Fakulta elektrotechnická Katedra radioelektroniky. Zobrazovač s vysokým dynamickým rozsahem. High dynamic range display

ˇ ´ VYSOKE ´ UCEN ˇ ´ ´ V PRAZE CESK E I TECHNICKE Fakulta elektrotechnick´ a Katedra radioelektroniky

Zobrazovaˇ c s vysok´ ym dynamick´ ym rozsahem

High dynamic range display

Bakal´ aˇ rsk´ a pr´ ace

Studijn´ı program: Studijn´ı obor:

Komunikace, multimédia a elektronika (bakaláˇrsk´ y) Multimediáln´ı technika (bakaláˇrsk´ y)

Vedouc´ı pr´ ace:

Ing. Karel Fliegel, Ph.D.

Jan Taˇ c´ık

Praha 2014

ˇ ´ PROHLA ´ SEN ˇ ´ CESTN E I

i

ˇ Cestn´ e prohl´ aˇ sen´ı Prohlaˇsuji, ˇze jsem zadanou bakaláˇrskou práci Zobrazovaˇc s vysokým dynamickým rozsahem zpracoval s´ am s pˇrispˇen´ım vedouc´ıho práce a pouˇz´ıval jsem pouze literaturu uvedenou na konci pr´ ace. Souhlas´ım se zap˚ ujˇcován´ım práce a jej´ım zveˇrejˇ nován´ım.

V Praze 05. 01. 2015

....................... Jan Taˇc´ık

Podˇ ekov´ an´ı

iii

Podˇ ekov´ an´ı Na tomto m´ıstˇe bych r´ ad podˇekoval Ing. Karlu Fliegelovi, Ph.D. za cenné pˇripom´ınky, odborné rady a zap˚ ujˇcen´ı pom˚ ucek, kter´ ymi pˇrispˇel k vypracován´ı této bakaláˇrské práce. Dále Bc. Ondˇreji Nentvichovi za zap˚ ujˇcen´ı digitáln´ı zrcadlovky Canon EOS 600D.

ANOTACE

iv

Anotace Práce Zobrazovaˇc s vysok´ ym dynamick´ ym rozsahem“ podává pˇrehled metod zpra” cován´ı a n´ asledné zobrazen´ı obrazu s vysok´ ym dynamick´ ym rozsahem (HDR). Nastiˇ nuje moˇznosti realizace pokusného HDR displeje. Dále jeho realizaci s vyuˇzit´ım dostupn´ ych komponent, ovˇeˇren´ı jeho funkˇcnosti a zmˇeˇren´ı parametr˚ u. Posledn´ı ˇcást´ı je zpracován´ı obrazu v prostˇred´ı MATLAB pro zobrazen´ı obrazu na pokusném displeji.

Abstract Bachelor Thesis High dynamic range display“ is providing an overview of proces” sing and displaying of HDR image. It outlines options of implementation of testing HDR display. Next is its implementation with available components, checking function, measuring parameters. Last part is image processing in MATLAB environment for displaying of image on testing display.

OBSAH

v

Obsah Seznam pouˇ zit´ ych zkratek

1

´ 1 Uvod

2

2 HDR a jeho vyuˇ zit´ı

3

2.1

HDR ve fotografii . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3

2.2

Tone mapping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4

2.3

HDR ve foto-editaˇcn´ım software

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4

2.4

HDR ve videohr´ ach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5

3 HDR displeje 3.1

3.2

6

Moˇznosti realizace HDR displeje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6

3.1.1

Displej s podsv´ıcen´ım z matice LED . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6

3.1.2

Displej s podsv´ıcen´ım pomoc´ı projektoru . . . . . . . . . . . . . . .

6

3.1.3

Displej bez podsv´ıcen´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7

Existuj´ıc´ı HDR displeje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7

3.2.1

BrightSide DR37-P . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7

3.2.2

SIM2 HDR47E S 4K . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8

3.2.3

Bangor HDR displej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

4 N´ avrh a realizace demonstraˇ cn´ıho displeje

13

4.1

Pouˇzit´ y LCD panel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 ´ 4.1.1 Uprava monitoru . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

4.2

Pouˇzit´ y projektor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

4.3

Optick´ a soustava . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

4.4

N´ avrh sestavy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

4.5

Kompenzace rovnomˇernosti podsv´ıcen´ı testovac´ıho panelu . . . . . . . . . . 18 4.5.1

Pouˇzit´ı st´ın´ıtka a r˚ uzn´ ych nastaven´ı kompenzace . . . . . . . . . . . 19

5 Popis ovl´ ad´ an´ı a softwarov´ e zpracov´ an´ı

20

5.1

Zpracov´ an´ı HDR obrazu pro zobrazen´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

5.2

Kompenzace rovnomˇernosti podsv´ıcen´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

6 Mˇ eˇ ren´ı 6.1

6.2

24

Mˇeˇren´ı pˇrevodn´ı charakteristiky . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 6.1.1

Podm´ınky mˇeˇren´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

6.1.2

Pouˇzité mˇeˇric´ı pˇr´ıstroje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

6.1.3

Namˇeˇrené v´ ysledky, graf a závˇer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

Mˇeˇren´ı jasu a kontrastu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

OBSAH

6.3

vi

Mˇeˇren´ı rovnomˇernosti jasu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 6.3.1

Mˇeˇren´ı pomoc´ı sondy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

6.3.2

Mˇeˇren´ı pomoc´ı fotoaparátu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

6.3.3

Zhodnocen´ı kompenzace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

6.4

Mˇeˇren´ı barevného rozsahu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

6.5

Porovn´ an´ı existuj´ıc´ıch displej˚ u . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

7 Uk´ azka testovac´ıch obr´ azk˚ u na pokusn´ em displeji

37

7.1

Obr´ azek bez zpracov´ an´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

7.2

Zpracovan´ y obr´ azek HDR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

7.3

Zpracovan´ y obr´ azek LDR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

8 Z´ avˇ er

40

Seznam obr´ azk˚ u

41

Seznam tabulek

44

Literatura

45

Pˇ r´ıloha

47

A K´ od pro zpracov´ an´ı v prostˇ red´ı MATLAB

47

B Fotodokumentace realizace demonstraˇ cn´ıho displeje

52

C Uk´ azky rovnomˇ ernosti pˇ ri r˚ uzn´ ych nastaven´ıch kompenzace

54

D Vˇ sechny pˇ revodn´ı chrakteristiky testovac´ıho dipleje

60

E Obsah pˇ riloˇ zen´ eho CD

62

ˇ YCH ´ SEZNAM POUZIT ZKRATEK

Seznam pouˇ zit´ ych zkratek HDR

High Dynamic Range

LDR

Low Dynamic Range

LCD

Liquid Crystal Display

LED

Light Emmiting Diode

OLED

Organic Light Emmiting Diode

VGA

Video Graphics Array

DVI

Digital Video Interface

HDMI

High Definition Multimedia Interface

RCA

Radio Corporation of America

USB

Universal Serial Bus

ANSI

American National Standards Institute

FRC

Frame Rate Control

RGB

Red, Green, Blue

DUE

Digital Uniformity Equalizer

CMOS

Complementary Metal Oxide Semiconductor

ISO

International Organization for Standardization

PNG

Portable Network Graphics

JPEG

Joint Photographic Experts Group

PSF

Point Spread Function

PC

Personal Computer

TIFF

Tag Image File Format

TMO

Tone Mapping Operators

1

1

1

´ UVOD

2

´ Uvod High dynamic range (HDR), neboli vysok´ y dynamick´ y rozsah, je oznaˇcen´ı pouˇz´ıvané

ve v´ıce oblastech. Lidské oko je schopné vn´ımat statick´ y dynamick´ y rozsah cca 10 000:1, jelikoˇz je ale schopné se pomoc´ı stahován´ı zornice pˇrizp˚ usobovat svˇeteln´ ym podm´ınkám, m˚ uˇze b´ yt jeho max. dynamick´ y rozsah aˇz 1 000 000:1. Modern´ı zobrazovaˇce vˇsak nejsou vˇetˇsinou schopné takov´ yto rozsah jasu reprodukovat a fotoapar´ aty zaznamenat, pouˇz´ıvaj´ı se r˚ uzné techniky HDR, které se tento problém snaˇz´ı ˇreˇsit. U fotoapar´ at˚ u napˇr. pro zv´ yraznˇen´ı detail˚ u ve svˇetl´ ych a tmav´ ych oblastech, u digitáln´ı fotografie pro zv´ yˇsen´ı vn´ımaného kontrastu, u videoher pro realistiˇctˇejˇs´ı dojem a u displej˚ u pro zv´ yˇsen´ı jasového rozsahu. Na zaˇc´ atek pop´ıˇsi HDR obecnˇe a ukáˇzi r˚ uzné pˇr´ıklady jeho pouˇzit´ı, dále pˇredstav´ım r˚ uzné typy displej˚ u vˇcetnˇe jiˇz existuj´ıc´ıch ˇreˇsen´ı. V dalˇs´ı kapitole navrhnu testovac´ı displej s vyuˇzit´ım dostupn´ ych prostˇredk˚ u a naprogramuji zpracován´ı obrazu ve vhodném prostˇred´ı, napˇr. MATLAB. Poté na pokusném displeji vyzkouˇs´ım testovac´ı obrázky, dále zmˇeˇr´ım základn´ı charakteristiky (napˇr. jas, kontrast ˇci pˇrevodn´ı charakteristika). Na závˇer zhodnot´ım v´ ysledky, kter´ ych jsem v bakaláˇrské práci dosáhl.

ˇ ´ HDR A JEHO VYUZIT I

2

2

3

HDR a jeho vyuˇ zit´ı Pojem HDR se objevuje v mnoha oblastech pouˇzit´ı, a to nejen tvorba, ale i zobrazován´ı.

M˚ uˇzeme se s n´ım setkat ve fotografii, videohrách, poˇc´ıtaˇcové grafice ˇci displej´ıch.

2.1

HDR ve fotografii

Nejbˇeˇznˇejˇs´ı pouˇzit´ı HDR ve fotografii spoˇc´ıvá ve vytvoˇren´ı LDR sn´ımku, v nˇemˇz budou dobˇre viditelné detaily nejen ve svˇetl´ ych, ale i v tmav´ ych m´ıstech. Sn´ımac´ı ˇcipy v digitáln´ıch fotoapar´ atech maj´ı omezen´ y dynamick´ y rozsah a nejsou tedy schopné zaznamenat pln´ y rozsah jasu a barev.

Obr. 1: Blokové schéma zpracován´ı

Pouˇzijeme-li alespoˇ n 2 sn´ımky s r˚ uzn´ ymi expoziˇcn´ımi ˇcasy, napˇr. jeden s krátk´ ym ˇcasem pro nepˇrep´ alen´ y“ tmavˇs´ı sn´ımek s detaily ve svˇetl´ ych ˇcástech a druh´ y s delˇs´ı expozic´ı pro ” zaznamenán´ı detail˚ u v tmav´ ych oblastech a oba sn´ımky pomoc´ı urˇcitého algoritmu sloˇz´ıme dohromady, vznikne sn´ımek s detaily v tmav´ ych m´ıstech a jasnˇe ˇciteln´ ymi“ svˇetl´ ymi ” ˇcástmi. Technika pˇrevodu HDR sn´ımku na LDR se naz´ yvá Tone mapping. Lze provést rovnou ve fotoapar´ atu nebo pomoc´ı specializovaného softwaru, napˇr. Adobe Photoshop. Ten umoˇzn ˇuje také vytvoˇrit sn´ımek s hloubkou 16 nebo 32 bit˚ u na kanál a uloˇzit tak skuteˇcnˇe sn´ımek s vysok´ ym dynamick´ ym rozsahem [24].


2

Obr. 2: Kr´ atk´ a expozice [1] Obr. 3: Dlouhá expozice [1]

2.2

4

Obr. 4: Sloˇzen´ y obraz [1]

Tone mapping

Mapov´ an´ı tonality, neboli tone mapping, je zp˚ usob zpracován´ı obrazu, snaˇz´ıc´ıho se napodobit vzhled HDR obsahu na médiu, které je schopno zobrazit pouze LDR obsah. Tone mapping se vlastnˇe snaˇz´ı sn´ıˇzit rozsah jasu bez toho, aby byl drasticky sn´ıˇzen kontrast, zachováno barevného pod´ an´ı a detaily. Existuje nˇekolik r˚ uzn´ ych technik (operátor˚ u) pro tone mapping. Globáln´ı operátory aplikuj´ı tone mapping na kaˇzd´ y pixel stejn´ ym zp˚ usobem. S pixely, které maj´ı stejnou p˚ uvodn´ı hodnotu, se zach´ az´ı stejnˇe. Lokáln´ı operátory pˇrihl´ıˇzej´ı k pixel˚ um, které obklopuj´ı kaˇzd´ y z upravovan´ ych pixel˚ u v obr´ azku. Frekvenˇcn´ı operátory pˇrevádˇej´ı obrazová data na frekvence a n´ aslednˇe aplikuj´ı r˚ uzné nastaven´ı na ˇcásti s r˚ uznou frekvenc´ı. Operátory gradientu analyzuj´ı kontrast a aplikuj´ı r˚ uzné nastaven´ı podle jeho spádu [2].

