Ekran telewizora okiem superszybkiej kamery - linie, piksele i jak to się zmieniało

Piksele w obrazie wyświetlanym na monitorach, telewizorach i innych ekranach towarzyszyły nam od zawsze. Początkowo nie były to takie piksele do jakich jesteśmy przyzwyczajeni dziś, gdzie każdy punkt ekranu jest dokładnie zdefiniowany. W czasach technologii kineskopowej obraz był rysowany przez wiązkę elektronów padająca na luminofor i wtedy mówiło się o rozdzielczości w liniach (tych rysowanych).

Od bańki do płaskiego ekranu

Strumień elektronów wystrzeliwany był z działa kineskopowego (tak, w domach mieliśmy liniowe akceleratory elektronów) i kierowany tak by paść w odpowiednim miejscu ekranu. Wiązka omiatała zatem cały ekran i czyniła to tak szybko, że ludzki wzrok nie był w stanie tego wprost zauważyć. Ale do czasu. Gdy pojawiły się ekrany odświeżające cały obraz nie 50 czy 60 razy na sekundę, ale jeszcze szybciej, nagle dostrzegliśmy niedoskonałość starszej technologii kineskopowej. W swoim czasie przyjmowano, że częstotliwość odświeżania 75 Hz zapewnia użytkownikowi komfort i nie powoduje zmęczenia oczu.

Działo elektronowe

Dziś monitory komputerowe wyświetlając cały kadr 60 razy (w przypadku statycznych obrazów wystarczy nawet dwa razy wolniej) na sekundę nie migoczą jak to miało miejsce w czasach bańkowych wyświetlaczy. Powodem jest inny sposób generowania obrazu - na przykład gdy wyświetlany jest statyczny obraz to wszystkie piksele cały czas mają ten sam stan (stale wyświetlają odpowiedni kolor). W monitorze kineskopowym piksele na całym ekranie były po kolei zaświecane i po chwili gasły - działo się to tak szybko, ze mieliśmy iluzję stale świecącego ekranu.

Rysowanie linii w kineskopie

Natomiast odświeżanie obrazu w monitorze LCD nadal odbywa się linia po linii jak w ekranach kineskopowych. Okazuje się, że dziś nawet to 60 razy nie wystarcza gdy chcemy cieszyć się płynnie wyświetlanymi grami czy elegancko upłynnionym ruchem w filmach. Dlatego i w monitorach LCD (OLED) stosowane są jeszcze większe częstotliwości odświeżania.

Ekran z bliska i w slo-mo - różne technologie

Jeden obraz wart jest tysiąca słów, dlatego zachęcam do obejrzenia poniższego materiału. Po angielsku, ale najważniejszy przekaz zawarty jest w obrazie. Pokazywane są tam kolejno nakręcone superszybką kamerą ekrany kineskopowe, LCD i OLED. Szczególnie niezwykle wygląda to w pierwszym przypadku, gdy na przykładzie postaci Mario widać jak obraz rysowany jest plamka po plamce, linia po linii. Potem zestawione są w powiększeniu piksele nowoczesnego kineskopowego monitora (z przeplataną maską pikseli RGB) i ekranu LCD (z regularnie ułożonymi pikselami) oraz OLED (tym razem to produkt LG).

Legenda z najważniejszymi momentami filmu:

• 1:17 - migotanie ekranu kineskopowego, ze względu na różnice w częstotliwości odświeżania i rejestracji obrazu przez kamerę
• 1:47 - to sam migotanie, ale w zwolnieniu (rejestracja 1600 kl/s), widać gasnące linie
• 2:20 - ten sam efekt, ale już bez szumu, a przy grze (rejestracja 2500 kl/s)
• 2:30 - zbliżenie na ekran
• 2:44 - jeszcze wolniej, widać jak obraz powstaje linia po linii (rejestracja 28500 kl/s)
• 2:53 - teraz rejestrujemy obraz w tempie 118000 kl/s
• 3:05 - jeszcze większe zbliżenie (rejestracja 147000 kl/s)
• 3:32 - widzimy jak powstają kolejne punkty obrazu (rejestracja 380000 kl/s)
• 4:02 - porównanie rozdzielczości
• 4:20 - przechodzimy od SD do UHD i zmieniamy technologię
• 4:35 - odświeżanie na ekranie LCD
• 4:55 - gra w Halo w dużym zwolnieniu
• 5:20 - odświeżanie ekranu w iPhone
• 6:20 - fotografowanie lustrzanką ekranu LCD z bliska
• 6:50 - to samo z obiektywem makro
• 7:30 - poszczególne piksele na ekranie LCD
• 7:55 - skąd biorą się kolory, wyjaśnienie
• 8:30 - obraz ruchomy z bliska na LCD
• 8:44 - to samo, ale na nowoczesnym kineskopie z maską pikseli
• 9:33 - czerń i biel na LCD w zbliżeniu
• 9:50 - dlaczego w LCD nie ma idealnej czerni
• 10:30 - a jak to wygląda w OLEDzie
• 10:50 - czerń i biel na OLED w zbliżeniu

Technologie wykorzystujące bezwładność ludzkiego oka

Skoro jesteśmy już przy oglądaniu wyświetlanego na ekranie obrazu w dużym spowolnieniu, warto powiedzieć parę słów o technologiach, które wykorzystują bezwładność ludzkiego oka i sekwencyjne wyświetlanie obrazów.

• XPR - technologia projektorowa, umożliwiająca sprzętowe tworzenie obrazu o rozdzielczości przekraczającej rozdzielczość zastosowanego panelu DMD. Obraz docelowy powstaje w wyniku złożenia dwóch, czterech lub większej liczby podobrazów. W superszybkiej kamerze dostrzeglibyśmy te składowe elementy.
• DLP - technologia wykorzystująca panele DMD i koło filtrów. Obraz z projektora DLP rejestrowany kamerą, albo sfotografowany aparatem na bardzo krótkim czasie otwarcia migawki wygląda bardzo nieładnie, gdyż jest to tylko jeden z wielu obrazów składających się na to co nasze łatwe do oszukania oko widzi jako jednolity obraz.
• aktywne 3D - technologia, w której każde oko widzi inny obraz, są one wyświetlane tak szybko, że nie zauważamy sekwencyjności

Źródło: Slow Mo Guys