-->
Поиск:
Методика тестирования

26.04.2007 00:05

Методика тестирования мониторов

Данная статья предназначена прежде всего для разъяснения читателям технической стороны наших тестов мониторов. Она призвана пролить свет на то как осуществляются измерения параметров, и почему были выбраны именно эти характеристики в качестве объектов пристального внимания. Чтобы не повторяться обо всем этом в каждом тесте, было решено выделить описание методики измерения в отдельный материал, ссылка на который, будет содержаться, соответственно, в каждом материале, посвященном мониторам.  

В отличие от графических ускорителей или процессоров, где измеряв конкретные характеристики – частоту, скорость работы в тех или иных режимах или производительность, мы можем делать конкретные выводы о преимуществах и недостатках тестовых устройств, ситуация с мониторами, на первый взгляд, кажется гораздо более субъективной, поскольку у множества пользователей собственные представления о том, как должно выглядеть выводимое изображение на мониторе. Однако для оценки качества цветопередачи также существуют разработанные методы измерения и стандарты, на которые мы и будем ориентироваться при тестировании мониторов. 

Типы матриц

Для начала напомним, что в данный момент на рынке жидкокристаллических мониторов присутствуют три основные технологии, лежащие в основах трех разных типов матриц, на которых и базируются современные мониторы. Мы приводим в нашей методике тестирования краткое описание этих трех технологий для того, чтобы при прочтении теста было понятно, почему то и дело мы ссылаемся на тип  матрицы при оценке каких-нибудь характеристик монитора или списываем на него некоторые недостатки 

  • TN+Film  

Данная технология самая старая по времени появления, но одновременно при этом и сама распространенная благодаря своей невысокой цене, которая для большинства потребителей оправдывает все недостатки данных типов матриц. 

Приставка Film к изначально существовавшей аббревиатуре TN присоединилась из-за использования на некоторых мониторах специальной пленки, улучшающей углы обзора, которые у первых TN матриц были просто неприемлемыми. Сейчас абсолютно все мониторы имеющие в основе TN матрицу оснащены такой пленкой, поэтому TN и TN+Film обозначают абсолютно одно и тоже в спецификациях производителей. 

Аббревиатура TN расшифровывается как Twisted Nematic, что в переводе на русский означает  буквально: "спирализованные (скрученные) жидкие кристаллы". В данной технологии при подаче напряжения кристаллы выстраиваются в виде спирали, ось которой  перпендикулярна плоскости панели.  

Однако не все кристаллы в спирали выстраиваются точно параллельно  поверхности панели, в результате чего ее форма получается немного нарушенной, и вследствие этого мы будем наблюдать падение контрастности монитора. Логично, что при взгляде вдоль оси  спирали и под углом к этой оси оптические свойства такой неправильной спирали будут отличаться , а отсюда мы получаем вторую основную проблему TN-матриц – небольшие углы обзора.  

Несмотря на все недостатки, которые пока так и не удалось искоренить, TN матрицы самыми первыми достигли достаточно небольшого времени отклика, сделанного усилиями маркетологов и геймеров определяющим параметром в сознании покупателей, что вкупе с низкой ценой, позволило им  захватить наиболее массовый рынок low и low-middle сегментов.

 

В плане цветопередачи у многих мониторов на TN+Film матрице тоже существуют проблемы, впрочем это присуще и некоторым матрицам других типов, в первую очередь тем, которые могут похвастаться небольшим временем отклика. Стремясь максимально повысить скорость матрицы, производители идут на определенные жертвы в плане отображения цветов, и поэтому многие выпускаемые  сейчас матрицы могут выводить только 262 000 цветов, что соответствует лишь 18 битам (по 6 бит на канал). Остальные цвета эмулируются при помощи технологии Frame Rate Control (покадровая смена цвета) или, сокращенно, FRC).  

Суть данной технологии объясним на простом примере. Допустим, у нас есть двухцветный монитор, способный выводить лишь только черный и белый цвет. Если мы будем выводить последовательно набор из белых и черных кадров, то учитывая, что частота обновления экрана достаточно высока, наблюдателю в силу инертности зрения  будет казаться, что он видит оттенок серого. 

Последствия применения FRC и качества его настройки производителем, хорошо заметны на плавных градиентах, в идеале на которых нельзя различить отдельных оттенков. Здесь же мы, в лучшем случае, увидим несколько узких полос с четкими границами, а в худшем полос на градиенте будет значительно больше. Конечно, производитель не будет указывать такие особенности матриц в описании своих мониторов, и поэтому следует обращать внимание на количество цветов, которое указывается в спецификации – 18-битным бедным на цвета мониторы соответствует цифра в 16,2 миллиона цветов, а 24-битным честные 16,7 миллионов без применения FRC, хотя некоторые компании и этот параметр перевирают.   