2.3

HDR ve foto-editaˇ cn´ım software

Software slouˇz´ı pro pˇrevod HDR sn´ımku pro zobrazen´ı na médiu s omezen´ ym dynamick´ ym rozsahem. V programu Adobe Photoshop existuje spousta moˇznost´ı na u ´pravu fotografi´ı. Pro pˇrevod HDR sn´ımku je zde implementována funkce tone mapping. Pro jeho pouˇzit´ı je nutné m´ıt v´ıce sn´ımk˚ u s r˚ uznou expozic´ı, pˇr´ıpadnˇe HDR sn´ımek z fotoaparátu, kter´ y focen´ı ve form´ atu HDR podporuje. Foto-editaˇcn´ı software ˇcasto také nab´ız´ı moˇznost vytvoˇrit dojem HDR obrázku i z LDR zdroje, toho se vˇetˇsinou dosahuje kombinac´ı technik, napˇr. zesvˇetlen´ım st´ın˚ u, u ´pravou expozice, zv´ yˇsen´ım kontrastu, saturac´ı barev, doostˇren´ım apod. Dalˇs´ı moˇznost´ı je pouˇz´ıt inverzn´ıho tone mappingu.


2

2.4

5

HDR ve videohr´ ach

Ve hrách se dnes vyuˇz´ıv´ a hlavnˇe HDR rendering, kdy se celá hern´ı scéna vyrenderuje ve vˇetˇs´ı bitové hloubce (dynamickém rozsahu), neˇz je potom zobrazována. To má za následek realistiˇctˇejˇs´ı zobrazen´ı svˇetla. K u ´pravˇe na LDR se pouˇzije nˇekterá z technik tone mappingu. Nejznámˇejˇs´ım efektem je nejsp´ıˇse HDR bloom. Ten zp˚ usobuje pr˚ unik svˇetla z velmi jasného zdroje do okoln´ıch pixel˚ u. Zdroj svˇetla se tedy zdá jasnˇejˇs´ı, neˇz ve skuteˇcnosti je [25].

Obr. 5: Hern´ı scéna bez HDR

Obr. 6: Scéna s HDR

3

HDR DISPLEJE

3

6

HDR displeje V´ yrobci se snaˇz´ı o zv´ yˇsen´ı omezeného dynamického rozsahu standardn´ıch displej˚ u.

Zat´ımco bˇeˇzné LCD displeje maj´ı jas max. 250-500cd/m2 a kontrast 500:1 aˇz 5000:1, HDR displeje maj´ı o ˇr´ ad vyˇsˇs´ı jas a kontrast pˇresahuje 10 000:1 [5].

3.1

Moˇ znosti realizace HDR displeje

Do dneˇsn´ı doby byly vyrobeny pouze 2 typy displej˚ u, a to displej s podsv´ıcen´ım z matice LED a displej s podsv´ıcen´ım pomoc´ı projektoru. 3.1.1

Displej s podsv´ıcen´ım z matice LED

V tomto pˇr´ıpadˇe se jedn´ a o klasick´ y LCD monitor, kde je podsv´ıcen´ı tvoˇreno matic´ı LED. Jas kaˇzdé z tˇechto diod je moˇzné samostatnˇe ovládat. T´ım lze na rozd´ıl od klasického LCD displeje jas regulovat lok´ alnˇe. V kombinaci s regulac´ı jasu barvy pomoc´ı LCD krystal˚ u je moˇzné dos´ ahnout podstatnˇe vˇetˇs´ıho dynamického rozsahu. Rozsah jasu tˇechto diod je obvykle o ˇr´ ad vyˇsˇs´ı neˇz u bˇeˇzn´ ych LCD displej˚ u. V´ yhodou tohoto systému oproti displeji s projektorem jsou menˇs´ı rozmˇery, menˇs´ı energetické nároky, jednoduˇsˇs´ı konstrukce (bez optické soustavy), vyˇsˇs´ı max. kontrast a jas. Nev´ yhodou je vyˇsˇs´ı cena a sloˇzitˇejˇs´ı ovládán´ı. Tento systém pouˇz´ıv´ a napˇr. displej BrightSide DR37-P nebo displeje od firmy SIM2 [3]. 3.1.2

Displej s podsv´ıcen´ım pomoc´ı projektoru

Tyto displeje se skl´ adaj´ı z bˇeˇzného LCD panelu, projektoru jako podsv´ıcen´ı a optické soustavy pro zaostˇren´ı obrazu z projektoru na LCD panel, pˇr´ıpadnˇe také pro redukci oslnˇen´ı zp˚ usobeného pˇr´ım´ ym pohledem do svˇetla z projektoru. Nev´ yhodami tohoto displeje jsou niˇzˇs´ı dosaˇziteln´ y jas a kontrast, velké rozmˇery a také vyˇsˇs´ı hmotnost. V´ yhodou naopak je cena, jednoduchost na ˇr´ızen´ı a sestaven´ı. Pˇr´ıkladem takového displeje je SBT1.3 od dnes jiˇz neexistuj´ıc´ı firmy Sunnybrook/ Brightside technologies [5] nebo Bangor HDR displej od autor˚ u Rafal Mantiuk, Robert Wanat [6].

3

HDR DISPLEJE

7

Obr. 7: Bangor HDR displej [6]

3.1.3

Displej bez podsv´ıcen´ı

V dneˇsn´ı dobˇe by ˇslo vyuˇz´ıt nˇekter´ y z displej˚ u s nekoneˇcn´ ym“ kontrastem, napˇr. ” plazmov´ y, LED nebo OLED displej. Vˇsechny tyto displeje maj´ı vysok´ y rozsah jasu i kontrastu a pokud by do nich byla pos´ılána barevn´ a informace s velkou bitovou hloubkou, mohly by slouˇzit jako HDR displeje.

3.2

Existuj´ıc´ı HDR displeje

HDR displej˚ u bylo vyrobeno pouze nˇekolik typ˚ u, komerˇcnˇe je v souˇcasné dobˇe dostupn´ y pouze jeden. 3.2.1

BrightSide DR37-P

Jedná se o druh´ y displej vyroben´ y spoleˇcnost´ı BrightSide zaloˇzen´ y na LCD panelu a podsv´ıcen´ı je ˇreˇseno LED diodami. Jednalo se o prototyp, kter´ y byl vyroben v malém objemu a byl urˇcen jako uk´ azka technologie.1 1 Firma byla 25.4.2007 odkoupena spoleˇcnost´ı Dolby Laboratories a pˇrejmenovala BrightSide technology na Dolby Vision. V roce 2011 Sony z´ıskalo licenci technologie Dolby Vision s pl´ anem vyuˇz´ıt je v televiz´ıch Bravia. Firma samotn´ a dalˇs´ı displej jiˇz nevyrobila a pouze prod´ av´ a licence. Sony také dosud nevydalo ˇza ´dn´ y model televize zaloˇzen´ y na jej´ıch technologi´ıch [19].

3

HDR DISPLEJE

8

Tab. 1: Parametry displeje BrightSide DR37-P [18] Rozliˇsen´ı Poˇcet diod Poˇcet barev Statick´ y kontrast Jas ˇcerné Jas b´ıle

1920x1080 bod˚ u 1400 16 bit˚ u na kanál 200000 : 1 0 cd/m2 4000 cd/m2

Obr. 8: Uk´ azka konstrukce displeje DR37-P [18]

3.2.2

SIM2 HDR47E S 4K

Jedná se o komerˇcnˇe dostupn´ y displej. Je tvoˇren´ y LCD displejem a podsv´ıcen´ım tvoˇren´ ym matic´ı LED diod 2 . Diody tvoˇr´ı vlastnˇe druh´ y obraz s n´ızk´ ym rozliˇsen´ım, kter´ y v kombinaci s obrazem na LCD panelu vytváˇr´ı obraz s vysok´ ym dynamick´ ym rozsahem. Tab. 2: Parametry SIM2 HDR47E S 4K [4] Rozliˇsen´ı Poˇcet diod Jas Poˇcet barev Statick´ y kontrast Max. dynamick´ y kontrast Váha Vstupy

1920x1080 bod˚ u 2202 4000 cd/m2 16 bit˚ u na kanál > 20000 : 1 > 1000000 : 1 55kg HDMI, DVI, HD-SDI, VGA, S-VIDEO, USB, RS-232, RJ-45

Displej je d´ıky ovl´ adac´ı elektronikce i moˇznostmi pˇripojen´ı navrˇzen pro práci HDR obrazem. Jedn´ım z hlavn´ıch problém˚ u toho typu displeje je pronikán´ı a odrazy svˇetla z 2

Tento displej byl vyvinut na z´ akladˇe licence zakoupné od firmy Dolby [5].

3

HDR DISPLEJE

9

jednotliv´ ych diod do okol´ı. Dioda tedy nepodsvˇetluje pouze svoji oblast, ale svˇetlo z n´ı se dostává i do oblasti okoln´ıch diod.

´ Obr. 9: Uniky svˇetla [7]

Obr. 10: Schéma LED s reflektory [7]

SIM2 HDR47E toto ˇreˇs´ı reflektory, um´ıstˇen´ ymi kolem jednotliv´ ym diod. T´ım je zajiˇstˇeno nejen smˇeˇrov´ an´ı svˇetla pˇr´ımo na panel a svˇetelná izolace jednotliv´ ych diod, ale také roste energetick´ a efektivita. SIM2 HDR47E pouˇz´ıv´ a pro pˇripojen´ı standardn´ı DVI kabel, po kterém je moˇzné pˇrenáˇset LDR i nativn´ı 16b HDR obsah. Pro zpracovan´ı SIM2 pouˇz´ıvá vlastn´ı uzavˇren´ y software nazvan´ y SHADER (uk´ azka zpracován´ı na obr.12). Ukázka zpracov´ an´ı obrazu je uvdeno na obr.12 a blokové schéma na obr. 11. Podle toho, zda se do displeje pos´ıl´ a HDR ˇci LDR obsah, se pouˇzije bud’ operátor tone mapping (HDR) nebo inverzn´ı tone mapping (LDR). Barevná informace pro LCD se zpracovává s hloubkou 8b na kan´ al a pro podsv´ıcen´ı s hloubkou 12b. V´ ysledn´ y obraz je tedy vˇzdy 36b. Nejen, ˇze je takto spr´ avnˇe zobrazen HDR obsah, ale i LDR se doˇcká zlepˇsen´ı kvality [8].

Obr. 11: Blokové schéma zpracován´ı obrazu v displeji SIM2 [8]

3

HDR DISPLEJE

10

Obr. 12: Uk´ azka zpracován´ı obrazu v displeji SIM2 [8]

3.2.3

Bangor HDR displej

Jelikoˇz budu z n´ avrhu toho displeje vycházet, pop´ıˇsi ho trochu bl´ıˇze. Bangor HDR displej je zaloˇzen na designu SBT1.3 od Sunnybrook / Brightside Technologies . Pouˇz´ıvá 15“ LCD panel Sharp model LQ150X1DG0 a DLP Acer P5290. Dosahuje maximáln´ı hodnoty jasu 4000 ANSI lumen˚ u a t´ım pˇredˇc´ı p˚ uvodn´ı design s maximáln´ım jasem 1100 ANSI lumen˚ u. Narozd´ıl od nˇej také zachovává DLP kotouˇc3 . Má také vyˇsˇs´ı kontrast (3700:1) a vˇetˇs´ı moˇznost u ´pravy ohniskové vzdálenosti. Je také vybaven ˇsed´ ym filtrem proti oslnˇen´ı pˇri pˇr´ımém pohledu do projektoru. 3 DLP kotouˇc je segmentové barevné koleˇcko, kter´ ym proch´ az´ı svˇelo z lampy projektoru a poté dopad´ a na ˇcip. Jeho odstranˇen´ı zvyˇsuje max. svˇeteln´ y tok.

3

HDR DISPLEJE

11

Obr. 13: Bangor HDR displej [6]

Obr. 14: Schéma zpracován´ı obrazu v displeji Bangor [6]

Na obr´ azku 14 je zn´ azornˇen zp˚ usob zpracován´ı HDR obrazu na displeji Bangor. Je zaloˇzen na pr´ aci Helge Seetzen prezentovan´ y na konferenci Siggraph roku 2004 [22]. Pricip zpracov´ an´ı spoˇc´ıv´ a v rozdˇelen´ı HDR obrazu na 2 LDR obrazy, které pokud budou zkombinov´ any, vytvoˇr´ı znovu p˚ uvodn´ı obraz. Pˇredpokladem je, ˇze obraz na projektoru bude ˇcernob´ıl´ y a barvu mu dod´ a LCD panel. Zpracov´ an´ı zaˇc´ın´ a odmocnˇen´ım obrazu, poté se na obraz aplikuje inverzn´ı pˇrenosová funkce projektoru. T´ım dojde ke kalibraci a obraz pro projektor je pˇripraven. Pro LCD je panel je nutné nasimulovat rozmazán´ı obrazu projektoru, zp˚ usobené rozvodnou vrstvou a ˇcoˇckou. Toho je v p˚ uvodn´ı práci dosaˇzeno konvoluc´ı odmocnˇeného obrazu projektoru s jeho bodovou rozptylovou fukc´ı PSF. M´ısto mˇeˇren´ı rozptylové fukce se

3

HDR DISPLEJE

12

u displeje Bangor pouˇz´ıv´ a Gaussovsk´ y filtr. P˚ uvodn´ı obraz se podˇel´ı v´ ysledn´ ym obrazem a v´ ysledek se stejnˇe jako v pˇredchoz´ım pˇr´ıpadˇe kalibruje inverzn´ı pˇrenosovou funkc´ı LCD panelu. Problém je, ˇze pokud projektor zobrazuje obraz v ˇsedotónové ˇskále, omezuje se t´ım barevn´ y rozsah. Pro zobrazen´ı RGB informace na displeji je pouˇzita knihovna MATLABu Psychophysics Toolbox [5].

