Как найти время пикселя

Выбор монитора требует внимательного изучения его возможностей. Диагональ, разрешение и частота обновления, несомненно, значимые параметры, но не только они влияют на комфорт эксплуатации. Дорогая модель с впечатляющими характеристиками может быть не подготовлена для динамичных сцен и компьютерных игр. Для этого нужно учитывать время отклика монитора.

Экран — это связующее звено между пользователем и компьютером, поэтому несоответствие параметров дисплея ограничивает потенциал всей системы. На старом мониторе едва ли получится ощутить разницу между топовым и посредственным «железом».

Время отклика — что это

Под временем отклика подразумевают временной интервал, который требуется пикселю для изменения яркости свечения. Это время, нужное пикселю для переключения с одного цвета на другой. Параметр измеряется в миллисекундах (мс). Время отклика еще называют задержкой матрицы дисплея.

Мониторы с минимальным временем лучше отображают динамические сцены. Быстрое переключение между цветами пикселя обеспечивает максимальную детализацию каждого кадра.

Эффект видео в компьютерных мониторах обеспечивает быстрая смена кадров, которые, в отличие от кинопленки, не несут в себе информации о последующих и предыдущих кадрах. Размытие наглядно демонстрирует то, что пиксели не успели изменить цвет на нужный. Отсюда: чем меньше время отклика, тем лучше.

Время отклика  связано с частотой обновления экрана. При скорости 60 кадр / с новое изображение генерируется каждые 16,7 мс. В одной секунде 1000 миллисекунд. Чтобы узнать время генерации нового кадра, нужно 1000 разделить на частоту обновления экрана. Чем больше время отклика, тем меньше времени на экране удержится корректное изображение. Из-за этого появляются шлейф и размытое движение. В таких условиях трудно разглядеть и определить точное расположение подвижного объекта.

Методы измерения

Время отклика демонстрирует физические возможности матрицы монитора. Кажется все просто, но это не так. Производители используют разные методики и условия измерения, и не всегда их публикуют. Разница в показаниях может отличаться в 2 и более раз. Использование разных методов измерений создает настоящий хаос.

GtG

GtG (grey to grey) — демонстрирует время переключения пикселя между оттенками серого. По ISO 13406-2 стандартным методом считается замер временного интервала, который нужен пикселю для перехода от 90 % до 10 % яркости. На практике это не всегда соответствует действительности, и производители часто выбирают собственные значения. Например, от 80 % до 30 %.

Чаще всего время отклика указывают в GtG. Параметр считается наиболее близким к реальным условиям эксплуатации. В реальности — время отклика у разных полутонов разное. Это значит, что светлые области будут переключаться с другой скоростью, нежели темные.

BtW

BtW (black to white) — отображает время, требуемое пикселю для перехода из выключенного состояния до 100-процентной яркости. Этот метод считается устаревшим, и в настоящее время не используется для обозначения времени отклика.

BtB или BWB

BtB или BWB (black white black) показывает время перехода из выключенного состояния пикселя до 100-процентной яркости, а затем обратно в выключенное положение. Активно использовался в прошлом, но уступил первенство методу GtG. Причина: изображение на дисплее редко подвергается глобальным переходам между цветами, хотя этот показатель наиболее полно демонстрирует время задержки матрицы.

MPRT

MPRT (motion picture response time) — время отклика движущегося изображения, которое еще принято называть кинематографическим откликом. Некоторые бренды указывают этот параметр вместе с GtG.

MPRT — не является временем отклика пикселя. Это реакция матрицы на движение, которая наглядно показывает время существования шлейфа. Простыми словами: за такое время исчезнет шлейф при резкой остановке объекта. MPRT больше зависит от частоты обновления экрана, хотя связь со временем отклика пикселя тоже есть.

Чтобы сократить MPRT, разработчики используют MBR (motion blur reduction). Это технология, в основе которой лежит принцип стробоскопа, подразумевающий кратковременное отключение подсветки в конце времени кадра. Невооруженным глазом такой переход не заметить, зато визуально динамичные сцены становятся более четкими. Правда, технология MBR несовместима с адаптивным обновлением.

Реальный MPRT больше времени отклика GtG, что и показано на графике выше.

Можно ли измерить время отклика самостоятельно

Уже упоминалось, что время отклика — это физическое свойство матрицы. Измерить его самостоятельно будет проблематично. Без дорогостоящего оборудования и измерительных приборов погрешность расчетов будет ощутимой.

Считать этот параметр софтом без фотодатчика невозможно, хотя такую попытку предприняли разработчики TFT Monitor Test. Создатели не указали, как именно ведется расчет. При равных условиях два монитора могут выдать один результат, так что не стоит полагаться на полную достоверность теста. Однако у утилиты есть несколько полезных режимов, среди которых движущийся белый квадрат. Присутствие шлейфа и визуальные искажения выдают большое время отклика, но это лишь наглядная демонстрация.

Для тестирования может пригодиться утилита Pixperan Testing, а также онлайн-тесты Display Shin0by и Blur Busters UFO Motion Test.

Разгон монитора

Для ускорения отклика матрицы используют режим Overdrive (OD) или Response Time Compensation (RTC). У каждого производителя мониторов есть своя методика разгона, но общая суть сводится к одному: кратковременному повышению импульсов напряжения для ускоренного поворота кристаллов субпикселей. Разгон матрицы в режиме Overdrive безопасен, и не приводит к сокращению срока службы монитора. О возможности улучшения времени отклика может сказать наличие игрового режима в характеристиках модели.

Во всем нужна мера, и в разгоне монитора тоже. Максимальное ускорение отклика может вызвать другую проблему — артефакты Овердрайва.

Артефакты Овердрайва — светлое мерцание.

Производители предлагают пользователям набор из нескольких настроек режима Overdrive, из которых опытным путем можно подобрать подходящий вариант.

В каких случаях важно минимальное время отклика матрицы

Особое внимание этому параметру уделяют геймеры, и не просто так. Высокая скорость переключения пикселей в играх может стать реальным преимуществом. Благодаря минимальной задержке матрицы можно разглядеть важные детали в насыщенных динамичных сценах и своевременно реагировать на изменения ситуации.

Что это дает? Например, в шутерах при помощи «быстрого» монитора можно раньше заметить снайпера в оконном проеме. Кемперить тоже будет намного комфортнее, ведь противник с «медленным» монитором даже не заметит засады.

Чем выше навык геймера, тем больше преимуществ дает «ничтожная» разница всего в несколько мс.

Справедливости ради, нужно указать, что на реакцию игрока влияют и другие виды задержки, среди которых input lag, стабильность интернет-подключения (для онлайн-игр), время передачи сигнала от манипуляторов, но это уже другая история.

Требовательные игроки могут ощутить разницу времени отклика в любой игре, независимо от жанра. Даже в популярных браузерных играх по типу «Три в ряд». Во многих из них присутствует таймер, поэтому важна скорость реакции игрока. Кроме того, динамичные визуальные эффекты лучше выглядят на «быстрых» мониторах.

Сокращение времени отклика сделает анимацию детализированной, четкой, а значит, более привлекательной. На мониторе с минимальным временем отклика приятнее играть.

Исключение

В мониторах для создателей контента больше внимание уделено точности цветопередачи и расширению палитры цветов. Вот почему время отклика в таких случаях отодвигается на второй план.

Из этого следует: не все модели выбранной ценовой категории одинаково подходят для игр или работы.

«Кто нам мешает, тот нам поможет»
к/ф «Кавказская пленница»

Преамбула

Время отклика LCD экрана является одной из важнейших характеристик монитора и телевизора. От него зависит, насколько хорошо данный монитор подходит, например, для компьютерных игр или просмотра видео. Если время отклика слишком большое, то на экране за движущимися высококонтрастными объектами будут оставаться видимые глазом артефакты, воспринимаемые как «призраки» или «тени», мешающие просмотру. Но, в отличие от большинства других технических характеристик, время отклика трудно измерить. А ведь это могло бы быть очень полезно, например при приобретении нового монитора или телевизора, а также при их настройке.

С другими техническими параметрами все более-менее понятно и очевидно. Например, размеры экрана при желании можно измерить рулеткой или линейкой. Разрешение экрана и размер пикселя тоже можно «пощупать», разглядывая экран с близкого расстояния. Многие параметры (например, яркость и контрастность экрана, глубина черного, равномерность засветки, отображение градиентов, резкость, углы обзора, гамма и так далее) можно проверить с помощью специальных тестовых программ начиная от простейших утилиток типа «Nokia Test», и до программ для комплексной настройки, проверки и сравнения, например «LCD Vs_mon».

Но, к сожалению, время отклика LCD экрана так просто посмотреть и «пощупать» не получается, и остается ориентироваться на значения, указываемые изготовителем в паспорте или рекламном буклете. Но тут тоже все довольно запутано. Существуют разные понятия времени отклика: GtG (grey to grey, от серого к серому), BtW (black to white, от черного к белому), BtB или BWB (black-white-black, с чёрного на белый и обратно). К тому же каждый изготовитель измеряет время отклика монитора по собственной методике, некоторые из них для уменьшения времени отклика используют технологию разгона Overdrive, и поэтому прямое сравнение мониторов или телевизоров разных марок друг с другом может быть некорректным.

Так что хотелось бы иметь какой-то инструмент, с помощью которого дома (а еще лучше в салоне магазина при покупке) можно было бы провести объективное измерение, чтобы на его основе определить, насколько хорошо данный телевизор или монитор подходит именно вам.

Можно ли как-то это сделать?

В принципе конечно можно, но…

Вот, например, краткое описание методики измерения времени отклика, принятой на IXBT.COM:

Теория
Определение времени отклика для мониторов дано в стандарте ISO 13406-2. Время отклика — это сумма времени, необходимого для изменения относительной яркости объекта с 0,1 до 0,9 (время включения) и времени для обратного изменения (время выключения). Относительная яркость при этом определяется как разность мгновенной (в текущий момент времени) и минимальной (монитор включен, на вход подается видеосигнал, соответствующий черному полю) яркостей, отнесённая к разности максимальной (монитор включен, на вход подается видеосигнал, соответствующий белому полю) и минимальной яркостей.

Практика

Аппаратная часть комплекса для измерения времени отклика состоит из фотодатчика, измеряющего относительную яркость на участке экрана тестируемого монитора, и USB-АЦП L-Card E-140 (макс. 100 кГц, работает на частоте 10 кГц, 14 бит) для оцифровки и ввода данных с датчика в компьютер, а также необходимых кабелей…

Программная часть комплекса — это программа GelTreat, позволяющая регистрировать и анализировать зависимости типа время-отклик, модифицированная для получения значений времен отклика.

