白皮書

　　升級(jí)我們的游戲

　　改善巨幕的圖像質(zhì)量

　　——產(chǎn)業(yè)咨詢師 Gord Harris

　　封面圖片-美國(guó)Jennifer Chalsty 天文館自由科學(xué)中心

　　升級(jí)我們的游戲

　　如今，大型影院市場(chǎng)的燈泡型投影機(jī)面臨著來(lái)

　　自 RGB 激光系統(tǒng)固態(tài)照明的全新挑戰(zhàn)，后者

　　可顯著提高巨型熒幕(GS)圖像質(zhì)量，同時(shí)大

　　幅降低運(yùn)營(yíng)的成本。此外，多投影機(jī)系統(tǒng)結(jié)合

　　針對(duì)變形和融合進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)的全新系統(tǒng)。圖

　　像質(zhì)量遠(yuǎn)高于單一4K投影機(jī)的解決方案。

　　最近，越來(lái)越多的優(yōu)質(zhì)商業(yè)影院采用了巨型熒幕的 投影技術(shù)，巨型熒幕產(chǎn)品與優(yōu)質(zhì)商業(yè)影院之間的差 異逐漸消失。

　　本白皮書旨在幫助您準(zhǔn)確了解圖像質(zhì)量可取得 哪些改進(jìn);為什么它可以創(chuàng)造出具有差別的沉浸 式視覺(jué)體及其如何做到，讓巨型熒幕在家用及高 檔商業(yè)影院的沖擊下提高競(jìng)爭(zhēng)力。本白皮書討論

　　有待改進(jìn)的關(guān)鍵領(lǐng)域，以讓巨型熒幕影院穩(wěn)健地 邁入 DIGSS 2.0(數(shù)字化沉浸式巨型熒幕)中“理 想的未來(lái)”，現(xiàn)在就可以馬上行動(dòng)。本白皮書還概 述了一些關(guān)于激光的常見(jiàn)誤解和謬見(jiàn)、HDR( 高 動(dòng)態(tài)范圍 )和 HFR( 高幀率 )圖像的最新發(fā)展， 并提出了一些在未來(lái)仍可能有所改進(jìn)的領(lǐng)域。

　　分辨率和 MTF(調(diào)制傳遞函數(shù))

　　也許巨幕影院最顯著的優(yōu)勢(shì)是在廣角鏡頭下仍然保有極高的分 辨率和圖像細(xì)節(jié)。在 IMAX 發(fā)展早期，新發(fā)明的 15 孔 70 毫米膠 片的分辨率至少是商業(yè)影院常見(jiàn) 4 孔 35 毫米膠片的 9 倍。

　　通過(guò)制作高、寬各多出三倍的屏幕，巨幕影院從大多數(shù)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手 中脫穎而出。但是，如今情況又有何不同?我們所說(shuō)的分辨率究 竟是什么意思?

　　本文將討論圖像分辨率的兩大類別——空間分辨率和時(shí)間分辨率

　　(幀速率)。

　　COSI 天文館

　　空間分辨率以及影響最終系統(tǒng)分辨率的其它因素

　　DIGSS 2.0 規(guī)范只描述屏幕上可尋址的垂直和水平分辨率，而且 直到最近，這些分辨率大多被商用芯片組限制在 4096(h)x 2160

　　(v)左右的像素，并廣泛用于“ 寬屏” 商業(yè)影院以及 4K 分辨率。 但僅僅使用“ 4K 分辨率” 這樣的語(yǔ)句來(lái)定義它的性能似乎過(guò)于 簡(jiǎn)化，因?yàn)檫@種說(shuō)法忽略了一些影響最終系統(tǒng)分辨率的其他因 素，所以也忽略了不同觀眾對(duì)圖像質(zhì)量的感知。

　　它缺少許多巨幕愛(ài)好者考慮的一個(gè)關(guān)鍵因素——圖像的實(shí)際屏 幕高度，不僅僅是寬度。最初的IMAX影院使用 SMPTE(電影電視 工程師學(xué))419M-2005 標(biāo)準(zhǔn)中的 15 孔 70mm 膠片，屏幕寬高比 為 1.43:1，這就意味著寬度比高度高出約 43%。但沒(méi)有這樣的投 影機(jī)芯片組。并非所有巨型熒幕行業(yè)的人都同意保持這種原本 的“ 四三” 比例，雖然科視已經(jīng)證明用多臺(tái)投影機(jī)的混合系統(tǒng)可 以精確實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，但其他人則認(rèn)為，僅使用與普通電影院相同 的比例“ 夠好了” 。如果您只放映好萊塢影片或者數(shù)字電影，也 許確實(shí)如此。

　　而由于垂直觀賞的視角要大得多，這樣的說(shuō)法放到球幕影院中 就無(wú)法讓人信服了。事實(shí)上，球幕影院會(huì)將圓形魚眼鏡頭的主圖 像投射到一個(gè)完整的半球上，甚至是“ 四三” 比例的 Omnimax® 或 IMAX® 球幕影院通常也能水 180° 顯示，垂直顯示則大約為

　　126°，從而讓上下的觀眾獲得良好視角。DIGSS 2.0 規(guī)范沒(méi)有考 慮到鏡頭性能下降的影響——投影機(jī)上使用的光學(xué)設(shè)備會(huì)對(duì)焦 距、清晰度、視敏度、對(duì)比度以及所謂的“ 調(diào)制傳遞函數(shù)”(MTF) 產(chǎn)生巨大的影響，這個(gè)我們稍后解釋。屏幕表面的光潔度和聲音 的孔眼也會(huì)散射光線，使觀眾看到的系統(tǒng)分辨率有所降低。而且 最終的分辨率或清晰度也取決于觀眾座位的位置。更不用說(shuō)數(shù) 字電影或表演由攝像機(jī)拍攝的制作，并經(jīng)過(guò)了后期處理的過(guò)程， 其中謹(jǐn)慎程度如何?達(dá)到了怎樣的標(biāo)準(zhǔn)?所有這些，還有更多的 因素都會(huì)影響最終的系統(tǒng)分辨率性能，而不是“ 4K 分辨率” 一個(gè) 詞就能涵蓋的。

　　國(guó)家海軍航空博物館

　　升級(jí)我們的游戲——改善巨幕的圖像質(zhì)量 | 3

　　分辨率要多高才夠?