´ ˇ ´ NAVRH A REALIZACE DEMONSTRACN IHO DISPLEJE

4

4

13

N´ avrh a realizace demonstraˇ cn´ıho displeje Pˇri návrhu demonstraˇcn´ıho displeje vycház´ım z návrh˚ u jiˇz zmiˇ novan´ ych displej˚ u SBT1.3

a Bangor HDR displej [5]. Fotodokumentace je uvedena v pˇr´ıloze B.

4.1

Pouˇ zit´ y LCD panel

Na LCD panelu jsou d˚ uleˇzité hlavnˇe fyzické parametry jako velikost, pomˇer stran a rozliˇsen´ı, pro které je tˇreba pˇrizp˚ usobit projektor. Pˇr´ıpadnˇe je tˇreba vybrat vhodn´ y panel podle vlastnost´ı projektoru. V druhé ˇradˇe také napˇr. kontrast ˇci barevné podán´ı.4 V demonstraˇcn´ım displeji je pouˇzit starˇs´ı bazarov´ y monitor typ HP L1706 [9], kter´ y by mˇel pro demonstraˇcn´ı u ´ˇcely postaˇcovat. Tab. 3: Parametry monitoru HP L1706 [9] ´ Uhlopˇ r´ıˇcka Nativn´ı rozliˇsen´ı Jas Poˇcet barev Statick´ y kontrast Pozorovac´ı u ´hly Hmotnost Rozmˇery Vstupy Uveden´ı na trh

17“ (43,2cm) 1280x1024 bod˚ u 2 300 cd/m 16,2 milión˚ u barev (6+2b FRC) 500:1 140 ◦ horizontálnˇe, 130 ◦ vertikálnˇe 6,1 kg 395x375x203 mm 1xVGA rok 2004

Jedná o se starˇs´ı, ale plnˇe funkˇcn´ı monitor bez subjektivn´ıch vad, jako napˇr. vadné pixely apod. Omezuj´ıc´ı jsou napˇr. pozorovac´ı u ´hly ˇci moˇznosti pˇriveden´ı obrazového signálu. Pˇri testován´ı nebyly nalezeny problémy s barevn´ ym podán´ım (viditelné pˇrechody, blikán´ı zp˚ usobené FRC 4

5

K pouˇzit´ı se nab´ız´ı starˇs´ı LCD monitor s rozliˇsen´ım 1024x768 nebo 1280x1024 bod˚ u a pomˇerem stran 4:3, které dok´ aˇze pouˇzit´ y projektor zobrazit. S t´ımto rozliˇsen´ım existuj´ı panely ve velikostech 15“ (1024x768) nebo 17-19“ (1280x1024). Takov´ y monitor je moˇzné sehnat napˇr. aukˇcn´ıho serveru v cenˇe od cca 200Kˇc, pˇr´ıpadnˇe z bazaru s v´ ypoˇcetn´ı technikou od 600Kˇc. Nab´ız´ı se také pouˇz´ıt vyˇrazen´ y monitor nebo monitor s nefunkˇcn´ım podsv´ıcen´ım, které je stejnˇe potˇreba odstranit. 5 FRC je technika pro dosaˇzen´ı vˇetˇs´ıho poˇctu barev na displeji. Displej zobrazuje rychle po sobˇe sn´ımky s r˚ uznou barvou. Frekvence zobrazov´ an´ı je zvolena tak, aby si oko barvy spojilo. V´ yrobce vyuˇzije zpracov´ an´ı obrazu s hloubkou 6b na kan´ al a pro zbylé 2b pouˇzije FRC. Pokud je frekvence zvolena nevhodnˇe, lze pozorovat blik´ an´ı.


4

14

Obr. 15: Monitor HP L1706 [9]

4.1.1

´ Uprava monitoru

´ Uprava LCD pro potˇreby testovac´ıho displeje je vcelku jednoduchá. Z displeje je tˇreba odstranit zadn´ı kryt a podsv´ıcen´ı, abych m´ısto nˇej ˇsel pouˇz´ıt projektor. Zaˇcal jsem rozeberán´ım monitoru a vynd´ an´ım LCD panelu. Panel je kompaktn´ı celek, dále je tedy tˇreba odstranit r´ am, kter´ y panel zpevˇ nuje a drˇz´ı pohromadˇe. Poté jsem odˇsrouboval zadn´ı kryt. Na tomto krytu se nach´ az´ı b´ıl´ a odrazová vrstva a také svˇetlovodná deska, slouˇz´ıc´ı pro rozvod svˇetla z podsv´ıcen´ı. Obˇe pro naˇse pouˇzit´ı nepotˇrebujeme. Dále se nacház´ı uˇz pouze podsv´ıcen´ı, a to ve formˇe trubic ˇci pásku s LED diodami. Jejich odstranˇen´ı je také jednoduché. Jediné co m˚ uˇze pˇredstavovat problém, je ploˇsn´ y spoj s ovládac´ı elektronikou, vycházej´ıc´ı z vrchn´ı strany monitoru a um´ıstˇen´ y na zadn´ım krytu panelu. Panel bude tˇreba otoˇcit a toto otoˇcen´ı potom korigovat otoˇcen´ım obrazu v PC. Jeho pˇripojen´ı je naˇstˇest´ı ohebné a pˇrek´ aˇzet n´ am tedy nebude. Modul s vstupy/v´ ystupy a zdroj se vˇetˇsinou nacház´ı na zadn´ım krytu monitoru a je pˇripojené flex“ kabelem. M˚ uˇzeme je tedy bez problému ” odmontovat a pouˇz´ıt.

4.2

Pouˇ zit´ y projektor

U projektoru n´ as zaj´ımaj´ı hlavnˇe jeho optické a svˇetelné vlastnosti jako svˇeteln´ y tok, kontrast, min. zaostˇrovac´ı vzd´ alenost atd. K dispozici m´ am projektor Acer PD527W [10]. Projektor m´ a nejmenˇs´ı velikost projekˇcn´ı plochy 62,5cm, a to odpov´ıdá pˇribliˇznˇe 24,6“. Pokud bychom tedy mˇeli k dispozici panel v této velikosti a projektor um´ıstili 1,2m od panelu, nebylo by nutné pouˇz´ıt optické ˇcleny pro u ´pravu obrazu z projektoru. Takto vˇsak nebude vyˇreˇsen problém s oslnˇen´ım a celek by byl také pomˇernˇe rozmˇern´ y. Nav´ıc monitor s poˇzadovan´ ym rozliˇsen´ım v této velikosti neexistuje. Pokud by mˇel pro-


4

15

Tab. 4: Parametry projektoru Acer PD527W [10] Nativn´ı rozliˇsen´ı Maxim´ aln´ı rozliˇsen´ı Svˇeteln´ y tok Poˇcet barev Kontrast Projekˇcn´ı vzd´ alenost Velikost projekˇcn´ı plochy Hmotnost Rozmˇery Vstupy

1024x768 bod˚ u 1280x1024 bod˚ u (interpolované) 3000 ANSI lumen˚ u 16,7 milión˚ u barev 2000:1 1,2m aˇz 12,02m 0,625m aˇz 7,62m 2,7 kg 283x256x104mm VGA, DVI, S-Video, RCA, RJ-45, USB, RS-232, 3.5“ Audio jack

Obr. 16: Projektor Acer PD527W [11]

jektor menˇs´ı rozliˇsen´ı neˇz panel, docházelo by k pronikán´ı svˇetla do okoln´ıch bod˚ u a tedy nejsp´ıˇse i k rozmaz´ an´ı obrazu.

4.3

Optick´ a soustava

Hlavn´ım parametrem pˇri v´ ybˇeru optické soustavy je zaostˇrovac´ı vzdálenost projektoru a jeho samotn´ a vzd´ alenost od panelu. Podle toho navrhnu a vyberu soustavu. Dalˇs´ım problémem, kter´ y je tˇreba vyˇreˇsit, je oslnˇen´ı, zp˚ usobené pˇr´ım´ ym nam´ıˇren´ım svˇetla z projektoru na LCD panel a tedy na pozorovatele. Pro sn´ıˇzen´ı oslnˇen´ı se nab´ız´ı pouˇzit´ı speciálnˇe upravené ˇcoˇcky nebo pˇr´ıpadnˇe ˇsedého filtru, ten ale v´ yraznˇe sn´ıˇz´ı jas.

4


16

Nejdˇr´ıve jsem vyzkouˇsel r˚ uzné ˇcoˇcky ke zmˇenˇe ohniskové vzdálenosti, bohuˇzel zp˚ usobovaly velké geometrické zkreslen´ı obrazu, rozhodl jsem se je tedy nepouˇz´ıt. Dále jsem vyzkouˇsel Fresnelovu ˇcoˇcku, um´ıstˇenou tˇesnˇe za panelem. Ta jiˇz geometrické zkreslen´ı nezp˚ usobovala, ale projevil jin´ y problém. Jak je vidˇet na obr. 17, na panelu jsem pozoroval rozdvojen´ y obraz. Ten je zp˚ usoben´ y t´ım, ˇze se obraz z projektoru zobrazil nejen na panelu, ale i na ˇcoˇcce. Displej by se dal takto pouˇz´ıt pouze pokud by se od nˇej pozorovatel nach´ azel v dostateˇcné vzdálenosti a d´ıval se na nˇej zpˇr´ıma. Pouˇzit´ı ˇcoˇcky jsem tedy v tuto chv´ıli neshledal za vhodné. Projektor byl um´ıstˇen do vzdálenosti, ve které se podaˇrilo zaostˇrit bez pomoci dalˇs´ı ˇcoˇcky. V´ yrobcem uvádˇená min. zobrazovac´ı vzdálenost se ukázala jako nadhodnocen´ a, projektor byl schopen zaostˇrit i na vzdálenost kratˇs´ı.

Obr. 17: Uk´ azka rozdvojen´ı obrazu pˇri pouˇzit´ı Fresnelovy ˇcoˇcky

Nakonec jsem se rozhodl vyzkouˇset rozptylovou vrstvu z podsv´ıcen´ı panelu. Ta se ukázala jako nejpraktiˇctˇejˇs´ı, protoˇze je tenká, lze ji um´ıstit pˇr´ımo na panel a nezp˚ usobuje rozdvojen´ı obrazu. Nav´ıc dobˇre rozprostˇrela svˇetlo a zároveˇ n velmi potlaˇcila efekt oslnˇen´ı pˇri pohledu do ˇcoˇcky projektoru.


4

4.4

17

N´ avrh sestavy

Na mechanický n´ avrh m´ ame nˇekolik poˇzadavk˚ u: a) Promˇenn´ a vzd´ alenost projektoru a panelu b) Upraviteln´ a v´ yˇska a sklon projektoru, tak abychom mohli obraz pˇresnˇe nastavit na panel c) Potˇrebujeme, aby se cel´ a sestava dala jednoduˇse rozebrat a také rychle znovu sestavit d) Mus´ı b´ yt dostateˇcnˇe pevn´ a a stabiln´ı, nav´ıc mus´ı j´ıt jemnˇe dostavovat kv˚ uli nárok˚ um na velmi pˇresné seˇr´ızen´ı obrazu projektoru a panelu. Nakonec byly pouˇzity tyto komponenty: a) Kovové liˇziny a dˇrevˇené desky - slouˇz´ı jako z´ aklad konstrukce a budou slouˇzit nastaven´ı vzdálenosti mezi panelem a projektorem b) Chladic´ı podloˇzka pod notebook - podloˇzka bude slouˇzit pro nastaven´ı v´ yˇsky a sklonu projektoru, zároveˇ n napomáhá jeho chlazen´ı c) Kryty monitoru - poslouˇz´ı jako z´ akladna panelu, prostor a kryt elektroniky a zpevnˇen´ı panelu Nastaven´ı vzd´ alenost projektoru a panelu jsem vyˇreˇsil pevn´ ym um´ıstˇen´ım panelu na desce, kter´ a nav´ıc v oblasti pod projektorem má vyˇr´ıznutou dráˇzku. Po uvolnˇen´ı kˇr´ıdlov´ ych ˇ matek m˚ uˇzeme chlad´ıc´ı podloˇzku posunovat. Srouby jsou pevné. Pro toto ˇreˇsen´ı jsem se rozhodl kv˚ uli jednoduchosti, a tomu, ˇze nen´ı potˇreba velk´ y rozsah vzd´ alenosti, ale sp´ıˇse jemné dolad’ován´ı. Nastaven´ı v´ yˇsky a sklonu projektoru je ˇreˇseno pomoc´ı podloˇzky pod notebook. Ta samotná umoˇzn ˇuje nˇekolik nastaven´ı sklonu, pro naˇse u ´ˇcely to ale nestaˇc´ı. Pro nastaven´ı v´ yˇsky a hlavnˇe jemné dostavov´ an´ı jsem pouˇzil 4 ˇsrouby s kˇr´ıdlov´ ymi matkami. Projektor je zajiˇstˇen dvˇema plastov´ ymi zar´ aˇzkami. Panel samotn´ y je zasazen do kovového zadn´ıho krytu monitoru, kter´ y je pevnˇe upevnˇen k desce a liˇzin´ am. Panel je upevnˇen pomoc´ı 2 kovov´ ych vzpˇer a zpevnˇen pˇredn´ım plastov´ ym krytem monitoru. Kryt z´ aroveˇ n slouˇz´ı k uloˇzen´ı elektroniky a tlaˇc´ıtek. K ochranˇe pˇred prachem, poˇskozen´ım elektroniky a také ochranˇe proti u ´razu elektrick´ ym proudem je kryt plechem.