В ходе измерений, программой GelTreat запускается два процесса: первый регистрирует сигнал с датчика, второй — в DirectDraw-режиме выводит на экран тестируемого монитора шаблоны. Страницы в шаблонах меняются через 500 мс на протяжении 10 с…

На записи получаем примерно 10 импульсов. Обрабатываем последние 5, где режим монитора уже точно установился… В результате, на графике появляются горизонтальные красные линии, отмечающие 10% и 90% от максимального отклика (яркости)… Всего определяем по 5 интервалов, затем подсчитываем средние времена включения, выключения и их сумму…

Можно ли такой способ рекомендовать для самостоятельного тестирования?

Наверное, вряд ли…

Может быть, можно это сделать как-то попроще, например, с помощью обычного фотоаппарата или видеокамеры? В принципе можно, но тут есть определенные трудности, проблемы, связанные как с принципом формирования изображения на LCD матрице телевизора или монитора, так и с принципами фиксации изображения фотоаппаратом или видеокамерой.

Тут нам понадобится немного теории.

Теория

Изображение на LCD матрице монитора или телевизора формируется из расположенных по строкам и столбцам нескольких миллионов отдельных точек, пикселей, каждый из которых в свою очередь состоит из триады цветных субпикселей.

К каждому пикселя в соответствии с его расположением применяется адресация по строкам и столбцам.

Информация на переключение пикселя передается построчно, последовательно всем пикселям каждой строки, и так последовательно строка за строкой для всего экрана. Потом процесс запускается заново, начинается передача следующего кадра. Обычно в LCD экранах мониторов и телевизоров время такого цикла, частота кадров бывает от 60 герц и более, то есть обновление кадров происходит каждые 16,7 миллисекунд и даже менее.

Соответственно и пиксели на LCD матрице переключаются не единовременно, а строка за строкой. Поэтому даже в пределах одного кадра, в каждый момент времени часть пикселей на экране уже «старые», появившиеся аж целых несколько миллисекунд назад и уже успевшие переключиться и изменить свою яркость, часть более молодые, находящиеся в процессе переключения, ну а некоторые только что появились, и только собираются переключаться.

Поэтому если мы с помощью высокоскоростной съемки попробуем зафиксировать, что происходит на поверхности ВСЕГО экрана с черного на белый, то на снимке мы получим не ровный серый тон, а своеобразную градиентную заливку. Часть экрана уже изменила цвет, а часть еще нет.

В принципе конечно можно измерить в фотошопе яркость пикселей в разных частях снимка экрана, по их положению, а также, исходя из частоты кадровой и строчной развертки, определить момент их появления, и на основании этого путем математических расчетов попытаться вычислить время отклика, но простым такое решение вряд ли можно назвать. Да и точным такое измерение вряд ли будет. Ну, а о наглядности и говорить нечего…

Да и не всякая камера позволит сделать такой снимок.

И дело тут не только в каких-то особых требованиях к ее быстродействию, а в некоторых особенностях работы затвора и фиксации изображения. Например, приведенный выше снимок сделан старенькой бюджетной мыльницей с центральным затвором, но сделать аналогичный снимок даже самой современной «зеркалкой» со шторным затвором в принципе невозможно.

Остановимся на этом поподробнее.

Сначала несколько слов о затворах, применяемых в фото- и видеотехнике.

Затворы в фото- и видеотехнике

Из всего многообразия конструкция остановимся на трех, наиболее интересных для нашего дальнейшего рассмотрения.

Центральный затвор располагается между линзами объектива или сразу за задней линзой. При его срабатывании экспонируется сразу вся площадь светочувствительного элемента. Выдержка регулируется временем открытого состояния затвора. Такой затвор имеет относительно простую конструкцию, при любых выдержках обеспечивает равномерную экспозицию всей поверхности светочувствительного элемента, поэтому различными вариантами подобных затворов оснащается большинство компактных цифровых камер. Но поскольку центральный затвор располагается внутри объектива и затрудняет его замену, такая конструкция крайне редко встречается в камерах со сменными объективами

Шторный затвор располагается непосредственно вблизи фотопленки или светочувствительного элемента. Поскольку шторки затвора начинают двигаться от одного края к другому, экспонирование кадра тоже происходит последовательно, от края до края. Скорость движения шторок затвора поддерживается строго постоянной при любой выдержке, а выдержка регулируется изменением размера «щели», расстояния между шторками в процессе их движения (поэтому иногда такой затвор называют шторно-щелевой).

Полностью открытым такой затвор оказывается только при выдержке, большей так называемой выдержки синхронизации, X-Sync, которая указывается в технических характеристиках камеры, и которая используется при съемке со вспышкой. В данном случае со вспышкой снимать мы ничего не будем, но этот параметр нам все же потребуется.

Таким образом даже если съемка производится с короткой вспышкой (например, 1/1000 секунды), экспонирование всего кадра займет гораздо больше времени – от 1/30 секунды в старых пленочных зеркалках и до 1/200 секунды и менее в современных цифровых.

Такой затвор конструктивно намного сложнее центрального, несколько капризнее в работе, могут возникать проблемы с равномерностью засветки, но зато он позволяет легко заменять объектив, и способен обеспечивать очень короткие выдержки. Поэтому шторный затвор как правило используется в зеркальных фотокамерах.

Ну и наконец, третий тип затвора, на котором мы остановимся, это электронный затвор. Строго говоря, это не отдельное устройство, а просто принцип дозирования информации светочувствительной матрицы. Прямо в открытом состоянии информация на светочувствительной матрице сначала обнуляется, потом производится экспонирование матрицы в течение времени выдержки, и затем считывание информации. Такой затвор конструктивно самый простой и, следовательно, дешевый, и поэтому часто используется в простейших фото- и веб-камерах и смартфонах, а поскольку он не имеет механических частей, а следовательно, шумов и износа, то часто используется для видеосъемки фото- и видеокамерами даже при наличии в них другого затвора.

Последний тип затвора наиболее важен для нашего дальнейшего рассмотрения.

Теперь несколько слов о применяемых в фото- и видеокамерах светочувствительных матрицах.

Светочувствительные матрицы

В настоящее время для съемки в основном используются светочувствительные матрицы CCD и CMOS. У каждого из этих типов матриц есть свои особенности, достоинства и недостатки. Мы остановимся лишь на одной из особенностей каждой из этих матриц, важной для дальнейшего понимания.

В современной CCD матрице с буферизацией столбцов (interline CCD) отснятый кадр одномоментно считывается в специальный защищенный от света кадровый буфер, расположенный в самой матрице, и потом относительно неспешно перекачивается оттуда для дальнейшей обработки.

В CMOS матрице процесс считывания информации ячеек происходит построчно, пиксель за пикселем, стока за строкой, примерно также, как процесс передачи информации в LCD матрице монитора или телевизора, о которой мы говорили выше.

Некоторые выводы, важные для дальнейшего рассмотрения.

• Центральный затвор в сочетании с любыми типами матриц дает снимок, сделанный в единый момент времени.
• Шторный затвор в сочетании с любыми типами матриц дает снимок, разные участки которого были экспонированы в немного разное время, определяемое выдержкой синхронизации. Конечно, разница времени очень небольшая, но при съемке быстродвижущихся объектов или очень быстрых процессов из-за этого могут возникать определенные эффекты. Обычно они отрицательные (например, Роллинг шаттер), но иногда они могут оказаться и положительными. Но об этом ниже.
• Электронный затвор в сочетании с CCD матрицей дает снимок, сделанный в единый момент времени, однако электронный затвор в сочетании с CMOS матрицей дает снимок, разные участки которого были экспонированы в немного разное время, как и при использовании шторного затвора. Соответственно и эффекты от этого будут аналогичные шторному.
  
  Роллинг шаттер

Ну, наконец, мы подошли к главному вопросу статьи, и попробуем все-таки как-то зафиксировать, а затем каким-то образом измерить время отклика LCD матрицы без использования высокоскоростной камеры или иного специального дорогостоящего оборудования.

Автором предлагается именно такой, весьма доступный и достаточно наглядный метод

Поскольку смена кадров это очень быстрый процесс, то казалось бы, что для его фиксации лучше всего было бы использовать камеру с центральным затвором. Но как мы выяснили, даже идеальная камера, способная делать моментальные снимки нам не поможет, потребуется серия снимков, снятых с частотой хотя бы 1000 кадров в секунду. Но мы попробуем пойти другим путем, и обойтись «подручными средствами».

Представим, что на экране отображается картинка из белого и черного прямоугольников, которые в какой-то момент времени меняются местами:

->

В результате мы увидим:

На LCD экране это происходит это не моментально, а в течение некоторого интервала времени. При частоте обновления экрана 60 кадров в секунду это 16,7 миллисекунд.

Теперь представим, что мы решили сфотографировать данный процесс камерой со шторным или электронным затвором с движением шторки слева направо, причем в нашей камере шторка движется относительно медленно, в несколько раз медленнее скорости обновления кадра на LCD экране.

Рассмотрим цепочку событий на экране с одновременным наложением на них положения «щели» в шторках камеры:

1) 2)

3) 4)

Далее начинается обновление кадра:

5) 6)

7) 8)

Обновление кадра закончилось:

9) 10

Ну и так далее…

А теперь вспомним, что на фотографии у нас зафиксировалось только то, что произошло, на экране ДО МОМЕНТА ПРОХОЖДЕНИЯ «щели».

Итак:

Конечно, это сильно упрощенная картинка. На самом деле экран переключается не мгновенно, а в течение времени отклика (которое мы как раз и хотим определить), да и кадровая развертка и движение шторок камеры непрерывные, а не ступеньками, да и поэтому фотография будет не такой гламурной.

Таким образом, на фотографии у нас оказались запечатлены события, происходящие на экране в разные моменты времени в течение одного кадра, условно говоря, множество узких вертикальных «фотографий», снятых одна за другой.

Так ведь это именно то, что нам и нужно!

Осталось понять, как из этого извлечь нужную нам информацию.
Предположим, что штора камеры движется настолько медленно, что за это время на экране монитора кадр успевает смениться не два, а три раза:

-> ->

В этом случае на фотографии у нас получилось бы:

Ну а теперь у нас есть реперные точки, за которые мы можем привязаться, чтобы определить время соответствующих событий.

