Első "lecke": a kép élességnek a mérése.

Eredeti elképzelésem szerint az előző topic-ban felmerült Photoshop-filter ("Unsharp mask") és az LCD projektorok képét élesítő, tökazonos matematikai alapokon nyugvó eljárás működésének példáján keresztül mutattam volna be a konvolúciós mátrixok használatát a digitális kép élesítésére/homályosítására (és persze egyéb feladatokra). Miután mindenki értette volna, hogy a mátrixok hogyan működnek, második lépésben a fizikai háttér, illetve konkrét mérések/becslések segítségével megkonstruáltuk volna a ma létező vetítési rendszerek "gyengeségeit" bemutató mátrixokat ... és persze ezeket összehasonlíthattuk volna pl. a DLP egyes típusai illetve az LCD gépek esetén. Így azonnal, tényszerűen megmagyarázhattuk volna az összes olyan "misztikus" jelenséget, amit sokan tapasztaltak már a saját szemükkel, az internetes tesztek is sokszor leírták műr őket, de igazából megnyugtató magyarázatukat én még nem láttam leírva. A következő "misztikumokat" simán magyarázhatóak lennének:
- miért tűnik (többé-kevésbé) homályosnak az LCD projektorok képe?
- miért halványodnak el a csillagok az LCD gépek által vetített űrjelenetek során?
- miért homályosítja mindig a projektor képét az "egy dimenziós" pixel-tologatás (E-shift, XPR-es 0,66"-es DLP chip, illetve ilyen rendszert építettem én is otthonra)
- miért homályosítja még jobban a képet a "két irányban" történő pixel-tologatás (magyarul amikor 4db logikai pixelt rajzol 1 fizikai pixel, ahogy a 0,47"-es (és XPR-es) DLP chip esetén)
- miért számít az, hogy egy projektor optikája mondjuk negyed pixelnyit "szétkeni" a pixel képét, amikor 1 pixelnél kisebb részleteket nem is tartalmaz egy digitálisan tárolt film?

Szóval mindezen kérdések megválaszolása nagyon tanulságos lett volna a konvolúciós mátrixok segítségével ... de szerintem mégis okosabb lesz a kérdést leegyszerűsíteni annyira, hogy senki ne rettenjen meg előre (és feleslegesen) a dolog mögötti matematikától. Ha esetleg mégis van érdeklődés (mondjuk 5 emberke azt mondja nekem PM-ben, hogy érdekli a dolog) akkor szívesen lekörmölöm a mátrixos elméletet, de első körben egyszerűsítek és megfogalmazok egy könnyen érthető állítást:

Egy vetítési rendszer képének (adott felbontás mellett) szemmel érzékelt "élességét" az határozza meg, hogy a vásznon egy (tetszőlegesen kiválasztott) pixelhez tartozó fénymennyiségnek mekkora része érkezik meg a valóságban is a pixel felületére.

Magyarul ha a pixel fényének 100%-a valóban a pixel felületére kerül, akkor az a vetítési rendszer gyakorlatilag tökéletes (az adott felbontás mellett). A valóságban vetíteni ilyen képet nem lehet, de pl. egy OLED tévé esetén (nagyjából) teljesül az, hogy egy fehér pixel körül teljes feketeség van (azaz a pixel fénye 100%-ban a pixel felületén "világít"). Vetítés esetén azonban mindig szóródik egy kis fény a pixel mellé, mert:

- az optika sosem teljesen tökéletes (mindig van egy kis por, polírozási tökéletlenség az optikai felületeken ami miatt a fókusz nem tökéletesen éles pl. zöldben sem)

- az optikai lencsék a különböző színeket sem tudják tökéletesen egymásra "küldeni" a vásznon (optikai eredetű színszórás)

- akármilyen jó minőségű egy lencse, a fény hullámtermészete miatt keletkező diffrakciós hatások (az Airy korong körüli diffrakciós gyűrűk) is "kiszórnak" valamennyi fényt a pixel mellé

