עקומת S-CURVE

מוטי כהן מסביר לנו על עקרונות גרף הגאמה מסוג S-CURVE אשר הופך יותר פופולרי עבור מסכי פלאזמה.rn

7:00
  /  
12.10.2005
  
מאמר זה נכתב על ידי מוטי כהן (motico)

rnמטרת המאמר להסביר את נושא Contrast ו S curve בליווי דוגמאות.בכל הטלוויזיות קיימים בקרים לכיוון מצב התמונה אבל יש כאלה שמוסיפים מנגנון שנקרא S Curve.

rnמה ההבדל בין מצב שינוי Contrast רגיל לבין מצב מיוחד שמכונה S Curve .


rnכדי להמחיש מנגנון זה, וכדי שהתמונות במאמר יראו בצורה נכונה, חשוב לאפס את מסך המחשב כך שיציג את כל טווח הבהירות, ממש כמו שצריך לבצע במסכי טלוויזיה.

כיול המסך:

rnבמסגרת האפורה נכתבה המילה HomeTheater . במסך מאופס היטב, חצי מילה תופיע באזור הכהה והחצי השני באזור הבהיר.






אם אינכם מצליחים להבחין במילה או רק בחלק ממנה, רצוי לבצע כיול למסך המחשב כמתואר:
rn1. לכוון Brightness ו Contrast במסך המחשב למקסימום.
rn2. לשנות את ה Brightness עד שהחלק השחור בתמונה יראה שחור עמוק אבל המילה Home עדיין ניתנת להבחנה.
rn3. אם המילה Theater לא נראית, יש להנמיך את ה Contrast במקצת ולחזור לסעיף 2.
rn4. צריך לחזור על סעיפים 2 ו 3 עד שכל המילה (HomeTheater) מופיעה בברור.



לאחר כיול המסך אפשר להמשיך ולהשוות דוגמאות של עקומות שונות ששימושיים במסכי פלאזמה.


עקומה ליניארית: rn

מסך הטלוויזיה מקבל אות וידאו. אות הוידיאו אשר מייצג את התמונה, מורכב מרמות מתח משתנות, מה שמקביל לרמות שונות של בהירות.

rnלצורך הסבר ראשוני לגבי מונחים שנשתמש במאמר, נתאר גרף של עקומה ליניארית.











החלק העליון שקול לרמת הלבן שנכנס למסך.

בציר Y רואים את רמת הבהירות שמקרין המסך לאחר שעבר את המעגלים האלקטרוניים.


החלק התחתון שקול לרמת השחור שנכנס למסך.

בציר X רואים את רמת הבהירות שנכנסת למעגלים ממערכת הקליטה.


===> צד שמאל מייצג רמה של שחור

צד ימין מייצג רמה של לבן. <===
אם נמספר את רמת השחור כ 0 ואת רמת הלבן כ 100, נראה שאות הוידיאו ברמה של 20 יוצא באותה רמה – 20, כנ"ל 30 50 וכו'. בקיצור, גרף ליניארי – רמת הכניסה שווה לרמת היציאה.



rnלצערנו, תחנת שידור טלויזיה, DVD מחשב וכל מקור וידאו שמטרתו הסופית להיות מוצג על גביי מסך הטלויזיה, מחוייב לשדר תמונה עם גרף בהירות לא ליניארית. תמונת השידור המתקבלת עברה לפני השידור הגדלת בהירות לפי עקום ידוע – הוא עקום ה Gamma, או ליתר דיוק גאמה הפוכה (Inverse Gamma). rn

לא נכנס לסיבות ההיסטוריות שגרמו לתהליך זה, יספיק אם נציין שבעבר הרחוק היה הכרח לעשות כך בכדי להתגבר בעצם על גרף לא לינארי ע"ג מסכי טלויזיה מסוג CRT. מטרת הגרף ההפוך היה בעצם לצמצם או להעלים את השפעת חוסר לינאריות במקלט הטלויזיה על ידי שימוש בעקום "הפוך" לזה של המסך. הכפלת שני הגרפים יוצר, אם כך, את הגרף הלינארי המבוקש.

rnדוגמא של תמונה משודרת:



אות הוידיאו מגיע למקלט/מסך הטלוויזיה ועובר תהליכים שונים של עיבוד תמונה. נתמקד בשני תהליכים שתפקידם לשנות את איכות התמונה שתוקרן לבסוף על המסך:
rn1. שיחזור ה Gamma
rn2. בקרי ה Contrast ה Brightness וה S Curve

כפי שאנו יכולים לראות בתרשים הבא: rn


אות הוידיאו שנכנס לטלוויזיה עובר בתהליך ראשוני מנגנון לתיקון ה Gamma.