Нам известно, что в какой-то момент времени произошло изменение прямоугольников на экране, а еще через 16,7 миллисекунды произошло обратное изменение.

Таким образом, на любой горизонтали на картинке расстояние между началом изменения яркости прямоугольников с черного на белый и с белого на черный ровно 16,7 миллисекунд.

Если начало изменения яркости трудно определить, то в качестве реперной точки можно выбрать любую другую характерную точку, например точку совпадения яркости градиентов на верхней и нижней полосе.

Теперь мы знаем, какому расстоянию на фотографии соответствует отрезок времени 16,7 миллисекунд.

Для упрощения разобьем по вертикали нашу картинку на условные временные зоны равной ширины.

В рассмотренном выше случае получилось, что отрезок времени 16,7 миллисекунд занимает 13 временных зоны. Небольшая погрешность в определении в данном случае не страшна, поскольку она составит доли миллисекунды.

Следовательно, одна временная зона соответствует около 1,25 миллисекунд.

Ну, а далее все просто.

Замерим по горизонтали длину фронта от белого к черному (BtW) и от черного к белому (WtB).

В данном случае они совпали, и имеют протяженность примерно 4 вертикальные временные зоны, то есть около 5 миллисекунд.

ЗАДАЧА, ПОСТАВЛЕННАЯ В ЗАГОЛОВКЕ СТАТЬИ, РЕШЕНА!

Правда пока только теоретически, на бумаге. Осталось создать тестовый материал, с которым мы будем работать, и подобрать оборудование, которым можно сделать подобный снимок.

С первым все достаточно просто.

Сделаем простенький видеоролик для offline просмотра* с чередующимися по вертикали черными и белыми полосками как на картинке выше, только с частотой 60 кадров в секунду. Легко заметить, что через каждые 16,7 миллисекунды горизонтальная полоска смещается вниз на 1 шаг. Поскольку в большинстве дисплеев время отклика от черного к белому намного больше, чем от белого к черному, полоски в тесте в каждой горизонтали чередуются не через одну, а через три (одна черная и три белых). Соответственно и горизонталей у нас получилось не две, а четыре. Таким образом, в каждый момент времени у нас на экране присутствует одна черная и три белых полоски.

Ну, и для удобства, а также для того, чтобы проще было отлавливать бракованные снимки, сделано две одинаковые тестовых зоны одна под одной.

На снимке они тоже должны получиться совершенно одинаковыми (ну разве что с небольшим смещением по горизонтали из-за кадровой развертки монитора).

А вот если на снимке смещение очень большое, или длина полосок верхней и нижней тестовых зонах не совпадают, то значит что-то пошло не так (например, фотография пришлась на неудачный момент смены кадров монитора), и такой снимок придется забраковать.

Для облегчения последующего анализа видеоролик разделен по вертикали на 50 временных зон. Вертикальные полоски комбинированные, светло / темно-серые (10% / 90%). Это также должно облегчить дальнейшую работу с фотографией. При фотографировании совершенно необязательно, чтобы в кадр уместились все зоны. Можно снять и 40, и 30, и даже 20 зон. При этом не страшно, если на снимке будет и не целое число временных зон, например, 37,5 – на точности это никак не отразится, просто коэффициент пересчета из относительной ширины временной зоны в миллисекунды получится другой.

• Небольшое дополнение
  Если у вас монитор с очень медленной матрицей, не успевающий переключиться с белого на черный за время одного кадра, то можно попробовать использовать этот ролик. Здесь цикл занимает 6 кадров. Верхние 6 «покадровых» полосок можно использовать для определения реперных точек на кадре, а нижние 2 «трехкадровых» для замера времени отклика мониторов с «медленной» LCD матрицей. Конечно брака при съемке тут будет несколько больше (нужно будет отбирать снимки, где на нижних полосках виден весь переход), но зато можно будет тестировать мониторы с большим временем отклика от белого к черному.

Ну, а теперь переходим к вопросу

чем будем снимать

Как мы отметили выше, длительность фотокадра должна быть больше, чем длительность кадра на дисплее. Для зеркалок и других фотокамер со шторным затвором длительность фотокадра примерно равна выдержке синхронизации.

И тут нас подстерегает первая засада: современные фотокамеры имеют очень короткую. выдержку синхронизации, намного короче, чем 1/60 секунды.

Тут идеально подошел бы старый советский «Зенит Е», но он к сожалению не цифровой.

Но не все потеряно – аналогичный снимок можно сделать и камерой с быстрым шторным затвором, однако там есть специфические особенности. Но об этом мы поговорим в следующей статье.

К тому же в современных зеркалках обычно есть возможность съемки видео, так что если зекралка с CMOS матрицей, то можно использовать такой режим. Главное, чтобы видеорежим был не очень быстрым – не более 30 кадров в секунду. Ну, а разрешение для видео естественно нужно выбирать максимальное. Во-первых для получения максимально качественного стоп-кадра, а во вторых чтобы максимально замедлить работу электронного затвора.

Те же требования и к видеокамерам: в данном случае должны подойти с максимальным видеорежимом не более 30 кадров в секунду, CMOS матрицей и электронным затвором. Если видеокамера и при съемке фотографий использует электронный затвор, то можно и такой режим попробовать.

Ну и наконец, цифромыльницы, смартфоны и им подобные девайсы, которые обычно считают непригодными для серьезной работы, тут могут идеально подойти.

Требования те же: CMOS матрица, и достаточно медленная работа электронного затвора.

Правда есть еще одно важнейшее требование, которое сразу же отсеет половину цифромыльниц: ВЫДЕРЖКА ПРИ СЪЕМКЕ ДОЛЖНА БЫТЬ КАК МОЖНО КОРОЧЕ, хотя бы 1/500 – 1/1000 секунды, а желательно и еще меньше. Ведь 1/1000 секунды это 1 миллисекунда, т.е. сравнимо со временем отклика LCD монитора, которое мы хотим измерить. Снимать с выдержкой, больше 1/500 — это все равно, что снимать активного ребенка с выдержкой больше 1/30. Конечно, что-то мы сможем увидеть и при большей выдержке, но надо иметь в виду, что в данном случае чем короче выдержка, тем точнее будет результат.

Такие вот противоречивые требования к оборудованию для съемки.

Но, тем не менее, подходящее для данного теста фотооборудование вполне можно найти. Например, автору статьи вполне неплохо подошла камера смартфона Samsung Galaxy S GT-I9000.

Попробуем определить время отклика монитора с TN матрицей BenQ M2700HD.

Перед тестированием монитор должен быть прогрет и хорошо настроен по уровням черного и белого. Это можно сделать, например, с помощью программы LCD Vs_mon. Если уровни черного и белого настроены неточно, то и тест времени отклика даст соответствующую ошибку. Вернее результат теста будет верный, но для неправильно выставленных уровней.

Для получения как можно более короткой выдержки, при съемке нужно установить максимальную светочувствительность (в данном случае ISO 800). C той же целью, а также для уменьшения влияния ШИМ ламп подсветки, калибровку монитора при тестировании желательно провести при максимально возможной яркости.

Итак, запускаем бесконечный повтор воспроизведения ролика в оконном режиме, и делаем несколько снимков экрана.

Поскольку электронный затвор обычно «движется» вдоль короткой стороны снимка, располагаем камеру перед экраном так, чтобы получился портретный снимок.

Снимки экрана монитора с TN матрицей BenQ M2700HD, сделанные камерой смартфона Samsung Galaxy S GT-I9000.

На приведенных снимках прекрасно видно, что хоть они и различаются по ширине попавшего в них окна плеера, характер линий, соответствующих кадрам на LCD экране в них совершенно одинаковый (ну, кроме масштаба, конечно) – в обоих случаях оказалось четыре горизонтальные полоски, каждая из которых соответствует следующему один за одним кадру на экране монитора.

Поскольку частота кадров монитора была 60 герц (16,7 миллисекунд), по наличию четырех горизонтальных полосок в кадре можно сделать вывод, что общее время срабатывания электронного затвора данной камеры около 65 миллисекунд, что несколько многовато, но вполне приемлемо.

Для дальнейшего анализа годится любой кадр.
Но поскольку на втором снимке уже различим растр матрицы монитора, будем рассматривать первый снимок.
Для наглядности снимок слегка размыт в фоторедакторе, и на него нанесены условные метки, соответствующие времени кадра и времени отклика от 10% белого до 90% черного и от 90% черного до 10% белого (теперь понятно, для чего вертикальные линии сделаны именно таких оттенков).

1. Видно, что длина кадра (16,7 миллисекунд) на снимке заманивает около 13 вертикальных временных зон.
2. Таким образом, одна временная зона на снимке получилась длиной 1,285 миллисекунды
3. Время отклика от белого к черному занимает примерно 1 временную зону, т.е. порядка 1,3 миллисекунды.
4. Время отклика от черного к белому существенно дольше, что характерно для TN матриц. В данном случае падение до 10% белого (видно по «исчезновению» вертикальной полоски) заняло примерно 3 временные зоны, т.е. 4 миллисекунды.

Если в настройках монитора включить Overdrive, то время отклика от черного к белому существенно сокращается.

Т.о задача, поставленная в заголовке статьи решена не только в теории, но и на практике!

Предыдущее тестирование мы проводили при яркости монитора, близкой к максимальной, и при оптимальной настройке уровней черного и белого. Однако обычно монитор эксплуатируется при намного меньшей яркости, да и остальные настройки пользователь обычно подбирает под себя индивидуально. А от этого результат теста может существенно измениться.

Попробуем провести проверку времени отклика того же самого монитора BenQ M2700HD при эксплуатационной «офисной» настройке (невысокая яркость, уровни черного и белого откалиброваны для различимости всех полутонов в светах и тенях).

Overdrive выключен.

Время отклика от черного к белому возросло почти до 20 миллисекунд, т.е. стало более одного кадра. Вот тут-то и становится понятно, почему в тестовом ролике сделано чередование одного черного и трех белых кадров. В данном случае это плата за калибровку с различимостью всех полутонов в светах.

Для «офисного» применения это не страшно, однако для «кинотеатрального» и тем более «игрового» применения, если за высококонтрастными объектами начинают появляться «призраки» или «тени», может быть стоит пожертвовать одной-двумя градациями в светах (тенях), чтобы от них избавиться.