　　最終影響高分辨率質(zhì)量的不僅僅是投影機(jī)上的像素?cái)?shù)量，還 有觀眾眼睛的角度。與人們普遍的認(rèn)識(shí)恰恰相反，20/20 的視 力并不是最完美的視力，只是平均水平。有人會(huì)擁有更好的視 力，達(dá)到 20/15 甚至 20/13，或通過(guò)矯正通常也可以達(dá)到這樣 的水準(zhǔn)。分辨率沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)定義，但在光學(xué)上，它是輕易分辨兩 個(gè)點(diǎn)間隔很近的衡量方法，例如恒星的間距。通常，視力平均 為 20/20 的人能分辨出相隔約 1 弧分的恒星(六十分之一度=1 弧分=1’)。見(jiàn)圖 1。視力較差的人可能只看到單束光而不是兩 束光。

　　巨幕影院最初的設(shè)計(jì)是這樣的：坐在中間座位的觀眾可以看 到從屏幕左側(cè)到右側(cè)大約 90 度的角度，這稱為水平視野角

　　(HFOV)。每度有 60 弧分，這樣中央的觀眾一眼就能看到 60

　　x 90=5400 弧分。由于我們的 20/20 視覺(jué)靈敏度僅限于一弧分，

　　這就意味著如果屏幕上有 5400 像素，我們就幾乎無(wú)法從中央

　　的座位上分辨出黑白相間的像素。當(dāng)然，如果你坐得離屏幕更

　　近一點(diǎn)，你就需要更高的像素;如果是在球幕影院，所需像素更

　　高。最好的電影膠片上每毫米可以捕捉多達(dá) 100 線對(duì)，而 15孔

　　70 毫米膠片幾乎可以捕獲 1 萬(wàn)線對(duì)。

　　實(shí)際上，僅使用一臺(tái)投影機(jī)進(jìn)行數(shù)字化“ 4K” 投影并不能真正

　　14

　　12

　　10

　　8

　　6

　　4

　　2

　　0

　　150k

　　100k

　　50k

　　Average Eye Resolution

　　Eye resolution is not constant - it varies over the retina widely: 6 million cones, 100 million rods

　　2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28

　　Viewing angle from center ( ±deg.)

　　Cones

　　Rods Rods

　　Blind

　　Spot

　　捕獲 15 孔 70 毫米膠片的全比分辨率，不過(guò)在其他方面都效果 不錯(cuò)，而且更為經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。因此，如DIGSS 2.0 規(guī)范所述，巨幕 行業(yè)主要轉(zhuǎn)向可尋址的 4K 分辨率。水平熒幕數(shù)字投影而言已 經(jīng)“ 足夠好” 。但是，如果您坐在一個(gè)180度水平角的球幕影院 中，而您想要眼睛可以捕捉到的清晰度，您大約需要比 5.4K 高 出一倍的分辨率。

　　per mm2

　　60° 40° 20° 0° 20° 40° 60°

　　Nose

　　80?

　　60?

　　80?

　　60?

　　40?

　　fovea

　　blind spot

　　40?

　　20? 20?

　　opt. nerve

　　封面圖片-自由科學(xué)中心 Jennifer Chalsty 天文館

　　圖 1： 平均眼睛分辨率和視桿視錐在視網(wǎng)膜上的分布

　　分辨率要多高才夠?(續(xù))

　　這就是為什么使用多個(gè)投影機(jī)的“ 8K 球幕系統(tǒng)” 會(huì)比使用魚眼

　　鏡頭的單個(gè) 4K 投影機(jī)更為清晰的原因。這也是為什么我們真的

　　不應(yīng)該讓球幕和平面屏幕使用相同的分辨率，因?yàn)槠湟曇耙?/p>

　　得多。DIGSS 2.0 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定球幕的最小像素為 4096 H，這么低的

　　像素觀可能觀影效果不佳。

　　如果只提升球幕所用單個(gè)投影機(jī)的像素，會(huì)產(chǎn)生非常大的像素， 即使是座位最好的觀眾也會(huì)看到令人煩心的巨大像素點(diǎn)，而坐 在兩邊的效果則更為糟糕。這也明顯低于 15 孔 70 毫米膠片的 分辨率。如今，許多標(biāo)準(zhǔn)電影院在更小的熒幕上使用相同的分辨 率，許多家庭已擁有“ 4K” 電視。巨型球幕和影院需要?jiǎng)?chuàng)造一種 令人難以置信的體驗(yàn)，讓人們走出家門，獲得電影院和家中無(wú)法 實(shí)現(xiàn)的體驗(yàn)。

　　科視為 D3D Cinema 的客戶研發(fā)了一種更好的球幕解決方案。

　　該系統(tǒng)在縱向模式下使用三臺(tái)混合 4K 投影機(jī)，可實(shí)現(xiàn)總共約 22

　　個(gè)可訪問(wèn)的百萬(wàn)像素，相比之下，任意單個(gè) 4K 投影機(jī)解決方案

　　只有 8.8 個(gè)百萬(wàn)像素。

　　這個(gè) 1X3 呈像系統(tǒng)擁有 5.7k 可訪問(wèn)的水平分辨率和全高寬比， 四三比例球幕為 4K 分辨率。在一個(gè)只有 2160 垂直像素的球幕 上，它看起來(lái)比 4K寬屏更清晰。

　　而像 Evans&Sutherland 這樣的公司，則在一個(gè)完整的球幕上安 裝 5 至 10 架投影機(jī)，可訪問(wèn)分辨率甚至比 1X3 系統(tǒng)還要高。我 們已了解水平巨幕的分辨率需求比球幕低得多：一個(gè)約為 2200 萬(wàn)像素的 1×3 縱向水平解決方案明顯優(yōu)于以前 880 萬(wàn)像素的單 投影機(jī) 4K 解決方案——在效果上至少提升了三倍。

　　新加坡歐姆尼劇院

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　　調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)是什么?它與圖像質(zhì)量有什么關(guān)系?