אם נחזור לתמונה המשודרת, כמו שרואים, התמונה בהירה מאד. כדי להמיר אותה לתמונה "נורמאלית" יש צורך לעבור תהליך לא ליניארי אשר בעצם מבצע תקיון לגרף ה –Gamma
rn
rnעקומת ה Gamma ניראת כך:





נשים לב שאות כניסה ברמה 0 יוצא גם כ 0 ואות ברמה 100 יוצא 100.

אבל, אות כניסה ברמה של 50, (אמצע ציר X), יוצא ברמה של 25 בלבד, (ציר Y).

במילים פשוטות, תמונת היציאה יותר חשוכה מתמונת הכניסה.

הגרף ממחיש עקום Gamma של 2.2. שינוי המספר משנה את צורת הגרף וכמובן בהתאם את היחס בין רמת השחור לרמת הלבן.

rnמספר יותר גבוה גורם לתמונה כללית יותר כהה.


לאחר תהליך תיקון ה- Gamma, נקבל את התמונה הבאה: rn



פה ניתן לראות שיפור בתמונה. צינצנות הריבה וביחוד צבע הכיסוי הצבעוני של הצנצנות חזר לעצמו, והרושם הוא של תמונה איכותית התואמת לתמונה המקורית לפני ששודרה.


זאת למעשה תמונת הייחוס בהמשך המאמר.



מכיוון שמאמר זה לא נועד להסביר את נושא ה Gamma לעומק, נניח בהמשך שכל מה שנקלט עבר כבר את תהליך עקומת ה Gamma והתמונה הנ"ל נכנסת למנגנוניי ה Brightness ה Contrast וה S Curve כמו שהיא.

rnלמידע נוסף על GAMMA לחצו כאן


התמונה שמוצגת לאחר טיפול בעקום Gamma נחשבת לטובה מבחינת כל תחום הבהירות. אפשר למצוא בה את כל רמות הבהירות שיש מ 0% ועד 100%, מהשחור העמוק ועד הלבן הבוהק.


זה המקום להתחיל לשחק עם הבקרים ולבדוק האם זאת התמונה הטובה ביותר האפשרית או שניתן עוד לשפר משהו.
rnבשלב ראשון נגדיל את ה Contrast של התמונה.

הגדלת ה Contrast:
rnבהגדלת ה Contrast הדגשנו את כל אזור רמות הבהירות הבינוניות על חשבון האזורים החשוכים ביותר והאזורים הבהירים ביותר שבתמונה.

rnולמי שמעוניין בהסבר קצת יותר מעמיק: כאמור אות הכניסה מורכב מרמות תאורה שונות.
rnבמצב של Contrast אידיאלי, על גבי מה שאנחנו מכנים "מסך מכוייל", כשנכנס לדוגמא אות שמגדיר עוצמה של 2% תאורה, זה גורם לעוצמת אור של 2% על גבי המסך. אם אות הכניסה יגדיר 60% תאורה, גם המסך יקרין 60% מעוצמת התאורה שלו. בקיצור, אפשר לומר שעוצמת אור המסך היא ביחס ישיר לאות הכניסה. rn

בהגדלת Contrast המספרים משתנים. אות כניסה ברמה של 50% יגרום להמסך להקרין 50% מתפוקת האור שלו. כל אות כניסה מעל 50% יוצא יותר גדול (לדוגמא: כניסה 75% יציאה כ 80%), וכל אות כניסה שמתחת ל 50% יוצא יותר קטן (לדוגמא: כניסה 25% יציאה 20%). ככל שה Contrast יותר גדול, שיפוע הגרף גדל, והיחס בין כניסה ליציאה גדל.