- 3 chip-es gépek esetén a konvergencia-hibák is (kék, vörös) fényt juttatnak a pixel köré, így csökken a kép élessége (és ez felveti az igényt, hogy a pixel mellé kerülő fény hatásának számításánál vegyük figyelembe az emberi szem érzékenységét az adott színre)

- az LCD gépek esetén a pixelek nem függetlenek egymástól, ha egy pixel feszültséget kap, a benne megjelenő elektrosztatikus tér a szomszédaiban is "berendezi" az folyadékkristály molekuláit, tehát azok a pixelek is (minimum) szürkék lesznek. Ez nem egy optikai eredetű hiba, hanem a panel működésének következménye. A vásznon ezt a hatást nem fogjuk közvetlenül látni, mivel az LCD gépekben a gyártók ismerik és korrigálják ezt, a korrekció azonban nem működik fekete alapon megjelenő magányos fehér pixelek esetén, ezért halványodnak el az űrjelenetekben a csillagok az LCD gépek képében.

- a fentiek alapján azonnal látszik, hogy a pixel-tologatás miért ad mindig homályos képet. Ha a vetítő pixele nagyobb, mint amekkorának elméletileg lennie kellene (márpedig tuti SOKKAL nagyobb, hiszen pl. az 1080p natív felbontású pixel kétszer nagyobb, mint egy 4K pixel) szóval ha a pixel "túl nagy", akkor egy része "lelóg" a (pici) 4K pixel felületéről. Ez (a fentiek szerint) pontosan ugyanazt a hatást adja, mintha egy valós 4K (azaz valóban "pici" pixeleket használó) vetítő esetén a pixelek nagyon erős hatással lennének egymásra.

A fentiek alapján könnyedén bevezethetünk egy mérőszámot (hívhatnánk mondjuk "élesség állandónak") ami egy-egy vetítési rendszer esetén azt mondja meg, hogy a pixel felületén megjelenő fénymennyiség hány százaléka az, aminek valóban az adott pixelben kell megjelenni. Minden fent felsorolt hatás (tökéletlen optika, színhiba, konvergencia- hiba, diffrakció, LCD pixelek "kölcsönhatása", pixel-tologatás hatása) csökkenti az élesség-állandót. És persze ha már tudjuk, hogy "mit kell nézni" akkor meg is becsülhetjük (sőt, esetenként tényszerűen kiszámíthatjuk) a ma létező vetítési rendszerek élesség-állandóját. Mutatom:

- tévék esetén az "élesség állandó" gyakorlatilag 1 (azaz tökéletes) hiszen nincs "kapcsolat" a (projektor pixeleinek sokszorosa méretű) pixelek között és optikai problémák sincsenek

- pixel-tologatás nélküli (hagyományos?) DLP projektor esetén 1 közeli az érték, mivel a panelen a pixelek teljesen függetlenek egymástól, CSAK az optikai problémák csökkentik az értékét, azok viszont kezelhetőek pl. jól tervezett és polírozott, extra alacsony fényszórású fluorit optika használatával. Az optika nagyon drága dolog, de van egy nagy előnye is: gyakorlatilag végtelen az élettartama és ezért egy életben kb. csak egyszer kell megvenni.

- pixel-tologatással működő (XPR) DLP projektor esetén az élesség-állandó elméleti maximális értéke a (vetíteni próbált) felbontáshoz tartozó pixel (pici) felületének és a gép (nagy) fizikai pixeleinek a felület-hányadosa. Erre szerintem indokolt egy pár példa:

A 0,66'-es, fizikailag 2720*15XX (AVhelper tudja a pontos értéket fejből, engem nem érdekel) felbontású DLP chip esetén a "4K pixelek" felületének a duplája a fizikai pixelek felülete, így az élesség-állandó maximális értéke 0,5. Ugyanezt úgy is megfogalmazhatjuk (talán így még érthetőbb) hogy az idő 50%-ában a kiválasztott pixel van a vásznon, a másik 50%-ban pedig a 4 "diagonális" szomszédjának a sarkai fedik le a kiválasztott pixel felületét. Magyarul: a pixel "saját fényessége" pontosan 50%-ban érvényesül a végső kép kialakításakor.