4

18

Obr. 18: Náˇcrtek soustavy

Obr. 19: Kompletn´ı sestava

4.5

Kompenzace rovnomˇ ernosti podsv´ıcen´ı testovac´ıho panelu

Z teorie [5] v´ım, ˇze ke zlepˇsen´ı lze pouˇz´ıt Fresnelovu ˇcoˇcku, která jak jsem prakticky zjistil, zase pˇr´ın´ aˇs´ı jiné problémy. Praticky jsem také zjistil, ˇze k lepˇs´ı rovnomˇernosti lze vyuˇz´ıt rozvodnou vrstvu z podsv´ıcen´ı pouˇzitého monitoru. Nakonec jsem se rozhodl pouˇz´ıt jen tu a ˇcoˇcku zat´ım nevyuˇz´ıt, coˇz mˇelo negativn´ı vliv na rovnomˇernosti projevilo. Z obrázk˚ u 30 aˇz 37 v kapitole mˇeˇren´ı rovnomˇernosti je vidˇet, ˇze nejv´ıce rovnomˇernost zlepˇsuje svˇetlovodn´ a vrstva z monitoru. Velk´ y vliv má také Fresnelova ˇcoˇcka. S tou se ale poj´ı nˇekolik omezen´ı. Kromˇe problému s rozdvojen´ım obrazu, zm´ınˇen´ ym v kapitole s konstrukc´ı je to omezen´ı velikosti obrazu, nebot’ je ˇcoˇcka menˇs´ı neˇz pouˇzit´ y panel. Kv˚ uli tomu bylo nutné pouˇz´ıt rozliˇsen´ı 1024x768 s mapován´ım 1:1, obraz tedy nevyuˇz´ıvá celou plochu panelu. Dalˇs´ım neˇz´ adouc´ım efektem je moiré6 a m´ırné rozmazán´ı obrazu. 6

Moiré je neˇza ´douc´ı (ruˇsiv´ y) efekt, kter´ y vznik´ a pˇri pˇrekr´ yv´ an´ı dvou mˇr´ıˇzek. Typick´ ym pˇr´ıkladem vzniku moiré je pˇri sn´ım´ an´ı kostkované koˇsile televizn´ı kamerou. V tomto pˇr´ıpadˇe rastru pouˇzitého panelu a kruhov´ ych v´ ybrus˚ u ve Fresnelovˇe ˇcoˇcce.

4


19

Z hardwarového hlediska by pro sn´ıˇzen´ı jasu ve stˇredu obrazu ˇsel pouˇz´ıt napˇr. ˇsed´ y filtr. Ten by ale sn´ıˇzil jas po celé ploˇse panelu a rovnomˇernost by se nezmˇenila. Jsem také omezen svˇetelnou propustnost´ı panelu a v´ ykonem projektoru, rozhodl jsem se ho tedy zat´ım nevyuˇz´ıt. Moˇznosti kompenzace jsou dvˇe: a) Hardwarov´ a, kde by se pouˇzil napˇr. fitr nebo st´ın´ıtko, kter´ y by sniˇzoval jas v urˇcit´ ych ˇcástech obrazu. V displeji Bangor je pouˇzit ˇsed´ y filtr. Filtr jsem zavrhl. Sn´ıˇzil oslnˇen´ı, ale z´ aroveˇ n rovnomˇernˇe sn´ıˇzil i jas po celé ploˇse displeje. Neˇreˇsil by tedy problém s nerovnomˇernost´ı. b) Softwarov´ a, kdy se ke kompenzaci pouˇzije informace o nerovnomˇernosti napˇr. zmˇeˇren´ım pomoc´ı optické sondy. Vytvoˇr´ı se tak mapa rovnomˇernosti, která se poté invertuje a aplikuje na vstupn´ı obraz. V m´ıstech s vyˇsˇs´ım jasem se jas sn´ıˇz´ı na u ´roveˇ n jasu tmavˇs´ıch m´ıst a t´ım se uniformita zlepˇs´ı. Nev´ yhodou je to, ˇze ˇc´ım vˇetˇs´ı rozd´ıly jasu v obrazu budou, t´ım v´ıce se zmenˇs´ı max. jas, a d´ıky tomu i kontrast. V´ yrobci monitor˚ u vyuˇz´ıvaj´ı vlastn´ı technologie pro kompenzaci rovnomˇernosti podsv´ıcen´ı, napˇr. v pˇr´ıpadˇe v´ yrobce EIZO se tato technologie jmenuje DUE [23], která kompenzuje nejen rovnomˇernost jasu, ale také odchylky barevné teploty a gamma korekce. 4.5.1

Pouˇ zit´ı st´ın´ıtka a r˚ uzn´ ych nastaven´ı kompenzace

Protoˇze jsem ani po softwarové kompenzaci nebyl s v´ ysledkem spokojen, rozhodl jsem se pouˇz´ıt st´ın´ıtko ke sn´ıˇzen´ı jasu v urˇcité ˇcásti obrazu. Nev´ yhodou je to, ˇze jas ˇcásti obrazu je totiˇz velmi z´ avisl´ y na u ´hlu pohledu pozorovatele. Pˇredpokládám, ˇze se na displej bude pozorovatel d´ıvat zpˇr´ıma.

Obr. 20: Ukázka st´ın´ıtka

´ AN ´ ´ ´ ZPRACOVAN ´ ´ POPIS OVLAD I A SOFTWAROVE I

5

5

20

Popis ovl´ ad´ an´ı a softwarov´ e zpracov´ an´ı V této kapitole se zamˇeˇr´ım na popis ovládán´ı a zpracován´ı obrazu pro zobrazen´ı na

pokusném dipleji.

5.1

Zpracov´ an´ı HDR obrazu pro zobrazen´ı

Pro ovl´ ad´ an´ı postaˇc´ı jak´ ykoliv poˇc´ıtaˇc, s analogov´ ym v´ ystupem VGA a jedn´ım digitáln´ım obrazov´ ym v´ ystupem pro pˇripojen´ı LCD a projektoru. Pro zpracován´ı pouˇz´ıvám prostˇred´ı MATLAB. K otev´ır´ an´ı soubor˚ u .EXR je vyuˇzito HDRi Tools [12]. Zpracován´ı je zaloˇzeno na postupu uvedeném v pr´ aci k displeji Bangor [6]. Poˇzadvky na skript pro zpracov´ an´ı obr´ azk˚ u: a) Zpracovat vˇsechny bˇeˇzné pouˇz´ıvané formáty obrázk˚ u, a to jak s HDR tak s mal´ ym dynamick´ ym rozsahem LDR, napˇr .jpg b) Pˇreklopen´ı obrazu pro projektor i panel c) Jednoduch´ y a jeho v´ ystupem 2 obrázky pro zobrazen´ı na projektoru a na panelu Zpracov´ an´ı zaˇc´ın´ a naˇcten´ım obr´ azku pomoc´ı dialogu. Pˇri naˇcten´ı se obraz naˇcte jako 3 matice hodnot bod˚ u pro z´ akladn´ı barvy RGB. Poté se detekuje, zda je obrázek LDR ˇci HDR. Dalˇs´ım krokem je voliteln´ a zmˇena velikosti obrazu, testovac´ı displej má rozliˇsen´ı 1024x768 a je tedy vhodné pouˇz´ıt zmenˇsen´ı na tento rozmˇer7 . Následuje pouˇzit´ı odmocniny. Na tomto m´ıstˇe se zpracov´ an´ı rozdˇeluje na ˇcást zpracovávaj´ıc´ı obraz pro panel a pro projektor. Pro panel nutné simulovat rozmazán´ı obrazu projektoru. Stejnˇe jako u displeje Bangor jsem se rozhodl vyuˇz´ıt funkci pro Gaussovské rozmazán´ı. V dalˇs´ım kroku se p˚ uvodn´ı obraz podˇel´ı s obrazem rozmazan´ ym. Poté docház´ı k u ´pravˇe rozsah˚ u pro to, aby se správnˇe aplikovala kalibrace, kter´ a je definována pro hodnoty 0-255. Dále se aplikuje kalibrace a volitelnˇe otoˇcen´ı obrazu. Posledn´ım krokem je zápis obrazu do souboru. Zpracov´ an´ı obrazu je pro projektor je jednoduˇsˇs´ı, nebot’ docház´ı pouze k u ´pravˇe rozsah˚ u a kalibraci. Volitelnˇe lze obraz pˇrevést do ˇsedotónové ˇskály a také otoˇcit obraz. Posledn´ım krokem je z´ apis obrazu do souboru. Pro projektor je vhodné pouˇz´ıt ˇcernob´ıl´ y obraz, abychom vyuˇzili vˇetˇs´ı rozsah jasu projektoru. 7

Zpracov´ an´ı je n´ aroˇcné na v´ ypoˇcetn´ı v´ ykon, pamˇet’ a také trv´ a dlouhou dobu. Pro zmenˇsen´ı n´ arok˚ ua zrychlen´ı procesu je vhodné zmenˇsen´ı pouˇz´ıt.

5


21

Obr. 21: Blokové schéma zpracován´ı obrázku v prostˇred´ı MATLAB

Kalibrace prob´ıh´ a tak, ˇze se kalibraˇcn´ı kˇrivkou pronásob´ı obraz a t´ım dojde k linearizaci jasu. Kalibraˇcn´ı kˇrivka byla z´ısk´ ana tak, ˇze jsem nejprve invertoval kˇrivku zmˇeˇren´ ych hodnot pˇrevodn´ı chrarakteristiky a poté vytvoˇril soustavu tˇr´ı exponenciál a pˇr´ımky, kter´ ymi jsem ji proloˇzil. Poˇc´ ateˇcn´ı hodnoty byly urˇceny metodou nejmenˇs´ıch ˇctverc˚ u, poté jiˇz u ´pravy prob´ıhaly experiment´ alnˇe. Na obr.22 a obr.23 jsou ˇcerven´ ymi body vyznaˇceny zmˇeˇrené a invertované pˇrenosové chrarakteristiky, pˇreruˇsovanou ˇcarou pomocné kˇrivky a plnou modrou ˇcarou potom v´ ysledn´ a kalibraˇcn´ı kˇrivka. Cel´ y skript pro zpracov´ an´ı je uveden v pˇr´ıloze A.


5

Obr. 22: Kalibraˇcn´ı kˇrivka pro LCD

5.2

22

Obr. 23: Kalibraˇcn´ı kˇrivka pro projektor

Kompenzace rovnomˇ ernosti podsv´ıcen´ı

Skript pro kompenzaci rovnomˇernosti jsem rozhodl napsat jako samostatn´ y kód, a to zejména z d˚ uvodu n´ aroˇcnosti zpracován´ı obrazu hlavnˇe na operaˇcn´ı pamˇet’ a také rychlost testován´ı. V´ yhodou je také univerz´ alnost pouˇzit´ı, kdy jde kompenzace pouˇz´ıt na jak´ ykoliv obrázek, at’ jiˇz zpracovan´ y pˇredchoz´ım skriptem ˇci z jiného zdroje. Zpracov´ an´ı prob´ıh´ a nejprve naˇcten´ım vstupn´ıho a kompenzaˇcn´ıho obrázku. Je nutné aby kompenzaˇcn´ı obr´ azek byl ve ˇsk´ ale ˇsedé, protoˇze j´ım chci upravovat pouze jas vstupn´ıho obrázku, ne barevné sloˇzky. Dalˇs´ı ˇc´ ast programu invertuje kompenzaˇcn´ı obrázek a vytváˇr´ı t´ım jasovou mapu, kterou se pron´ asob´ı vstupn´ı (kompenzovan´ y) obrázek. Volitelnˇe je moˇzné v tomto kroku nastavit s´ılu (m´ıru) kompenzace jakou bude kompenzace na obraz aplikována. Problémem, kter´ y mus´ıme vyˇreˇsit u vstupn´ıho obrazu je to, ˇze kompenzaˇcn´ı obrázek je v rozliˇsen´ı 1024x768 a pomˇeru stran 4:3. Obraz, kter´ y ale chceme zobrazovat na displeji, m˚ uˇze m´ıt r˚ uzn´ a rozliˇsen´ı a pomˇery stran. Dalˇs´ı ˇcást skriptu se stará o to, aby byl vstupn´ı obraz byl pˇreveden do pˇr´ısluˇsného rozliˇsen´ı a pˇridány ˇcerné pruhy k vyplnˇen´ı obrazu do pomˇeru stran 4:3. Pokud by nebylo toto provedeno, mohl by se vstupn´ı obraz deformovat nebo by nebyla kompenzace aplikov´ ana na správné ˇcásti vstupn´ıho obrazu. Posledn´ım krokem je jiˇz samotn´ a kompenzace a poté vygenerován´ı a zápis v´ ysledného kompenzovaného obrazu do souboru.

5


Obr. 24: Blokové schéma zpracován´ı kompenzace v prostˇred´ı MATLAB

23

ˇ REN ˇ ´ ME I

6

6

24

Mˇ eˇ ren´ı V této kapitole se zamˇeˇr´ım na zmˇeˇren´ı nˇekolika základn´ıch parametr˚ u testovac´ıho

displeje a nakonec ho porovn´ am s jiˇz existuj´ıc´ımi ˇreˇsen´ımi.