מה ההבדל בין שתי התמונות?

rnשימו לב בעיקר לכיסוים הבהירים של הצינצנות ולהבדל בפרטים של הצנצנות הכהות.

rnאיזו תמונה הייתם מעדיפים לראות על גבי מסך הטלוויזיה שלכם?
rn
כיצד זה נעשה?
rnשינוי Contrast משנה את שיפוע הגרף, ובדוגמא שמוצגת, רמת כניסה מ 0 עד 10 יוצאת כ 0. חלק ממידע שקיים בשחורים נמחק.
rnרמת כניסה של 90 ומעלה יוצאת כ 100. כל מידע שנמצע בלבן בין 90 ל 100 נמחק.


תמונה מקוריתתמונה לאחר הגדלת ה- Contrast


rnמה הרווח בהגדלת ה Contrast, תמונה יותר "חיה". הצבעים יותר רווים, קווים כלליים יותר ברורים ואפילו יש תחושה של שיפור בחדות. בתחום הכהים, שבו יש לתצוגות רבות קשיים להציג כראוי גוונים כהים – הדבר עלול להתבטא בפחות רעש.

rnהחיסרון הגדול – נעלמו פרטים. לדוגמא: הריקמה על הכיסוי הלבן של הצגצנת בצד שמאל, נעלמה כמעט לחלוטין. גם הברק הכהה של הצנצנת במרכז הפך לשחור.

rnננסה לשנות Contrast בצורה אחרת.

יישום S Curve:
rnחלק ממסכי הפלאזמה מאפשרים בחירת גרף לא ליניארי שנקרא S Curve. כשמסתכלים על צורת הגרף לא קשה לנחש מהיכן הכינוי S.

התוצאה לפניכם:











הרעיון הוא להשאיר את שיפוע הגרף במרכזו כמו שיפוע גרף ה Contrast שבדוגמא הקודמת, אבל, לא למחוק לגמרי פרטים באזורי תאורה ברמות מ 0 עד 10 ומ 90 עד 100.


כמו שאפשר להבחין מהגרף, בחלקים הכהים מאד והבהירים מאד של התמונה עדיין קיימים פרטים אבל כאמור ה Contrast באזורים אלו יותר נמוך.


תוצאה מעשית של עקום זה – בחלק מבהירות התמונה יש הגדלת Contrast ובחלק אחר יש הקטנת Contrast



תמונה מקוריתתמונה לאחר מעבר דרך S Curve


גם בתמונה שעברה תהליך של S Curve, נראה שיפור על פני התמונה המקורית בדיוק כפי שנעשה בהגדלת ה Contrast.
rnאז מה בעצם ההבדל בין תהליך פשוט של הגדלת Contrast לבין תהליך קצת יותר מורכב של S Curve?

rnלשם כך יש לבחון את שתי התמונות המומרות, אחת לצד השנייה. rn







תמונה לאחר הגדלת ה- Contrastתמונה לאחר מעבר דרך S Curve

במבט ראשון התמונות נראות זהות. גם במבט שני קשה למצוא הבדלים משמעותיים, אבל בכל זאת קיימים הבדלים…

rnנחזור שוב לצנצנת עם הכיסוי הלבן, ונתבונן בכיסוי בהגדלה:







תמונה לאחר הגדלת ה- Contrastתמונה לאחר מעבר דרך S Curve


הרקמה האפורה על הכיסוי הלבן נעלמה לאחר הגדלת ה Contrast. בתמונה שעברה שיפוע של S Curve עדיין רואים הרקמה קיימת. למרות שבגדול התמונות נראות שוות, עדיין בתהליך של S Curve נשמרים חלק מהפרטים.
rnהאם תוצאה זו מרמזת למסקנה ש- S Curve עדיף על הגדלת Contrast ?


לא כל כך מהר.


נתבונן בחלק התחתון הסגול של הצנצנת, בצד שמאל של התמונה:






תמונה לאחר הגדלת ה- Contrastתמונה לאחר מעבר דרך S Curve

במבט מדוקדק, נבחין שהפרטים בחלק זה של התמונה הימנית (Contrast) יותר ברורים ויש יותר צבע ממה שרואים בתמונה השמאלית (S Curve).


בחלק הזה של התמונה דווקא התמונה עם הגדלת ה Contrast מועדפת על פני ה S Curve.

rnמסקנת ביניים – אין אפשרות להצהיר הצהרה גורפת ש S Curve עדיף.


