巴可汤姆·伯特的“对比度论”第一季

　　对比度的“过分夸大”

　　在数字影像处理世界有时会发生一些疯狂的事情。还记得第一台数字摄影机的诞生，以及随之而来的百万像素技术的竞争吗？你刚刚买了你的600万像素相机（也许还开心的享受着夏威夷假期的美照）；然后一些厂商已经开始试图说服你“他们的1200万像素新机型会让你的假期变得更加惬意”。这种“像素膨胀”引发了一系列近乎荒诞的数字，而超高分辨率的成像器件与树脂透镜结合，会让你的照片就像是在水下拍摄的一样，像蒙上了一层什么东西……（不过如果您的夏威夷照片真的就是在水下拍摄的，那我们只能说……抱歉了。）

　　同样的故事在电子显示领域又发生了（不论是直接显示还是基于投影）。还记得从“准高清”或“全高清”到“超高清”的跃进吧？实际上，这个趋势一直在持续着。在摄像机端，高于超高清的分辨率已经进入测试阶段：下一次“像素膨胀”席卷显示领域的风暴，恐怕只是一个时间问题了。

　　近来，一股风潮已经起势：这次是“夸大对比度”。很多人对什么是对比度这个话题颇有兴趣。而新的热门话题是“动态范围”：“扩展动态范围”（EDR）和“高动态范围”（HDR）。为了防止这个话题又一次被恶性夸大，我们想在这和大家分享一些事实和观点。

　　“动态范围”和“对比度”的意义十分相近：前者通常用于成像元素（比如人眼，摄像机等），而后者更多用于显像设备（电子或其他类型的显示器）。从历史角度来看，对比度一直被认为是一个全局参数。而动态范围在显示端被用来描述一些局部变化：比如在角落处的一个明亮白斑的相对差异，或者在其它地方的一个黑色区域。注意这仅仅是一种感觉：你也可以使用对比度来把这种局部差别定量化。

　　那么“扩展”和“高”意味着什么呢？据我们所知（如果我们错了，请一定给我们指正），“普通动态范围”到哪里算结束，而“扩展”或者是“高”动态范围从哪里开始，其实并没有标准的定义。有些人会参考摄像机光圈F值的概念。但实际上，任何高于工业或市场标准的指标都可以合法地自称为XDR或HDR（扩展动态范围或高动态范围）。请注意一些厂商现在已经这么做了。仅仅是比标准高出了10%？好吧，我们就叫它HDR啦！

　　有一个态度非常重要，那就是对比度是评价图像质量时一个非常重要的参数，对此我们毫无疑议。它能够帮助我们定义你从图像中能够分辨多少细节。评判一个数字成像的画面看上去多么真实自然，对比度也是重要的一环。对比度越高越好：毫无疑问！

　　这里有两个非常重要的问题：
　　1、能感受到的对比度只是由我使用的技术决定的吗？
　　2、提高更多的对比度就能等量地提升画面质量吗？

　　下面我们就来回答这两个问题：

　　收益递减规律

　　对于第一个问题，在2015年的NAB展会上Peter Ludé先生做了一篇题为“黑何以为之黑？”的报告。作者在报告中聚焦数字影院环境中的高动态范围放映机的应用。也许最好的内容格式与最好的图像处理正是应用在了数字影院这个地方。而对于HDR来说同样如此。报告认为有4个因素决定了我们在银幕上感知画面质量的优劣。其中两个是技术相关的，但另外两个却和放映机或者银幕处理技术毫无关系，而是100%由环境参数决定。报告中定义和测量了一个名为“影厅对比度”的概念。在他提出的模型中，不同的参数同时罗列，从而证明了环境因素竟然可以将高达1500:1顺序对比度（放映机内部能力）拉低至354:1！

　　这一结果证实了我们长达多年的调查数据，周围环境是我们感知对比度效果的决定性因素。房间里的光源，经过各种物体不断反射，对于我们在显示终端看到的结果影响巨大。所以当设备制造商努力宣称对比度达10000:1,100000:1……1000000:1时，这些其实都是理论数值，只有在环境完全可控的暗室内测量才可以呈现。一旦你将之置于一个实际的环境中，这个比值会明显减小。影院的安全规范会强制要求你“安全出口”标识必须明显；你的观众会要求你安装地脚灯以防走台阶时摔倒。你可能还会特别想呼吁影厅里的每名观众都穿着黑色衣服来看电影。全球很多研究室正通过大量的测试和计算模型来试图将这些相关配置带来的影响量化。既然这种数据已经公开了，想来应该可以帮助我们将过分夸大对比度的风潮变得可控。

　　这种对于环境因素的理解，也有助于我们回答上面的第二个问题。既然环境因素如此关键，而把所能感受到的对比度拉到了一个较低的水平。不论你采用的放映设备是10M:1还是1M:1，最终的结果都会接近于影厅对比度这个更加占主导地位的因数。于是你遇到了一个很有意思的商务性考量：你将很大一笔投资用于HDR，因为你预期获得显著的对比度提升；可是最终只获得了有限的画质改善。想象一下，那是在当时最好的投资决策吗？不要忘记在画面质量的矩阵中，对比度只是其中一个因素。亮度，均匀性，色域，3D质量和分辨率至少是同样重要的。综上所述，可能投资于更高的亮度或者更好的3D系统回报可以更多。收益递减规律在这些方面并不明显。而正如上面讨论的，这些因素对于对比度的影响也是蛮大的。

　　结论

　　电子显示领域正面临一个新的风潮：以所谓“扩展动态范围”和“高动态范围”为代表的对于对比度的过分夸大。对此，理解环境因素对我们所能感知对比度的影响就尤为重要。最近的研究表明这些因素是占主导地位的。更多的研究和探讨仍在进行中，以帮助我们理解对高对比度进行投资带来的真正价值所在。