　　在現(xiàn)實(shí)世界中，無(wú)論我們?cè)鯓觾A斜我們的頭部，視敏度都差不

　　多。換句話說(shuō)，我們對(duì)垂直或水平線以及在任何角度下都有著

　　同樣清晰的視覺(jué)(例如垂直分辨率=水平分辨率的情況下)。要

　　重現(xiàn)我們自然看到的圖像，應(yīng)使用正方形像素，而不是矩形像

　　素;將膠片捕獲像素的形狀與投影像素匹配起來(lái)自然也很重要，

　　否則就會(huì)導(dǎo)致圖像失真。一些膠片系統(tǒng)會(huì)使用變形鏡頭，從而

　　投影過(guò)程中拉伸圖像。如果使用正方形像素的DMD，那這些像

　　素就會(huì)被拉長(zhǎng)，而不再是屏幕上的正方形。因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一

　　分辨率，而由于人眼每弧分看到的光學(xué)線數(shù)對(duì)有限，在像素拉

　　長(zhǎng)方向上的分辨率看起來(lái)就會(huì)變低。這表明球幕使用標(biāo)準(zhǔn)非變

　　形鏡頭和正方形像素的系統(tǒng)在MTF 方面要優(yōu)于使用變形或魚眼

　　鏡頭系統(tǒng)。

　　在物理或光學(xué)領(lǐng)域，MTF 遠(yuǎn)優(yōu)于 DIGSS 2.0 中對(duì)于分辨率概念 的簡(jiǎn)單描述(可訪問(wèn)的元板像素)。我們應(yīng)該關(guān)心最終系統(tǒng)的 MTF，而不僅僅是投影機(jī)芯片組有多少“ K” 。要具體了解 MTF 的定義，請(qǐng)查看圖2.

　　此外，如果混合系統(tǒng)中的多個(gè)投影機(jī)使用標(biāo)準(zhǔn)鏡頭，則每個(gè)鏡

　　頭的 MTF 更高，熱負(fù)荷更低，景深效果更好，總體圖像質(zhì)量

　　比任何使用單個(gè)魚眼鏡頭的球幕都要高。Evans & Sutherland

　　于 2016 年在安大略科學(xué)中心使用了科視的投影機(jī)和鏡頭，為

　　GSCA 用十架投影機(jī)進(jìn)行了 8K 球幕演示，并與 15 孔 65 毫米膠

　　片和魚眼鏡頭的單臺(tái)投影機(jī)進(jìn)行并排測(cè)試相比，效果非常明顯。

　　Modulation Transfer Function

　　Courtesy of Alen Koebel

　　Position 1

　　0.8

　　0.6

　　Position

　　0.4

　　0.2

　　0

　　f50

　　0 50 100 150 200

　　Spatial frequency

　　Spatial Frequency (cycles/mm)

　　圖 2： MTF 的含義——一種比以” K” 論分辨率更好的測(cè)量方法

　　芝加哥-科學(xué)與工業(yè)博物館

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　　色彩容量

　　科視的科學(xué)家 Mike Perkins 創(chuàng)造了一個(gè)全新 3D 視覺(jué)空間，他 稱之為“ 色彩容量” ，用以更好地解釋HDR(高動(dòng)態(tài)范圍)和 WCG(寬色域)如何協(xié)同作用，從而提供更好的圖像。在數(shù)字圖 像中，可以將所有像素視為代表直接光源、漫射光源或鏡面光源

　　(參考圖 3)。直光來(lái)自實(shí)際光源，如背景中的夕陽(yáng)。漫射光類 似馬路上的路石，環(huán)境光向多個(gè)方向反射，外觀更為柔和。鏡 面反射則好像鉻制擋泥板或車身，它們像鏡子一樣定向反射光 線，給人一種堅(jiān)硬的金屬質(zhì)感。大多數(shù)真實(shí)場(chǎng)景都兼具漫反射 和鏡面反射的特征。而當(dāng)鏡面反射面直接向觀眾反射光線時(shí)， 我們就會(huì)得到“ 鏡面高光” 。一個(gè)很好的例子是優(yōu)秀的肖像畫中 人眼會(huì)露出白光，不然就會(huì)顯得呆板而沒(méi)有生氣。

　　直光

　　漫反射

　　鏡面高光

　　圖 3： 像素類型

　　圖 4： 圖像缺少鏡面高光

　　圖 5： 模擬鏡面光的色調(diào)

　　圖 6： HDR 圖像擁有復(fù)雜的光線組合

　　.