A 0,47'-es, fizikailag 1920*1080 felbontású 4K DLP chip esetén a "4K pixelek" felületének a NÉGYSZERESE a fizikai pixelek felülete (mivel a 2x nagyobb négyzet felülete 4x nagyobb) így az élesség-állandó maximális értéke 0,25. Ugyanezt úgy is megfogalmazhatjuk (talán így még érthetőbb) hogy az idő 25%-ában a kiválasztott pixel van a vásznon, a másik 75%-ban pedig a 3 szomszédja fedi le a kiválasztott pixel felületét. Magyarul: a pixel "saját fényessége" pontosan 25%-ban érvényesül a végső kép kialakításakor. Érdekesség, hogy itt nem "térbeli" hanem "idő beli" probléma csökkenti a kép élességét... lehet, hogy a végén tényleg meg kell tanulnunk 4 dimenzióban gondolkodni?

Az E-shift-es LCD gépek esetén háromszoros a probléma
- a panelen eleve "kölcsönhatnak" a pixelek,
- a pixelek nem tudnak gyorsan feketéről fehérre "átállni" ezért a pixel-tologatás csak korlátozottan működik akkor, ha egy pixelnek a fekete és a fehér állapotok között kell(ene) másodpercenként 120-szor váltani (márpedig pl. egy fehér felület szélét csak így tudja megjeleníteni egy E-shift-es projektor)
- ezek esetén mindig 1080p a panel felbontása, ezért eleve csak a 25%-os élesség állandót tudja az előző két hatás tovább rontani.

Ha elfogadjuk a fenti elméletet a kép élességének a mérésére vonatkozóan (márpedig az optikában ezen senki nem csodálkozna, mivel ez az optikai rendszerek minőségének mérésére széles körben használt MTF, azaz Modulation Transfer Function egy leegyszerűsített esete). Az optikában nem kimondottan egy pixel "szomszédaira", hanem különböző sűrűségű, fekete.fehér vonalakból álló mintázat megjelenítésekor mérik lényegében ugyanezt és az eredményeket grafikonon ábrázolják a tesztábra vonalsűrűségének függvényében, de a lényeg ugyanez ott is.

A tévé képéhez leginkább hasonló (csak nagyobb, dögösebb) kép vetítéséhez tehát olyan vetítési rendszer kell, ami a fenti, elkerülhető (élesség-csökkentő) hibákat elkerüli, az elkerülhetetlen hibákat pedig minimalizálja. Annál többet tehát nem tehetünk, mint hogy:

- jól polírozott, extra kis színhibájú (pl. fluorit) optikát használunk (fényszórás, színhiba minimalizálása)
- a (sajnos) elkerülhetetlen diffrakciós hatásokat csak minimalizálhatjuk azzal, ha fizikailag nagyobb a pixelek mérete, tehát a NAGYMÉRETŰ DLP chip használatával kaphatunk éles képet a vásznon
- olyan vetítési rendszert használunk, ahol a pixelek garantáltan és teljesen függetlenek a panelen (DLP)
- nem használunk pixel-tologatást.

A kép élességét tehát a fenti módon maximalizálhatjuk, a valóságban viszont nem a kép élessége az egyetlen fontos paraméter. A pixel-tologatás pl. nagyon hasznos lehet akkor, ha másképp megoldhatatlan lenne pl. a vászonról a látható (és zavaró) pixelek "eltüntetése". Ha egy feladat megoldására csak egy lehetőség van, akkor azt kell használni és kész. De ha több lehetőség van (pl. XPR-es DLP vagy E-shift-es LCD is megfelelhet) és fontos a kép élességének a maximalizálása, akkor már nagyon nem mindegy, hogy melyik irányba induljun. A 0,66"-es DLP chip-ekben levő "egydimenziós" XPR rendszer magasan a 0,47"-es chip-ek "kétdimenziós" rendszere fölött áll képélesség tekintetében, de ezt soha nem fogja leírni egyetlen specifikáció sem.

