對(duì)比度的“過(guò)分夸大”

　　在數(shù)字影像處理世界有時(shí)會(huì)發(fā)生一些瘋狂的事情。還記得第一臺(tái)數(shù)字?jǐn)z影機(jī)的誕生，以及隨之而來(lái)的百萬(wàn)像素技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)嗎？你剛剛買(mǎi)了你的600萬(wàn)像素相機(jī)（也許還開(kāi)心的享受著夏威夷假期的美照）；然后一些廠商已經(jīng)開(kāi)始試圖說(shuō)服你“他們的1200萬(wàn)像素新機(jī)型會(huì)讓你的假期變得更加愜意”。這種“像素膨脹”引發(fā)了一系列近乎荒誕的數(shù)字，而超高分辨率的成像器件與樹(shù)脂透鏡結(jié)合，會(huì)讓你的照片就像是在水下拍攝的一樣，像蒙上了一層什么東西……（不過(guò)如果您的夏威夷照片真的就是在水下拍攝的，那我們只能說(shuō)……抱歉了。）

　　同樣的故事在電子顯示領(lǐng)域又發(fā)生了（不論是直接顯示還是基于投影）。還記得從“準(zhǔn)高清”或“全高清”到“超高清”的躍進(jìn)吧？實(shí)際上，這個(gè)趨勢(shì)一直在持續(xù)著。在攝像機(jī)端，高于超高清的分辨率已經(jīng)進(jìn)入測(cè)試階段：下一次“像素膨脹”席卷顯示領(lǐng)域的風(fēng)暴，恐怕只是一個(gè)時(shí)間問(wèn)題了。

　　近來(lái)，一股風(fēng)潮已經(jīng)起勢(shì)：這次是“夸大對(duì)比度”。很多人對(duì)什么是對(duì)比度這個(gè)話題頗有興趣。而新的熱門(mén)話題是“動(dòng)態(tài)范圍”：“擴(kuò)展動(dòng)態(tài)范圍”（EDR）和“高動(dòng)態(tài)范圍”（HDR）。為了防止這個(gè)話題又一次被惡性夸大，我們想在這和大家分享一些事實(shí)和觀點(diǎn)。

　　“動(dòng)態(tài)范圍”和“對(duì)比度”的意義十分相近：前者通常用于成像元素（比如人眼，攝像機(jī)等），而后者更多用于顯像設(shè)備（電子或其他類型的顯示器）。從歷史角度來(lái)看，對(duì)比度一直被認(rèn)為是一個(gè)全局參數(shù)。而動(dòng)態(tài)范圍在顯示端被用來(lái)描述一些局部變化：比如在角落處的一個(gè)明亮白斑的相對(duì)差異，或者在其它地方的一個(gè)黑色區(qū)域。注意這僅僅是一種感覺(jué)：你也可以使用對(duì)比度來(lái)把這種局部差別定量化。

　　那么“擴(kuò)展”和“高”意味著什么呢？據(jù)我們所知（如果我們錯(cuò)了，請(qǐng)一定給我們指正），“普通動(dòng)態(tài)范圍”到哪里算結(jié)束，而“擴(kuò)展”或者是“高”動(dòng)態(tài)范圍從哪里開(kāi)始，其實(shí)并沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的定義。有些人會(huì)參考攝像機(jī)光圈F值的概念。但實(shí)際上，任何高于工業(yè)或市場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)都可以合法地自稱為XDR或HDR（擴(kuò)展動(dòng)態(tài)范圍或高動(dòng)態(tài)范圍）。請(qǐng)注意一些廠商現(xiàn)在已經(jīng)這么做了。僅僅是比標(biāo)準(zhǔn)高出了10%？好吧，我們就叫它HDR啦！

　　有一個(gè)態(tài)度非常重要，那就是對(duì)比度是評(píng)價(jià)圖像質(zhì)量時(shí)一個(gè)非常重要的參數(shù)，對(duì)此我們毫無(wú)疑議。它能夠幫助我們定義你從圖像中能夠分辨多少細(xì)節(jié)。評(píng)判一個(gè)數(shù)字成像的畫(huà)面看上去多么真實(shí)自然，對(duì)比度也是重要的一環(huán)。對(duì)比度越高越好：毫無(wú)疑問(wèn)！

　　這里有兩個(gè)非常重要的問(wèn)題：
　　1、能感受到的對(duì)比度只是由我使用的技術(shù)決定的嗎？
　　2、提高更多的對(duì)比度就能等量地提升畫(huà)面質(zhì)量嗎？