　　520

　　0.8

　　540

　　HDR 對(duì)顏色的影響

　　如果標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比度的顯示設(shè)備呈現(xiàn)的圖像鏡面高光較少，則觀眾 會(huì)認(rèn)為圖像過(guò)于“ 平淡” ，亮度峰值較低。而在HDR顯示設(shè)備 上，增加亮度并不是用來(lái)使圖像的大部分區(qū)域更亮，而是主要 保留鏡面反射，讓鏡面高光區(qū)域閃爍。請(qǐng)查看圖 4 和圖 5，對(duì)比 本地的反差。

　　像黑色汽車這樣的圓潤(rùn)物體會(huì)呈現(xiàn)出更加富有曲線的外觀，而 閃閃發(fā)光的前照燈和輪轂等細(xì)節(jié)也在HDR中變得更為逼真，同 時(shí)使大部分圖像并沒(méi)有受到影響或變得更亮。如果對(duì)風(fēng)扇葉片 上測(cè)量的亮度進(jìn)行 3D 繪圖(圖 6)，則可看到?jīng)]有鏡面高光的“

　　0.7

　　0.6

　　500

　　0.5

　　y

　　0.4

　　0.3

　　0.2

　　0.1

　　490

　　480

　　470

　　460

　　560

　　580

　　600

　　620

　　700

　　HDR 10

　　Rec. 709

　　平淡” 圖像具有幾乎扁平的輪廓，但在 100%鏡面高光下，風(fēng)扇 葉片中的細(xì)微色調(diào)就會(huì)體現(xiàn)出來(lái)。正是這種再現(xiàn)自然光照下輪 廓的能力，使得 HDR 圖像比標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)范圍投影機(jī)的效果更為逼 真。HDR 能與更廣泛的激光色域相結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的效果。

　　0 0.1 380 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

　　x

　　圖 7： REC709 和 HDR10 的 2D 色域?qū)Ρ取?/p>

　　原因是色域的面積會(huì)因峰值亮度而成倍增加，讓我們得到顯示

　　設(shè)備可提供的所有色彩容量。在 100 cd/m2 的校準(zhǔn)顯示設(shè)備上

　　有望呈現(xiàn) REC.709 內(nèi)容，但家居中的大多數(shù)現(xiàn)代高清電視的運(yùn)

　　行速度都有顯著提高，達(dá)到接近 300 cd/m2，HDR10 顯示設(shè)備

　　可支持 1000 cd/m2 或更高的峰值亮度。在圖 7 中，由于 CIE

　　1931 的 2D xy 色彩空間中的外三角形沒(méi)有那么大，所以看起來(lái)

　　并沒(méi)有什么驚艷之處。但如果添加三維亮度并旋轉(zhuǎn)圖形，則可

　　以看到顯示的總顏色體積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 REC.709(圖 8)。

　　所以真正的色彩是一種三維現(xiàn)象，原因是色域的面積會(huì)因峰值 亮度而成倍增加，讓我們得到顯示設(shè)備可提供的色彩容量。在 圖 9 中，HDR10 的色彩容量是如今我們所用的 DIGSS 2.0 標(biāo)準(zhǔn) 下 REC.709 色彩的七倍。準(zhǔn)確模擬現(xiàn)實(shí)世界的唯一方法是使用 HDR 顯示設(shè)備，因?yàn)樗婢吒叩姆逯盗炼群透鼘挼纳?。?視的 RGB 激光放映機(jī)擁有 HDR 功能，可在影院中呈現(xiàn)更加準(zhǔn)

　　1

　　0.9

　　0.8

　　0.7

　　0.6

　　L 0.5

　　0.4

　　0.3

　　0.2

　　0.1

　　0

　　0.8

　　0.6

　　Y

　　0.4

　　0.2

　　00 0.2

　　0.4 0.6 0.8

　　X

　　確而真實(shí)的色彩。

　　圖 8： 添加亮度之后，CIE1931 色域表明 HDR10 的色彩 容量要大得多。

　　1.2

　　1

　　0.8

　　I 0.6

　　0.4

　　0.2

　　0

　　-0.5 0 0.5 0.5 0

　　T P

　　-0.5

　　圖 9： 在 IPT 色彩空間中，HDR10 的色彩是 REC709 的七

　　倍。

　　幀速率/時(shí)間分辨率

　　之前的板塊主要聚焦靜止(非動(dòng)態(tài))的圖像。但在巨幕電影或數(shù)

　　字電影中呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)圖像時(shí)會(huì)發(fā)生什么?動(dòng)態(tài)細(xì)節(jié)是另一個(gè)問(wèn)題，

　　之前電影投影機(jī)每秒 24 幀的幀速率出現(xiàn)了許多問(wèn)題。科視投影

　　機(jī)兼容每秒 24 幀的投影機(jī)，但如有足夠的投資，還可以為您提

　　供更高的幀速率選項(xiàng)。當(dāng)大屏幕上的圖像相對(duì)靜止時(shí)，我們可

　　能會(huì)有難以置信的靜態(tài)空間分辨率，而如您所知，精致細(xì)節(jié)會(huì)

　　在動(dòng)態(tài)效果下迅速消失。然而，正是這些動(dòng)人鏡頭中的精致細(xì)

　　節(jié)使得高分辨率的巨幕電影如此引人入勝。我們將有效視覺(jué)分

　　辨率與“ 時(shí)間分辨率” 或“ 動(dòng)態(tài)分辨率” 區(qū)分開(kāi)來(lái)，而后者主要

　　受每秒幀數(shù)(FPS)中幀速率影響。

　　4500

　　4000

　　3500

　　3000

　　2500

　　2000

　　Frame Rate in FPS

　　24 fps

　　48 fps

　　60 fps

　　96 fps

　　120 fps

　　時(shí)間分辨率會(huì)影響許多感知要素，包括我們稱之為“ 頻閃” 的 效果，當(dāng)我們做諸如快速移動(dòng)拍攝或快速飛越美景時(shí)，這種效 果會(huì)導(dǎo)致急促、跳躍和卡頓的情況。這種頻閃是巨幕電影的最 大限制之一，而電影制作者也會(huì)竭盡全力將其降到 24 幀。你 可以明顯地注意到這種現(xiàn)象，特別是飛行拍攝的明亮圖像的邊 緣，例如黑水上會(huì)有白色的波紋，還有其他高對(duì)比度的物體， 它們互相向屏幕或球幕的邊緣發(fā)散。在這樣的天空中，觀眾唯