6.1

Mˇ eˇ ren´ı pˇ revodn´ı charakteristiky

Pˇrevodn´ı charakteristika je z´ avislost jasu displeje na jeho buzen´ı. Pokud kˇrivka pˇrevodn´ı charakteristiky nen´ı line´ arn´ı, znamená to, ˇze i pˇri lineárn´ım buzen´ı neporoste jas displeje lineárnˇe a bude doch´ azet k nerovnomˇern´ ym zmˇenám v jasu. U bˇeˇzn´ ych displej˚ u se linearizace ˇreˇs´ı gama korekc´ı. Pˇrevodn´ı charakteristika slouˇz´ı k linearizaci displeje a bude pouˇzita pˇri zpracov´ an´ı obrazu v prostˇred´ı MATLAB. 6.1.1

Podm´ınky mˇ eˇ ren´ı

Mˇeˇren´ı bylo provedeno v zatemnˇené m´ıstnosti, kde kromˇe notebooku, na kterém byly zapisovány hodnoty, nebyl kromˇe projektoru jin´ y zdroj svˇetla. Luxmetr byl um´ıstˇen pˇribliˇznˇe ve stˇredu obrazovky a jeho pozice se bˇehem mˇeˇren´ı nemˇenila. Na panelu byla pouˇzita pouze rozptylová vrstva. 6.1.2

Pouˇ zit´ e mˇ eˇ ric´ı pˇ r´ıstroje

K mˇeˇren´ı byl pouˇzit luxmetr 0 to 200,000 Lux Meter od firmy INS. Tab. 5: Parametry pouˇzitého luxmetru [15] Rozliˇsen´ı

Rozsah Pˇresnost Vzorkovac´ı doba Nap´ ajen´ı

6.1.3

1 lx na rozsahu 0 – 2000 lx 10 lx na rozsahu 2000 – 20 000 lx 100 lx na rozsahu 20 000 – 200 000 lx 0 – 200 000 lx +-2%, +-1 digit 0.3 sec 1x 9V baterie

Namˇ eˇ ren´ e v´ ysledky, graf a z´ avˇ er

V tomto mˇeˇren´ı nejde o absolutn´ı namˇeˇrené hodnoty, ale charakteristiku jako takovou. Nen´ı tedy tˇreda pˇrev´ adˇet intenzitu osvˇetlen´ı na jas, nebot’ by se jednalo pouze o u ´pravu konstantou a tvar charakteristiky by se nezmˇenil. Z namˇeˇren´ ych hodnot a grafu na obr.25 je vidˇet tvar namˇeˇrené charakteristiky.

6

ˇ REN ˇ ´ ME I

25

Tab. 6: Pˇrenosové charakteristiky Digitáln´ı hodnota jasu obrazového bodu projektoru (0-255) 0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 255 Intenzita osvˇetlen´ı LCD [lux] Intenzita osvˇetlen´ı projektoru [lux]

2

2

5

11 26 50 81 111 135 167 212 258 312 378 465 562 629 637

0

1

2

3

6

11 17

25

36

49

75

118 182 253 371 527 619 637

*hodnoty v tabulce ud´ avaj´ı intenzitu osvˇetlen´ı zmˇeˇrenou na pokusném displeji pro r˚ uzné hodnoty buzen´ı projektoru a LCD displeje

Obr. 25: Graf pˇrevodn´ıch charakteristik HDR displeje Charakteristika by se dala linearizovat napˇr. tak, ˇze by se pronásobila rovnic´ı z´ıskanou napˇr. metodou nejmenˇs´ıch ˇctverc˚ u. Dalˇs´ı moˇznost´ı je vytvoˇrit kalibraci v prostˇred´ı MATLAB, kde by se urˇcité hodnotˇe jasu obr´ azku urˇcila hodnota jasu projektoru a panelu. Namˇeˇrené charakteristiky opov´ıdaj´ı pr˚ uhlednosti panelu a intenzitˇe projektoru a pouˇziji je pro kalibraci panelu pˇri zpracov´ an´ı v programu MATLAB.

ˇ REN ˇ ´ ME I

6

6.2

26

Mˇ eˇ ren´ı jasu a kontrastu

K mˇeˇren´ı kontrastu byla pouˇzita sonda i1Pro od firmy X-rite [16], lux metr pouˇzit´ yv pˇredchoz´ım mˇeˇren´ı by nebyl vhodn´ y, protoˇze nen´ı dostateˇcnˇe citliv´ y pro mˇeˇren´ı jasu ˇcerné barvy. Mˇeˇril jsem oddˇelenˇe jas ˇcerné a b´ılé barvy. Hodnota kontrastu se poté z´ıská vydˇelen´ım. V dalˇs´ıch mˇeˇren´ıch jsem se zamˇeˇril na to, jak se mˇenil jas a dynamick´ y rozsah pˇri r˚ uzn´ ych konfigurac´ıch panelu (tj. samotn´ y panel; panel a vrstva; panel, vrstva a ˇcoˇcka; panel, vrstva, ˇcoˇcka a st´ın´ıtko; kompenzace). Mˇeˇril jsem ve stˇredu panelu.

Tab. 7: Porovnán´ı jasu a kontrastu

samotn´ y panel panel a vrstva panel, vrstva a ˇcoˇcka panel, vrstva, ˇcoˇcka a st´ın´ıtko kompenzace

6.3

jas ˇcerné [cd/m2 ] 0,004 0,004 0,005 0,011 0,011

jas b´ılé [cd/m2 ] 187,1 456,9 95 15,2 4,1

Kontrast [:1] 46776,75 114219,5 23766,75 3040 372,7

Mˇ eˇ ren´ı rovnomˇ ernosti jasu

Jeden z nejvˇetˇs´ıch problém˚ u pokusného displeje se ukázala b´ yt nerovnomˇernost posv´ıcen´ı. Ta se obvykle vyskytuje i u bˇeˇzn´ ych LCD monitor˚ u. V´ yrobci maj´ı r˚ uzné nároky na kvalitu a cenu, pouˇz´ıvaj´ı tedy r˚ uznˇe kvalitn´ı panely a r˚ uznou kontrolu v´ ystupn´ı kvality. U levn´ ych monitor˚ u m˚ uˇze b´ yt homogenita podsv´ıcen´ı problém. U testovac´ıho displeje jsem posv´ıcen´ı odstranil, a to tedy problém nep˚ usob´ı. T´ım, ˇze nam´ısto nˇeho pouˇz´ıvám projektor, mus´ım vyˇreˇsit podstatnˇe z´ avaˇznˇejˇs´ı problém s nerovnomˇernost´ı. 6.3.1

Mˇ eˇ ren´ı pomoc´ı sondy

K mˇeˇren´ı byla stejnˇe jako v pˇr´ıpadˇe mˇeˇren´ı jasu a kontrastu pouˇzita sonda i1Pro od firmy X-rite [16] a software hcfr [20]. Pro mˇeˇren´ı jsem vygeneroval dvˇe ˇsachovnice o rozmˇerech 4x4 (obr. 27 a 26). Dvˇe ˇsachovnice jsem zvolil tak, aby pˇri mˇeˇren´ı jasu v urˇcité oblasti mˇeˇren´ı, nebyl v´ ysledek ovlivnˇen jasem sousedn´ıch oblast´ı. Jas jednotliv´ ych m´ıstech v procentech se urˇc´ı podle vztahu: Pi =

∆Li × 100 Lav

(1)

6

ˇ REN ˇ ´ ME I

27

kde ∆Li je odchylka od pr˚ umˇerného jasu vypoˇc´ıtaná podle vztahu (2). Pr˚ umˇern´ y jas se vypoˇcte jako aritmetick´ y pr˚ umˇer jasu ve vˇsech bodech obrazovky. ∆Li = Li − Lav

Obr. 26: Uk´ azka ˇsachovnice

(2)

Obr. 27: Ukázka ˇsachovnice

Tab. 8: Rovnomˇernost jasu pro panel Jas [cd/m2 ] 17,42 20,56 17,5 35,86 70,21 55,39 95,29 493,89 521,61 280,37 4846,14 3040,58 Pr˚ umˇern´ y jas

10,12 23,69 58,44 121,45 606,78

-97,13 -94,09 -84,30 -53,79

Rovnomˇernost [%] -96,61 -97,12 -88,43 -90,87 -18,61 -14,04 698,66 401,10

-98,33 -96,10 -90,37 -79,98

Tab. 9: Rovnomˇernost jasu pro panel a vrstvu Jas [cd/m2 ] 94,95 99,43 98,2 163,47 194,07 245,48 243,02 715,46 833,15 549,18 1854,61 1896,19 Pr˚ umˇern´ y jas

54,87 154,48 237,96 487,03 606,78

-80,82 -66,98 -50,91 10,92

Rovnomˇernost [%] -79,92 -80,17 -60,80 -50,42 44,51 68,28 274,60 282,99

-88,92 -68,80 -51,94 -1,63

6

ˇ REN ˇ ´ ME I

28

Tab. 10: Rovnomˇernost jasu pro panel, vrstvu a ˇcoˇcku Jas [cd/m2 ] 27,46 599,03 404,44 21,64 95,24 104,77 31,39 25,52 25,19 90,35 57,3 62,74 Pr˚ umˇern´ y jas

21,73 23 31,94 62,51 606,78

-73,91 -79,44 -70,18 -14,17

Rovnomˇernost [%] 469,07 284,21 -9,52 -0,47 -75,76 -76,07 -45,57 -40,40

-79,36 -78,15 -69,66 -40,62

Tab. 11: Rovnomˇernost jasu pro panel, vrstvu, ˇcoˇcku a st´ın´ıtko Jas [cd/m2 ] 19,86 200,32 107,97 13,54 28,89 37,44 19,33 10,23 11,12 57,48 34,92 41,92 Pr˚ umˇern´ y jas

17,96 14,73 23,43 46,59 606,78

-53,66 -68,41 -54,90 34,12

Rovnomˇernost[%] 367,40 151,92 -58,09 -32,59 -12,64 -65,63 -76,13 -74,05 -45,33 -18,52 -2,19 8,71

Tab. 12: Rovnomˇernost jasu po kompenzaci Jas [cd/m2 ] 18,71 72,69 57,16 12,11 9,58 8,06 17,91 6,03 5,42 57,88 30,13 29,25 Pr˚ umˇern´ y jas

14,99 10,11 16,37 36,04 606,78

-25,61 -51,85 -28,79 130,12

Rovnomˇernost [%] 189,00 127,25 -61,91 -67,96 -76,03 -78,45 19,79 16,29

-40,40 -59,81 -34,92 43,29

*jasy v tabulk´ ach jsou uvedeny v cd/m2 a rovnomˇernost v procentech V mˇeˇren´ı je vidˇet, ˇze i kdyˇz se s kaˇzdou u ´pravou zlepˇsovala rovnomˇernost, zároveˇ n klesal maxim´ aln´ı jas a také dynamick´ y rozsah. Namˇeˇrené hodnoty (hlavnˇe se st´ın´ıtkem) byly velice n´ızké 6.3.2

Mˇ eˇ ren´ı pomoc´ı fotoapar´ atu

Vzledem k tomu, ˇze pˇri mˇeˇren´ı pomoc´ı sondy docházelo nejsp´ıˇse k systematické chybˇe, pokusil jsem se vyuˇz´ıt fotoapar´ at, um´ıstˇen´ y pˇribliˇznˇe v podobné vzdálenosti, jakou pˇredpoklád´ am u pozorovatele. Tzn. pˇr´ım´ y pohled a vzdálenost pˇribliˇznˇe 1 metr. T´ım se omez´ı chyba zp˚ usobená nerovnomˇernost´ı objektivu a zároveˇ n by rovnomˇernost jasu mˇela lépe odpov´ıdat tomu, co uvid´ı pozorovatel.

6

ˇ REN ˇ ´ ME I

29

Na dipleji byla zobrazena b´ıl´ a plocha a fotografie byly poˇr´ızeny digitáln´ı zrcadlovkou Canon 600D. Pro lepˇs´ı pˇredstavu jsem v pomoc´ı MATLABu vygeneroval graf rovnomˇernosti, kter´ y barevnˇe ilustruje rozd´ıly jasu. K tomu byly pouˇzity fotografie v raw formátu, které byly pomoc´ı programu dcraw [21] pˇrevedeny do formátu TIFF. T´ımto se zabránilo chybˇe, kter´ a by vznikla linearizac´ı jasu pˇri pˇrevodu do bˇeˇzn´ ych formát˚ u jako jpg, png apod. Jedin´ ymi u ´pravami byly narovnán´ı a oˇr´ıznut´ı.

