對比度的“過分夸大”

　　在數(shù)字影像處理世界有時會發(fā)生一些瘋狂的事情。還記得第一臺數(shù)字攝影機的誕生，以及隨之而來的百萬像素技術(shù)的競爭嗎？你剛剛買了你的600萬像素相機（也許還開心的享受著夏威夷假期的美照）；然后一些廠商已經(jīng)開始試圖說服你“他們的1200萬像素新機型會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脂透鏡結(jié)合，會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……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“準高清”或“全高清”到“超高清”的躍進吧？實際上，這個趨勢一直在持續(xù)著。在攝像機端，高于超高清的分辨率已經(jīng)進入測試階段：下一次“像素膨脹”席卷顯示領(lǐng)域的風暴，恐怕只是一個時間問題了。

　　近來，一股風潮已經(jīng)起勢：這次是“夸大對比度”。很多人對什么是對比度這個話題頗有興趣。而新的熱門話題是“動態(tài)范圍”：“擴展動態(tài)范圍”（EDR）和“高動態(tài)范圍”（HDR）。為了防止這個話題又一次被惡性夸大，我們想在這和大家分享一些事實和觀點。

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

　　那么“擴展”和“高”意味著什么呢？據(jù)我們所知（如果我們錯了，請一定給我們指正），“普通動態(tài)范圍”到哪里算結(jié)束，而“擴展”或者是“高”動態(tài)范圍從哪里開始，其實并沒有標準的定義。有些人會參考攝像機光圈F值的概念。但實際上，任何高于工業(yè)或市場標準的指標都可以合法地自稱為XDR或HDR（擴展動態(tài)范圍或高動態(tài)范圍）。請注意一些廠商現(xiàn)在已經(jīng)這么做了。僅僅是比標準高出了10%？好吧，我們就叫它HDR啦！

　　有一個態(tài)度非常重要，那就是對比度是評價圖像質(zhì)量時一個非常重要的參數(shù)，對此我們毫無疑議。它能夠幫助我們定義你從圖像中能夠分辨多少細節(jié)。評判一個數(shù)字成像的畫面看上去多么真實自然，對比度也是重要的一環(huán)。對比度越高越好：毫無疑問！

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

　　下面我們就來回答這兩個問題：

　　收益遞減規(guī)律

　　對于第一個問題，在2015年的NAB展會上Peter Ludé先生做了一篇題為“黑何以為之黑？”的報告。作者在報告中聚焦數(shù)字影院環(huán)境中的高動態(tài)范圍放映機的應用。也許最好的內(nèi)容格式與最好的圖像處理正是應用在了數(shù)字影院這個地方。而對于HDR來說同樣如此。報告認為有4個因素決定了我們在銀幕上感知畫面質(zhì)量的優(yōu)劣。其中兩個是技術(shù)相關(guān)的，但另外兩個卻和放映機或者銀幕處理技術(shù)毫無關(guān)系，而是100%由環(huán)境參數(shù)決定。報告中定義和測量了一個名為“影廳對比度”的概念。在他提出的模型中，不同的參數(shù)同時羅列，從而證明了環(huán)境因素竟然可以將高達1500:1順序?qū)Ρ榷龋ǚ庞硻C內(nèi)部能力）拉低至354:1！

　　這一結(jié)果證實了我們長達多年的調(diào)查數(shù)據(jù)，周圍環(huán)境是我們感知對比度效果的決定性因素。房間里的光源，經(jīng)過各種物體不斷反射，對于我們在顯示終端看到的結(jié)果影響巨大。所以當設備制造商努力宣稱對比度達10000:1,100000:1……1000000:1時，這些其實都是理論數(shù)值，只有在環(huán)境完全可控的暗室內(nèi)測量才可以呈現(xiàn)。一旦你將之置于一個實際的環(huán)境中，這個比值會明顯減小。影院的安全規(guī)范會強制要求你“安全出口”標識必須明顯；你的觀眾會要求你安裝地腳燈以防走臺階時摔倒。你可能還會特別想呼吁影廳里的每名觀眾都穿著黑色衣服來看電影。全球很多研究室正通過大量的測試和計算模型來試圖將這些相關(guān)配置帶來的影響量化。既然這種數(shù)據(jù)已經(jīng)公開了，想來應該可以幫助我們將過分夸大對比度的風潮變得可控。

　　這種對于環(huán)境因素的理解，也有助于我們回答上面的第二個問題。既然環(huán)境因素如此關(guān)鍵，而把所能感受到的對比度拉到了一個較低的水平。不論你采用的放映設備是10M:1還是1M:1，最終的結(jié)果都會接近于影廳對比度這個更加占主導地位的因數(shù)。于是你遇到了一個很有意思的商務性考量：你將很大一筆投資用于HDR，因為你預期獲得顯著的對比度提升；可是最終只獲得了有限的畫質(zhì)改善。想象一下，那是在當時最好的投資決策嗎？不要忘記在畫面質(zhì)量的矩陣中，對比度只是其中一個因素。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，這些因素對于對比度的影響也是蠻大的。

　　結(jié)論

　　電子顯示領(lǐng)域正面臨一個新的風潮：以所謂“擴展動態(tài)范圍”和“高動態(tài)范圍”為代表的對于對比度的過分夸大。對此，理解環(huán)境因素對我們所能感知對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地位的。更多的研究和探討仍在進行中，以幫助我們理解對高對比度進行投資帶來的真正價值所在。