  • MVAPVA  

Технологии MVA и PVA , хоть и имеют существенные отличия , но все же в своей основе имеют одну общую  идею, поэтому и описывать их  мы будем вместе. 

Еще в 1996 году компанией Fujitsu была разработана технология Vertical Alignment (вертикальная ориентация  (равнение)). Принцип действия данной технологии был достаточно прост – под напряжением  жидкие кристаллы, которые изначально выстроены перпендикулярно плоскости панели, поворачиваются на определенный угол в зависимости от значения напряжения. Согласно этому повороту меняется и поляризация проходящего через кристаллы света и мы получаем требуемый оттенок. Все бы было хорошо, только вот углы обзора у таких панелей и углами назвать то было сложно – если вы смотрите прямо на экран и видите серый цвет, то даже при небольшом отклонении,  вы получите уже белый или черный цвет, из-за того, что угол под которым к нам будут расположены кристаллы значительно изменится.    

Два года спустя было наконец найдено решение этой проблемы – каждый пиксел представлял собой совокупность синхронно срабатывающих доменов ("субпикселов" – не путать с теми тремя монохромными субпикселями, которые составляют один цветной). Название технологии, соответственно, приобрело приставку Multidomain (мультидоменный) и  стало обозначаться уже привычной аббевиатурой MVA. Кристаллы в этих доменах ориентированы по-разному, из-за чего, с какого бы мы угла не посмотрели, часть света будет пропускаться доменом с одной ориентацией кристаллов, а часть задерживаться доменом с другой ориентацией, и в результате мы получаем тот же самый оттенок. Для того, чтобы изначально ориентировать домены на подложки нанесены микроскопические продольные выступы. Молекулы, выравниваясь по этим выступам получают небольшой наклон, и, соотвественно каждая область (домен) приобретает определенное направление, в котором будет происходить поворот молекул под воздействием поля.

Вот только ничего совершенного не бывает, и недостаток данной схемы заключается в том, что когда мы смотрим прямо на экран, мы можем потерять часть тонких оттенков, а также детали в тенях (участках изображения с низкой яркостью), и только чуть отклонившись, мы получим их обратно. Парадоксально, но на многие  MVA-мониторы смотреть лучше под совсем небольшим углом, но не прямо, а в остальном вы можете хоть из-под стола на нем работать, углы обзора у MVA-матрицы прекрасны.  

Кроме этого небольшого недостатка MVA матрицам вменялась низкая контрастность и, конечно же, время отклика, которое на фоне бурного прогресса TN-матриц оставалось неизменно большим, что не позволяло играть на них в динамичные игры. К счастью, с появлением технологии овердрайва (ускорения переключения матрицы при помощи дополнительного импульса), правильно называемой RTC (Response Time Compensation – компенсация времени отклика), MVA-мониторы получили новые дыхание, практически догнав по скорости своих конкурентов. Однако стоит осторожно относится к сильно разогнанным мониторам – как на MVA , так и на TN матрицах, из-за возможного появления нежелательных артефактов овердрайва. Послесвечение движущихся объектов, и появление полос на них могут возникнуть из-за того что дополнительный ускоряющий переключение импульс будет слишком велик.  

Контрастность МVA-матриц, а особенно Premium-MVA-моделей, сейчас  постоянно повышается и у новых моделей достигла значительных величин, а вкупе с яркими и насыщенными цветами это делает мониторы на базе MVA-матриц весьма неплохим выбором для разборчивых  пользователей, ведь их цена , конечно выше, чем у TN+Film-панелей, но все же многим вполне по карману.   

Технология PVA (Pattern Vertical Alignment), базирующаяся на той же идее, что и MVA, была изобретена компанией Samsung, не просто, чтобы избежать лицензионных  выплат, как это может показаться на первый взгляд.  В PVA в отличие от MVA продольные выступы отсутствуют и в отсутствие напряжения кристаллы выстроены перпендикулярно плоскости подложки, а преднаклон доменов образуется смещением пиксельного и общего электроды друг относительно друга так, что создаваемое поле не строго вертикально, а содержит наклонный компонент. Главное отличие у мониторов Samsung от собратьев на базе MVA-матриц заключается прежде всего в плане прекрасной контрастности, которая у отдельных моделей уже превышает 1000:1 (по крайней мере, по паспортным данным).  

  • S-IPS 

И, наконец перейдем  к самой продвинутой технологии, применяемой в производстве LCD-мониторов – S-IPS (Super In-Plane Switching), что переводится  как "переключение в одной плоскости". В матрицах данного типа все кристаллы панели находятся всегда в одной плоскости и при подаче напряжения они поворачиваются в плоскости, параллельной поверхности панели. Стоит отметить, что пиксельные и общие электроды в S-IPS матрицах расположены параллельно друг другу на одной пластине, из-за чего страдает яркость и контрастность матрицы.  

