從人眼的特性分析和研究數(shù)字影院升級(jí)到4K分辨率圖像放映系統(tǒng)的必要性(共10頁)

1、從人眼的特性分析(fnx)和研究數(shù)字影院升級(jí)到4K分辨率圖像放映系統(tǒng)的必要性2014-01-23 | 訪問(fngwn)次數(shù):17 | 新聞來源： 【摘要】隨著數(shù)字電影技術(shù)的發(fā)展，2K分辨率圖像的數(shù)字放映設(shè)備在我國(guó)的影院中占據(jù)了主流地位，4K分辨率圖像的數(shù)字放映設(shè)備在一些影院也開始了少量使用。目前一些業(yè)內(nèi)人士在熱議數(shù)字影院是否應(yīng)該升級(jí)到4K分辨率圖像放映系統(tǒng)的話題。由于影響推廣(tugung)4K分辨率圖像放映系統(tǒng)的因素眾多，包括系統(tǒng)的技術(shù)上成熟度、必要性，推廣成本等眾多因素。本文利用已有的人眼特性的研究成果，僅從對(duì)2K和4K分辨率圖像觀看質(zhì)量的分析和研究，在技術(shù)上論述數(shù)字影院升級(jí)到4K分辨率

2、圖像放映系統(tǒng)的必要性。 【關(guān)鍵詞】數(shù)字電影放映圖像分辨率人眼分辨率2K 4K 6K 一、人眼的分辨極限角 在進(jìn)行分析和研究數(shù)字影院升級(jí)到4K分辨率圖像放映系統(tǒng)必要性之前，我們首先了解人眼的分辨極限角的概念。已有的研究成果表明，當(dāng)空間平面上兩個(gè)黑點(diǎn)相互靠攏到一定程度時(shí)，離開黑點(diǎn)一定距離的觀察者就無法區(qū)分它們，這意味著人眼分辨景物細(xì)節(jié)的能力是有限的，這個(gè)極限值就是分辨率。研究成果繼續(xù)表明，人眼的分辨率有如下一些特點(diǎn)：當(dāng)照度太強(qiáng)、太弱時(shí)或當(dāng)背景亮度太強(qiáng)時(shí)，人眼分辨率降低。當(dāng)視覺目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度加快時(shí)，人眼分辨率降低。人眼對(duì)彩色細(xì)節(jié)的分辨率比對(duì)亮度細(xì)節(jié)的分辨率要差，如果(rgu)黑白分辨率為1，則黑紅為0

3、.4，綠藍(lán)為0.19。人眼中心的成像分辨率高于邊緣成像分辨率。根據(jù)(gnj)MichaelFDeering在TheLimitsofHumanVision中的描述，人眼的成像分辨率中心和邊緣是不同的，中心位置可能小于1，越往外圍越低，最外圍似乎只有12。為了簡(jiǎn)化論述的復(fù)雜性，我們?cè)诜治龊脱芯繑?shù)字影院升級(jí)到4k分辨率圖像放映系統(tǒng)的必要性之前，作如下(rxi)兩個(gè)假設(shè)前提：一是假設(shè)銀幕亮度是適中的，二是圖像是靜止的。由于人眼具有“當(dāng)照度太強(qiáng)、太弱時(shí)或當(dāng)背景亮度太強(qiáng)時(shí)，人眼分辨率降低”和“當(dāng)視覺目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度加快時(shí)，人眼分辨率降低。”這個(gè)特性，在上述兩個(gè)假設(shè)的條件下人眼的分辨能力是最高的。在上述兩個(gè)假設(shè)

4、情況下，特定的分辨率圖像如果能夠滿足觀看質(zhì)量的要求，那么必定也能滿足在銀幕亮度過高或過低情況下觀看、或觀看運(yùn)動(dòng)圖像的質(zhì)量要求。本文就是在人眼具有觀看圖像最高分辨率能力的情況下進(jìn)行分析和研究的。人眼的分辨率極限是多少呢？已有研究成果表明，在成像光學(xué)系統(tǒng)中，分辨率是衡量分開相鄰兩個(gè)物點(diǎn)的像的能力。由于衍射，系統(tǒng)所成的像不再是理想的幾何點(diǎn)像,而是有一定大小的光斑(愛里斑)，當(dāng)兩個(gè)物點(diǎn)過于靠近，其像斑重疊在一起,就可能分辨不出是兩個(gè)物點(diǎn)的像，即光學(xué)系統(tǒng)中存在著一個(gè)分辨極限，這個(gè)分辨極限通常采用瑞利提出的判據(jù):當(dāng)一個(gè)愛里斑的中心與另一個(gè)愛里斑的第一級(jí)暗環(huán)重合時(shí)，剛好能分辨出是兩個(gè)像。對(duì)于人眼的分辨極限(