A fenti dolgokat elméleti módon cáfolni szerintem nehéz lenne, ha azonban (pl. üzleti megfontolások miatt) a valóság elfedése a cél, akkor még mindig mondhatja bárki, hogy egyes fenti hatások fizikailag léteznek ugyan (pl. LCD pixelei közötti kölcsönhatás vagy az XPR hátránya) de ezek a hatása elhanyagolható a végső képminőség tekintetében. A gond ezzel (szerintem) az, hogy az "elbagatelizálás" (vagy az egyszerű tagadás) NEM fogja JOBBAN megmagyarázni a tapasztalati tényeket (amelyeket mindenki a saját szemével láthat) mint a "megtámadott" elmélet.

Jelen pillanatban egyetlen olyan mérési adatot, tényt vagy hatást sem ismerek projektorokkal kapcsolatban, amelyik ne "illene bele" a fenti elmélet-rendszerbe. Ha bárki ismer ilyet, akkor kérem jelezze és azonnal újragondolom a fentieket, de eddig minden, ami a fentiekből következik, tökéletesen működött a gyakorlatban. Ráadásul a fizikai/optikai/matematikai dolgokban elég biztos is vagyok...

Ideírhatja tehát bárki, hogy "hülye vagy Te, csak nem forogsz" de ennek nulla értelme van a lényeg szempontjából. Tökmindegy, hogy én hülye vagyok-e, a kérdés az, hogy:
- van-e a fentieknek ellentmondó (tényszerű, mérhető, reprodukálható) tapasztalata bárkinek is?
- létezik-e olyan elmélet, ami jobban megmagyarázza azt, amit látunk a vásznon (és persze ezen dolgok elméleti okait)?

Én magam elég sok projektort láttam már személyesen (DLP- és LCD vonalon is). Eddig mindegyik "viselkedése" betű szerint megfelelt a fentieknek, de persze ez még NEM garantálja azt, hogy a jövőben esetleg ne találjunk egy kivételt. Ha ez majd egyszer megtörténik akkor újragondoljuk a dolgot. Addig azonban érvényesnek fogadom el a fentieket.

Igazából én ezen a fórumon csak egyetlen "alternatív" elméletet olvastam eddig, ennek lényegét igen könnyű összefoglalni: "ez mind marhaság, mert a katalógusok ezeket a dolgokat nem említik". OK, akkor a tudományos korrektség kedvéért most tegyük fel, hogy ez az elmélet az igaz, nem pedig az enyém (azaz valóban minden marhaság, amit leírtam) és valóban a katalógusok olvasgatása lenne a valóság megismerésének a jó útja.

Kérdéseim erre az esetre:
- mennyivel jobban magyarázza meg az új "elmélet" az LCD projektorok képének homályosságát? Ez a magyarázat egészen pontosan melyik katalógusban van benne?
- mennyivel jobban magyarázza meg az új elmélet a csillagok elhalványodását az LCD-vel vetített képben? Melyik katalógust nézzük?

Ezek a dolgok (szerintem) nincsenek benne semelyik katalógusban, itt van tehát két olyan kérdés, amire az én elméletem "tudományosan korrektnek tűnő" választ ad(ott) az új elmélet viszont semmilyen értelmes választ nem tud adni rájuk. Az új elmélet tehát NÖVELTE a megválaszolatlan kérdések számát (nulláról kettőre) tehát ez alapján az új elmélet "kevésbé tűnik jónak" mint a régi. Igazából egy elmélet megdöntéséhez először mindenképpen egy általa megválaszolatlan kérdést kell feltenni (vagy találni egy ellentmondást, ami az elmélet következménye). Enélkül az elméletet igaznak kell elfogadni. A "hülye vagy Te" kezdetű mondat helyett tehát inkább ilyen ellentmondások keresését javaslom a kételkedőknek. Ha találnak ilyet,azonnak csatlakozni fogok és én is kételkedni kezdek, ezt most ígérem!