Кроме того на снимке явно видны вертикальные слабо окрашенные полосы разной ярости. Это мерцание подсветки с ШИМ регулированием, из-за уменьшенной яркости CCFL лампы, работающей на неполной мощности. Увы, это тоже плата за комфортную яркость. Отметим, что «карандашный тест» данный монитор проходит без замечаний, так что в реальности все не настолько страшно.

Overdrive включен.

Время отклика от черного к белому осталось практически таким же, как и при максимальной яркости, но теперь после переключения полоска становится белее белого фона. Это артефакт, характерный для Overdrive режима работы дисплея, также проявившийся из-за особенностей калибровки.

И несколько слов в заключение

Конечно, данная методика вряд ли применима для профессионального тестирования LCD мониторов, и ее результат менее точен, чем по методике, приведенной в начале статьи. Но зато она позволяет достаточно легко провести подобное тестирование самостоятельно, без применения специального оборудования, да и результат теста получается весьма наглядным. Это может быть весьма полезно как при настройке и калибровке уже имеющегося монитора или телевизора, так и при приобретении нового.

Покупая монитор для просмотра видео-контента, обычно пользователи обращают внимание на разрешение, размер и частоту экрана. Кроме перечисленных характеристик, стоит обратить внимание и на время отклика монитора. Понятие времени отклика дисплея вводит многих в заблуждение. Давайте разберёмся, что такое время отклика экрана, на что оно влияет и как его измерить.

Время отклика монитора — это скорость переключения цвета пикселя (точки) на экране.

Пиксель — это точечный элемент матрицы дисплея. Любые изображения жидкокристаллического экрана состоят из миллионов пикселей, расположенных по строкам и столбцам.

Последовательное строчное переключение одного цвета пиксела в другой происходит в пределах одного кадра.

Не стоит путать две разные характеристики монитора: частоту обновления и время отклика монитора. Частота обновления кадров измеряется в герцах (Гц), отклик монитора в миллисекундах (мс).

На что же влияет время отклика монитора

Обычный пользователь не заметит особой разницы между высокой и низкой скоростью реакции монитора. Если вы используете свой компьютер для набора текста, просмотра сериалов или музыки, необходимости в приобретении высокоскоростного монитора нет. Но для работающих с тяжёлой профессиональной 3D-графикой или видеоиграми быстрый отклик дисплея обязателен для достижения положительного результата.

В 2018 году тайваньская компания MSI (Micro-Star International), специализирующаяся на выпуске компьютерной техники и электроники, представила игровой монитор модели MSI Oculux NXG251 со временем отклика матрицы дисплея в 0,5 мс.

Многие геймеры уже оценили быстрые возможности новых экранов. Активная картинка с такой скоростью отклика монитора становится более естественной, без последующих размытий.

Пример разницы быстрого отклика монитора (слева) и медленного в Action-играх:

Как можно узнать и проверить время отклика:

1) Проверить техническую характеристику монитора.

Для геймеров и 3D-дизайнеров время реакции дисплея от 0,5 мс. до 2 мс. является приемлемым.

Кроме скорости, в технической спецификации вы встретите методы замера отклика монитора:

• Black To White (BtW) — переключение пикселя от «выключенного» положения во «включенное».
• Black-White-Black (BWB) — переход от чёрного к белому и обратно.
• Grey To Grey (GtG) — переход пикселя от тёмно-серого цвета к светлому с яркостью от 90 % до 10 %.
• Motion Picture Response Time (MPRT) – кинематографический отклик, время отклика движущегося изображения.

Все выше перечисленные методы являются разными. Каких-то особых преимуществ среди них нет. Но сегодня наиболее популярными являются GtG и MPRT способы. Они высчитываются по новой методике подсчёта среднеарифметических показателей между всеми возможными изменениями пиксела.

Первые же два способа BtB и BWB относятся к методикам стандарта ISO 13406-2 для жидкокристаллических экранов, который учитывает скорость переключения пикселя с чёрного на белый и наоборот.

Сравнивать методы определения скорости нет смысла, потому что некоторые производители для ускорения своих мониторов используют свои методики разгона: Overdrive (OD), Response Time Compensation (RTC) и пр.

2) В случае, если в технической спецификации отсутствуют описания нужных свойств, вы можете проверить их самостоятельно онлайн либо через специальные приложения. Но в данном случае нет гарантии точного совпадения результатов с реальными данными. Ниже мы рассмотрим несколько сервисов для тестирования дисплея.

3) Для точного определения времени отклика монитора необходим специальный программно-аппаратный комплекс, который доступен только в лабораториях.

4) Некоторые пользователи предлагают зафиксировать скорость отклика тестируемого экрана с помощью высокочувствительных фотокамер. Но для данного способа также желательны определённые цифровые аппараты и расчёты, что займёт достаточно много времени. Результат таких вычислений субъективен.

Бесплатные программы и сервисы для определения скорости отклика монитора:

1) Утилита TFT монитор тест 1.52 от отечественных разработчиков:

Утилита очень простая в использования и не требует установки на компьютер. Предназначена для диагностики монитора.

Для диагностики скорости реакции дисплея:

Далее экран потемнеет, и вы увидите в левом верхнем углу характеристики тестируемого монитора:

2) Motion Test «Blure Busters» — онлайн-сервис для диагностики времени отклика динамики на экране MPRT.

В нижней части страницы вы увидите НЛО. Регулируйте значения в выпадающих списках:

• Checkerboard Size (размер шахматной доски);
• Thickness (толщина);
• Pixels Per Frame (Change This Value) (количество пикселов в кадре (необходимо изменить значение).
• Измените значение Pixels Per Frame (Change This Value) на 1.
  
• Отрегулируйте значения Checkerboard Size и Thickness, чтобы фон стал похож на шахматную доску с тёмными и светлыми квадратами одинакового размера.

В результате выполненных действий вы получите время отклика движущегося изображения MPRT и коэффициент чёткости движения MCR.

3) EIZO Monitor Test — тест для сравнения времени отклика двух мониторов.

При сравнении нескольких мониторов выбирайте одинаковую скорость.

Вы также можете использовать этот тест, чтобы распознать влияние различных параметров настройки вашего монитора, таких как перегрузка, частота обновления и уменьшение размытости.

Какое время отклика монитора лучше

Для геймеров, участвующих в активных видеоиграх, где победа зависит от скорости передвижения объектов, необходимо выбирать дисплеи со скоростью от 0,5мс. до 2мс. При более низкой скорости графика будет расплываться, внимание пользователя и скорость передвижения объектов на мониторе падать.

Но стоит учитывать, высокая скорость отклика монитора незначительно снижает цветопередачу изображения на экране.

Для стандартных игр и для дизайнеров относительно легкой графики подойдут дисплеи со скоростью отклика до 5мс. Цвет пикселя будет более насыщенный.

Если же вы обычный пользователь с простым набором требований, время отклика пикселя не сыграет значительной роли в процессе работы.

Как изменить время отклика в мониторе

Существуют два популярных способа разгона дисплея: Overdrive (OD) и Response Time Compensation (RTC). Путём увеличения напряжения на кристаллы экрана, технологии OD и RTC увеличивают скорость отклика дисплея. В интернете много споров о последствиях таких разгонов. Некоторые пользователи утверждают, что подобные разгоны в дальнейшем уменьшают производительность экранов.

Для разгона своего дисплея вам необходимо открыть экранное меню.

1. Для этого найдите соответствующую физическую кнопку на мониторе компьютера.
2. Далее в открывшемся окне разверните настройки изображения.
3. В зависимости от производителя, необходимо найти подходящие настройки для OverDrive или RTC. Для некоторых мониторов они расположены в разделе Trace Free.
   
4. В итоге вам будут доступны несколько уровней разгона. Выберите подходящий.

Технология OD и RTC увеличивает скорость отклика пикселей путём увеличения на них напряжения. Существуют два основных состояния пикселя «Включённый» и «Выключенный». Включённый пиксель быстрее выключить, чем наоборот. Поэтому скорость изменения состояния из белого в чёрный пиксель быстрее. Если вы укажете слишком большую скорость разгона, возможно, изображение станет более контрастным, но быстро движущиеся объекты будут иметь за собой белый след. Это связано с тем, что точки на экране не успевают перейти из чёрного в белое состояние быстро.

Overdrive (OD) и Response Time Compensation (RTC) – это дополнительные техники со стороны производителя, которые иногда не доступны. Не все мониторы поддерживают эту возможность. Если вы не нашли в меню опций описанных способов разгона, значит их не добавили в функциональность экрана. В таком случае изменить скорость отклика монитора нет возможности.

При тестировании и попытке увеличения скорости отклика монитора нужно не забывать о функциональности других элементов компьютера. Иногда скорость реакции монитора не соответствует скорости создания изображения видеокартой. Результат – раздвоение картинки или размазанность.

Надёжный способ выбрать подходящую технику – изучить техническую спецификацию оборудования, проконсультироваться со специалистом, проверить информацию на официальных онлайн-источниках.

Меняли ли вы время отклика монитора? Если да, то поделитесь своим опытом в комментариях ниже, нам будет интересно узнать о нём.

Специалисты по разработке веб-сайтов и созданию графических изображений, например фотографий, видео, иллюстраций, используют такое понятие как » pixel». Это понятие характеризует способ формирования или качество картинки.

Pixel — что это такое?

Термин образован комбинацией первых частей английских слов pic-ture el-ement (деталь рисунка). Иногда в русском языке используется вариант «элиз» (элемент изображения).

Пиксель — это минимальная по размеру целостная логическая составляющая графического образа. Или, в случае дисплеев, формирующих картинку, — элемент фотоматрицы.

Подобно тому как мозаика складывается из отдельных частей одинаковой формы и размера, пиксели на мониторе формируют видимый образ.

Пиксел — свойства

Данный объект можно характеризовать расположением, цветом, яркостью, формой и прозрачностью.

В ряде компьютерных систем каждый элиз содержит информацию об одном цвете. А в других приборах — например, в цветных мониторах — он образуется из триад. То есть, субъединиц трех основных цветов, воспринимаемых сетчаткой глаза. При этом, в отдельно взятой тройке последовательность цветов задается с помощью кодирования.

В экранах электронно-лучевых трубок количество триад в одном элементе не ограничено. А в жидкокристаллических мониторах каждый pixel содержит одну тройку цветов.

Форма пикселя может представлять из себя многоугольник (4 или 8 сторон) или круг.