　　1500

　　1000

　　500

　　0

　　0 2 4

　　6 8 10

　　12 14

　　16 18 20

　　一能看清的就是畫面中央飛來(lái)的東西——其余部分都有嚴(yán)重的 卡頓。

　　動(dòng)態(tài)的時(shí)間分辨率會(huì)影響另一個(gè)因素——運(yùn)動(dòng)物體呈現(xiàn)的清晰 度或視敏度。我們通常稱之為“ 拖尾” 或“ 動(dòng)態(tài)模糊” ，它們能 夠使物體的邊緣變得模糊。幾乎所有全球幕影院都使用 60 幀的 星光秀，以確保物體的清晰度，即便是平板屏幕也可以在每秒 3 度的運(yùn)動(dòng)速度下以 60 幀保持 2K 的分辨率。(圖10)顯然，120 幀

　　(紫色)是其中最為清晰的，正如科視、Doug Trumbull、Pierre Routhier 和 Gord Harris 在多次 GSCA 會(huì)議上所展示的那樣。 實(shí)際上，在這些幀速率中，1120 幀的 HFR 得到觀眾對(duì)圖像質(zhì) 量的最高評(píng)價(jià)，結(jié)果如圖 11 所示。安大略省多倫多約克大學(xué)的 Laurie Wilcox 博士進(jìn)行的一項(xiàng)感知研究也發(fā)現(xiàn)，無(wú)論內(nèi)容如何 觀眾都明顯傾向于更高的幀速率，而對(duì)于高動(dòng)態(tài)的圖像，60 幀 或更高的幀速率尤佳。這些發(fā)現(xiàn)與模擬和游戲的結(jié)果一致，后 者幾乎總是以每秒 60 幀或更高的速度運(yùn)動(dòng)。科視技術(shù)將許多飛 行模擬器調(diào)整為 120 幀，以便全球安全飛行公司(FlightSafety International)之類的企業(yè)擁有更好的動(dòng)態(tài)分辨率。

　　Pan rate (degrees/second)

　　圖 10： 即使是較小的移動(dòng)速率，有效分辨率也會(huì)大幅下 降。

　　20

　　18

　　16

　　14

　　12

　　10

　　8

　　6

　　4

　　2

　　0

　　1 2 3

　　4 5 6

　　7 8 9 10

　　Image Quality (1 to 10)

　　圖 11： GSCA 觀眾對(duì) 120 幀圖像品質(zhì)的評(píng)價(jià)投票。

　　最新科視 4K RG B激光放映機(jī)系列能夠?qū)崿F(xiàn) 4K 分辨率的多種幀

　　速率，包括每秒 24、48、60 和 120 幀。針對(duì)部分特殊應(yīng)用，投

　　影機(jī)甚至能在 2K 分辨率下達(dá)到240 和 480 幀。這也是飛速運(yùn)行

　　的像素時(shí)鐘不可或缺的。Christie Trulife™ 電子平臺(tái)有一個(gè)有效

　　的像素時(shí)鐘，可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)融合和變形達(dá)到每秒輸出 12 億像素

　　(gpx/s)，實(shí)現(xiàn)多個(gè)投影機(jī)顯示。這是 HFR 的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。在大多

　　數(shù)圖像質(zhì)量中，240 幀高頻比 24 幀高出一個(gè)量級(jí)，但對(duì)于巨型

　　熒幕來(lái)說(shuō)，這是一項(xiàng)非常高昂的開(kāi)支。

　　盡管看起來(lái)很好，巨幕行業(yè)的共識(shí)似乎傾向于 60 幀或某種可變 幀速率，而不是轉(zhuǎn)變到 120 幀或超過(guò) HFR。要將當(dāng)前幀速率提 高五倍，顯然會(huì)對(duì)拍攝、處理和提供數(shù)據(jù)和服務(wù)器的成本造成影 響。沒(méi)有多少攝像系統(tǒng)可同時(shí)拍攝高分辨率、高清晰度和高空間 分辨率的圖像，而且后期部門一般沒(méi)有為存儲(chǔ)和處理五倍的幀 率做好準(zhǔn)備。影片制作者很喜歡使用“ 慢動(dòng)作” ，尤其對(duì)于野生 動(dòng)物巨幕拍攝而言，幾乎是不可能都以 120 幀的速度拍攝來(lái)拍 攝一切的。數(shù)據(jù)管理商也面臨著 60 幀 4K 文檔過(guò)大的挑戰(zhàn)。服 務(wù)器必須在同時(shí)運(yùn)行，才能以 4K 分辨率實(shí)現(xiàn) 120幀。以 4K 分辨 率 60 幀的速度兩次偶/奇數(shù)幀的輸送在如今已經(jīng)很常見(jiàn)，它也

　　是 4K 分辨率 120 幀所需的主心骨。但總體來(lái)說(shuō)，很多人認(rèn)為 60 幀的成本適宜，并用于全球幕、游戲和模擬器領(lǐng)域，將幀數(shù)從 24 提高為 60 是一個(gè)“ 足夠好” 的改進(jìn)，同時(shí)也證明確實(shí)有效。

　　而對(duì)于純屬虛構(gòu)的想象作品，比如故事性電影，24 幀似乎夠用 了，也許我們的大腦會(huì)自動(dòng)填補(bǔ)其中的細(xì)節(jié)。具有這樣想法的觀 眾忍受頻閃、閃動(dòng)和動(dòng)態(tài)模糊，并將其視為電影在畫面上不可避 免的制約。但對(duì)于希望用“ 身臨其境” 的感覺(jué)來(lái)吸引人們的巨幕 紀(jì)錄片，使用 60 幀或更高的 HFR 投影機(jī)會(huì)有諸多益處。雖然投 影機(jī)可以處理這個(gè)問(wèn)題，但卻不清楚可變幀速率的捕捉、發(fā)布和 分銷的后勤工作——視覺(jué)效果已經(jīng)是一個(gè)問(wèn)題，因此降低幀速 率的標(biāo)準(zhǔn)化會(huì)使巨幕行業(yè)進(jìn)一步分裂。Showscan 工作室的先鋒 Doug Trumbull 用他的 MAGI 流程展示出模擬器和 3D HFR 可以