5、jxin)應(yīng)滿足瑞利判據(jù)：Q1.22D人眼的瞳孔直徑D為2mm9mm，取中間值D為5mm，可見光中心波長(zhǎng)也就是人眼最敏感的波長(zhǎng)為5500埃，因此(ync)人眼的分辨極限角為1。當(dāng)物體對(duì)人眼的視角小于1時(shí)，人對(duì)物體的細(xì)節(jié)就不能分辨，看起來就是一點(diǎn)?！爱?dāng)物體對(duì)人眼的視角小于1時(shí)，人對(duì)物體的細(xì)節(jié)就不能分辨，看起來就是一點(diǎn)。因此，人眼的分辨極限角為1?！边@個(gè)結(jié)論是本文的最重要(zhngyo)論據(jù)。 二、同排上中心座位的觀看分辨率高于邊座的觀看分辨率 由于在同一排中，邊座上觀眾眼睛到銀幕中心的距離大于中心座位上觀眾眼睛到銀幕中心的距離，并且由于投影的關(guān)系，邊座上的觀眾看到的圖像面積小于中心座位上的觀眾看

6、到的圖像面積。可以推斷出中心座位上的觀眾的分辨能力強(qiáng)于邊座上觀眾的分辨能力。 為了簡(jiǎn)化論述，本文只把觀眾區(qū)首排、中排和末排中心座位作為分析和研究的對(duì)象，不再考慮邊座情況。 三、圖像中的兩個(gè)相鄰像素可被分辨的判據(jù)數(shù)字電影的圖像分辨率是指在整幅圖像的寬度和高度上構(gòu)成圖像像素點(diǎn)數(shù)的集合。例如，標(biāo)準(zhǔn)的2k分辨率圖像是指在水平方向上具有2048個(gè)像素點(diǎn)、縱向上有1080個(gè)像素點(diǎn)；標(biāo)準(zhǔn)的4k分辨率圖像在水平方向上具有4096個(gè)像素點(diǎn)、縱向上有2160個(gè)像素點(diǎn)。像素的幾何形狀為正方形。本文(bnwn)僅對(duì)分布在水平方向上的像素進(jìn)行研究。我們可以(ky)推導(dǎo)出：銀幕(ynm)上2K分辨率圖像上兩個(gè)相鄰像素間距

7、：L2K=W/2048；銀幕上4K分辨率圖像上兩個(gè)相鄰像素間距：L4K=W/4096；人眼可以分辨的圖像上兩個(gè)相鄰像素間距：LV=xWtang1。 其中x=L / W， x為銀幕寬度的倍數(shù)，W為銀幕寬度，L為觀看者到銀幕的距離。 兩個(gè)相鄰像素間距等于兩個(gè)像素中心點(diǎn)的距離，亦即等于一個(gè)像素寬度。 如果L2KLV，亦即L2K/ LV1，或 L4KLV，亦即L4K/ LV1，即意味著人眼可以分辨出銀幕上兩個(gè)相鄰像素，整體圖像呈現(xiàn)網(wǎng)格狀、顯得粗糙；反之，如果L2KLV，亦即L2K/ LV1，或 L4KLV，亦即L4K/ LV1，即意味著人眼不可以分辨銀幕上兩個(gè)相鄰像素，圖像顯得細(xì)膩光滑。 這個(gè)結(jié)論是本

8、文推導(dǎo)出的，并在后文使用的判據(jù)。 四、影響圖像中兩個(gè)相鄰像素可被分辨的因素 經(jīng)上式至推算得： 對(duì)于2K圖像，L2K/ LV=（W/2048）/（xWtang1）=1/（2048xtang1）=1.678/x； 對(duì)于4K圖像，L4K/ LV=（W/4096）/（xWtang1）=1/（4096xtang1）=0.839/x。 從上述計(jì)算結(jié)果可以得出一個(gè)結(jié)論：觀看者對(duì)圖像細(xì)節(jié)(xji)的分辨能力與x（觀看者距銀幕的距離與銀幕寬度的比值）有關(guān)。 五、2K和4K分辨率圖像對(duì)不同(b tn)座位上觀看質(zhì)量的影響 JGJ582008電影院建筑設(shè)計(jì)規(guī)范將影院分為(fn wi)了特級(jí)、甲級(jí)、乙級(jí)和丙級(jí)四個(gè)級(jí)別