Плотность пикселей на дюйм — ppi

Количество элементов на единицу площади или длины называется разрешающей способностью прибора. Оно определяет качество формируемого или выводимого изображения. Единицей измерения этой величины является ppi (pixels per inch). Ppi — это число пикселей на дюйм (1 дюйм=2.54 см).

Эта размерность показывает соотношение между 2D-параметрами экрана и его диагональю. 2D-параметры задаются количеством элементов изображения по двум измерениям (например, 1024х600). А диагональ выражается в дюймах (10.1 i).

Физический смысл ppi — количество пикселей на диагонали дисплея, приходящихся на один дюйм ее длины.

Экран первой модели компьютера Mac содержал 72 ppi. А современные iPhone имеют плотность 458 пикселей на дюйм и выше.

Иногда для определения разрешения дисплея рассматривают не его диагональ, а ширину. При этом ppi рассчитывают по формуле:

R=P/L, где

• P — точечная ширина монитора;
• L — его физический размер в дюймах;
• R — разрешающая способность, выраженная в пикселях на дюйм.

Пиксельная характеристика двумерных изображений

Пиксель на экране дисплея представляет собой минимальный элемент графики, который характеризуется своим цветом. Поскольку он может быть разной величины, количество элизов по вертикали и горизонтали не определяет площадь картинки в метрических единицах, а показывает размер растрового изображения только в пикселях.

Например, запись 1170х1410 означает, что по ширине картинка состоит из 1170 точек. А по высоте — из 1410. Всего изображение содержит 1 649 700 элементов, то есть 1.6 мегапикселя.

Необходимо учитывать соотношение между количеством точек в изображении и параметрами устройства вывода. Например, количеством пикселей. Это нужно для того чтобы растровый рисунок был правильно воспроизведен. И, в результате, хорошо воспринимался глазом при выводе на бумагу или экран. Оптимально, когда эти величины относятся как один к одному.

Чем выше разрешение дисплея, тем больше плотность пикселей и лучше качество картинки.

Низкое разрешение делает явным зернистое строение образа.

Размер пикселя

На практике размер пикселя может быть как абсолютным, так и относительным. Относительный используется если изображение просматривается на компьютере или ноутбуке. Либо на другом устройстве с нестандартным размером дисплея.

Этой величиной удобно оперировать и в том случае, когда на картинку приходится смотреть с нестандартного расстояния. Например, в два раза меньшего — тогда и относительный pixel необходимо уменьшить вдвое. Или в противном случае зритель будет отчетливо видеть точки, составляющие рисунок.

Используются также такие понятия как «пиксел на градус» и «угол зрения». Они нужны чтобы аналитически соотнести дистанцию, на которую удален экран от наблюдателя и размер дисплея. А также абсолютный и относительный размер точки образа.

Цель производителей мониторов — задать элизы такой величины, чтобы они не создавали впечатления дискретности картинки. А, наоборот, сливались в рисунок.

Хорошо известно предполагаемое расстояние от глаза наблюдателя до дисплея. Например, стандартно, для смартфона оно равно 10 см, а для компьютера — 20 сантиметров. Из этого определяют длину отрезка, который «вырезается» на экране углом зрения в один градус.

Затем рассчитывается количество точек, которые необходимо разместить на этом отрезке для получения хорошего изображения. И, соответственно, размер пикселя.

Конструкторы компании Apple, например, создают дисплеи с 53-79 точками на градус.

Можно решить и обратную задачу. Например, определить градусную меру угла зрения, который соответствует на экране отрезку длинною в 1 pixel. И рассчитывать, опираясь на эти данные, размеры точек для дисплеев заданного размера.

Определение количества пикселей в 1 сантиметре

Для перехода в метрическую систему единиц измерения следует выразить количество элизов на дюйм в обратных сантиметрах.

Если учесть, что 1 дюйм =2.54 см, то перевести разрешение в пиксели на сантиметр можно, разделив его значение в обратных дюймах на 2.54.

Например, если для данного экрана ppi=109 элементов на дюйм, то на 1 сантиметр в нем приходится 109/2.54=42 точки.

Формула для вычисления ppi

Зная пиксельную ширину A и высоту B экрана, можно по теореме Пифагора определить его диагональ L: L=(A2+B2)½, а затем, разделив L на длину диагонали D, выраженную в дюймах, получить разрешение: R=L/D.

Для дисплея Mac Cinema, имеющего параметры 2560х1440 точек и диагональ 27 дюймов имеем: L=(25602+14402)½=2943 элемента, R=2943/27=109 ppi=42 pixel/см.

Как узнать размер изображения в пикселях

На устройствах вывода, в частности, принтерах, качество изображения тоже характеризуется плотностью точек, т. е. их количеством на дюйм. Но эта величина называется не ppi, а dpi (dots per inch).

Этот параметр помогает вычислить размер картинки, которая выводится на печать. Поскольку стороны листа бумаги измеряют в метрических единицах, то в формулу перевода из пикселей в сантиметры входит коэффициент 2.54: l=(2.54*p)/dpi, где:

• p — длина стороны, выраженная в пикселях;
• l — размер стороны фотографии.

Например, необходимо распечатать изображение с разрешением 1440х1200 точек. Хорошее качество печати можно получить на принтере с разрешением 150 dpi, отличное — если у печатающего устройства R=300 dpi.

Возьмем второй вариант и получим: A=(2.54*1440)/300=12 сантиметров в ширину; B=(2.54*1200)/300=10 см в высоту.

Для распечатки данного изображения понадобится фотобумага размером 10х12 см.

Когда требуется узнать размер в пикселях выводимого на печать рисунка, следует выразить p из формулы для l. Получаем: p=l*dpi/2.54.

Фотографии распечатываются в разных размерах. Если необходимо сделать изображение 9х12 см с разрешением принтера 150 dpi, то его параметры в пикселях будут следующими: Ap=150*12/2.54=709 — ширина фотографии; Bp=150*9/2.54=531 — ее высота.

То есть, в формировании этого изображения будет задействовано 709*531=376479 точек.

Пиксели в мегапиксели

В конце ХХ века маркетологи компании Kodak ввели понятие «мегапикселя». Оно стало применяться для характеристики разрешения матрицы цифровых фотоаппаратов и камер.

В соответствии со значением приставки «мега», этот термин означает «один миллион пикселей».

Принцип работы цифровых видео и фотокамер основан на передаче электрического сигнала от светодиодного пикселя к запоминающему устройству в форме цифровых данных.

В данном случае можно определить пиксели как элементы, на которые фотоматрица разбивает изображение, получаемое объективом камеры, для оцифровки.

Если сложить величины, обратные разрешениям фотоприемника (M) и объектива (O), выраженные в pixel на дюйм, то получим общую разрешающую способность системы объектив — матрица (S) в (-1)-й степени: M-1+O-1=S-1, или S=M*O/(M+O).

Максимальное значение S (=М/2) достигается при М=О, т. е. в том случае, когда разрешения матрицы и объектива равны.

Размеры пар светодиод-конденсатор (которые и образуют фотопиксели) в современных фотоматрицах составляют от 0.0025 мм до 0.0080 мм, в среднем — 0.006 миллиметра.

Пиксел и разрешение матриц фотоаппаратов

Расстояние между центрами двух соседних точек — это шаг пикселя. Данная характеристика влияет на качество изображения: чем меньше шаг, тем точней картинка.

Разрешение матриц фотоаппаратов и камер на телефонах и смартфонах определяется также размерами двух элементов, расположенных подряд. Поскольку две светящиеся точки видны только если между ними есть третья — темная. Поэтому: М=1/2р, где р — величина пикселя.

У матриц больших цифровых фотокамер М составляет 300 ppi, а у фотоприемников мобильных устройств — 100 pixel на дюйм.

Светодиодные пиксели большего размера имеют более высокую фоточувствительность и обеспечивают лучшее качество изображения. При этом количество элементов влияет на разрешение подробностей картинки. Поэтому матрицы современных смартфонов должны содержать миллионы светодиодных ячеек, т. е. несколько мегапикселей (в среднем, 8 — 25 МР).

Создателям цифровой фототехники приходится балансировать между необходимостью увеличивать разрешение фотоприемника путем наращивания количества светодиодов и конструктивными ограничениями размеров матриц. Это приводит к ухудшению соотношения сигнал/шум.

Шумоподавляющие программные алгоритмы могут вызвать замыливание деталей и размытие картинки.

Поэтому, оценивая камеру смартфона, необходимо обращать внимание не только на количество МР, но и на размеры диагонали ее экрана.

Количество мегапикселей влияет на размер и качество отпечатков. Например, если выводить маленькие снимки на большой лист бумаги, проявится дискретность изображения. И особенно на переходах цветов.

Для печати небольших (например, 10х15 сантиметров) фотографий с разрешением 300 dpi требуется не меньше 2 мегапикселей. А на стандартном альбомном листе, который будет располагаться на большем расстоянии от наблюдателя, такое разрешение не нужно.

Что значит время отклика пикселя

Жидкокристаллические индикаторы состоят из ячеек, изменяющих свои характеристики под действием электрического сигнала. Например, яркость или цвет. Минимальное время, за которое происходит это переключение, называется временем отклика пикселя.

Эта характеристика определяет максимальную быстроту изменения картинки на экране.

Если время отклика дисплея t равно, например, 40 мм, то частоту смены изображения можно вычислить по формуле: f=1/t=25 Гц.

Большое время отклика пикселя плохо сказывается на зрении наблюдателя. Потому что изображение «не успевает» за сигналом. И на экране могут задерживаться старые образы на фоне уже возникающих новых. А в результате глаза и мозг переутомляются.

Для определения времени отклика дисплея существуют три способа:

1. BtB (BWB) — в переводе с английского: «черный в черный» (черный в белый). Показывает, за какой промежуток времени pixel меняет цвет из черного в белый, и назад, в черный.
2. BtW (Black to white) — время включения из состояния полного бездействия.
3. GtG — из серого в серый. Определяет, за сколько секунд элемент серого на девяносто процентов цвета станет десятипроцентным.

Третий метод дает время 1-2 мс, и эту величину указывают производители мониторов в характеристике прибора в качестве отклика. Но при этом общее время полного переключения пикселя оказывается намного больше, так что оценить качество дисплея позволяет только первый способ.

Самостоятельно измерить время отклика пикселя можно с помощью программы TFT Monitor Test.