　　從 60 幀顯示設(shè)備中獲益，通過(guò)接近 120 幀的 3D 圖像達(dá)到純凈

　　的感知效果。但很少有人見(jiàn)過(guò)這樣的系統(tǒng)，它們似乎僅用于某些

　　特殊場(chǎng)合。

　　Digs2.0 建議將巨幕影院的全新標(biāo)準(zhǔn)幀速率設(shè)為 60 幀或更高，這 似乎是介于 24 幀和 120 幀之間的合理折衷。

　　更多關(guān)于HFR的信息，請(qǐng)查看《LF 觀察第 19 卷(LF Examiner Vol. 19,)》,《巨幕影院服務(wù)器第 7 節(jié)( No. 7 “Servers for GS Cinema”)》《HFR 演示調(diào)查第 19 卷第 5 節(jié)(HFR Demo Survey Results)》,《巨幕影院HFR案例(“The Case for HFR in Giant Screen Theaters”)》第 19 卷，第 6 節(jié)”。

　　科視Christie MirageSST

　　4K、30000 流明、光纖耦合 RGB 激

　　光投影系統(tǒng)

　　科視Christie D4K40-RGB

　　4K、40000 流明、一體式

　　投影機(jī)

　　對(duì)比度和動(dòng)態(tài)范圍

　　圖像對(duì)比度可使電影“ 流暢” 和“ 清晰”(圖 12 和13)。您通?？?以依靠電影制作者來(lái)處理圖像的對(duì)比度，但如何呈現(xiàn)或展示這 些圖像則取決于投影機(jī)和鏡頭的性能，以及其它系統(tǒng)的因素。 也許是因?yàn)槲覀兪菑木G色的植被世界進(jìn)化而來(lái)，我們的眼睛對(duì)

　　530 到 580 納米波長(zhǎng)之間的黃綠光最為敏感。因此對(duì) 430 納米 附近的藍(lán)光或 680 納米附近的紅光最敏感。我們眼睛適應(yīng)白光 稱之為白晝視覺(jué)，我們的靈敏度會(huì)在555 納米左右達(dá)到峰值。 我們談?wù)搱D像對(duì)比度時(shí)，我們通常指的是圖像中最暗(黑)和最 亮(白)部分的不同亮度。

　　理解和測(cè)量對(duì)比度 那么我們能感知多少對(duì)比度呢?結(jié)果令人難以置信。我們的眼

　　睛可以依次感知大約九個(gè)量級(jí)的亮度，從大約1/1000 勒克斯的

　　星光到 100000 勒克斯的太陽(yáng)光，但不能同時(shí)看到。因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)

　　世界中的亮度范圍如此之大，我們的眼腦系統(tǒng)會(huì)用對(duì)數(shù)形式呈

　　現(xiàn) S 形反應(yīng)曲線，從而將現(xiàn)實(shí)世界的亮度壓縮到 50:1 到 100:1

　　左右的感官體驗(yàn)。標(biāo)準(zhǔn)投影機(jī)的對(duì)比度通常限制在 1500 到

　　6000:1 之間。DIGSS 2.0 規(guī)定巨幕的最低標(biāo)準(zhǔn)為 1500:1。如今，

　　許多數(shù)字圖像的所有色彩仍然只有 8 位，僅能呈現(xiàn)28 或 256 級(jí)

　　的對(duì)比度。那么我們?nèi)绾胃鶕?jù)需要獲得高達(dá)數(shù)千比一的圖像對(duì)

　　比度呢?

　　我們眼睛會(huì)耍一個(gè)小花招，用一個(gè)稱為伽馬曲線的非線性曲線 來(lái)擴(kuò)大投射的光的范圍。“ 亮度(brightness)” 一詞常與“ 發(fā)光 度(luminance)” 混淆。發(fā)光度是物品表面光的測(cè)量，而亮度則 是物品表面的主觀外觀。粗略地說(shuō)，圖像對(duì)比度是指屏幕上白 與黑之間測(cè)量到的同單位的亮度之比，例如 fL(英尺朗伯——一 個(gè)英尺朗伯是黃昏天空的發(fā)光度，是人類彩色視覺(jué)的最小值)。 如果白色區(qū)域的測(cè)量值為 100fl，黑色區(qū)域的測(cè)量值為 0.1 fl，我 們將其稱為對(duì)比度 100/0.1=1000:1。

　　圖 12： 低對(duì)比度(左)和高對(duì)比度(右)圖像

　　圖 13： 對(duì)比度效果對(duì)分辨率感知的影響 越高越好，通常最多可感知到的對(duì)比度為 1000:1

　　在理解和測(cè)量對(duì)比度(續(xù))