Приставка “супер” появилась, конечно же, в результате усовершенствования технологии IPS, и на данный момент обычные IPS никто уже не выпускает. Японская компания NEC называет свои  матрицы подобного типа как SA-SFT и SA-AFT, но это вообщем-то просто вариации и развитие S-IPS. 

Для мониторов на базе S-IPS матриц характерны прекрасные углы обзора и, что немаловажно, самая лучшая цветопередача среди всех типов жидкокристаллических матриц, практически не хуже, чем у мониторов на электронно-лучевой трубке, что и делает их единственным выбором всех тех, кто серьезно работает с графикой. А вот среди недостатков таких замечательных матриц, это прежде всего ее скорость. На данный момент S-IPS-мониторы замыкают гонку среди различных типов матриц по уменьшению времени отклика и даже MVA-матрицы вышли вперед по этому параметру. Правда, для дорогих мониторов, предназначенных для профессиональнго рынка, низкая скорость не является существенным недостатком, и даже наоборот - разогнанная матрица как непременный атрибут “геймерского монитора”, у консервативных фотографов и печатников никак не вяжется с хорошей цветопередачей. Еще одним недостатком-особенностью S-IPS, с которой пока так и не справились производители  является приобретение черным цветом сиреневого оттенка при отклонении  взгляда от нормали.  Кстати, именно по этому признаку можно на глаз определить данный тип матриц, не прибегая к спецификациям и не всегда профессиональным консультантам в магазинах. К слову, TN-матрицы тоже можно опознать не прибегая к справочным данным. Нужно вывести на экран белую засветку,и при отклонении от нормали по горизонтали экран слегка пожелтеет, а по вертикали потемнеет.  

В заключение этого краткого описания  типов матриц отметим, что в TN+Film матрицах при выходе из строя тонкопленочного транзистора, пиксел будет свободно пропускать свет и поэтому на экране во время работы будет гореть яркая точка. В MVAPVA и S-IPS матрицах напротив – в неактивном состоянии пиксел свет не пропускает и на экране битый пиксел будет отображаться черной точкой, что не так мешает в работе.  

Понятие о цветовых пространствах 

Чтобы  даже неподготовленной читатель не потерялся среди непонятной лексики, цифр и графиков, мы решили вкратце объяснить основные понятия из теории цветности непосредственно перед описанием проводимых измерений.  

Человеческая сетчатка, как мы все помним из школьного курса биологии, содержит два вида фоточувствительных клеток – палочки и колбочки. Палочки, которых у нас около 120 миллионов отвечают за восприятие света любой длины волны видимого спектра, то есть дают "картинку" в градациях серого , а колбочки в свою очередь дают нам возможность различать цвета. Существуют три типа колбочек (у некоторых людей -  четыре), которые  имеют различные максимумы поглощения в видимом спектре, и, соответственно, отвечают за восприятие основных цветов: красного, зеленого и синего. На основе этих трех цветов глаз создает смесь сигналов, которая и будет описывать необходимый  нам цвет. С помощью смешения трех основных цветов человек способен различать миллионы цветов.

Чтобы описать и хоть как-нибудь стандартизировать ситуацию с описанием цветов Международная комиссия по освещению CIE (Commission International de l’Eclairage) в 1931 году провела глобальное исследование спектральной чувствительности человека на  деньги собранные производителями красок. 

Вкратце, опыт был следующий – "cтандартизированный наблюдатель" (понятие, полученное из усреднения результатов множества наблюдателей) сидел перед экраном, на который  проецировались два световых пятна в непосредственной близости друг от друга. Первое пятно получали путем пропускания белого света через стеклянную призму, которая разлагала его на отдельные спектральные составляющие. Большая часть цветов перекрывалась непрозрачной шторкой , и лишь необходимый экспериментаторам цвет оставался на экране, представляя собой спектрально-чистый цвет. Второе пятно получали при помощи трех источников белого света пропущенных через зональные фильтры, то есть фильтры пропускающие только в определенных зонах спектра. В эксперименте CIE были использованы фильтры, пропускающие свет на участках с длинами волн: 700.0 Нм (красный), 546.1 Нм (зеленый) и 435.8 Нм (синий), из смеси  этих трех лучей пятно и состояло. А сами эти три  цвета были названы основными.  

Наблюдатель должен был добиться идеального на его взгляд совпадения цвета пятна,  полученного при помощи трех основных, и  пятна спектрально-чистого цвета. С этой целью он напряжённо крутил ручки регуляторов, отвечающих за яркость каждого из трех цветов. 

Сумма яркостей трех основных цветов, совпадающая с белым цветом, была принята за единицу измерений, и в журнал о проведении эксперимента заносились данные о долях яркости каждого компонента по отношению к его доле в образовании белого.  

