Auslegung von Projektions-Displays für industrielle Anwendungen:
Optische Parameter abschätzen
Fortsetzung des Artikels von Teil 5
Kontrastanforderungen
Der Kontrast ist das Geheimnis einer lebhaften, dynamischen Darstellung. Ironischerweise ist Schwarz die wichtigste Farbe. Die Qualität der Schwarztöne, die ein Display erzeugen kann, bildet die Grundlage für alle anderen Helligkeiten und Farben.
Der Schwarzpegel eines Projektionssystems hängt von zwei Faktoren ab, nämlich dem inhärenten Kontrast des Displaysystems und dem Umgebungslicht. Das Umgebungslicht kann, abhängig von der jeweiligen Anwendung, vom Systementwickler möglicherweise nicht beeinflusst werden. Das inhärente Kontrastverhältnis des Displaysystems dagegen wird von einer Reihe Systemfaktoren bestimmt, die der Entwickler zum Teil kontrollieren kann.
Es gibt zwei gängige Möglichkeiten, den Kontrast eines Displaysystems zu quantifizieren. Der Full-On/Full-Off-Kontrast (FOFO) wird durch Messen der Lichterzeugung bei vollem Weiß und vollem Schwarz und anschließendem Ermitteln des Verhältnisses zwischen beiden bestimmt. Für die ANSI-Kontrastermittlung wird zunächst das ANSI-Schachbrett mit 16 schwarzen und weißen Feldern dargestellt. Danach wird die Helligkeit aller weißen Felder sowie anschließend die Helligkeit aller schwarzen Felder gemessen. Der ANSI-Kontrast ist die durchschnittliche Helligkeit aller weißen Felder dividiert durch die durchschnittliche Helligkeit aller schwarzen Felder.
Man sollte erwarten, dass beide Methoden den gleichen Kontrast ergeben, was jedoch nicht der Fall ist. Verstehen lässt sich dies, wenn man sich den Kontrast als die Messung von Streulicht vorstellt. Man kann sich dann jede Methode als die Messung von Streulicht aus einem anderen Teil des Systems veranschaulichen. FOFO erfasst das vom Display-Panel erzeugte Streulicht, während das ANSI-Verfahren das Streulicht erfasst, das vom übrigen optischen System ausgeht.
Weitere Erkenntnisse lassen sich auf mathematischem Weg gewinnen. Gleichung 3 gibt die Beziehung zwischen dem Kontrast des Gesamtsystems (S), dem inhärenten Kontrast des Display-Panel (P) und dem inhärenten Kontrast des übrigen optischen Systems (K) wieder.
Aus Gleichung 3 folgt Gleichung 4:
Gleichung 4 besagt, dass S das Produkt aus P und einem Skalenfaktor ist, der vom Verhältnis zwischen P und K abhängig ist.
Bild 2 zeigt, wie sich der Systemkontrast S mit dem Kontrast K der Optik verändert (P ist hier der Einfachheit halber als 1 angenommen). Die Grafik zeigt, dass sich der System-Kontrast dem Panel-Kontrast annähert, je höher der Kontrast der Optik wird. Ebenso ist zu sehen, dass weitere Kontrasterhöhungen im optischen System immer weniger zur Erhöhung des Systemkontrasts beitragen. Im abgebildeten Fall würde man das optische System in der Regel so auslegen, dass dessen Kontrast im rot markierten Bereich liegt. Hier ist der Kontrast des optischen Systems viermal (linke Markierung) bzw. neunmal (rechte Markierung) größer als der Kontrast des Panel.
Aus Gleichung 5 wird ersichtlich, wie sich die Umgebungshelligkeit auf den Kontrast des Displays CRDisplay auswirkt:
Definiert man den nativen Kontrast des Projektors (CRProj_nativ) als WeißProjiziert/SchwarzProjiziert, wenn kein Umgebungslicht existiert (Umgebung = 0), lassen sich folgende Schlüsse ziehen:
- Wenn Umgebung = SchwarzProjiziert, nähert sich CRDisplay dem Wert von 0,5 · CRProj_nativ an, wenn CRProj_nativ zunimmt.
- Wenn sich die Stärke des Umgebungslichts dem Wert von WeißProjiziert nähert, nähert sich CRDisplay einem Wert von 2 an, was eine sehr schlechte Darstellung bedeutet.
- Optische Parameter abschätzen
- Anforderungen an die Auflösung
- Farbanforderungen
- Helligkeitsanforderungen
- Technikauswahl mit Blick auf Helligkeitsanforderungen
- Kontrastanforderungen
- Technikauswahl mit Blick auf Kontrastanforderungen
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