術(shù)的投影機(jī)，其色彩亮度大多不到現(xiàn)有標(biāo)注亮度的一半。全新的評(píng)價(jià)方法對(duì)用戶目前可采用的投影機(jī)性能評(píng)價(jià)信息是一個(gè)非常好的補(bǔ)充。目前的投影機(jī)性能評(píng)價(jià)信息中，對(duì)比度和亮度都是關(guān)于單色(黑和白)的測(cè)量規(guī)格。即使標(biāo)注亮度相同，兩臺(tái)投影機(jī)投影顯示同一幅彩色圖像的效果也會(huì)有非常大的不同，原因就在于這些標(biāo)注是基于白色圖像的測(cè)量參數(shù)，而我們投射的大多是彩色圖像。因此，全新色彩亮度測(cè)量技術(shù)對(duì)最終用戶是很有幫助的。