В результате данного эксперимента были измерены цветовые ощущения  и  получены им соответствующие числовые значения. Таким образом, каждый цвет описывался тремя числами, что позволяло выразить всю систему цветов  в виде трехмерного пространства, каждый цвет которого являлся точкой в этом пространстве.  Физиологическая цветовая координатная система, полученная в результате экспериментов CIE, носит название "CIE RGB". Правда она оказалась совсем не идеальной и для устранения отдельных недостатков была введены системы CIE XYZ, и её производная  xyY, полученные при помощи математического пересчета из CIE RGB. 

Графически координаты всех цветовых ощущений,  испытываемых человеком, представляют собой в пространстве геометрическую фигуру, которая и будет являться цветовым пространством,  доступным человеку.  Монитор как устройство, призванное воспроизводить цветовые ощущения, к сожалению, способен воспроизвести лишь часть цветов доступных человеку, то есть его цветовой охват гораздо меньше. Хорошо иллюстрирует этот факт следующий график: 

Здесь на проекцию цветового пространства человека в ЦКС xyY нанесены цветовые охваты телевизионного сигнала NTSC принятого за эталон и охват самых продвинутых на сегодняшний момент матриц SA-SFT (если не считать дорогущие LED-мониторы). Как легко заметить на экране монитора  увидеть все богатство зёлёного цвета нам пока не суждено.  

В результате развития представлений о цветовых пространствах в 1976 году была введена WRC Lab, которой активнее всего пользуются и сейчас. Хорошо сбалансированная структура цветового пространства Lab основана на теории, что цвет не может быть одновременно зеленым и красным или желтым и синим. Следовательно, для описания атрибутов "красный/зеленый" и "желтый/синий" можно воспользоваться одними и теми же значениями, вследствие чего мы получаем следующие компоненты ЦКС:

  • L (Lightness)— яркость цвета, измеряется от 0 до 100%;
  • a — диапазон цвета по цветовому кругу от зеленого (–120°) до красного (+120°);
  • b — диапазон цвета от синего (–120°) до желтого (+120°).

Исследования показали, что информация о цвете обрабатывается в головном мозге человека не раздельно по базовым цветовым "каналам", а в некотором интегральном виде, при этом происходит формирование пар противоположных цветов: синий – желтый, красный – зеленый, и, как мы видим цветовое пространство CIE Lab наилучшим образом подходит для описания именно относительно реальных процессов, протекающих  в организме человека.  

Для численного выражения отклонения реального цвета от эталонного используется величина dE (дельта Е), которая по сути является расстоянием между двумя точками в цветовом пространстве.  Человеческий глаз способен отличать оттенки только  достижению цветового порога (минимальное изменение, которое может заметить человек), в данном случае такой порог это значение dE=1. 

Как уже говорилось выше, из сложения  трех основных цветов  можно получить большинство остальных, именно этот принцип и заложен в основу работы монитора – каждый пиксель состоит из трех ячеек, соответственно красной, зеленой и синей и при помощи градации яркостей ячеек мы и получаем требуемый цвет. Все это называется моделью цветопередачи RGB, кроме нее еще есть базовая модель используемая при печати - CMYK (Cyan (голубой), Magenta (пурпурный), Yellow (желтый) и примкнувший к ним черный цвет, называемый key color (ключевой цвет). 

Тем не менее, данные RGB мало что говорят о цветовых ощущениях, без привязки к конкретному аппарату, и чтобы добиться одинакового изображения на нескольких мониторах, необходимо добиться равенства цветовых координат. Поскольку математически учесть все факторы, влияющие на цветовоспроизведение, невозможно, поступают так: спектрофотометром или колориметром промеряют определенный набор разноцветных шаблонов, получившихся при воспроизведении различных стандартных аппаратных RGB данных. По полученным спектральным данным при помощи программного обеспечении спектрофотометра  рассчитываются цветовые координаты каждого шаблона, которые записываются в "файл цветового соответствия" (color reference file) для данного аппарата. Результатом обработки этого файла будет профайл (color profile) – файл с расширением ICM (ICC), содержащий всю необходимую информацию о  функционировании устройства.  

Кроме таких "реальных" профилей WRC, описывающих  цветовое пространство конкретного монитора, есть так называемые "виртуальные" цветовые пространства, являющиеся общераспространенными стандартами, которые не привязаны ни к определенному устройству и служат для хранения и обработки изображений как таковых. Наиболее известные из них это sRGB и AdobeRGB отличающиеся друг от друга цветовым охватом. Но даже в ещё практически неподвластном ЖК-мониторам пространстве AdobeRGB  цветовой охват составляет всего 55 процентов, от доступного человеческому глазу.



Знакомство с монитором

В первую очередь мы обращаем внимание на комплектацию устройства, проверяя наличие в коробке необходимых видеокабелей, руководства пользователя, управляющего ПО, дополнительного программного обеспечения и аксессуаров. Тогда же мы можем сделать первые выводы о функциональных возможностях тестируемого монитора – присутствие цифрового видеовхода, а не только аналогового, встроенных колонок и USB-хабов.   