9、。其中，不同等級(jí)的影院對(duì)最近視距與最遠(yuǎn)視距的要求存在差異。詳見表1。表1 （一）2K和4K分辨率圖像對(duì)在不同等級(jí)影院最近視距觀看質(zhì)量的影響 當(dāng)x=0.6時(shí)（特級(jí)、甲級(jí)影院），對(duì)于2K圖像，L2K/ LV=1.678/x=2.7971；對(duì)于4K圖像，L4K/ LV=0.839/x =1.3981。 當(dāng)x=0.55時(shí)（乙級(jí)影院），對(duì)于2K圖像，L2K/ LV=1.678/x=3.0511；對(duì)于4K圖像，L4K/ LV=0.839/x =1.5251。 當(dāng)x=0.5時(shí)（丙級(jí)影院），對(duì)于2K圖像，L2K/ LV=1.678/x=3.3561；對(duì)于4K圖像，L4K/ LV=0.839/x =1.6781

10、。 從上述計(jì)算結(jié)果可以判斷出：無論是2K還是4K分辨率的圖像，都不能較理想地滿足各等級(jí)常規(guī)影院首排位置上觀看質(zhì)量的要求。 （二）2K和4K分辨率圖像對(duì)在不同等級(jí)影院最遠(yuǎn)視距觀看質(zhì)量的影響 當(dāng)x=1.8時(shí)（特級(jí)影院(yngyun)），對(duì)于2K圖像，L2K/ LV=1.678/x=0.9321；對(duì)于4K圖像，L4K/ LV=0.839/x =0.4661。 當(dāng)x=2.0時(shí)（甲級(jí)影院(yngyun)），對(duì)于2K圖像，L2K/ LV=1.678/x=0.8391；對(duì)于4K圖像，L4K/ LV=0.839/x =0.4191。 當(dāng)x=2.2時(shí)（乙級(jí)影院），對(duì)于(duy)2K圖像，L2K/ LV=1.67

11、8/x=0.7631；對(duì)于4K圖像，L4K/ LV=0.839/x =0.3811。 當(dāng)x=2.7時(shí)（丙級(jí)影院），對(duì)于2K圖像，L2K/ LV=1.678/x=0.6211；對(duì)于4K圖像，L4K/ LV=0.839/x =0.3111。 從上述計(jì)算結(jié)果可以看出，無論是2K還是4K分辨率的圖像，都能較理想地滿足不同等級(jí)常規(guī)影院末排位置上觀看質(zhì)量的要求。 （三）2K和4K分辨率圖像對(duì)在不同等級(jí)影院中排位置上觀看質(zhì)量的影響 特級(jí)觀眾區(qū)中心位置的確定方法如下：x=（0.6+1.8）/2=1.2。 當(dāng)x=1.2時(shí)，對(duì)于2K圖像，L2K/ LV=1.678/x=1.41；對(duì)于4K圖像，L4K/ LV=0.

12、839/x=0.71。 甲級(jí)觀眾區(qū)中心位置的確定方法如下：x=（0.6+2.0）/2=1.3。當(dāng)x=1.3時(shí)，對(duì)于2K圖像，L2K/ LV=1.678/x=1.291；對(duì)于4K圖像，L4K/ LV=0.839/x=0.641。乙級(jí)觀眾區(qū)中心位置的確定方法如下：x=（0.55+2.2）/2=1.375。 當(dāng)x=1.375時(shí)，對(duì)于2K圖像，L2K/ LV=1.678/x=1.221；對(duì)于4K圖像，L4K/ LV=0.839/x=0.611。丙級(jí)觀眾區(qū)中心位置的確定方法如下：x=（0.5+2.7）/2=1.6。當(dāng)x=1.6時(shí)，對(duì)于(duy)2K圖像，L2K/ LV=1.678/x=1.0491；對(duì)于