Obr. 28: Canon EOS 600D [17]

Tab. 13: Parametry digitáln´ı zrcadlovky Canon EOS 600D [17] Rozliˇsen´ı Typ a velikost sn´ımaˇce Obrazov´ y procesor Rychlost z´ avˇerky ISO Displej Objektiv

18Mpix CMOS, 22.3 x 14.9 mm DIGIC 4, 14b zpracován´ı 30–1/4000s 100 aˇz 6 400 3”, 3:2 , 1 040 000 bod˚ u 18-135 IS STM 3.5-5.6

Pouˇzité nastaven´ı fotoapar´ atu: • ISO 100 • clona F10 • ˇcas 1/5 • vyváˇzen´ı b´ılé - flash Rovnomˇernost pˇri r˚ uzných konfigurac´ıch panelu:

6

ˇ REN ˇ ´ ME I

30

Obr. 29: Schematické znázornˇen´ı mˇeˇren´ı pomoc´ı fotoaparátu

Obr. 30: Pouze panel

Obr. 32: Panel s rozvodnou vrstvou

Obr. 31: Graf pro panel

Obr. 33: Graf pro rozvodnou vrstvu

6

ˇ REN ˇ ´ ME I

31

Obr. 34: Panel s Fresnelovu ˇcoˇcku

Obr. 36: Panel s Fresnelovu ˇcoˇcku a rozvodnou vrstvu

Obr. 35: Graf pro Fresnelvu ˇcoˇcku

Obr. 37: Graf pro ˇcoˇcku a rozvodnou vrstvu

Rovnomˇernost po kompenzaci: Kompenzaci jsem naprogramoval v prostˇred´ı MATLAB. Jako mapa rovnomˇernosti poslouˇz´ı fotka, poˇr´ızená digitáln´ı zrcadlovkou Canon EOS 600D (obr. 38), kter´ a by pro tento u ´ˇcel mˇela b´ yt dostateˇcnˇe kvalitn´ı. V´ ysledky by mohla ovlivnit vinˇetace, ta ale nemˇela vliv, nebot’ se jedná o v´ yˇrez z fotografie a vinˇetace objektivu je zanedbateln´ a

8

. Pro fotoapar´ at jsem se rozhodl z d˚ uvodu toho, ˇze se snaˇz´ım metodiku

pˇrizp˚ usobit vn´ım´ an´ı lidského oka. Podán´ı obrazu na testovac´ım dipleji je velmi ovlivnˇeno u ´hlem a vzd´ alenost´ı pozorov´ an´ı a fotoaparát tedy bude tohle hledisko reprezentovat lépe. Lze pˇrepokl´ adat, ˇze pokud by byl jas v jednotliv´ ych bodech obrazovky namˇeˇren pˇresnˇe, doˇslo by m´ıstˇe nejvyˇsˇs´ıho jasu k témˇeˇr u ´plné ztrátˇe obrazové informace. Tento problém bude nejsp´ıˇse alespoˇ n ˇc´ asteˇcnˇe pˇretrvávat i pˇri pouˇzitém zp˚ usobu a bude nejsp´ıˇse nutné vyzkouˇset r˚ uzné nastaven´ı s´ıly kompenzace. Dále lze pˇrepokládat, ˇze pokud bude projektor 8 Podle mˇeˇren´ı na str´ ank´ ach .

6

ˇ REN ˇ ´ ME I

32

zapnut, bude vˇzdy na panelu jasné m´ısto, protoˇze projektor bude vˇzdy záˇrit z jednoho bodu.

Obr. 38: Kompenzace panelu 100%

Obr. 39: Graf pro kompenzaci panelu 100%

Obr. 40: Rovomˇernost jasu po pˇridán´ı st´ın´ıtka

Obr. 41: Graf po pˇridán´ı st´ın´ıtka

Jak je vidˇet na obr´ azc´ıch 40 a 41, rovnomˇernost jasu se po pˇridán´ı st´ın´ıtka velmi zlepˇsila, i oslnˇen´ı pˇri pˇr´ımém pohledu se velmi sn´ıˇzilo. Stejn´ ym zp˚ usobem jako v pˇredchoz´ım pˇr´ıpadˇe vyzkouˇs´ım jeˇstˇe nerovnomˇernost vykompenzovat softwarovˇe (obr. 42 a 43). Um´ıstˇen´ı i tvar st´ın´ıtka byl zjiˇstˇen experiment´ alnˇe.

6

ˇ REN ˇ ´ ME I

Obr. 42: Kompenzace panelu 100% 6.3.3

33


Zhodnocen´ı kompenzace

Z pˇrechoz´ıch obr´ azk˚ u je vidˇet, ˇze nejlepˇs´ıch v´ ysledk˚ u bylo dosaˇzeno pˇri kompenzaci pomoc´ı panelu, a to konkrétnˇe pokud jsem nesn´ıˇzil s´ılu kompenzace. Na obrázc´ıch 44 aˇz 47 je vidˇet praktick´ y pokrok, kter´ y byl uˇcinˇen po pˇridán´ı Fresnelovy ˇcoˇcky, po pˇridán´ı st´ın´ıtka, po kompenzaci a porovn´ an´ı s p˚ uvodn´ım obrazem. Nev´ yhodou je sn´ıˇzen´ı jasu, viz tab.7 v kapitole mˇeˇren´ı jasu a konstrastu.

Obr. 44: Pouze rozvodn´ a vrstva

Obr. 45: Rozvodná vrstva a ˇcoˇcka

Obr. 46: Rozvodn´ a vrstva, ˇcoˇcka a st´ın´ıtko s kompenzac´ı

Obr. 47: P˚ uvodn´ı obrázek

6

ˇ REN ˇ ´ ME I

34

Pro lepˇs´ı pˇredstavu jsem vyfotil displej v fotoaparátem v reˇzimu HDR (obr. 48 aˇz 51). D´ıky tomu obraz lépe odpov´ıd´ a tomu, co vid´ı pozorovatel.

Obr. 48: Pouze rozvodn´ a vrstva

Obr. 49: Rozvodná vrstva a ˇcoˇcka

Obr. 50: Rozvodn´ a vrstva, ˇcoˇcka a st´ın´ıtko s kompenzac´ı

Obr. 51: P˚ uvodn´ı obrázek

ˇ REN ˇ ´ ME I

6

6.4

35

Mˇ eˇ ren´ı barevn´ eho rozsahu

V práci k dipleji Bangor autoˇri vyjmuli z projektoru barevné koleˇcko pro zv´ yˇsen´ı jasu. To má ale negativn´ı vliv na barevn´ y rozsah - gamut dipleje. U mého pokusného dipleje z˚ ustalo koleˇcko zachov´ ano, ale pro zv´ yˇsen´ı jasu jsem v MATLABu pˇrevedl obraz do ˇskály ˇsedi. Mˇeˇren´ım se pokus´ım ovˇeˇrit jak´ y vliv na gamut tato u ´prava má. K mˇeˇren´ı byla opˇet pouˇzita sonda i1Pro od firmy X-rite [16] a software hcfr9 [20].

Obr. 53: Gamut displeje pˇri buzen´ı ˇsedotónov´ ym obrazem projektoru

Obr. 52: Gamut displeje pˇri buzen´ı barevn´ ym obrazem projektoru

Na obr´ azc´ıch 52 a 53 se ukazuje zmenˇsen´ı gamutu, ale nikterak v´ yrazné, aby to pˇr´ıliˇs ˇ viditelnˇe ovlivnilo kvalita obrazu. Cern´ y troj´ uheln´ık ukazuje standardn´ı sRGB gamut, pouˇz´ıvan´ y na vˇetˇsinˇe displej˚ u i projektor˚ u, b´ıl´ y udává rozsah zobrazen´ y pokusn´ ym diplejem. Na grafu na obr.53 je vidˇet zmenˇsen´ı barevného rozsahu a posun barev modré ˇcásti spektra smˇerem k zelené.

6.5

Porovn´ an´ı existuj´ıc´ıch displej˚ u Tab. 14: Porovnán´ı displej˚ u

jas ˇcerné [cd/m2 ] jas b´ılé [cd/m2 ] kontrast [:1] Rozliˇsen´ı [bod˚ u]

BrightSide 0 4000 200000 1920x1080

Bangor 0,05 2,700 54000 1024x768

SIM2 0 4000 > 20000 1920x1080

Testovac´ı displej 0,011 4,1 372,72 1024x768

V tabulce je porovn´ an´ı existuj´ıc´ıch diplej˚ u s testovac´ım diplejem. Testovac´ı displej dosáhl podstanˇe horˇs´ıch parametr˚ u neˇz ostatn´ı displeje. Hlavn´ım d˚ uvodem je zp˚ usob 9 hcfr je voln´ y software urˇcen´ y k mˇeˇren´ı a kalibraci. Umoˇzn ˇuje napˇr. mˇeˇren´ı barevn´ ych odchylek, gamma kˇrivky, jasu, kontrastu a dalˇs´ıch parametr˚ u displej˚ u.

6

ˇ REN ˇ ´ ME I

36

mˇeˇren´ı, kter´ y neodpov´ıd´ a pozorov´ an´ım a vzniká pˇri nˇem tedy systematická chyba. Zmˇeˇren´ y jas se i po u ´prav´ ach konstrukce a kompenzaci v r˚ uzn´ ych m´ıstech panelu velmi liˇs´ı a max. jas s kaˇzdou u ´pravou klesal. Dalˇs´ımi faktory jsou niˇzˇs´ı v´ ykon pouˇzitého projektoru a stáˇr´ı jeho lampy. Pˇri prvotn´ıch mˇeˇren´ım v projektu 2 byl totiˇz zmˇeˇren vyˇsˇs´ı jas neˇz pˇri závˇereˇcn´ ych mˇeˇren´ıch. U existuj´ıc´ıch displej˚ u nen´ı zn´ ama metodika mˇeˇren´ı parametr˚ u a porovnán´ı tak nemus´ı b´ yt odpov´ıdaj´ıc´ı. O rovnomˇernosti jasu se v´ yrobci ˇci tv˚ urci vˇetˇsinou v˚ ubec nezmiˇ nuj´ı.

´ ´ ˚ NA POKUSNEM ´ UKAZKA TESTOVAC´ ICH OBRAZK U DISPLEJI

7

7

37

Uk´ azka testovac´ıch obr´ azk˚ u na pokusn´ em displeji V této kapitole vyzkouˇs´ım na pokusném displeji zobrazit, vyfotit a zhodnotit sadu

obrázk˚ u. Obr´ azky byly vyfoceny stejn´ ym zp˚ usobem, kter´ y byl pouˇzit v kapitole Mˇeˇren´ı rovnomˇenosti jasu fotoapar´ atem tedy digitáln´ı zrcadlovkou Canon EOS 600D.

7.1

Obr´ azek bez zpracov´ an´ı

Na základn´ı otestov´ an´ı jsem vybral obrázek, kter´ y slouˇzil jako wallpaper. Na projektoru i panelu byl zobrazen naprosto stejn´ y obrázek bez jak´ ykoliv u ´prav.

Obr. 54: P˚ uvodn´ı obr´ azek [13]

Obr. 55: Obrázek zobrazen´ y na pokusném displeji

Na tomto testovac´ım obr´ azku jsem ovˇeˇril funkci pokusného displeje a také na nˇem je dobˇre vidˇet nerovnomˇernost podsv´ıcen´ı, tuto nerovnomˇernost se pokus´ım kompenzovat napˇr. vytvoˇren´ım matice pro buzen´ı projektoru v MATLABu. K tomu bude tˇreba zmˇeˇrit jas v r˚ uzn´ ych m´ıstech obrazovky.

7.2

Zpracovan´ y obr´ azek HDR

Jako testovac´ı HDR obr´ azek jsem vyuˇzil fotku ve formátu exr jezera Peck Lake ze stránek Marka Fairchida [14]. V MATLAB jsem pomoc´ı svého skriptu vygeneroval obrázek pro projektor (obr.57) a obrázek pro panel (obr.58). Na obr´ azc´ıch 59 a 60 je zpracovan´ y HDR obrázek zobrazen´ y na pokusném dipleji. Na obr. 60 je vidˇet, ˇze pokud pouˇziji pro projektor i panel barevné obrázky, barevné podán´ı a rozsah se zlepˇs´ı. Rozd´ıl nen´ı drastick´ y a jak´ y je skuteˇcnˇe prozrad´ı aˇz mˇeˇren´ı sondou. Rozdvojen´ y obraz v pravé ˇc´ asti je zp˚ usoben Fresnelovou ˇcoˇckou.

7


38

Obr. 56: P˚ uvodn´ı obrázek [14]

Obr. 57: Obr´ azek pro projektor

Obr. 58: Obrázek pro LCD

Obr. 59: Obr´ azek HDR zobrazen´ y na

Obr. 60: Obrázek HDR zobrazen´ y na pokusném displeji pˇri vyuˇz´ıt´ı barevného obrazu projektoru

pokusném displeji


7

7.3

39

Zpracovan´ y obr´ azek LDR

Jako posledn´ı jsem vyzkouˇsel zobrazen´ı LDR obrázku, vyfoceného mobiln´ım telefonem.

Obr. 61: P˚ uvodn´ı obr´ azek

Obr. 62: Obrázek LDR zobrazen´ y na pokusném displeji

Proti pˇredchoz´ım testovac´ım obr´ azk˚ u je na nˇem lépe vidˇet v´ yrazná zmˇena barevného podán´ı proti p˚ uvodn´ımu obr´ azku.