Далее монитор устанавливается на рабочее место и мы оцениваем насколько удобно пользователю располагаться перед ним (удобная ли высота подставки, занимаемое пространство на рабочем столе и т.д. ). Конечно же, мы  оцениваем и возможности регулировки положения экрана и обращаем внимание на удобство подключения кабелей питания и видеосигнала, на то, фиксируются они как-нибудь или нет.  

Далее мы оцениваем непосредственно сам дизайн монитора, и иллюстрируем его в тестах большим количеством фотоматериалов. Конечно, на вкус и цвет товарищей нет, но вот на качество пластика думаю есть, да и в целом стремление передать впечатление, которое визуально производит монитор , мы не считаем лишним. 

Отдельным пунктом тестирования является изучение возможностей меню управления настройками или программного обеспечения его замещающего, их организацию и удобство навигации. Также обращается внимание на расположение кнопок настроек изображения, которые зачастую в дань дизайну переносятся куда-нибудь подальше от пользователя или снабжаются слепыми пиктограммами. 

После всего этого мы изучаем паспортные данные монитора, выделяем наиболее интересные характеристики, присущие данному монитору, – к примеру, высокая контрастность или рекордное время отклика – и уделяем потом им особое внимание в процессе непосредственного тестирования. 

Объективное тестирование

При наличии у монитора цифрового видеовхода DVI подключение к компьютеру производится с его помощью, поскольку по рекомендациям производителей (да и  по нашим личным наблюдениям) достижение наиболее чёткого изображения  возможно именно в этом режиме, особенно для мониторов больших диагоналей.  

Для проведения аппаратных измерений и их последующего программного анализа используется следующая тестовая система: 

Тестовый компьютер в составе:  

  • Athlon 64 3200+  на ядре Orleans
    • MB Asus M2NMX (nF 430)
    • DDR2 Kingston 1Gb PC-5300        
    • HDD Seagate Barracuda 7200.9  ST3160811AS 160 Gb SATA2
    • Видеокарта на базе ATI Radeon X1300Pro 256MB (600800)
  • Стенд для измерения времени отклика и равномерности  подсветки экрана и программное обеспечение к нему собственного изготовления
  • Калибратор Monaco Optix XR (DTP 94) и набор программ для него (Monaco Optix Pro 2.0, Monaco Profiler 4.8 Platinum Edition) 

Цветопередача

Для определения качества цветопередачи тестовая лаборатория TECHLABS использует калибратор Monaco Optix XR (DTP 94) производства хорошо известной профессионалам в области графики компании X-rite. Перед проведением измерений монитор прогревается в течение часа. 

Измерения происходят при следующих значениях гаммы и цветовой температуры, принятых за стандарт: Gamma=2.2 и T (цветовая температура)=6500K. Цветовая температура - это температура, при которой абсолютно черное тело излучает свет такого же спектрального состава, как рассматриваемый свет. Она указывает только на спектральное распределение энергии излучения, а не на температуру источника. 6500 Кельвинов это температура, которая соответствует среднедневному солнечному свету и чаще всего используется в  заводских настройках мониторов. Если цветовая температура превышает или наоборот не дотягивает в реальности до выставленной в настройках, мы получаем смещение цветов в голубизну или в сторону красных тонов соответсвенно. Параметр гамма, в свою очередь,  характеризует собой нелинейность передаточной функции монитора. Появился он ещё при ЭЛТ-мониторах и при его помощи описывалась  зависимость между входным сигналом и яркостью, которая описывалась следующим образом:  

Методика

Для мониторов на платформе Wintel значение величины гамма составляло примерно 2,5. Для Apple Macintosh, которые чаще всего использовались в печатных системах гамма равнялась 1.8 . Чтобы как-то уравнять между собой платфорсмы HP и Microsoft разработали стандартный профиль sRGB в котором гамма составляет 2.2, что делает выглядящим одинаково, или как любят говорить кептики одинаково плохим. Тем не менее, на сегодняшний день это стандарт, как де-юре так и де-факто, и все современный мониторы изначально калибруются исходя из того, что gamma=2.2.  

Цветовой охват

Для получения данных о цветовом охвате тестируемого монитора для начала на заводских настройках происходит создание профайла монитора при помощи программы Monaco Profiler 4.8 или похожей программы Monaco Optix Pro 2.0. Далее созданный профайл открывается еще одной программой от Monaco – GamutWorks. В этой программе мы можем увидеть  трехмерное изображение цветового охвата монитора в пространстве Lab, а также  в соседнем окошке наблюдать его контур – сечение, полученное при фиксировании L (к примеру плоскостью L=50).  