13、4K圖像，L4K/ LV=0.839/x=0.5241。 從上述計(jì)算結(jié)果可以看出，2K分辨率的圖像(t xin)不能較理想地滿足不同等級(jí)常規(guī)影院中心座位觀看質(zhì)量的需求，而4K分辨率的圖像可以較理想地滿足不同等級(jí)常規(guī)影院中排座位觀看質(zhì)量的需求。 六、2K和4K分辨率圖像對(duì)在巨幕影院(yngyun)不同座位觀看質(zhì)量的影響 GD/J 040-2012數(shù)字電影巨幕影院技術(shù)規(guī)范和測(cè)量方法中規(guī)定了最近視距為05倍銀幕寬度，最遠(yuǎn)視距為12倍銀幕寬度。 （一）2K和4K分辨率圖像對(duì)在巨幕影院最近視距觀看質(zhì)量的影響 最近視距為銀幕寬度的0.5倍，亦即x=0.5。 根據(jù)上述計(jì)算得出：當(dāng)x=0.5時(shí)，對(duì)于2K圖像，

14、L2K/ LV=1.678/x=3.3561；對(duì)于4K圖像，L4K/ LV=0.839/x=1.6781。無論是2K還是4K分辨率的圖像，都不能滿足巨幕影廳首排位置上觀眾的觀看要求。 （二）2K和4K分辨率圖像對(duì)在巨幕影院最遠(yuǎn)視距觀看質(zhì)量的影響末排最遠(yuǎn)視距是銀幕寬度的1.2倍，亦即x=1.2。當(dāng)x=1.2時(shí)，對(duì)于2K圖像，L2K/ LV=1.678/x=1.3981；對(duì)于4K圖像，L4K/ LV=0.839/x=0.6991。從上述計(jì)算結(jié)果可以(ky)看出，2K分辨率的圖像不能滿足巨幕影廳末排位置上觀看質(zhì)量的要求；而4K分辨率的圖像能夠滿足巨幕影廳末排位置上觀看質(zhì)量的要求。 （三）2K和4K分

15、辨率圖像對(duì)在巨幕影院中心(zhngxn)排觀看質(zhì)量的影響觀眾區(qū)中心位置(wi zhi)的確定方法如下：x=（0.5+1.2）/2=0.85。當(dāng)x=0.85時(shí)，對(duì)于2K圖像，L2K/ LV=1.678/x=1.9741；對(duì)于4K心座位上觀看質(zhì)量的要求。 七、在20m寬銀幕的巨幕影廳中，恰能分辨圖像細(xì)節(jié)的距離 我們可以按照L4K/ LV=0839/x=1推導(dǎo)出，X=0.839。 又因x=L / W， 所以L=xW=0.83920=16.78m。 這個(gè)結(jié)論說明，在銀幕寬度為20m的巨幕廳，如果觀眾在距離銀幕1678m處，恰能分辨像素級(jí)別的圖像細(xì)節(jié)。如果超過這個(gè)距離，就不能很好地分辨開圖像中相鄰兩個(gè)像

16、素了。 八、滿足影院首排位置上觀看質(zhì)量的圖像分辨率 影院建設(shè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求最近視距為不低于銀幕寬度的0.5倍距離，即x0.5。 從式LV=xWtang1，我們可以推出W / LV=1/（ xtang1） 當(dāng)x=0.5時(shí)，W / LV=68756K 1K=1024 6K=6144從上述計(jì)算結(jié)果看，要滿足在影院首排的觀看質(zhì)量(zhling)要求，放映圖像的分辨率至少不應(yīng)低于6K。 九、綜論 綜上所論，從第五、六和七章節(jié)僅就人眼的特性研究分析可得出(d ch)以下結(jié)論： 4K分辨率的圖像可以滿足常規(guī)影院和巨幕影院座位區(qū)中心(zhngxn)位置至末排位置間、超過半數(shù)以上的觀眾的觀看質(zhì)量要求，而僅僅不能滿足前幾排位置上觀看質(zhì)量要求； 2K分辨率的圖像僅能夠滿足常規(guī)影院末幾排少于半數(shù)以上觀眾觀看質(zhì)量要求，而不能滿足包括中心座位區(qū)在內(nèi)的半數(shù)以上觀眾觀看質(zhì)量要求； 2K分辨率的圖像完全不能滿足巨幕影院觀眾的觀看要求。 至少需要不低于6K分辨率的圖像才能滿足常規(guī)影院和巨幕影院中全體觀眾的觀看要求。 將2k分辨率圖像放映系統(tǒng)升級(jí)至4K分辨率圖像放映系統(tǒng)，特別是將巨幕影院升級(jí)到4K分辨率放映系統(tǒng)在技術(shù)上是必要的。 如果要進(jìn)一步滿足影院滿場(chǎng)觀眾（首排有觀眾觀看）的觀看質(zhì)量需求，影院最終需要升級(jí)到不低于6K分辨率圖