　　場(chǎng)景中測(cè)量對(duì)比度的一種常見(jiàn)方法是呈現(xiàn)某種棋盤式黑白矩

　　形，其大小便于光度計(jì)的測(cè)量。專業(yè)術(shù)語(yǔ)將其稱為“ 幀內(nèi)對(duì)比

　　度” ，因?yàn)樗窃谕粋€(gè)屏幕的同一幀內(nèi)同時(shí)顯示，而不是按

　　順序依次顯示。這個(gè)比例不會(huì)隨亮度而變化太多，畢竟它只是

　　一個(gè)簡(jiǎn)單的線性比例。入射光測(cè)量?jī)x能很好地測(cè)量序列對(duì)比度，

　　即在投影機(jī)上顯示全白色，類似于膠片中的“ 開(kāi)門” 測(cè)量，隨后

　　顯示全黑色，一次顯示一個(gè)。整個(gè)投影出的圖像要么是全黑，

　　要么是全白，以此來(lái)測(cè)量序列對(duì)比度。DIGSS 2.0 中的序列對(duì)比

　　度或“ 幀內(nèi)對(duì)比度” 往往都很高，在標(biāo)準(zhǔn)投影機(jī)上通常為數(shù)千比

　　一。

　　亮度測(cè)光表通常用于測(cè)量屏幕上任意一點(diǎn)的亮度和對(duì)比度，而 在巨幕影院或球幕這樣有六層樓高度且難以觸及的地方，則通 常使用入射光測(cè)量?jī)x。根據(jù) DIGSS 2.0 指南，要獲得優(yōu)質(zhì)圖像， 您至少需要 150:1 幀內(nèi)對(duì)比度。而在巨大的平面屏幕影院中， 所有正常的出口標(biāo)志和樓梯燈都會(huì)亮著，這會(huì)沖淡屏幕上的黑 色。所以顯然您的影院越暗越好。保持序列和幀內(nèi)的高對(duì)比度 都至關(guān)重要。根據(jù) DIGSS 2.0，連續(xù)圖像對(duì)比度的最低標(biāo)準(zhǔn)是

　　1500:1，但如果您真的想在全黑影院里呈現(xiàn)高品質(zhì)影片，匹配 電影拍攝使用的最佳膠片，那么您應(yīng)該希望在屏幕的對(duì)比度達(dá) 到 4000:1 或更高。

　　了解 HDR

　　全新科視 HDR(高動(dòng)態(tài)范圍)投影機(jī)實(shí)際上可以投射超過(guò) 100 萬(wàn) 比 1 對(duì)比度范圍(六個(gè)量級(jí))的光線。雖然沒(méi)有現(xiàn)實(shí)世界的十億 分比一那么高，但也很接近了。

　　科視最新 RGB 激光投影機(jī)擁有動(dòng)態(tài)范圍極高的 HDR 單元，它 們通過(guò)使用德州儀器的多個(gè) DMD 調(diào)制器，投射出超過(guò) 100 萬(wàn) 比 1 對(duì)比度范圍(六個(gè)量級(jí))的光線。雖然沒(méi)有現(xiàn)實(shí)世界的十億 分比一那么高，但也很接近了。

　　當(dāng)在天文館通過(guò)這樣圖像觀看夜空群星時(shí)，就能體驗(yàn)到壯觀的

　　效果，那就像您所見(jiàn)過(guò)的最美麗夜空，明亮而清晰的群星讓您

　　眼花繚亂?？埔曂瞥龅倪@些全新投影設(shè)備在對(duì)比度方面優(yōu)于所

　　有電影放映機(jī)。

　　與膠片或老一代的放映機(jī)不同，黑色即為完全黑色，所以您不 會(huì)看到畫面的邊緣，也看不到多投影機(jī)在球幕上的混合區(qū)域。

　　您可能好奇這些最新超高對(duì)比度 HDR 投影機(jī)是否真的對(duì)球幕 卓有成效?DIGSS 對(duì)球幕的幀內(nèi)對(duì)比度要求只有 10:1?要理解 這一點(diǎn)，您就得知道當(dāng)球幕的一半或更多部分被50/50 ANSI 的 黑白測(cè)試圖照亮?xí)r，就會(huì)出現(xiàn)這種情況。在半球幕中，限制對(duì) 比度的最大因素之一是來(lái)自屏幕其它部分光線的交叉反射。例 如，從測(cè)試圖或明亮物體(如太陽(yáng)、月亮或航天飛機(jī))上照射到 球幕側(cè)面的全白光將直接在球幕上反彈或反射，從而照亮圖像 中的黑色或較暗區(qū)域。因而黑色會(huì)變得更像灰色，從而降低對(duì) 比度。不僅是直射光，從屏幕上散射而出的漫射光會(huì)散向任何 方向，并降低屏幕上其它較暗的區(qū)域。球幕的涂料越亮，反射 率越高，光線反彈的次數(shù)就越多，而每次反彈都會(huì)通過(guò)交叉反 射沖淡黑色。

　　在巨型球幕發(fā)展早期，客戶不太了解這種影響，認(rèn)為白色球幕 更亮更好。有的甚至使用反射率為 90%或以上的平面涂料。所 以系統(tǒng)的對(duì)比度非常低，低到 2:1 或 3:1。這是一個(gè)常見(jiàn)的錯(cuò) 誤，即認(rèn)為圖像的亮度比對(duì)比度重要。而我們現(xiàn)在知道，改善 系統(tǒng)對(duì)比度的更好解決方案是使用低反射率的涂料。例如，如 果同軸的峰值反射率僅為 30%，而不是 90%，這樣 70%的入射 光就會(huì)被吸收，而不是被反射，則圖像的白色部分會(huì)變暗，并 且交叉的反射光在幾次反射后會(huì)快速衰減，而由于反射光較少， 每個(gè)黑色的區(qū)域就都會(huì)保持更暗的狀態(tài)。由此帶來(lái)更好的 ANSI 對(duì)比度。我們的眼睛能夠很快地適應(yīng)場(chǎng)景中不同的亮度，但是 它們不能適應(yīng)或糾正較低或者丟失的對(duì)比度。

　　球幕 HDR

　　讓我們回到球幕 HDR 的問(wèn)題上來(lái)——既然這樣，為什么還要為

　　球幕使用序列對(duì)比度為 100 萬(wàn)比 1 的投影機(jī)呢?答案是它們帶

　　來(lái)的圖像仍然比普通投影機(jī)的要好很多，因?yàn)殡娪爸谱髡咄?/p>

　　很聰明，不會(huì)像 50/50 ANSI 對(duì)比度圖表那樣用白色來(lái)填充半個(gè)