Новая технология компенсации времени реакции пиксела ЖК-мониторов

Введение

Принцип работы ЖК-матрицы

Время реакции пиксела

Время переключения пиксела между полутонами (Gray-to-Gray)

Технология компенсации времени реакции пиксела

Аппаратная реализация RTC

Уловки производителей, или Как получают рекордно низкое время GTG

   Уловка первая

   Уловка вторая

Когда же технология RTC может оказаться полезной?

В конце 2005 года на рынке стали появляться новые модели ЖК-мониторов с рекордно низким на данный момент временем реакции пиксела, составляющим 8, 4, 3 и даже 2 мс. При этом указывалось, что речь идет об измерении времени реакции пиксела по методике Gray-to-Gray (GTG). В этой статье мы детально рассмотрим особенности технологии, позволяющей получать рекордно малое время реакции пиксела, а также обсудим еще не стандартизированную методику измерения времени реакции пиксела Gray-to-Gray.

Введение

ремя реакции, или время отклика, пиксела, как правило, указывается в технической документации на монитор и считается одной из важнейших его характеристик. В ЖК-мониторах время реакции пиксела до сих пор измерялось десятками миллисекунд, что в конечном счете приводило к смазанности меняющейся картинки, возникающей при наложении соседних кадров друг на друга, и могло быть заметно на глаз. Именно длительное время реакции пискела было «ахиллесовой пятой» ЖК-мониторов, значительно ограничивая возможность их использования как для игр, так и для просмотра высококачественного видео.

Конечно, время реакции пиксела во многом зависит от типа ЖК-матрицы, однако для любого типа матриц, созданных без использования специальных технологий ускорения, этот показатель остается довольно большим. Впрочем, прежде чем переходить к детальному рассмотрению технологии, позволяющей значительно уменьшить время реакции пиксела, рассмотрим в общих чертах типы ЖК-матриц, а также выясним, что именно понимается под временем реакции пиксела.

Принцип работы ЖК-матрицы

сновным компонентом ЖК-матрицы являются жидкие кристаллы. Существует три основных типа жидких кристаллов: смектические, нематические и холестерические.

По электрическим свойствам все жидкие кристаллы делятся на две основные группы: к первой относятся жидкие кристаллы с положительной диэлектрической анизотропией, а ко второй — с отрицательной диэлектрической анизотропией. Не вникая в тонкости этих терминов, отметим, что разница здесь заключается в том, как эти молекулы реагируют на внешнее электрическое поле. Молекулы с положительной диэлектрической анизотропией ориентируются вдоль по силовым линиям поля, а с отрицательной — наоборот, перпендикулярно силовым линиям электрического поля.

Другое замечательное свойство ЖК-молекул заключается в их оптической анизотропии. В частности, если ориентация молекул совпадает с направлением распространения плоскополяризованного света, то молекулы не оказывают никакого воздействия на плоскость поляризации света. Если же ориентация молекул перпендикулярна направлению распространения света, то плоскость поляризации поворачивается таким образом, чтобы быть параллельной направлению ориентации молекул.

Диэлектрическая и оптическая анизотропия ЖК-молекул дает возможность использовать их в качестве своеобразных модуляторов света, позволяющих формировать требуемое изображение на экране. Принцип действия такого модулятора сравнительно прост и основан на изменении плоскости поляризации проходящего через ЖК-ячейку света. ЖК-ячейка располагается между двумя поляризаторами, оси поляризации которых взаимно перпендикулярны. Первый поляризатор вырезает плоскополяризованное излучение из проходящего от лампы подсветки света. Если бы не было ЖК-ячейки, то такой плоскополяризованный свет полностью поглотился бы вторым поляризатором. ЖК-ячейка, размещенная на пути проходящего плоскополяризованного света, может поворачивать плоскость поляризации проходящего света. В этом случае часть света проходит через второй поляризатор, то есть ячейка становится прозрачной (полностью или частично).

Для создания цветного изображения необходимо применение трех цветных фильтров: красного (R), зеленого (G) и голубого (B). Используя три цветных фильтра, установленных на пути распространения белого цвета, можно получить три базовых цвета в нужных пропорциях. Поэтому каждый пиксел ЖК-монитора состоит из трех отдельных субпикселов: красного, зеленого и голубого, представляющих собой управляемые ЖК-ячейки и различающихся только используемыми фильтрами, которые устанавливаются между верхней стеклянной пластиной и выходным поляризующим фильтром.

Наибольшее распространение получили TN+Film-, S-IPS-, MVA- и PVA-матрицы. Различие между типами матрицы определяется тем, каким образом осуществляется поворот ЖК-молекул, а также типом ЖК-молекул и структурой ЖК-ячейки. Однако независимо от типа матрицы базовый принцип функционирования остается неизменным — ЖК-ячейка является простейшим модулятором проходящего света.

Время реакции пиксела

ак уже отмечалось, одной из важнейших характеристик монитора является время реакции пиксела. Различают время включения и выключения пиксела. Под временем включения пиксела понимается промежуток времени, необходимый для открытия ЖК-ячейки (переход с черного цвета на белый), а под временем выключения — промежуток времени, необходимый для закрытия ЖК-ячейки (переход с белого цвета на черный). Когда же говорят о времени реакции пиксела, то понимают суммарное время включения и выключения пиксела, то есть переход Black-White-Black (BWB).

Время включения пиксела и время его выключения могут значительно отличаться друг от друга. На рис. 1 показаны типичные временные диаграммы включения (рис. 1а) и выключения (рис. 1б) пиксела для TN+Film-матрицы.

Рис. 1. Типичные временные диаграммы включения/выключения пиксела для TN+Film-матрицы:
а — включение пиксела (переход с черного цвета на белый); б — выключение пиксела
(переход с белого цвета на черный)

Методика измерения времени реакции пиксела определяется стандартом ISO 13406-2.

В этом же стандарте оговаривается, что под временем включения пиксела понимается время, необходимое для изменения яркости пиксела от 10 до 90% (а не от 0 до 100%), а под временем выключения — время, необходимое для изменения яркости пиксела от 90 до 10%.

Время переключения пиксела между полутонами (Gray-to-Gray)

о сих пор, говоря об измерении времени реакции пиксела, мы подразумевали, что речь идет о переключениях между черным и белым цветами. Однако, кроме полностью закрытого или полностью открытого состояния ЖК-ячейки, возможны и промежуточные состояния, когда ЖК-ячейка открыта частично. Это позволяет формировать цветовой оттенок и смешивать цветовые оттенки базовых цветов в нужных пропорциях. При этом количество воспроизводимых монитором цветов теоретически зависит от того, сколько цветовых оттенков можно сформировать в каждом цветовом канале. Частичное открытие ЖК-ячейки достигается за счет подачи требуемого уровня напряжения на управляющие электроды. Поэтому количество воспроизводимых цветовых оттенков в каждом цветовом канале зависит от того, сколько различных уровней напряжений можно подавать на ЖК-ячейку.

Для формирования произвольного уровня напряжения потребуется использование схем ЦАП с большой разрядностью, что крайне дорого. Поэтому в современных ЖК-мониторах чаще всего применяют 24-битные ЦАП. При использовании 24-битной матрицы на каждый канал приходится по 8 бит, что позволяет сформировать уже 256 (2⁸=256) цветовых оттенков в каждом канале, а всего такая матрица воспроизводит 16 777 216 цветовых оттенков.

Как уж отмечалось, время реакции пиксела является одной из важнейших характеристик монитора, определяющей его динамические свойства. Чем оно меньше, тем лучше. Однако неизбежен вопрос, насколько корректно ассоциировать суммарное время включения и выключения пиксела с динамическими свойствами монитора? Насколько корректно утверждать, что если время реакции пиксела для одного монитора составляет 20 мс, а для другого — 30 мс, то первый монитор превосходит второй в плане гарантированности от образования смазанной картинки?

Оказывается, ответ на этот вопрос не столь прост, как могло бы показаться. Действительно, в реальных приложениях переключение с черного фона на белый или наоборот встречается сравнительно редко. В большинстве приложений реализуются, как правило, переходы между полутонами (градациями серого). Соответственно возникает вопрос, как будет меняться время реакции пиксела, если измерять его при переключении между различными полутонами? Этот вопрос имеет огромное значение, и если окажется, что время переключения между черным и белым цветами будет меньше, чем время переключения между градациями серого, то это будет означать, что абсолютно никакого практического значения время реакции пиксела не имеет и ориентироваться на эту характеристику монитора нельзя.

Казалось бы, насколько правомочно предполагать, что время переключения между черным и белым цветами (или наоборот) может оказаться меньше, чем время переключения между градациями серого? Действительно — при переключении между черным и белым цветами ЖК-молекулы поворачиваются на максимальный угол, а значит, время, которое для этого потребуется, должно быть максимальным. Однако не все так просто.

Время переключения пиксела из одного состояния в другое, то есть время, за которое реализуется поворот на заданный угол ЖК-молекул, зависит от двух факторов. Во-первых, для того чтобы заставить молекулы поворачиваться, необходимо, чтобы на них действовал крутящий момент, индуцированный электрическим полем, причем этот крутящий момент прямо пропорционален квадрату напряженности электрического поля (а значит, и приложенному напряжению).

Во-вторых, движению молекул мешает сопротивление среды, то есть вязкость ЖК-вещества, которая зависит от многих факторов, например от толщины ЖК-ячейки, температуры и т.д. Сопротивление среды препятствует повороту молекул, стремясь развернуть их в обратном направлении. В данном случае уместна ассоциация с пружиной, которая натягивается под воздействием приложенной внешней силы, но как только внешнее воздействие исчезает, пружина возвращается в исходное состояние под воздействием возникших при натяжении сил упругости.

Итак, с одной стороны, молекулы поворачиваются под воздействием приложенного крутящего момента, который пропорционален квадрату приложенного к ячейке напряжения, а с другой стороны, повороту молекул препятствует сопротивление среды. Скорость поворота молекул, а значит, и время, в течение которого происходит поворот ЖК-молекул на заданный угол, также зависит от приложенного напряжения. Если поворот молекул происходит в сторону, соответствующую просветлению ЖК-ячейки (переход к более светлому тону), то время перехода приблизительно обратно пропорционально квадрату приложенного напряжения, а если ЖК-молекулы поворачиваются в сторону, соответствующую затемнению ЖК-ячейки (переход к более темному тону), то время перехода приблизительно обратно пропорционально первой степени приложенного напряжения. Утверждать при этом, что время перехода между двумя крайними состояниями ЖК-ячейки окажется максимальным, естественно, нельзя. Более того, для большинства матриц наблюдается как раз противоположная ситуация — время перехода между полутонами оказывается большим, чем время перехода между черным и белым цветами.