Для того чтобы реально оценить качество цветопередачи, на экран выводятся цветовые охваты и их контуры для моделей sRGB и в редких случаях AdobeRGB. По современным меркам нормальный качественный жидкокристаллический монитор должен соответствовать пространству sRGB, то есть быть способным выводить практически все цвета данного пространства и лишь только самые навороченные профессиональные модели мониторов могут похвастать цветовым охватом, сравнимым с AdobeRGB. Кроме того, мы проверяем, насколько идеальна форма самого контура охвата. 

Контур цветового охвата будет отличаться для различных значений яркости , поэтому мы проверяем контур цветового охвата сразу для нескольких значений яркости L. (L=50,30,70) 

Необходимо отметить, что основные параметры недорогих мониторов мы оцениваем, не калибруя сам монитор, поскольку учитываем, что у массового пользователя калибратора в наличии нет. И лишь для более профессиональных моделей мы осуществляем калибровку перед проведением измерений.  

Цветовое отклонение

Значения цветовых отклонений dE мы получаем при помощи все той же программы Monaco Profiler, которая последовательно выводит 24 шаблона-прямоугольника (они представляют собой цвета при яркости L от 0 до 100, то есть по всему цветовому пространству Lab), замеряет и сохраняет данные об отличиях реальных выводимых цветов от эталона в текстовый файл. Данные из файла копируются в MS Excel , средствами которого и строится непосредственно график. 

Напомним, что оценивать качество цветопередачи в данном тесте следует пользуясь следующими категориями: 

  • Если DeltaE >3, то выводимый цвет существенно отличается от эталонного, и разница настолько велика, что может быть заметна невооруженным глазом.  
  • Если DeltaE <2, то калибровка считается успешной, а небольшое отклонение практически незаметно и цвета можно назвать "правильными". 
  • Если DeltaE <1, то цветопередача считается идеальной.   

Для иллюстрации качества цветопередачи мы также приводим график калибровочных кривых построенных при профилировании с установками - T=6500 К, Gamma=2,2. Полученные калибровочные кривые для каждого канала R, G, B изображены соответствующим цветом. Форма кривых говорит об изначальной гамме дисплея, а расхождение – об отклонении нативной цветовой температуры ЖК-панели от целевой.  

Яркость, контрастность, цветовая температура

Кроме того при профилировании монитора мы получаем также и значения яркостей для черного и  белого участков,  отношение которых является контрастностью монитора. Напомним, что при оценке контрастности монитора стоит учитывать что высокое значение может быть получено за счет чрезмерно высокой яркости белого, а глубина черного будет небольшой, и несмотря на высокую контрастность картинка будет раздражать излишней пересвеченностью, а вместо нормального черного цвета будет серый.   

Для большей объективности все измерения повторяются несколько раз, а данные потом усредняются. Ну и напоследок мы проверяем, насколько цветовая температура у монитора при заводских настройках отличается от выставленной 6500 K.



Качество подсветки

Как известно, ЖК-матрица не излучает свет. Она лишь придает цветность белой фоновой засветке, которая создается источниками света, расположенными за матрицей. Существует несколько способов организации засветки, но наибольшее распространение для данных целей получили лампы с холодным катодом (CFL) и светодиоды (LED). По сути, засветка организуется путем размещения небольшого числа малопротяженных источников света за матрицей – а значит, она по определению не может быть полностью равномерной. Как следствие, производителям постоянно приходится уделять много времени решению проблем, связанных с получением удовлетворительной равномерности засветки матрицы. В том случае, если производитель не уделил должного внимания проблеме однородности засветки монитора, это может доставить много дискомфорта конечному пользователю. Наиболее явно подобные огрехи видны при просмотре  DVD-фильмов и проявляются в виде светлых полос в верхней и/или в нижней частях экрана. Еще лучше их можно “оценить” на снимке залитого черным цветом экрана, сделанным цифровым фотоаппаратом в темной комнате. Оценить подсветку на белом фоне (типичный пример "из жизни" – чистый документ в MS Word)  не так просто. Прежде всего, стоит отметить два факта. Первый – то, что неоднородность засветки матрицы на темном и белом фонах не  всегда корреллируют между собой – то есть, к примеру, если на белом фоне монитор демонстрирует прекрасную однородность подсветки, то это еще не гарантирует того, что при просмотре DVD у вас на экране не возникнут светлые пятна и полосы. И второй – кажущаяся ужасной "на бумаге" относительная неоднородность белого фона в 25% между центром и краями матрицы на практике себя проявляет чрезвычайно слабо – фактически, заметить ее будет довольно тяжело. Даже опытный тестер едва ли сможет сказать вам, насколько неоднородной является засветка белого фона у какого-либо конкретного экземпляра – для осуществления подобных измерений (равно как и для измерения времени отклика и достоверности цветопередачи) необходим прибор куда более совершенный с фотометрической точки зрения, чем человеческий глаз. Именно для этих целей техническими специалистами портала TECHLABS был разработан и сконструирован прибор для измерения неоднородности засветки белого фона и времени отклика мониторов.  

