Alternative Inbildkontrastmessung

Zitat von Armin289

Wenn man sich überlegt, dass ein Vollbild 'Grün' R/G/B 0/255/0 eine ADL von 71% hat, ein 'Rot' eine ADL 21% und 'Blau' eine ADL von 7% hat, und dies mit dem Ergebnis deiner Messung verbindet, dass mit höherer ADL Sättigung verloren geht, dann könnte das zur Folge haben, dass man mit kleineren Messfenstern (auf schwarzen Hintergrund) messbar größere Farbräume erzielen kann als mit Vollbildern.

Da war ich wohl zu ungenau. Die ADL-erzeugenden Anteile müssen durch andere Primärfarben "kontaminiert" sein (also z.B. Grau), damit die Sättigung verringert wird. Das eigene Streulicht einer Primärfarbe ändert die Sättigung dagegen nicht. Von daher macht es keinen Unterschied, ob man die Primärfarben im Fenster oder im Vollbild misst.

Zitat von Mori

Das würde ich anzweifeln. Das Schöne an solchen Diskussionen ist ja, dass man solche Fragen experimentell beantworten kann und im Anschluss allenfalls falsche Theorien schnell revidieren kann. Ich glaube das bei dieser Frage erst, wenn es experimentell analog zu oben bewiesen ist. Ich war schon immer etwas widerborstig

Meinst du den Einfluss des Streulichts auf die hochgesättigten Farben mit hoher Luminanz?

Ja, das ist so. Ich hatte 100% Luminanz auch gemessen, aber nicht hier reingestellt, weil die Messung keinen Unterschied zeigte. Das Streulicht wird ja immer addiert, somit hat es nur im unteren Bereich einen relevanten Einfluss. Im mittleren und oberen ist der addierte Wert einfach zu gering im Verhältnis zum absoluten Luminanzwert der Farbe.

Es wird ja immer mal wieder angezweifelt, dass die Werte, die wir hier auswerten, korrekt sind. Meist völlig haltlos und ohne jeglichen Beweis. Aber sei es drum.

Ich möchte hier noch mal kurz zusammenfassen, wie das Bild eigentlich abgelegt ist und was man tun muss, um die ADL zu berechnen.

Transferfunktion

Der Wertebereich für SDR beträgt in der Regel 8 Bit mit Head- und Footroom, also 16 - 235. Die Werte sind gammakodiert im Videostream abgelegt. Sie wurden also durch eine Potenzfunktion gejagt und danach auf den beschränkten Wertebereich skaliert. Das hat zum einen historische Gründe (Röhrenfernseher hatten ein nichtlineares Verhalten) und zum anderen nutzt die Verzerrung den auf 8 oder 10 Bit beschränkten Wertebereich effizienter aus, da die Transferfunktion an unsere Wahrnehmung angelehnt ist. Wäre das Bild in linearem Licht abgelegt, würden wir heftiges Banding in den unteren Stufen sehen, da dort dann nicht genügend Werte zur Verfügung stehen würden. Es gäbe dort schlicht keine Differenzierung.

v_gamma = v_lin^1/2,2 = v_lin^0,45

Für BT.709 ist die Transferfunktion eigentlich ein bisschen komplexer, da die einen linearen Teil beinhaltet, aber lasse ich der Einfachheit halber mal weg. Der wird für die Wiedergabe in der Regel sowieso nicht benutzt. Es ändert an dem Grundprinzip auch nichts.

Nun kann man an den gammaverzerrten Werten nicht einfach die Helligkeit ablesen, da sie ja, wie der Name schon sagt, verzerrt sind. Man muss also zunächst die inverse Funktion anwenden. Das gilt dann auch für die Berechnung des Mittelwerts (ADL).

v_linear = (v_gamma - 16)^2,2 / (255 - 16)^2,2 * 100

Die ADL ist also der Mittelwert der Helligkeitswerte aller Pixel in linearem Licht. Übrigens muss auch die Berechnung der Spitzenhelligkeit für das Tone Mapping oder für die Erstellung des Histogramms in linearem Licht stattfinden. Skalierung usw. kann dagegen, mit praktisch nicht sichtbaren Abstrichen, auch im Gammalicht durchgeführt werden.

Für HDR wurde die Elektrooptische Transferfunktion (EOTF) übrigens noch mal optimiert, so dass der begrenzte Wertebereich besser genutzt wird.

Zusammengefasst: die ADL-Berechnungen und -Auswertungen beziehen sich immer auf lineares Licht!