　　球幕。實(shí)際上，柯達(dá)公司已經(jīng)確認(rèn)室外場(chǎng)景的平均反射率更接

　　近18%。舉一個(gè)極端的例子，如果在黑色天空中有白色的恒星

　　或鏡面高光，其中可能只有 1%的屏幕是全白的，其余部分都是

　　暗的，系統(tǒng)對(duì)比度可能接近 150:1，或者會(huì)在更大的平面屏幕上

　　看到的相同對(duì)比度，因?yàn)楹苌儆邪咨珔^(qū)域會(huì)交叉反射來(lái)照亮黑

　　色。實(shí)際上，科視已在平板屏幕上測(cè)量超過(guò) 20000:1 的局部對(duì)

　　比度：在角落處有白色的小方格，屏幕中央為黑色，即使鏡頭

　　中有散射光，還有一些房間的背光反射?，F(xiàn)在一家完全變暗的

　　天文館可以與這個(gè)星球最黑暗的天空形成對(duì)比，因?yàn)?HDR 的

　　RGB 激光投影機(jī)可以使白色變得更為明亮，黑色更加黯淡。

　　更好的像素需要更高的動(dòng)態(tài)范圍、更好的對(duì)比度，更深的黑色， 這樣 RGB 激光投影機(jī)才能真正地發(fā)光發(fā)亮。此外，我們還可以 輕松地發(fā)現(xiàn)文物，特別是在較暗的區(qū)域，或者也可以用于平滑 過(guò)度的區(qū)域，例如藍(lán)天。DCI 規(guī)范的每種色彩會(huì)使用 12 位色彩 空間，我們之后也會(huì)看到它可以讓 Rec 2020 有更好的色彩。目 前，Dolby Vision 影院和其他由科視生產(chǎn)的投影機(jī)的各個(gè)部件 都使用 12 位色彩。DIGSS 規(guī)定每種色彩最低為 8 至 10 位，或 者更高。Rec 2020 規(guī)定各部件最少為 10 位。

　　要保持 HDR 對(duì)比度，那么在高分辨率服務(wù)器中實(shí)現(xiàn)每種色彩都

　　超過(guò) 8 位則是自然光學(xué)混合的實(shí)際要求?？赡苓€需要改進(jìn)整個(gè)

　　巨幕背后的生產(chǎn)鏈，以充分利用全新 HDR 和 HFR 投影機(jī)。否

　　則會(huì)出現(xiàn)屏幕輪廓和其他令人不快的違和感，從而降低原本壯

　　觀的圖像質(zhì)量。

　　曼谷天文館

　　對(duì)比度也隨著環(huán)境光的增加而呈出現(xiàn)出指數(shù)級(jí)下降。因此根據(jù) 安全規(guī)定，應(yīng)將影院或球幕內(nèi)所有的環(huán)境光源盡可能降到最低， 這對(duì)獲得最佳圖像至關(guān)重要。如果一個(gè) 8000:1 對(duì)比度的投影機(jī) 展現(xiàn)的是 DIGSS 標(biāo)準(zhǔn)下 20fL 白色影片，而您想看到這種對(duì)比 度的投影機(jī)所帶來(lái)的好處，那您的目標(biāo)應(yīng)該是讓屏幕上的黑色 達(dá)到或低于 20/8000=0.0025 fL。環(huán)境光和屏幕增光(尤其是球 幕)對(duì)系統(tǒng)的對(duì)比度有很大影響。現(xiàn)代 HDR 鏡頭設(shè)計(jì)是獲得良 好對(duì)比度的關(guān)鍵。

　　大湖區(qū)科學(xué)中心的克利夫蘭診所球幕影院

　　總結(jié)

　　我們通過(guò)本白皮書了解到在一個(gè)巨型熒幕的影院中，如何通過(guò)

　　接近真實(shí)世界中的人類感知需求實(shí)現(xiàn)“ 身臨其境” 的感覺(jué)。充分

　　的亮度，生動(dòng)的色彩，逼真流暢的動(dòng)態(tài)，卓越的 MTF 和高動(dòng)態(tài)

　　范圍都可以通過(guò)精心設(shè)計(jì)的 RGB 激光投影系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然，在

　　追求更高性能的同時(shí)，還必須權(quán)衡尺寸、電力和成本?？埔曁?/p>

　　供各種 RGB 解決方案，以適應(yīng)不同的大屏幕市場(chǎng)和成本預(yù)算。

　　科視最近在 RGB 激光、自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)和光學(xué)設(shè)計(jì)方面的銳意發(fā)

　　展，提高亮度、色彩容量、幀速率和動(dòng)態(tài)范圍，同時(shí)大大簡(jiǎn)化校

　　準(zhǔn)和維護(hù)并降低成本，從而顯著地改變了 LF 行業(yè)的情況。超高

　　的分辨率足以媲美超過(guò) 15 孔 70 毫米的膠片，現(xiàn)在還可以使用

　　多個(gè)混合投影機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變形和融合，呈現(xiàn)出天衣無(wú)縫的圖像。

　　科視堅(jiān)信，我們現(xiàn)在可以通過(guò)為巨幕影院和球幕提供我們的

　　RGB 激光解決方案來(lái)實(shí)現(xiàn) DIGSS 2.0 中大部分“ 夢(mèng)寐以求” 的

　　配置。

　　聯(lián)系專家

　　如果您有其他問(wèn)題或需要幫助選 擇正確的方案，請(qǐng)聯(lián)系我們。我們 會(huì)通過(guò)專家團(tuán)隊(duì)聯(lián)系您，樂(lè)意與您 一起完成多項(xiàng)估價(jià)和采購(gòu)流程。

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