8

´ ER ˇ ZAV

8

Z´ avˇ er

40

Bakaláˇrsk´ a pr´ ace je pokraˇcov´ an´ı pˇredchoz´ıho projektu 2 a zamˇeˇril jsem se v n´ı hlavnˇe na vyˇreˇsen´ı problém˚ u a nedostatk˚ u testovac´ıho displeje. V prvn´ı ˇc´ asti jsem HDR popsal a uvedl jeho vyuˇzit´ı v r˚ uzn´ ych oblastech, napˇr. ve fotografi nebo poˇc´ıtaˇcov´ ych hr´ ach. Ve druhé ˇc´ asti jsem uvedl moˇznosti realizace HDR displej˚ u, napˇr. s podsv´ıcen´ım z matice LED a s podsv´ıcen´ım pomoc´ı projektoru. Zároveˇ n jsem pˇredstavil zástupce tˇechto diplej˚ u jako je Bangor HDR displej a SIM2 HDR47E S 4K. Dalˇs´ı ˇc´ ast se zab´ yv´ a navrhem a realizac´ı pokusného HDR dipleje s pouˇzit´ım dostupn´ ych prostˇredk˚ u. V r´ amci této kapitoly jsem displej postavil a ˇreˇsil r˚ uzné kostrukˇcn´ı problémy. Kapitola 5 se zamˇeˇruje na softwarové zpracován´ı a popis ovládán´ı. V této kapitole jsem v prostˇred´ı MATLAB napsal skript pro zpracován´ı obrazu, jeho kalibraci a dále také kompenzaci rovnomˇernosti jasu. V ˇsesté kapitole jsem nafotil na pokusném displeji nˇekolik testovac´ıch obrázk˚ u. Posledn´ı kapitola obsahuje r˚ uzn´ a mˇeˇren´ı, která jsem na displeji provedl, napˇr. jasu a kontrastu, pˇrevodn´ı charakteristiky, rovnomˇernosti jasu a barevného rozsahu. V této kapitole jsem také porovnal vlastnosti testovac´ıho displeje s dˇr´ıve zm´ınˇen´ ymi ˇreˇsen´ımi. Testovac´ı displej bohuˇzel nedos´ ahl porovnateln´ ych parametr˚ u jako jiné jiˇz existuj´ıc´ı disleje. To bylo zp˚ usobeno jistˇe nevhodnou testovac´ı metodikou, ale také pouˇzit´ım ménˇe kvalitn´ıch souˇc´ astek. Vylepˇsit by je bylo moˇzné napˇr. pouˇz´ıt´ım lepˇs´ıho panelu s vyˇsˇs´ım dynamick´ ym rozsahem nebo projektorem s vyˇsˇs´ım svˇeteln´ ym v´ ykonem. Pˇri zpracov´ an´ı této bakal´ aˇrské práce jsem doˇsel k závˇeru, ˇze konstrukce dipleje s podsv´ıcen´ım pomoc´ı LED diod by byla pravdˇepodobnˇe v´ yhodnˇejˇs´ı. I pˇres nˇekteré nev´ yhody jako niˇzˇs´ı rozliˇsen´ı obrazu tvoˇreného podsv´ıcen´ım, sloˇzitˇejˇs´ı konstrukc´ı ve smyslu nutnosti pˇridán´ı dalˇs´ı ovl´ adac´ı elektroniky pro podsv´ıcen´ı a nutnost´ı oddˇelen´ı diod pro r˚ uzné sekce panelu, by se t´ımto z˚ usobem dalo vyhnout mnoha problém˚ um, na které jsem narazil pˇri konstrukci testovac´ıho displeje. Panel s LED podsv´ıcen´ım napˇr. nevyˇzaduje ˇzádné optické souˇcásti, t´ım by se dalo vyhnout problém˚ um s ostrost´ı obrazu a nerovnomˇernost´ı jasu. Dále nen´ı tak citliv´ y na mechanické nastaven´ı a jeho rozmˇery jsou menˇs´ı. Displej by tak mohl dosahoval lepˇs´ıch parametr˚ u a lepˇs´ı subjektivn´ı kvality obrazu. Poznatky z´ıskané v této bakal´ aˇrské práci je moˇzné vyuˇz´ıt napˇr. pro budouc´ı diplomovou práci nebo popˇr´ıpadˇe pro dalˇs´ı studenty, kteˇr´ı by se rozhodli zpracovat podobn´ y projekt.

´ ˚ SEZNAM OBRAZK U

41

Seznam obr´ azk˚ u 1

Blokové schéma zpracov´ an´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3

2

Kr´ atk´ a expozice [1] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4

3

Dlouh´ a expozice [1] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4

4

Sloˇzen´ y obraz [1] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4

5

Hern´ı scéna bez HDR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5

6

Scéna s HDR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5

7

Bangor HDR displej [6] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7

8

8

9

Uk´ azka konstrukce displeje DR37-P [18] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ Uniky svˇetla [7] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9

10

Schéma LED s reflektory [7] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9

11

Blokové schéma zpracov´ an´ı obrazu v displeji SIM2 [8] . . . . . . . . . . . .

9

12

Uk´ azka zpracov´ an´ı obrazu v displeji SIM2 [8] . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

13

Bangor HDR displej [6] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

14

Schéma zpracov´ an´ı obrazu v displeji Bangor [6] . . . . . . . . . . . . . . . . 11

15

Monitor HP L1706 [9] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

16

Projektor Acer PD527W [11] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

17

Uk´ azka rozdvojen´ı obrazu pˇri pouˇzit´ı Fresnelovy ˇcoˇcky . . . . . . . . . . . . 16

18

N´ aˇcrtek soustavy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

19

Kompletn´ı sestava . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

20

Uk´ azka st´ın´ıtka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

21

Blokové schéma zpracov´ an´ı obrázku v prostˇred´ı MATLAB . . . . . . . . . . 21

22

Kalibraˇcn´ı kˇrivka pro LCD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

23

Kalibraˇcn´ı kˇrivka pro projektor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

24

Blokové schéma zpracov´ an´ı kompenzace v prostˇred´ı MATLAB

25

Graf pˇrevodn´ıch charakteristik HDR displeje . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

26

Uk´ azka ˇsachovnice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

27

Uk´ azka ˇsachovnice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

28

Canon EOS 600D [17] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

29

Schematické zn´ azornˇen´ı mˇeˇren´ı pomoc´ı fotoaparátu . . . . . . . . . . . . . . 30

30

Pouze panel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

31

Graf pro panel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

32

Panel s rozvodnou vrstvou . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

33

Graf pro rozvodnou vrstvu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

34

Panel s Fresnelovu ˇcoˇcku . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

35

Graf pro Fresnelvu ˇcoˇcku . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

36

Panel s Fresnelovu ˇcoˇcku a rozvodnou vrstvu . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

37

Graf pro ˇcoˇcku a rozvodnou vrstvu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

. . . . . . . 23


42

38

Kompenzace panelu 100% . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

39

Graf pro kompenzaci panelu 100% . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

40

Rovomˇernost jasu po pˇrid´ an´ı st´ın´ıtka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

41

Graf po pˇrid´ an´ı st´ın´ıtka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

42


43


44

Pouze rozvodn´ a vrstva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

45

Rozvodn´ a vrstva a ˇcoˇcka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

46

Rozvodn´ a vrstva, ˇcoˇcka a st´ın´ıtko s kompenzac´ı . . . . . . . . . . . . . . . . 33

47

P˚ uvodn´ı obr´ azek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

48

Pouze rozvodn´ a vrstva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

49

Rozvodn´ a vrstva a ˇcoˇcka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

50

Rozvodn´ a vrstva, ˇcoˇcka a st´ın´ıtko s kompenzac´ı . . . . . . . . . . . . . . . . 34

51

P˚ uvodn´ı obr´ azek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

52

Gamut displeje pˇri buzen´ı barevn´ ym obrazem projektoru . . . . . . . . . . . 35

53

Gamut displeje pˇri buzen´ı ˇsedotónov´ ym obrazem projektoru . . . . . . . . . 35

54

P˚ uvodn´ı obr´ azek [13] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

55

Obr´ azek zobrazen´ y na pokusném displeji . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

56

P˚ uvodn´ı obr´ azek [14]

57

Obr´ azek pro projektor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

58

Obr´ azek pro LCD

59

Obr´ azek HDR zobrazen´ y na pokusném displeji . . . . . . . . . . . . . . . . 38

60

Obr´ azek HDR zobrazen´ y na pokusném displeji pˇri vyuˇz´ıt´ı barevného obrazu

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

projektoru . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 61

P˚ uvodn´ı obr´ azek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

62

Obr´ azek LDR zobrazen´ y na pokusném displeji

63

Pouˇzit´ a liˇzina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

64

Uk´ azka pouˇzité desky . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

65

Pouˇzit´ a podloˇzka notebooku . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

66

Uk´ azka podloˇzky se ˇsrouby pro nastaven´ı v´ yˇsky a sklonu, dole dráˇzka se

. . . . . . . . . . . . . . . . 39

ˇsrouby pro posun . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 67

Pˇripevnˇen´ y panel s kryty . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

68

Pouˇzité kryty . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

69

Kompenzace projektoru 100% . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

70

Graf pro kompenzaci projektoru 100% . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

71



43

72

Graf pro kompenzaci projektoru 75% . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

73


74


75


76


77


78


79

Kompenzace panelu 75% . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

80

Graf pro kompenzaci panelu 75% . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

81


82


83


84


85


86

Graf pro kompenzaci projektoru 100% . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

87


88


89


90


91


92


93


94


95


96


97


98


99


100 Graf pro kompenzaci panelu 25% . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 101 Graf pˇrevodn´ıch charakteristik HDR displeje . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

SEZNAM TABULEK

44

Seznam tabulek 1

Parametry displeje BrightSide DR37-P [18] . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8

2

Parametry SIM2 HDR47E S 4K [4] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8

3

Parametry monitoru HP L1706 [9] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

4

Parametry projektoru Acer PD527W [10] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

5

Parametry pouˇzitého luxmetru [15] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

6

Pˇrenosové charakteristiky . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

7

Porovn´ an´ı jasu a kontrastu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

8

Rovnomˇernost jasu pro panel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

9

Rovnomˇernost jasu pro panel a vrstvu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

10

Rovnomˇernost jasu pro panel, vrstvu a ˇcoˇcku . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

11

Rovnomˇernost jasu pro panel, vrstvu, ˇcoˇcku a st´ın´ıtko . . . . . . . . . . . . 28

12

Rovnomˇernost jasu po kompenzaci . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

13

Parametry digit´ aln´ı zrcadlovky Canon EOS 600D [17] . . . . . . . . . . . . 29

14

Porovn´ an´ı displej˚ u . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

15

Vˇsechny pˇrenosové charakteristiky . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

LITERATURA

45

Literatura [1] Bc. Ondˇ rej Nentvich – osobn´ı foto archiv. 16.9.2013 [cit. 3.9.2014]. [2] HDR

mapov´ an´ı

tonality

[online].

2014

[cit.

3. 9. 2014].

Dostupné

z:

. [3] SIM2 exclusive High Dynamic Range Display Series [online]. 2014 [cit. 3. 9. 2014]. Dostupné z: . [4] SIMS2 Multimedia spa, HDR47E S 4K - Specifications [online]. [cit. 7. 2. 2014]. Dostupné z: . [5] Robert Wanat, Josselin Petit a Rafal Mantiuk, Physical and perceptual limitations of a projector-based high dynamic range display [online]. 2012 [cit. 3. 9. 2014]. Dostupné z: . [6] Bangor HDR display [online]. 2012 [cit. 3. 9. 2014]. Dostupné z: . [7] SIM2 HDR47E Peculiar Technology [online]. 2014 [cit. 3. 9. 2014]. Dostupné z: . [8] Content and Sources Management [online]. 2014 [cit. 3. 9. 2014]. Dostupné z: . [9] HP L1706 Flat Panel Monitor - Overview [online]. 22. duben 2011 [cit. 31. 10. 2012]. Dostupné z: . [10] Acer PD527W [online]. 2014 [cit. 3. 9. 2013]. Dostupné z: . [11] Acer PD527W [online]. 2.7.2012 [cit. 3. 9. 2014]. Dostupné z: . [12] PCG

HDRITools

[online].

18.8.2014

[cit.

3. 9. 2014].

Dostupné

z:

. [13] Arvore

nascendo

[online]

2012

.[cit.

3. 9. 2014].

Dostupné

.

z:

LITERATURA

[14] Mark

Fairchild.

46

Peck

Lake

[online].

2014

[cit.

3. 9. 2014].

Dostupné

z:

. [15] 0 to 200,000 Lux Meter [online]. záˇr´ı 2014 [cit. 3. 9. 2014]. Dostupné z: . [16] i1Pro [online]. 26.7.2012 [cit. 3. 9. 2014]. Dostupné z: . [17] Canon EOS 600D Digit´ aln´ı zrcadlovky a kompaktn´ı systémové fotoapar´ aty EOS [online]. 2014 [cit. 8. 12. 2014]. Dostupné z: . [18] BrightSide DR37-P HDR display [online]. 4.10.2005 [cit. 17. 12. 2014]. Dostupné z: . [19] BrightSide Technologies [online]. 6.1.2014 [cit. 17. 12. 2014]. Dostupné z: . [20] hcfr - Free Video Projector/Monitor Calibration Software [online]. 10.12.2014 [cit. 26. 12. 2014]. Dostupné z: . [21] Decoding raw digital photos in Linux [online]. 29.12.2014 [cit. 29. 12. 2014]. Dostupné z: . [22] Helge Seetzen, Wolfgang Heidrich, Wolfgang Stuerzlinger, Greg Ward, Lorne Whitehead, Matthew Trentacoste, Abhijeet Ghosh, Andrejs Vorozcovs. High Dynamic Range Display Systems [online]. 4.1.2015 [cit. 4. 1. 2015]. Dostupné z: . [23] DUE (Digital Uniformity Equalizer) [online]. 2012 [cit. 4. 1. 2015]. Dostupné z: . [24] HIGH DYNAMIC RANGE PHOTOGRAPHY [online]. 2015 [cit. 4. 1. 2015]. Dostupné z: . [25] Adam Plechatý. HDR – High Dynamic Range v kostce [online]. 21.6.2005 [cit. 5. 1. 2015]. Dostupné z: .

