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灰阶

一个影像可被定义是一个二维的函数 f(x,y),其中x和y是空间平面坐标,在任意一对坐标轴(x,y),f的大小称为这幅影像在该点的强度(instensity)或灰阶(gray level).也即,灰阶是指地物电磁波辐射强度表现在黑白影像上的色调深浅的等级,是划分地物波谱特征的尺度。

所谓灰阶,是将最亮与最暗之间的亮度变化,区分为若干份。以便于进行信号输入相对应的屏幕亮度管控。每张数字影像都是由许多点所组合而成的,这些点又称为像素(pixels),通常每一个像素可以呈现出许多不同的颜色,它是由红、绿、蓝(RGB)三个子像素组成的。每一个子像素,其背后的光源都可以显现出不同的亮度级别。而灰阶代表了由最暗到最亮之间不同亮度的层次级别。这中间层级越多,所能够呈现的画面效果也就越细腻。以8bit panel为例,能表现2的8次方,等于256个亮度层次,我们就称之为256灰阶。LCD屏幕上每个像素,均由不同亮度层次的红、绿、蓝组合起来,最终形成不同的色彩点。也就是说,屏幕上每一个点的色彩变化,其实都是由构成这个点的三个RGB子像素的灰阶变化所带来的。

遥感范畴的灰阶(grey scale)又称灰标、灰度楔(尺)。即若干大小不同并按顺序排列的一系列灰度组合。是遥感影像目视判读的一种工具,用来帮助人眼辨别影像的灰度变化。如陆地卫星影像的像片产品均在影像下方附有一条灰阶,概略表示卫星影像的灰度等级,并给出影像灰度水准与使原始影像曝光的电子束强度之间的关系。这条灰阶是在电子束记录器中,随着影像产生在每帧影像上同时曝光生成的。对于陆地卫星多波段扫描(MSS)影像和专题制图仪(TM)影像,均为15级。第一级相当于各通道最大亮度,在正片上为白色;第十五级相应于零亮度,正片上为黑色。亮度随灰阶透过率呈线性变化,各级之间的差值相应于最大亮度的1/14。灰阶是一种大尺度灰度等级标准,不能可靠地用于小尺度的辐射测量。但能为同一地物在不同波段上灰度差异的比较提供定量指标。

由于不同物质的电磁辐射(反射或发射)强度不同,因此在感光材料上感光的程度亦不相同,形成黑白之间的色调变化,构成了灰阶的等级。一般在目视判读时,其灰阶可粗略地划分成七级,即白、灰白、浅灰、灰、深灰、浅黑、与黑。灰阶是像片判读中的重要判读标志和基础。

显示器色彩及灰阶的调整:

1、CONTRAST: 始终最大。可最大的利用显示器的动态范围。
  2、BRIGHTNESS: 将底设成全黑(RGB=0,0,0), 中间放一方块(RGB=20,20,20),调亮度,刚好看到方块即可。

以下是一张测试的图,如果亮度和灰度校正调得不好,中间可看到色块。

灰阶是指一指显示器最暗的黑到最亮的白之间的亮度层级关系。明暗对比和黑白颜色过渡方面的表现,图像越清晰,过渡越自然则越好。在灰阶上面,这里主要采用32级灰阶和256级灰阶的表现进行测试。

在32级灰阶实拍测试,几乎全部能够区分出不同级之间的颜色深浅的区别,可视度优秀。

在256级灰阶测试中,色彩还原能力有了更明显的对比,左上角仅有少数灰阶不能够清晰分辨,色彩渐变过度范围较广,黑白对比度十分令人满意。

由于液晶分子的转动,LCD屏幕上每个点由前一种色彩过渡到后一种色彩的变化,会有一个时间过程,也就是我们通常所说的响应时间。因为每一个像素点不同灰阶之间的转换过程,是长短不一、非常复杂的,很难用一个客观的尺度来进行表示。

因此,业内现有关于液晶响应时间的定义,试图以液晶分子由全黑到全白之间的转换速度作为面板整体响应时间的缩影,来代表液晶面板的快慢程度,通 常又可称之为“On/Off”响应时间。由于液晶分子由黑到白和由白到黑的转换速度并不是完全一致的,为了能够尽量有意义的标示出液晶面板的反应速度,现 又针对响应时间的定义,基本以“黑→白→黑”全程响应时间为标准。

事实上,液晶分子转换速度及扭转角度由施加电压的大小来决定。从全黑到全白液晶分子面临最大的扭转角度,需施以较大的电压,此时液晶分子扭转速 度较快;而介于全黑、全白间的较小幅度灰阶变化,需施加较小电压来进行准确而精细的角度控制,因此液晶分子扭转速度反而要慢一些。通常来讲,液晶面板黑白间的响应时间最快,而其它灰阶之间也是构成绝大多数不同色彩变化的响应时间,要比黑白间的响应时间慢得多。这样看来,传统的On/Off用黑白转换时间来表示LCD响应时间,以偏概全,无法精确地表示LCD面板的整体响应时间。

在传统响应时间计算方式下,液晶显示器虽然可拥有16ms、12ms或8ms的响应时间,然而其灰阶响应速度却可能超过40ms甚至60ms。所以,以黑白黑为响应时间标准无法全面表现LCD真实的反应速度。 于是,灰阶响应时间(GTG,gray to gray)概念在被忽视了很长时间之后再一次被提出。希望以灰阶响应时间的概念,全方位体现LCD在彩色切换(即灰阶变化)上的真实速度,并彻底颠覆传统 响应时间计算方式,以对响应时间进行更准确的表述,力求符合消费者实际使用上的需求,并为消费者带来更大的价值。

因为在日常应用中,无论看电影、游戏或浏览网页,多数屏幕内容不会只是黑白间的转换,而是五颜六色的多彩画面,或深浅不同的层次变化,这些都是灰阶间的转换。一般消费者使用显示器时画面全黑或全白的比例极低,所以尽可能缩短彩色间的转换时间才会更有意义。

要分析影响响应时间的因素,先从响应时间方程式说起。响应时间的方程式如下所示:

γ1:(液晶材料的)粘滞系数

d:(液晶单元盒)间隙

V:(液晶单元盒)驱动电压

Δε:(液晶材料的)介电系数

所以,要缩小响应时间,需要从四个方面进行努力:

1、 减小液晶材料的粘滞系数

2、 减小液晶单元盒间隙

3、 增大增大液晶单元盒驱动电压

4、 增大液晶材料的介电系数

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