Ja, persze az is egy lehetőség egy új elmélet számára, hogy simán letagadjuk a valóságot. Pl. "az LCD képe éles, a DLP homályos" ... és esetleg hozzátehetjük: "hülyékkel pedig nem tárgyalok"). OK, elfogadom ezt a választ is ... de:

Ha az új elmélet szerint a DLP homályos, akkor ez ellentmond a házimozisok (és tesztelők) szemével látott valóságnak. Ez egy nyilvánvaló ellentmondás a valóság és az elmélet között, amit NEM fogadhatunk el, hiszen a jó elméletnek "el kell simitania" a valóság látszólagos ellentmondásait, nem pedig további ellentmondásokkal nehezíteni az életünket. Az én elméletem szépen megmagyarázza azt a látszólagos ellentmondást, azaz hogy miért vetít egy üvegoptikás LCD homályosabb képet, mint egy műanyag optikájú DLP (hiszen az LCD problémája nem maga a lencse, hanem a panelen megjelenő kép), Ebből persze az is rögtön látszik, hogy az LCD pixelei között kölcsönhatás sokkal jobban homályosítja a képet, mint pl. az olcsó DLP-n levő műanyag optika. Ha tehát az "LCD-pixel-kölcsönhatást" elhanyagolhatónak tekintjük, akkor a műanyag optika képrontó hatását "még elhanyagolhatóbbnak" kell tekintenünk.

A "konok tagadás" vagy az "elbagatelizálás" tehát jól eshet egyesek lelkének, viszont sajnos növeli az ismert ellentmondások számát, ezért ez nem alkalmas semmilyen elmélet megcáfolására.

A helyzetet persze tovább nehezíti, hogy a fenti tapasztalatokra (pl. LCD kép homályossága) az elmúlt évek során tökéletesnek tűnő (és a valóságban teljesen hamis) magyarázatok születtek azon tesztelők tollából, akiknek nem volt meg az elméleti (fizika, optika) felkészültsége a helyes magyarázat megtalálására. Ezek a (talán mondhatjuk, hogy marhaságok) mára elég jól "berögzültek" sokak agyába (pl: az LCD projektorok optikája gyengébb minőségű). Én most simán ellentmondok ezeknek a "rögzült" állításoknak ... és biztos, hogy sokaknak ez nem fog tetszeni. Egy kollégám erre azt mondja "sportszerű nehezítés".

Hát ... a kép élességéről kb. ennyit, ebben a lényeg benne volt, de mégsem kellett rémisztő matematikai neveket leírnom. Hosszú volt, de szerintem sikerült helyretenni egy csomó eddig "elmisztifikált" kérdést.

A fentiekből talán az látszik, hogy éles képet csak DLP-vel lehet vetíteni. Ez nem igaz, az LCD esetén is van lehetőség a "kölcsönhatás" csökkentésére. Két lehetőség is van (ezt fizikai megfontolások alapján mondom)
- a folyadékkristály-réteg vékonyítása
- a panel fizikai méretének megnövelése.

Ha a gyártók a képminőség javítását helyeznék előtérbe, simán gyárthatnának olyan LCD-ket, amelyek felveszik a versenyt (élesség szempontjából legalábbis) a DLP gépekkel. Ez azonban jelen pillanatban egyik termékvonal esetén sem látszik elsődleges célnak (a DLP esetén biztosan nem). Ennek ellenére sem reménytelen a helyzet, pl. a Sony 870-es modellje már teljesen eldogadható élességű kép vetítésére képes ... bár 8 millióFt körüli áron. Az LCD (a későbbiekben részletezett okok miatt) talán soha nem lesz az elsődleges vetítési rendszer akkor, ha referencia minőségű kép vetítése a feladat, azonban a szivárványra érzékenyek hamarosan (talán pár éven belül) hozzájuthatnak majd teljesen jól használható gépekhez (pl. az említett Sony "kistestvérei" esetleg leszármazottai által).

A következő körben a kontraszt kérdését akarom tárgyalni ...