Конструктивно установка состоит из блока обработки, фотодатчика, несущей конструкции и компьютера с установленным технологическим ПО верхнего уровня для обработки полученных данных. 

Блок обработки функционально предназначен для сэмплирования сигнала, получаемого с фотодатчика, его оцифровки и последующей передачи на компьютер. Все указанные действия выполняются силами микроконтроллера MSP430F1611  производства компании Texas Instruments. Микроконтроллер кроме всего прочего имеет интегрированные 14-битный АЦП и DMA-контроллер, что позволяет ему одновременно с пересылкой данных сэмплировать входной сигнал и выполнять математические преобразования, которые в нашем случае представляли собой алгоритмы усреднения и линеаризации амплитуды входного сигнала. Для передачи данных на компьютер блок обработки был оснащен интерфейсом RS232, реализованным на базе микросхемы MAX202 производства фирмы Maxim-Dallas. Для осуществления управления двигателями позиционирования фотодатчика блок обработки был дополнен схемой переключения обмоток двигателей на полевых транзисторах, известной радиолюбителям как H-bridge. Конструктивно блок выполнен в виде пластиковой коробки для монтажа радиоэлементов со степенью защиты IP65 размером 18x15x10 см. Питание всего устройства осуществляется от 5-вольтовой линии питания шины USB компьютера.

В качестве чувствительного элемента для фотодатчика был выбран фотодиод VISHAY BPW21R со встроенным светофильтром, который приближает спектральную чувствительность диода к спектральной чувствительности человеческого глаза. Говоря по-другому, фотометрическое восприятие светового излучения у данного фотодиода примерно такое же, как и у наших глаз.  Фотодиод использовался в фотовольтажном включении – типичном для линейных прецизионных приложений. В качестве усилителя для фотодиода был выбран операционный усилитель AD8605 производства компании Analog Devices.  Данный усилитель не только прекрасно подходит по своим характеристикам для использования совместно с фотодиодом, но имеет немаловажную особенность в том что изначально рассчитан на работу от однополярного питания малого напряжения – от 2.7 В до 5.5 В – что позволяет запитывать его от стабилизатора питания микроконтроллера – микросхемы ADP3303 , ограждая тем самым усилитель от импульсных помех блока питания.  

Для позиционирования фотодатчика при сканировании поверхности монитора была изготовлена жесткая алюминиевая конструкция. Конструкция представляет собой рамку с опорами и имеет вертикальные и горизонтальные направляющие для перемещения фотодатчика. Процесс сканирования полностью автоматизирован и управляется сигналами с контактных реле, расположенных на обоих концах горизонтальных направляющих.

Далее полученные данные направляются на COM-порт компьютера, где они ловятся и обрабатываются специально разработанным программным обеспечением. Результатом обработки данных программой является 3D-график. Пример подобного графика представлен на рисунке. По осям X и Y откладываются значения координат обмеряемого фрагмента относительно верхнего левого угла матрицы. В свою очередь, положительное направление оси L соответствует возрастанию абсолютного значения яркости данного фрагмента. Измерения производятся на заводских настройках монитора.   

На получаемом графике виртуально воссозданная поверхность монитора условно разделена на полигоны. В пределах каждого такого полигона яркость полагается постоянной и рассчитывается относительно максимальной яркости монитора, предварительно измеренной с помощью калибратора. Величину яркости каждого конкретного участка матрицы можно определить по цветовой легенде отображаемой справа внизу относительно графика. Для лучшего визуального восприятия градиентов яркости засветки график имеет хорошо выраженную 3D-структуру, благодаря которой воссоздается целостная картина плавного изменения градиента яркости.  

Для оценки качества подсветки черного мы фотографируем монитор с выведенным на экран черным шаблоном в темной комнате. Именно на таких фотографиях хорошо заметна визуально засветка отдельных областей матрицы, причем именно в таком виде в каком будет ее наблюдать конечный пользователь.  

Время отклика

Во время непосредственного проведения эксперимента при помощи вышеописанной установки в режиме измерении времени отклика на экран выводится шаблон – равномерная заливка экрана требуемым оттенком на 50 миллисекунд, после чего происходит переключение  шаблона  на другой оттенок, и опять-таки по прошествии 50 миллисекунд возвращение к первоначальному оттенку. Таким образом, измеряется полный цикл переключения – как зажигание пикселя, так и его гашение.  Тут следует напомнить, что за время отклика традиционно принимается сумма времени, необходимого для изменения относительной яркости пикселя с 0,1 до 0,9 (время включения) и обратно с 0,9 до 0,1 (время гашения).