במעבר למצב S Curve, המעגלים האלקטרוניים של מסכי הפלאזמה מחברים את עקומת ה Gamma ועקומת ה S Curve לעקומה אחת (אין צורך לבצע 2 תהליכים נפרדים). ובפועל, עקומת ה S Curve מחליפה את עקומת ה Gamma .

השוואה בתמונה לא צבעונית:








1. תמונה מקורית2. תמונה לאחר הגדלת ה- Contrast3. תמונה לאחר מעבר דרך S Curve

כאן, כמו כמעט בכל תחום, הכול עניין של פשרה.

rnהתמונה המקורית (1) מדמה תמונה לאחר כיול Contrast (וגם Brightness) לרמה האידיאלית, כל זה בעזרת דיסק כיול או בעזרת קליטת אות כיול מתאים. במצב זה המסך יקרין את כל תחום הבהירות האפשרי ללא איבוד פרטים כל שהם וידאג להציג את התמונה בצורה הנכונה והקרובה ביותר לאות המקורי.

rnתמונה (2), לאחר הגדלת ה Contrast, מדמה תמונה שעברה כיול ולאחר מכן ה Contrast הוגבר בכ- 20% . במצב זה התמונה בכללותה נראית יותר טוב אבל סובלת מאיבוד פרטים באזורי תאורה שונים. אם מסך המחשב שלכם מכויל כראוי, אפשר להבחין שבמקרה הנ"ל חלק מתלתלי השיער באיזור הצואר שמופיעים בתמונה המקורית (מספר 1) נעלמו בתמונה האמצעית (מספר 2).

rnתהליך עיבוד התמונה (3) בשיטת S Curve מנסה להרוויח מכל העולמות. מצד אחד לשפר את התמונה ע"י הגדלת ה Contrast, אבל מצד שני עדיין לשמר פרטים חשובים. לפחות חלק מהם.

rnולמי שרוצה דוגמא צבעונית, הרי דוגמא נוספת תמונה של פרח הרימון (לרגל השנה החדשה). ושוב שאלת המאה, איזו תמונה הייתם מעדיפים לראות על גבי מסך הטלויזיה שלכם?









1. תמונה מקורית2. תמונה לאחר הגדלת ה- Contrast3. תמונה לאחר מעבר דרך
S Curve

נכון שההבדלים הנראים לעין הם קטנים, אבל זה בדיוק הקו הדק שבין טוב מאד למצויין .

rnהגדלה מלאכותית של ה Contrast (בכל צורה שהיא) קיימת גם בתהליך פיתוח תמונות Photo רגילות. הנייר שעליו מודפסת התמונה בשילוב עם הכימיקלים נותן Contrast גבוה. התוצאה, רווית צבע מוגדלת ושיפור במראה הכללי של התמונה. ברור שחלקי תמונה אחרים נפגעים, אבל כנראה שרוב הציבור מעדיף את התוצאה עם ה Contrast הגבוה על פני האידיאלי.

מסקנות:
כמו שראינו בדוגמאות, לדעתי רוב הצופים יעדיפו מסך כשהתמונה מכוונת למצב של תמונה 2 או 3, מה שאומר מסך לא מכויל לכיול התיאורטי. תמונה 2 יותר "צועקת" מהמקורית, אולם נדמה לי שתמונה 3 היא פשרה די טובה. בכל מקרה, בזמן כיוון/כיול מסך, רצוי ראשית להגיע לכיול הנכון התיאורטי, ורק מנקודה זו להגדיל את ה Contrast במקצת לרמה הרצויה, או, לעבור למצב S Curve אם המסך מאפשר זאת.
rn
rnאולי המסקנה החשובה ביותר היא שדווקא תמונה לא מכוילת בולטת לעין בחדות ובצבעים הרווים שלה. זו כנראה הדרך לכוון את הפלאזמות בחנות כדי לסחוט מכולנו קריאות התפעלות.

rnברור שלאחר כיוון/שינוי המסך למצב שונה מהכיול הנכון, חלק מהתמונה משתפר, אבל בתמורה, חלק אחר מתקלקל.

rnבחיים כמו בחיים, מה שקיים, ולא יודעים שקיים, לא מפריע, אבל זו כבר פילוסופיה למאמר אחר…


7:00
  /  
12.10.2005
  
מאמר זה נכתב על ידי מוטי כהן (motico)

1