Рис. 2. Примеры временных диаграмм переключения пиксела для различных начальных состояний

Для того чтобы определить время переключения пиксела между градациями серого (в дальнейшем будем считать, что имеется всего 256 градаций серого цвета, причем 0 соответствует черному цвету, а 255 — белому), можно поступить следующим образом. Первоначально будем измерять время переключения пиксела из состояния 0 (белый цвет) в состояния, соответствующие градациям серого (для простоты рассмотрим лишь промежуточные состояния — 64, 128, 196 и 255). Пример временной диаграммы для данного случая показан на рис. 2а. Далее зафиксируем в качестве начального состояния пиксела значение 64 и будем измерять время переключения между этим состоянием и всеми остальными (рис. 2б). Действуя таким образом, можно измерить время переключения между всеми полутонами (рис. 2в, г, д). В приведенном примере в результате получится пять временных диаграмм, что хотя и информативно, но неудобно. Если же рассматривать большее количество полутонов, то и количество диаграмм будет больше. Поэтому удобнее свести все эти диаграммы в одну трехмерную диаграмму, по двум горизонтальным осям которой откладываются начальное и конечное состояния пиксела, а по вертикальной оси — время переключения (рис. 3).

Рис. 3. Пример трехмерной временной диаграммы переключения пиксела между полутонами (градациями серого)

Для того чтобы понять, насколько более информативным с практической точки зрения является знание времени перехода между градациями серого в сравнении с формальным временем реакции пиксела, рассмотрим следующий пример. Пусть имеются два монитора — А и В. Время реакции пиксела монитора А составляет 30 мс (время включения — 17 мс, время выключения — 13 мс) (рис. 4), а монитора B — 25 мс (время включения — 15 мс, время выключения — 10 мс). Если ориентироваться только на время реакции пиксела, то можно сделать некорректный вывод о том, что монитор B обладает лучшими динамическими свойствами и более приспособлен для просмотра видео или для игр. Однако если более внимательно присмотреться к диаграмме монитора А, то можно заметить, что время переключения между различными оттенками серого примерно одинаково и не превышает 17 мс; для монитора B время перехода между отдельными градациями серого составляет более 20 мс. Поэтому, несмотря на тот факт, что время реакции пиксела, измеряемое как суммарное время переключения с черного цвета на белый и обратно, у монитора B меньше, чем у монитора А, с практической точки зрения более динамичным оказывается монитор А.

Рис. 4. Трехмерные временные диаграммы переключения пиксела между градациями серого
для двух гипотетических мониторов

Какой же вывод напрашивается из вышеизложенного? Все очень просто — заявляемое производителем время реакции пиксела не позволяет однозначно судить о динамической характеристике монитора. Более правильно в этом смысле говорить не о времени переключения пиксела между белым и черным цветами, а о среднем времени переключения пиксела между градациями серого.

Методика измерения времени переключения пиксела между градациями серого получила название Gray-to-Gray (GTG). Многие производители ЖК-мониторов (матриц) указывают в качестве времени реакции пиксела именно время, определяемое по методике GTG. С одной стороны, это время имеет большее практическое значение, поскольку более корректно отражает динамические характеристики монитора. С другой стороны, данная методика имеет один подводный камень. Методика измерения времени реакции пиксела, определяемого как суммарное время включения и выключения (Black-White-Black, BWB), описана стандартом ISO 13406-2. Методика GTG до сих пор не стандартизирована, поэтому четких, оговоренных правил, которые определяли бы, что именно понимается под временем переключения GTG, просто не существует. К примеру, не понятно, что именно указывает производитель — усредненное время переключения пиксела между различными полутонами или же только время перехода между двумя выбранными полутонами? Кроме того, если речь идет об усредненном времени, то остается непонятным, сколько раз измеряется время переключения для получения среднего значения. Однако в любом случае время реакции пиксела, указываемое по методике GTG, более информативно, чем время реакции пиксела BWB. Сравнивать время реакции пиксела, определяемое по методу GTG, с временем реакции пиксела, определяемым по методу BWB, в принципе некорректно хотя бы потому, что в методе BWB используется суммарное время переключения с черного на белый цвет и обратно, тогда как в методе GTG применяется только время перехода между двумя полутонами. И даже если предположить, что время перехода между любыми полутонами (включая переход между черным и белым) одинаково, то, зная время GTG, можно указать и время BWB для данной ЖК-матрицы, причем t(BWB) = = 2·t(GTG).

В каких же случаях производители указывают время реакции пиксела по методу BWB, а в каких — по методу GTG? В большинстве случаев решающую роль в этом играет маркетинг. Если время реакции пиксела по методу GTG значительно больше, чем время, измеряемое по методу BWB, то указывается время BWB. Если же время, измеряемое по методу GTG, оказывается примерно таким же или даже меньшим, чем время BWB, то по маркетинговым соображением предпочтительнее указывать время по методу GTG. Казалось бы, если время переключения пиксела между полутонами больше, чем время переключения между черным и белым, то как может время, измеряемое по методу GTG, получиться примерно таким же или даже меньшим, чем время BWB? Оказывается, существует технология компенсации времени реакции пиксела, которая позволяет сравнять время переходов между полутонами с временем перехода между черным и белым цветами. В большинстве случаев если производитель указывает время GTG, то это означает, что в данном мониторе используется технология компенсации времени реакции пиксела.

Технология компенсации времени реакции пиксела

так, рассмотрим более детально технологию компенсации времени реакции пиксела. Проанализируем процесс переключения пиксела из цвета, соответствующего градации серого Gray Level 1 (GL1), в более светлый цвет, соответствующий градации серого GL2 (рис. 5). Пусть уровню яркости GL1 соответствует напряжение U1, а уровню яркости GL2 — напряжение U2 (GL2>GL1, U2>U1). Как мы уже отмечали, время переключения в данном случае зависит от разницы напряжений U1 и U2 (если точнее, то оно обратно пропорционально квадрату разницы напряжений). В нашем примере переключение пиксела GL1-GL2 происходит за время, примерно равное длительности двух кадров.

Рис. 5. Изменение напряжения на ЖК-ячейке и соответствующее ему переключение пиксела GL1-GL2

Для перехода из состояния GL1 в состояние GL3 (GL3>GL2) (рис. 6) требуется подать на ячейку более высокое напряжение U3 (U3>U2). При этом и время переключения будет меньшим (в нашем случае оно примерно соответствует длительности одного кадра).

Рис. 6. Изменение напряжения на ЖК-ячейке и соответствующее ему переключение пиксела GL1-GL3

Наша задача заключается в том, чтобы уменьшить время переключения GL1-GL2. Очевидно, что этого можно добиться, если первоначально в течение одного кадра подать на ячейку более высокий импульс напряжения, чем требуется для перехода GL1-GL2. Таким образом, идея заключается в том, чтобы первоначально более высоким импульсом напряжения форсировать поворот ЖК-молекул. Поскольку управляющее напряжение на ЖК-ячейке может меняться только с приходом каждого следующего кадра, длительность форсирующего (компенсирующего) импульса напряжения соответствует длительности одного кадра, а вот уровень этого компенсирующего напряжения подбирается таким образом, чтобы за время одного кадра уровень яркости пиксела не превысил бы значения GL2 (напомним, что значение компенсирующего напряжения соответствует более высокому, чем GL2, уровню яркости пиксела) (рис. 7). В противном случае возможно появление нежелательных артефактов.

Рис. 7. Переключение состояния ЖК-ячейки GL1-GL2 при использовании компенсирующего импульса напряжения

Совершенно аналогично можно уменьшить время переключения пиксела при переходе

с более высокого уровня яркости GL2 на менее высокий GL1 (рис. 8). Для этого напряжение на ячейки в течение одного кадра снижается до значения, меньшего, чем требуется для перехода GL2-GL1. При этом уровень компенсирующего напряжения подбирается таким образом, чтобы при его уменьшении яркость пиксела не стала меньше требуемого значения GL1.

Рис. 8. Переключение состояния ЖК-ячейки GL2-GL1 при использовании компенсирующего импульса напряжения

Технология компенсации времени реакции пиксела получила название Response Time Compensation (RTC). Впрочем, стоит отметить, что, несмотря на общую суть, различные производители по маркетинговым соображениям используют собственные названия данной технологии. К примеру, нередко применяется название Over Drive Technology, а компания ViewSonic пользуется термином ClearMotiv и т.д. Однако существо дела от этого не меняется.

Резюмируя вышеизложенное, можно сказать, что технология RTC позволяет уменьшить время переключения пиксела между градациями серого цвета, сократив его до времени длительности одного кадра. Кроме того, технология RTC принципиально не может повлиять на время переключения с черного на белый, равно как и с белого на черный цвета, и в этом смысле время реакции пискела, измеряемое как суммарное время переключения Black-White-Black, при использовании RTC-технологии не меняется. Отметим также, что если без применения технологии RTC время переключения пиксела между градациями серого цвета меньше времени длительности одного кадра, то технология RTC не только не способна сократить время переключения — ее использование приведет к артефактам. Рассмотрим это на следующем примере. Если время переключения GL1-GL2 без применения технологии RTC меньше, чем время длительности одного кадра, то за время длительности одного кадра будет реализован переход GL1-GL2. При использовании технологии RTC для реализации перехода GL1-GL2 подается последовательность напряжений U1-U3-U2, причем в течение первого кадра подается напряжение U3 (рис. 9). Поскольку U3>U2, то за время длительности одного кадра пиксел успевает переключиться в состояние GL3. После подачи напряжения U2 во втором и последующих кадрах пиксел перейдет в состояние GL2. Таким образом, вместо требуемого перехода GL1-GL2 на самом деле реализуется переход GL1-GL3-GL2. При этом в течение некоторого промежутка времени (часть первого кадра и часть второго кадра) пиксел будет «пересвечен», то есть его яркость будет выше требуемого уровня GL2, что можно рассматривать как своего рода артефакт.

Рис. 9. Пример некорректного использования технологии RTC

Вопрос о том, уменьшается ли при этом время переключения пискела, в целом неоднозначен. Дело в том, что уровень GL2 достигается дважды: через время T1 и через время T2 (см. рис. 9). Время T1 соответствует достижению уровня GL1 в первом кадре, то есть когда подано напряжение U3, а время T2 — во втором кадре, когда подано напряжение U2. Остается лишь выяснить, какое из этих двух значений считать временем переключения пиксела. Понятно, что, с точки зрения производителя, выгоднее считать временем переключения пиксела именно время T1, однако, учитывая, что в промежутке T2-T1 мы имеем дело с «пересвечиванием» пиксела, будет правильнее считать временем переключения именно время T2. Интересно отметить, что в данном случае технология RTC не только не способствовала уменьшению времени переключения пискела, но и, наоборот, привела к его увеличению.