Оценка скорости матрицы проводится сразу для четырех режимов измерения полного цикла ее переключения между различными оттенками: переключение с нуля до максимальной яркости белого (0-100-0) и три типа переключений между оттенками серого, которые традиционно занимают несколько больше времени и дают реальную характеристику скорости матрицы. Также, кроме настроек яркости и контрастности, выставленных производителем по умолчанию, для сравнения проводится весь комплекс  измерений еще для нескольких значений этих параметров. После чего строится трехмерный график, отображающий изменение времени отклика в зависимости от всех параметров.

Субъективное тестирование

Во время  проведения субъективного тестирование тестируемый монитор используется в качестве повседневного оборудования и на нем в течение недели выполняются привычные операции от работы с графическими редакторами и Интернет-серфинга до просмотра фильмов и запуска различных игрушек.  

Установки  яркости и контрастности мы оставляем заводскими, цветовая температура 6500 K, профиль используется идущий по умолчанию вместе с софтом, разрешение рекомендуемое производителем. 

Для оценки качества цветопередачи,  на полный экран  выводятся тестовые изображения, а также набор заставок из программы TFT Monitor Test. Кроме того рассматриваются крайние участки шкалы серого, а именно 245.245.245- 255.255.255 и 0.0.0-10.10.10, и мы проверяем вплоть до какого значения оттенки визуально различимы, при необходимости, а такая бывает для самых дешевых мониторов, приходится брать даже большие интервалы. При работе в Adobe Photoshop  мы обращаем внимание на то, какой характер носят плавные градиенты – появляются ли там характерные ступеньки и полосы с чётко выраженными границами.  

Используя текстовые редакторов и Интернет-браузеры  мы визуально оцениваем контрастность монитора,  равномерность подсветки белого и даже время отклика (при плавной прокрутке текстов и веб-страничек). 

Далее начинается самое интересное – просмотр фильмов, записанных в различном качестве. По мере возможности мы будем стараться не очень часто менять набор используемых DVD и новинки будут появляться только когда нам уже окончательно и бесповоротно надоест смотреть одно и тоже десятки раз :). На данный момент мы используем следующие DVD: 

"Kingdom of Heaven" (Царство небесное)

Множество богатых оттенками и контрастных сцен, скоростные батальные сцены

Версия Superbit высокого качества

"Night On Earth"

 (Ночь на земле)

Большая часть планов темные, яркие тона изображения

Оригинальный диск

the Cardigans

"Live in London"

Сильное сжатие, телевизионное качество

Уровень качества большинства пиратских дисков

Прежде всего мы оцениваем шумность матрицы, используя DVD высокого качества. Кроме того мы визуально устанавливаем хватает ли матрице скорости для отработки динамичных эпизодов, особенно в  темных сценах, в которых мы можем наблюдать много наиболее сложных для мониторов переходов между оттенками серого.  В тех же самых темных эпизодах, хорошо становится заметной неравномерная подсветка черного, особенно по краям экрана.  

DVD низкого качества позволяет заметить насколько скорость матрицы влияет на демонстрацию видео с сильным сжатием,  увидеть появление ярких блоков и прочих нежелательных артефактов, да заодно и лишний раз убедиться, что пиратские и прочие левые диски смотреть на современных мониторах с большим разрешением и быстрой матрицей никакого удовольствия не доставляет. 

Для оценки качества отработки динамичных сцен в современных играх мы исключительно для дела, а не потехи ради проводим пару часов за игрушками.  В качестве тестовых игр мы выбрали: 

Return To Castle Wolfenstein

Динамичный шутер, с множеством сложных темных переходов

Half-Life 2

потрясающая графика и прекрасная детализация мелких объектов

Return to Castle Wolfenstein изобилует  сценами, в которых лучше всего становятся заметны успехи монитора в плане высокой скорости матрицы или же наоборот его неудачи. Хотя  эта игра и не самая новая, но ее темные участки карт очень хорошо  подходят для тестирования. 

Half-Life 2 был выбран прежде всего за счет присущей данной игре прекрасной и хорошо  детализированной графике. Кроме времени отклика матрицы здесь мы в том числе  проверяем  уровень яркости и контрастности монитора.  

Вывод

Выводы мы делаем на основе данных обоих этапов тестирования, как объективного так и субъективного. В своей оценке мы отмечаем наиболее сильные стороны устройства, не забывая , правда, и добавить ложку дегтя недостатков. Также во внимание принимается и цена монитора - насколько адекватно она отражает качество устройства и отвечает реалиям рынка. В результате всего этого мы определяем  какой категории пользователей стоит обратить своё внимание на тестируемый монитор.

Благодарим Сафрановича Сергея за разработку и изготовление установки по измерению равномерности подсветки и времени отклика ЖК-мониторов, а также за техническое описание установки.

Методика


       Опубликовать в twitter.com   Опубликовать в своем блоге livejournal.com           

 

Рекомендуем прочитать