ˇ´ PR ILOHA

47

Pˇ r´ıloha A 1 2

K´ od pro zpracov´ an´ı v prostˇ red´ı MATLAB

%% test zpracovani v MATLABu clc, clear all, close all;

3 4

5 6 7 8 9

[filename, pathname] = uigetfile({’*.*’},’Vyberte soubor obrazku’); %dialog pro vyber souboru obrazku cd(pathname); %zmena cesty v MATLABu [pathstr,name,ext]=fileparts(filename); %nacteni vlastnosti souboru, %pro nas dulezita pripona typ = ext; exr = strcmp(typ,’.exr’);

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

if(exr) %podminka pro nacteni %souboru s priponou exr im2 = exrread(filename); %nacteni exr obrazku im2 = imresize(im2, [NaN 1024]); %volitene zmeneseni rozmeru obrazku, napr. %pro zrychleni zpracovani pri testovani im1=im2; else im2 = imread(filename); im2 = imresize(im2, [NaN 1024]); %volitene zmeneseni rozmeru obrazku, napr. %pro zrychleni zpracovani pri testovani im1=im2; im2=single(im2); %prevod do single formatu end

24 25

im3=sqrt(im2);

%odmocninou obrazu

26 27 28 29 30

s = size(im2); %zjisteni velikosti h = fspecial(’gaussian’, [s(1) s(2)], 3.0); %vytvoreni Gaussovskeho filtru % o velikosti s a sigma 3, podle dokumentace Bangor im4 = imfilter(im3, h); %aplikace filtru na obraz

31 32

imL= im2./im4; %podeleni puvodniho obrazu s obrazem po aplikaci Gauss filtru

33 34

imL=real(imL); %odstraneni komplexni slozky

35 36 37

min1 = min(min(min(imL))); imL=(imL-min1);

%zjisteni min. hodnoty %posun do nuly

max1 = max(max(max(imL)));

%zjisteni max. hodnoty

38 39

ˇ´ PR ILOHA

40 41

k = 255/max1; imL=imL.*k;

48

%zjisteni konstanty pro posun do hod. 255 %posun jednotl. prvku matice do hod. 255

42 43 44

A = 57;B = 20;C = 330;D = 14.3;E = 21;F = 0; %konstanty pro krivky G = 0.33; I = 800;A1 = 100;I1 = 4;B1 = 100; %konstanty pro krivky

45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55

for x = 1:s(1) %kalibrace LCD for y = 1:s(2) pom = imL(x,y,1); %aplikace kalibracni krivky na obraz imLc(x,y,1)=G*pom+A*(1-I.ˆ(-pom./B))+C*(exp(pom./D-E))-F+A1*(1-I1.ˆ(-pom./B1)); pom = imL(x,y,2); imLc(x,y,2)=G*pom+A*(1-I.ˆ(-pom./B))+C*(exp(pom./D-E))-F+A1*(1-I1.ˆ(-pom./B1)); pom = imL(x,y,3); imLc(x,y,3)=G*pom+A*(1-I.ˆ(-pom./B))+C*(exp(pom./D-E))-F+A1*(1-I1.ˆ(-pom./B1)); end end

56 57

imLc=uint8(imLc);

58 59 60 61

%imL= flipdim(imL,2); %imL= flipdim(imL,1); %imL = flipdim(imL,2);

%horizontalni otoceni %vertikalni otoceni %horizontalni+vertikalni otoceni

62 63

imwrite(imLc, ’LCD.png’, ’png’); %zapis obrazu pro LCD do souboru

64 65 66

imP=im3;

67 68 69

min2 = min(min(min(imP))); imP=(imP-min2);

%zjisteni min. hodnoty %posun do nuly

max2 = max(max(max(imP))); l = 255/max2; imP=imP.*l;

%zjisteni max. hodnoty %zjisteni konstanty pro posun do hod. 255 %posun jednotl. prvku matice do hod.

70 71 72 73 74 75 76

A = 100;B = 125;C = 40;D = 12.8;E = 21;F = 0; %konstanty pro krivky G = 0.25; I = 200;A1 = 75;I1 = 1000;B1 = 10; %konstanty pro krivky

77 78 79 80 81 82 83

for x = 1:s(1) %kalibrace projektoru for y = 1:s(2) %aplikace aplikacni krivky na obraz pom = imP(x,y,1); imPc(x,y,1)=G*pom+A*(1-I.ˆ(-pom./B))+C*(exp(pom./D-E))-F+A1*(1-I1.ˆ(-pom./B1)); pom = imP(x,y,2); imPc(x,y,2)=G*pom+A*(1-I.ˆ(-pom./B))+C*(exp(pom./D-E))-F+A1*(1-I1.ˆ(-pom./B1));

ˇ´ PR ILOHA

84 85 86 87

49

pom = imP(x,y,3); imPc(x,y,3)=G*pom+A*(1-I.ˆ(-pom./B))+C*(exp(pom./D-E))-F+A1*(1-I1.ˆ(-pom./B1)); end end

88 89 90 91

imPc=real(imPc); imPc=uint8(imPc); imPc= rgb2gray(imPc);

%odstraneni komplexni slozky %prevod do int formatu %prevod do sedotonove skaly

%imPc= flipdim(imP,2); %imPc= flipdim(imP,1); %imPc = flipdim(imP,2);

%horizontalni otoceni %vertikalni otoceni %horizontalni+vertikalni otoceni

92 93 94 95 96 97

imwrite(imPc, ’projektor.png’, ’png’); %zapis obrazu pro projektor do souboru

98 99 100 101 102 103 104 105

figure(1); %zobrazeni obrazku v plotu pro kontrolu a testovani subplot(331); imshow(im1), title(’Orig’); subplot(332); imshow(imLc), title(’Obraz pro LCD’); subplot(333); imshow(imP), title(’Obraz pro projektor’);

106 107 108

%% kompenzace rovnomernosti podsviceni clc, clear all, close all;

109 110

%filename = ’Projektor.png’;

111 112

filename = ’LCD.png’;

113 114 115

im2 = imread(filename); orig = imread(filename);

116

%vstupni obrazek, na ktery chceme aplikovat %kompenzaci (zakomentovat pro vyber) %vstupni obrazek, na ktery chceme aplikovat %kompenzaci ( zakomentovat pro vyber) %nacteni vstupniho obrazku %nacteni vstupniho obrazku, pro zobrazeni %(testovaci ucely)

117 118 119 120 121

imP = imread(’IMG_4702.jpg’); %nacteni obrazku, ktery slouzi jako mapa %pro kompenzaci s = size(imP); %zjisteni rozmeru kompenzacniho obrazku s2 = size(im2); %zjisteni rozmeru kompenzovaneho obrazku

122 123

imP = rgb2gray(imP);

%prevod kompenzacniho obrazku do skaly sede %(zakomentovat pokud je jiz cernobily)

d = zeros(2);

%vytvoreni prazdneho pole

124 125 126 127

ˇ´ PR ILOHA

128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142

50

if s(1)/s(2) < s2(1)/s2(2)

%porovnani velikosti kompenzacniho %a kompenzovaneho obrazku d = [0 uint16(((s(2)-(s2(2)/s2(1)*s(1)))/2))]; %pridani cernych pruhu nad a pod obrazkem %pro zachovani pomeru stran im2 = imresize(im2, [s(1) uint16(s2(2)/s2(1)*s(1))]); %zmena velikosti kompenzovaneho obrazku elseif s(1)/s(2) > s2(1)/s2(2) d = [uint16((s(1)-(s2(1)/s2(2)*s(2)))/2) 0]; %pridani cernych pruhu vedle obrazku pro %zachovani pomeru stran im2 = imresize(im2, [uint16(s2(1)/s2(2)*s(2)) s(2)]); %zmena velikosti kompenzovaneho obrazku else %pokud jsou stejne tak neupravovat end

143 144 145 146 147 148

s2 = size(im2); %zjisteni novych rozmeru kompenzovaneho obr. imF = zeros(s(1), s(2), ’uint8’); %vytvoreni prazdneho (cerneho) obrazku imP1 = double(imP)./255; %prevod do float (double) formatu min=double(min(min(imP1))); %zjisteni min. hodnoty jasu v obrazku max=double(max(max(imP1))); %zjisteni max. hodnoty jasu v obrazku

149 150

imP1 = imP1*0.75;

%nastaveni sily kompenzace (1=bez uprav)

151 152 153 154

J = imadjust(imP1,[min;max],[max;min]); %prohozeni min. a max. hodnot pro vytvoreni %inverzni mapy pro kompenzaci

155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165

for x = 1:s2(1) %cyklus pro aplikovani kompenzace na obr. for y = 1:s2(2) pom = J(x+d(1),y+d(2)); imF(x+d(1),y+d(2),1) = im2(x,y,1)*pom; imF(x+d(1),y+d(2),2) = im2(x,y,2)*pom; %zakomentovat pri zpracovani %obr. pro projektor (cernobily) imF(x+d(1),y+d(2),3) = im2(x,y,3)*pom; %zakomentovat pri zpracovani %obr. pro projektor (cernobily) end end

166 167 168 169 170 171

imwrite(imF, ’kompenzace.png’, ’png’);

%vygenerovnani souboru %kompenzovaneho obrazku %zobrazeni obrazku v plotu pro kontrolu pri testovani

figure(1); subplot(221); imshow(imP), title(’Gradient’);

ˇ´ PR ILOHA

172 173 174 175 176 177 178

subplot(222); imshow(J), title(’Gradient’); subplot(223); imshow(orig), title(’Orig’); subplot(224); imshow(imF), title(’Upraveno’);

51

ˇ´ PR ILOHA

B

52

Fotodokumentace realizace demonstraˇ cn´ıho displeje

Obr. 63: Pouˇzitá liˇzina

Obr. 64: Uk´ azka pouˇzité desky

Obr. 65: Pouˇzitá podloˇzka notebooku

Obr. 66: Uk´ azka podloˇzky se ˇsrouby pro nastaven´ı v´ yˇsky a sklonu, dole dr´ aˇzka se ˇsrouby pro posun

Obr. 67: Pˇripevnˇen´ y panel s kryty

ˇ´ PR ILOHA

53

Obr. 68: Pouˇzité kryty

ˇ´ PR ILOHA

C

54

Uk´ azky rovnomˇ ernosti pˇ ri r˚ uzn´ ych nastaven´ıch kompenzace

Obr. 69: Kompenzace projektoru 100%

Obr. 70: Graf pro kompenzaci projektoru 100%



ˇ´ PR ILOHA

55







ˇ´ PR ILOHA



56



Po pˇrid´ an´ı st´ın´ıtka:



ˇ´ PR ILOHA

57







ˇ´ PR ILOHA

58







ˇ´ PR ILOHA

59





ˇ´ PR ILOHA

D

60

Vˇ sechny pˇ revodn´ı chrakteristiky testovac´ıho dipleje

Digit´ aln´ ı hodnota jasu obrazov´ eho bodu monitoru

Tab. 15: Vˇsechny pˇrenosové charakteristiky

0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 255

0

15

30

45

60

Digitáln´ı hodnota jasu obrazového bodu projektoru 75 90 105 120 135 150 165 180 195

210

225

240

255

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 2 2 2

0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 2 2 2 3 3 3

0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 2 2 3 4 5 6 6 6

0 0 0 0 0 1 1 2 2 3 3 4 5 6 8 10 11 11

1 1 3 6 15 29 47 65 79 98 124 150 182 221 272 328 368 371

1 1 4 9 21 41 67 91 112 139 175 214 257 313 385 466 522 527

2 2 4 11 25 48 79 107 131 163 206 250 302 367 451 545 612 619

2 2 5 11 26 50 81 111 135 167 212 258 312 378 465 562 629 637

0 0 0 0 0 1 2 3 3 4 5 7 8 10 12 15 17 17

0 0 0 0 1 2 3 4 5 6 8 10 12 15 18 22 25 25

0 0 0 0 1 3 4 6 7 9 12 15 17 21 26 32 36 36

0 0 0 1 2 4 6 8 10 13 16 20 24 29 36 43 49 49

0 0 0 1 3 5 9 13 15 19 24 30 36 44 54 66 74 75

0 0 1 2 5 9 15 20 25 31 39 47 57 70 86 104 117 118

0 0 1 3 7 14 23 31 38 48 60 74 89 108 133 160 180 182

0 1 2 4 10 20 32 44 54 67 84 102 124 150 185 224 250 253

*hodnoty v tabulce ud´ avaj´ı intenzitu osvˇetlen´ı v [lux] zmˇeˇrenou na pokusném displeji pro r˚ uzné kombinace buzen´ı projektoru a LCD displeje

ˇ´ PR ILOHA

61

Obr. 101: Graf pˇrevodn´ıch charakteristik HDR displeje

ˇ´ PR ILOHA

E

Obsah pˇ riloˇ zen´ eho CD Adresáˇrov´ a struktura pˇriloˇzeného CD CD/ Literatura/ BP.pdf t8.m Obsah jednotliv´ ych sloˇzek a podsloˇzek • Literatura Sloˇzka obsahuje pdf verze pouˇzité literatury • BP.pdf Elektronick´ a verze této práce • t8.pdf Skript pro zpracov´ an´ı obrazu v MATLABu

62

Fakulta elektrotechnická Katedra radioelektroniky. Zobrazovač s vysokým dynamickým rozsahem. High dynamic range display

Recommend Documents