Аппаратная реализация RTC

осле небольшого теоретического экскурса в основы технологии RTC рассмотрим, каким образом она реализуется на уровне монитора. Как уже отмечалось, для корректной реализации технологии RTC необходимо, чтобы каждому переходу между градациями серого соответствовал свой уровень компенсирующего напряжения, подаваемого в первом кадре (форсирующего импульса). При этом уровень компенсирующего напряжения зависит не только от уровня серого, на который происходит переход (GL_final), но и от уровня серого, с которого происходит переход (GL_start). Поэтому для реализации технологии RTC сигнальный процессор монитора должен иметь кадровый буфер, в котором хранится предыдущий кадр. При приходе нового кадра для каждого пиксела на основе предыдущего и требуемого уровней серого GL происходит расчет требуемого уровня форсирующего напряжения. Поскольку электроника монитора работает именно с уровнями серого, каждому из которых соответствует некоторое значение напряжения, подаваемого на пиксел, можно говорить о том, что, зная требуемый и предыдущий уровни серого, сигнальный процессор (блок RTC) рассчитывает новый уровень серого, соответствующий форсированному импульсу напряжения. Для этого монитор содержит специальную таблицу Look-Up Table (LUT), в которой указано соответствие между выходным уровнем серого (соответствующего форсированному импульсу напряжения) и уровнями серого предыдущего и текущего кадров.

Принцип работы блока RTC показан на рис. 10.

Рис. 10. Принцип работы блока RTC

Рассмотрим, к примеру, реализацию перехода с уровня серого 48 на уровень серого 128 (переход GL(48)-GL(128)). Для этого по LUT-таблице, реальный пример которой приведен ниже, находим требуемый для перехода GL(48)-GL(128) уровень серого, который необходимо подать на пискел в текущем кадре. В нашем примере — это GL(190). Аналогично по таблице LUT можно определить, что для перехода GL(208)-GL(80) требуется в текущем кадре подать на пиксел напряжение, соответствующее GL(17).

Как видно из LUT-таблицы, если текущее и предыдущее значения GL одинаковы (уровень серого не меняется), то и выходное значение GL будет таким же, как и текущее значение (диагональные элементы таблицы), то есть форсирующий импульс отсутствует. Выходное значение GL совпадает с текущим значением также и в том случае, если текущее значение составляет GL(0) или GL(256), то есть требуется реализовать переход к черному или белому цвету.

LUT-таблица переходов

В рассмотренном примере таблица LUT была усеченной и имела всего 19ґ19=361 запись. Учитывая, что каждая запись требует 8 бит (1 байт) памяти, для такой таблицы потребовался бы объем памяти в 361 байт. А поскольку подобную таблицу необходимо иметь, то общий объем требуемой памяти составил бы 1083 байт.

Если предположить, что в таблице имеются значения для всех возможных градаций серого, то ее объем составит 256×256=65 536 записей для одного субпискела, а общий объем требуемой памяти — 192 Кбайт. Однако в действительности использовать таблицы размером 256×256 записей нецелесообразно. Их можно свести к усеченным таблицам и находить недостающие значения уровней серого путем билинейной интерполяции. Рассмотрим нашу усеченную LUT-таблицу, на основании которой требуется определить выходное значение GL для перехода GL(94)-GL(165). В нашей таблице нет ни значения GL(94), ни значения GL(165). Поэтому вместо GL(94) применяются два соседних значения GL(80) и GL(96), а вместо GL(165) — значения GL(160) и GL(176). Результатом будут четыре выходных значения: GL(213), GL(189), GL(232), GL(212), усредняя которые можно рассчитать выходной уровень для перехода GL(94)-GL(165).

Таблицу LUT удобно представлять в графическом виде. При этом каждому предыдущему значению GL пиксела соответствует корректирующая кривая, по которой для каждого текущего значения GL можно рассчитать выходное значение GL. На рис. 11 показаны корректирующие кривые, построенные на основе рассмотренной LUT-таблицы. На этом же рисунке показана прямая без компенсации, для которой выходное значение GL строго соответствует текущему значению GL.

Рис. 11. Корректирующие GL-кривые

Уловки производителей, или Как получают рекордно низкое время GTG

так, после довольно подробного описания технологии RTC приведем реальный пример ее реализации. Рассмотрим 19-дюймовый ЖК-монитор ViewSonic VX924, в котором используется технология RTC. Согласно технической документации, время реакции пиксела для данного монитора составляет 3 мс по методике GTG. Еще раз напомним, что это означает, что для любых переходов между градациями серого среднее время перехода должно составлять 3 мс.

Казалось бы, технология RTC позволяет уменьшить время перехода между градациями серого вплоть до времени длительности одного кадра, которое при частоте кадровой развертки 60 Гц составляет 16,7 мс. При этом технология RTC принципиально не может повлиять на время перехода между белым и черным цветами (переход GL0-GL255). Откуда же тогда могут взяться заявляемые 3 мс?

Уловка первая

Для ответа на этот вопрос рассмотрим осциллограмму переключения пиксела из состояния для перехода GL0-GL200 (рис. 12). На данной осциллограмме хорошо заметна модуляция лампы подсветки (за счет такой модуляции регулируется яркость монитора), однако, несмотря на эту модуляцию, можно четко выделить два уровня яркости пиксела: GL0 и GL200. Как видим, сформированный импульс напряжения, действующий на пиксел в течение 16,7 мс (времени длительности первого кадра), приводит к тому, что пискел достигает значения GL200 уже через 3,3 мс. Казалось бы, желаемый результат достигнут и получено рекордно малое время переключения. Однако это не совсем так (точнее, совсем не так). Дело в том, что через 3,3 мс яркость пиксела не достигает, а пересекает значение GL200 и большую часть времени длительности первого кадра пиксел оказывается «пересвеченным», то есть имеет яркость большую, чем GL200. На протяжении следующих кадров яркость пиксела постепенно уменьшается до искомого значения GL200, достигая требуемого уровня через 52 мс.

Рис. 12. Осциллограмма перехода пиксела GL0-GL200 для монитора ViewSonic VX924

Вывод здесь довольно прост. Рекордно малое время переключения пиксела — не что иное, как уловка производителя. Такой результат достигается за счет «пересвечивания» пикселов и довольно оригинального, но более чем спорного способа измерения времени переключения (благо методика GTG не стандартизирована). То есть заявленные 3 мс — это не более чем искусство измерения. Однако измерять время переключения пиксела можно и иначе. И если принять за время переключения время достижения (а не пересечения) уровня GL200, то время переключения составит 52 мс, что далеко не 3 мс. Как видим, на практике некорректное использование технологии RTC не только не уменьшает время переключения пиксела, но и, наоборот, увеличивает его.

Уловка вторая

Теперь давайте рассмотрим, каким образом в мониторе ViewSonic VX924 достигается рекордно малое время переключения пиксела при переходе с черного на белый цвет. Как мы уже не раз отмечали, технология RTC не может оказать влияния на время перехода GL0-GL255 или GL255-GL0. Однако посмотрим на осциллограмму перехода пиксела GL0-GL255 монитора ViewSonic VX924 (рис. 13). Как видим, ситуация в данном случае полностью аналогична уже рассмотренному переходу GL0-GL200 и время перехода действительно составляет 3,2 мс — нужно только «правильно» измерить. Реальное время перехода, как и в предыдущем случае, составляет 51 мс. Впрочем, в данном случае интерес представляет не время перехода, а иной фокус производителя. Каким образом градация серого для пискела может оказаться выше 255? Это действительно интересный вопрос, над которым стоит поразмыслить. Одно из возможных объяснений такого феномена может быть следующим. На самом деле в мониторе ViewSonic VX924 реально используются не все 256 градаций серого, а меньше. То есть белый цвет — это не белый, а близкий к нему серый оттенок. Если предположить, что при задании белого цвета (GL255) на самом деле устанавливается оттенок, соответствующий, к примеру, уровню LG250, то, значит, имеется некий запас по уровням серого (а соответственно и по напряжению), который можно применять для создания форсированного импульса напряжения. Резюмируя, можно сказать, что идея получения рекордно малого времени переключения пиксела при переходах с черного на белый цвет сводится к тому, что за счет незначительного уменьшения цветового охвата (количество воспроизводимых при этом монитором цветов уменьшается) появляется возможность использовать форсированный импульс напряжения даже при переходе GL0-GL255 и тем самым создать видимость сокращения времени реакции пиксела.

Рис. 13. Осциллограмма перехода пиксела GL0-GL255 для монитора ViewSonic VX924

Когда же технология RTC может оказаться полезной?

онятно, что с точки зрения маркетинга и рекламы продавать мониторы с временем реакции пиксела 3 мс (Gray-to-Gray) проще, чем с временем реакции пиксела 16 мс. В конечном счете объяснять пользователю все тонкости измерения этого времени никто не собирается, а уж тем более говорить о возможных артефактах. При этом справедливости ради отметим, что ViewSonic — не единственная компания на рынке, прибегающая к таким уловкам. Практически все современные мониторы, в которых реализована технология компенсации времени реакции пиксела (RTC), имеют указанные выше недостатки.

Принципиальным здесь является тот факт, что без эффекта «пересвечивания» пиксела по технологии RTC невозможно получить время перехода между оттенками серого цвета меньшее, чем время длительности одного кадра. То есть, учитывая, что современные жидкокристаллические мониторы поддерживают частоту кадровой развертки 60 или 75 Гц, при использовании технологии Response Time Compensation без «пересвечивания» пиксела время перехода между оттенками серого не может быть меньше чем 16,7 или 13,3 мс соответственно.

Однако если повысить частоту кадровой развертки, то технология Response Time Compensation действительно может значительно уменьшить время реакции пиксела без эффекта «пересвечивания». Правда, это потребует от производителей жидкокристаллических матриц использования несколько иной электроники в мониторах. И по всей видимости, в скором времени на рынке появятся жидкокристаллические мониторы, поддерживающие частоту кадровой развертки 125, 250 Гц и более.

КомпьютерПресс 1’2006