Hier habe ich mal die linearen Werte über die gammaverzerrten aufgetragen und logarithmisch skaliert. Die Logarithmierung sorgt dafür, dass man mal sieht, wie klein die linearen Werte im Bild überhaupt sein können. Der Wert 17, also der erste über 0, entspricht nach der Dekodierung 0,0007 % von Weiß. Bei 10 Bit sind das sogar nur 0,00003 %. Mit der EOTF von HDR (PQ) ist das wahrscheinlich noch mal geringer.

Herkömmliche Testbilder

Im Gegensatz dazu werden die Prozentwerte von Testbildern, wie z.B. Graustufen, im Gammalicht angegeben. Das ist also mit den ADL-Werte nicht vergleichbar. Das ist auch sinnvoll, da deren Abstufung eher unserer Wahrnehmung entspricht.

Ich denke, durch diese Tatsache entsteht bei einigen das Missverständnis, dass man die ADL-Werte irgendwie mit diesen Testbildern vergleichen kann. Das klappt aber nicht. Eine 50%-Graustufe ist tatsächlich bei der Hälfte des gammaverzerrten Wertebereichs angesiedelt. In linearem Licht dagegen entspricht sie nur 22%. Die Hälfte des Wertebereichs in linearem Licht liegt bei den gammaverzerrten Wert 186 (auf den vollen Bereich bezogen).

Hier mal die linearen Werte der Graustufen:

Projektoren

Röhrenprojektoren wiesen noch ein nichtlineares Verhalten auf (auch wenn es nicht gut zu 2,2 passte und man trotzdem kalibrieren musste). Spätestens volldigitale Geräte (wie DLPs oder D-ILAs mit Pulsweitenmodulation) verhalten sich dagegen linear. Sie müssen also das nichtlineare Verhalten nachbilden bzw. die Eingangswerte wieder in lineares Licht konvertieren, damit das Bild wieder korrekt aussieht. Die Gammakorrektur kommt Projektoren also nicht entgegen, ganz im Gegenteil. Trotzdem ist sie zwingend notwendig, um den begrenzten Wertebereich des Mediums bzw. HDMI sinnvoll auszunutzen.

Daran wird auch sofort klar, dass die interne Verarbeitung und die Werte, die über die Panels dargestellt werden, mehr als 8 Bit betragen müssen. Denn nach der Dekodierung in lineares Licht reichen die 8 Bit nicht mehr aus. Es ist also erstmal kein Qualitätsmerkmal, wenn ein Projektor intern mit einer höheren Genauigkeit arbeitet. Es ist zwingend notwendig. Um gammaverzerrtes Licht mit 8 Bit linear mit derselben Genauigkeit darzustellen, benötigt man ca. 11 Bit. Das Datenvolumen und die Bandbreite würden unverhältnismäßig stark ansteigen.

Zitat von oto

wer wissen will, warum wir das gamma haben lese hier https://de.wikipedia.org/wiki/Gammakorrektur

Dann lies auch mal die Links...

Zitat von Charles Poynton

Misconception:

The main purpose of gamma correction is to compensate for the nonlinearity of the CRT.

Fact:
The main purpose of gamma correction in video, desktop graphics, prepress, JPEG, and MPEG is to code luminance or tristimulus values (proportional to intensity) into a perceptually-uniform domain, so as optimize perceptual performance of a limited number of bits in each RGB (or CMYK) component.

Hier im Vergleich noch mal ST.2084, also die Perceptual Quantizer, die bei HDR zum Einsatz kommt.

Interessant dabei:

• die Hälfte der Werte ist für Highlights reserviert
• 1/4 nur für den Bereich zwischen 1.000 und 10.000 Nits
• 1/3 der Werte wird für <10 Nits benutzt (und damit ca. 3 mal so viel wie bei 8 Bit SDR)
• ca. 4 mal so viele Werte <1 Nits gegenüber 8 Bit SDR

Für Projektoren hätte man die Kurve weitaus sinnvoller nutzen können. 1/4 für den Bereich >1000 Nits, den wir dann komplett zusammenstauchen, ist reine Verschwendung. Aber gut, wir sind halt nicht die Zielgruppe...

Ich habe gerade meinen ADL Test Pattern Genrator fertiggestellt. Man kann damit Messbilder mit beliebiger ADL für beliebige Auflösen erzeugen. Ich erhoffe mir davon auch genauere Kurven, da der Abstand zwischen Sensor und hellen Bereichen über die ADL konstant bleibt.

Die Messbilder sehen dann so aus. Das Rechteck wächst nach außen.

1 % ADL:

10 % ADL:

Ich hatte noch keine Zeit, die Messungen mit den üblichen Testbildern zu vergleichen, werde das aber die Tage mal nachholen.