對比度的“過分夸大”

　　在數字影像處理世界有時會發生一些瘋狂的事情。還記得第一臺數字攝影機的誕生，以及隨之而來的百萬像素技術的競爭嗎？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”引發了一系列近乎荒誕的數字，而超高分辨率的成像器件與樹脂透鏡結合，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域又發生了（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著。在攝像機端，高于超高清的分辨率已經進入測試階段：下一次“像素膨脹”席卷顯示領域的風暴，恐怕只是一個時間問題了。

　　近來，一股風潮已經起勢：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“動態范圍”：“擴展動態范圍”（EDR）和“高動態范圍”（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。而動態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？據我們所知（如果我們錯了，請一定給我們指正），“普通動態范圍”到哪里算結束，而“擴展”或者是“高”動態范圍從哪里開始，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，任何高于工業或市場標準的指標都可以合法地自稱為XDR或HDR（擴展動態范圍或高動態范圍）。請注意一些廠商現在已經這么做了。僅僅是比標準高出了10%？好吧，我們就叫它HDR啦！

　　有一個態度非常重要，那就是對比度是評價圖像質量時一個非常重要的參數，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。評判一個數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。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決定的嗎？
　　2、提高更多的對比度就能等量地提升畫面質量嗎？

　　下面我們就來回答這兩個問題：

　　收益遞減規律

　　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字影院環境中的高動態范圍放映機的應用。也許最好的內容格式與最好的圖像處理正是應用在了數字影院這個地方。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量的優劣。其中兩個是技術相關的，但另外兩個卻和放映機或者銀幕處理技術毫無關系，而是100%由環境參數決定。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，不同的參數同時羅列，從而證明了環境因素竟然可以將高達1500:1順序對比度（放映機內部能力）拉低至354:1！

　　這一結果證實了我們長達多年的調查數據，周圍環境是我們感知對比度效果的決定性因素。房間里的光源，經過各種物體不斷反射，對于我們在顯示終端看到的結果影響巨大。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值，只有在環境完全可控的暗室內測量才可以呈現。一旦你將之置于一個實際的環境中，這個比值會明顯減小。影院的安全規范會強制要求你“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配置帶來的影響量化。既然這種數據已經公開了，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。既然環境因素如此關鍵，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，最終的結果都會接近于影廳對比度這個更加占主導地位的因數。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系統回報可以更多。收益遞減規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。

　　結論

　　電子顯示領域正面臨一個新的風潮：以所謂“擴展動態范圍”和“高動態范圍”為代表的對于對比度的過分夸大。對此，理解環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。