　　下面我們就來(lái)回答這兩個(gè)問(wèn)題：

　　收益遞減規(guī)律

　　對(duì)于第一個(gè)問(wèn)題，在2015年的NAB展會(huì)上Peter Ludé先生做了一篇題為“黑何以為之黑？”的報(bào)告。作者在報(bào)告中聚焦數(shù)字影院環(huán)境中的高動(dòng)態(tài)范圍放映機(jī)的應(yīng)用。也許最好的內(nèi)容格式與最好的圖像處理正是應(yīng)用在了數(shù)字影院這個(gè)地方。而對(duì)于HDR來(lái)說(shuō)同樣如此。報(bào)告認(rèn)為有4個(gè)因素決定了我們?cè)阢y幕上感知畫(huà)面質(zhì)量的優(yōu)劣。其中兩個(gè)是技術(shù)相關(guān)的，但另外兩個(gè)卻和放映機(jī)或者銀幕處理技術(shù)毫無(wú)關(guān)系，而是100%由環(huán)境參數(shù)決定。報(bào)告中定義和測(cè)量了一個(gè)名為“影廳對(duì)比度”的概念。在他提出的模型中，不同的參數(shù)同時(shí)羅列，從而證明了環(huán)境因素竟然可以將高達(dá)1500:1順序?qū)Ρ榷龋ǚ庞硻C(jī)內(nèi)部能力）拉低至354:1！

　　這一結(jié)果證實(shí)了我們長(zhǎng)達(dá)多年的調(diào)查數(shù)據(jù)，周?chē)�環(huán)境是我們感知對(duì)比度效果的決定性因素。房間里的光源，經(jīng)過(guò)各種物體不斷反射，對(duì)于我們?cè)陲@示終端看到的結(jié)果影響巨大。所以當(dāng)設(shè)備制造商努力宣稱對(duì)比度達(dá)10000:1,100000:1……1000000:1時(shí)，這些其實(shí)都是理論數(shù)值，只有在環(huán)境完全可控的暗室內(nèi)測(cè)量才可以呈現(xiàn)。一旦你將之置于一個(gè)實(shí)際的環(huán)境中，這個(gè)比值會(huì)明顯減小。影院的安全規(guī)范會(huì)強(qiáng)制要求你“安全出口”標(biāo)識(shí)必須明顯；你的觀眾會(huì)要求你安裝地腳燈以防走臺(tái)階時(shí)摔倒。你可能還會(huì)特別想呼吁影廳里的每名觀眾都穿著黑色衣服來(lái)看電影。全球很多研究室正通過(guò)大量的測(cè)試和計(jì)算模型來(lái)試圖將這些相關(guān)配置帶來(lái)的影響量化。既然這種數(shù)據(jù)已經(jīng)公開(kāi)了，想來(lái)應(yīng)該可以幫助我們將過(guò)分夸大對(duì)比度的風(fēng)潮變得可控。

　　這種對(duì)于環(huán)境因素的理解，也有助于我們回答上面的第二個(gè)問(wèn)題。既然環(huán)境因素如此關(guān)鍵，而把所能感受到的對(duì)比度拉到了一個(gè)較低的水平。不論你采用的放映設(shè)備是10M:1還是1M:1，最終的結(jié)果都會(huì)接近于影廳對(duì)比度這個(gè)更加占主導(dǎo)地位的因數(shù)。于是你遇到了一個(gè)很有意思的商務(wù)性考量：你將很大一筆投資用于HDR，因?yàn)槟泐A(yù)期獲得顯著的對(duì)比度提升；可是最終只獲得了有限的畫(huà)質(zhì)改善。想象一下，那是在當(dāng)時(shí)最好的投資決策嗎？不要忘記在畫(huà)面質(zhì)量的矩陣中，對(duì)比度只是其中一個(gè)因素。亮度，均勻性，色域，3D質(zhì)量和分辨率至少是同樣重要的。綜上所述，可能投資于更高的亮度或者更好的3D系統(tǒng)回報(bào)可以更多。收益遞減規(guī)律在這些方面并不明顯。而正如上面討論的，這些因素對(duì)于對(duì)比度的影響也是蠻大的。

　　結(jié)論

　　電子顯示領(lǐng)域正面臨一個(gè)新的風(fēng)潮：以所謂“擴(kuò)展動(dòng)態(tài)范圍”和“高動(dòng)態(tài)范圍”為代表的對(duì)于對(duì)比度的過(guò)分夸大。對(duì)此，理解環(huán)境因素對(duì)我們所能感知對(duì)比度的影響就尤為重要。最近的研究表明這些因素是占主導(dǎo)地位的。更多的研究和探討仍在進(jìn)行中，以幫助我們理解對(duì)高對(duì)比度進(jìn)行投資帶來(lái)的真正價(jià)值所在。