Alternative Inbildkontrastmessung

  • oto Ich muss auch ehrlich sagen, dass das einfach keine Art ist, sich mit anderen Personen auseinander zu setzen. Wie würden denn Threads aussehen, wenn sich die Beteiligten allesamt solche Entgleisungen erlauben würden? Alles kaputt hauen, nur weil andere eine andere Meinung haben? Wenn man so unterwegs ist, sollte man mal in sich gehen und sich fragen, ob man wirklich in der Lage ist, in einem Forum Beiträge zu leisten, von denen die Allgemeinheit dann was hat. Ich sehe hier einfach nur Sabotage von Threads, selbst wenn es die "eigenen" sind, macht es den Thread ja für alle, die das Thema spanend finden und mitlesen, kaputt.

  • Da mir oto hier mal wieder in seiner ätzenden Art vorwirft, meine Testbilder seien falsch, möchte ich hier kurz erklären, wie genau ich zu den Werten komme.


    Mein System ist auf Gamma 2,2 kalibriert. Man kann natürlich auf beliebig andere Kurven kalibrieren, das spielt im Grunde keine Rolle. Die Testbilder müssen nur dazu passen.


    Also: es handelt sich um einfache Bitmaps mit 8 Bit pro Komponente, also mit Werten von 0 - 255. Das heißt, in den vollen PC-Levels. Hier kann es schon passieren, dass man sie falsch darstellt, wenn man sonst nur Videomaterial abspielt.


    An folgendem Beispiel möchte ich das einmal exemplarisch durchrechnen. Die Werte kann jeder mit einem Malprogramm oder anderen Tools ablesen.


    2x so viele Kästchen mit 1/2 des Helligkeitswerts:


    Ich möchte also den halben Helligkeitswert in den Kästchen erzeugen. Die Rechnung ist wie folgt (kann jeder in Excel einhacken):


    L = ((255^2,2) / x) ^ (1 / 2,2)

    mit x: gewünschter Faktor


    Zur Erklärung: zunächst wird der maximale Wert (255) in lineares Licht konvertiert, indem die Gammafunktion angewendet wird. Dieser Wert wird durch den gewünschten Faktor (z.B. 2) geteilt und dann wieder die inverse Gammafunktion angewendet. Gibt das Anzeigegerät diesen Wert wieder, so wendet es wieder die Gammafunktion an und es entsteht das gewünschte lineares Licht. Eigentlich recht simpel.


    Für x = 2 ergibt sich ein digitaler Wert von 186. Genauso habe ich das dann für 1/5, 1/10 und 1/20 gemacht und jedes Mal die Anzahl der Kästchen entsprechend erhöht, damit die ADL konstant bleibt.


    Anlog dazu wird übrigens die ADL eines Bildes ermittelt. Es wird auf alle Pixel die Gammafunktion angewendet und dann der Durchschnitt berechnet. Da das mit HDR wegen des notwendigen Tone Mappings (und damit dynamischen EOTF) kaum möglich ist, analysiert man besser SDR-Material.

  • Ich habe mir noch ein paar Gedanken zur Kalibrierung und der Gammakurve gemacht. Nun ist es ja so, dass das Gamma mit Vollbildern oder Fenstern kalibriert wird. Das heißt, letztendlich wird jede Stufe mit einer anderen ADL gemessen. Schwarz z.B. immer mit 0 %, die Stufe 10 % dagegen entweder mit 10 % (Vollbild) oder deutlich weniger (Fenster, also ein Rechteck das nur einen Teil des Bildes einnimmt). Da der Kontrast des Projektors durch die ADL dynamisch ist, ergeben sich also hier schon leichte Unterschiede. Die erste Erkenntnis ist also, dass die ADL direkt in die Kalibrierung der Gammakurve eingeht. Das ist messbar, auch wenn der Unterschied nicht riesig ausfällt. Wie erwartet sind die Werte der unteren Stufen beim kleinen 2%-Fenster weniger aufgehellt (=höherer Gammafaktor).


    Vollbild:


    2%-Fenster:



    Nun wird die Gammakurve in der Regel beim Kalibrieren auf das native Schwarz (also 0% ADL) bezogen. Und hier ergibt sich ein Problem, dass einem erstmal bewusst werden muss. Eine ADL > 0 % erzeugt ja (grob gesagt) eine Addition eines festen Wertes auf alle Werte im Bild (siehe Beitrag 1). Das heißt, dass jede ADL ein anderes Gamma erzeugt. Und das im unteren Bereich ganz massiv. Kurz gesagt: in Realbildern sehen wir ständig etwas unterschiedliche Gammaverläufe, denn die kalibrierte Kurve kann vom Projektor nie (!) innerhalb eines Bildes dargestellt werden. Das muss man sich mal durch den Kopf gehen lassen! Wir kalibrieren unser Gamma also auf einem Kontrast, den wir niemals im Bild sehen. Der existiert nur sequenziell.


    Die Folgen sind, dass sich die Verhältnisse der unteren Stufen, je nach Bildinhalt, stark unterscheiden. Das hat eine direkte Auswirkung auf die Differenzierbarkeit dieser Stufen. Denn wenn zwei Töne ursprünglich im Verhältnis "doppelt so hell" standen, kann das in einem anderen Bild mit höherer ADL z.B. zu "1,3 mal so hell" werden.


    Auch das habe ich gemessen. CalMAN unterstützt glücklicherweise Testbilder mit konstanter ADL ("APL"). Dabei ist in der Mitte das Messfenster und drumherum ein Grau, damit die gewünschte ADL erreicht wird. Hier der Vergleich:


    2%-Fenster:


    Konstante 10 % ADL:


    Konstante 25 % ADL:


    Konstante 50 % ADL:


    Wie man sieht sinkt im unteren Bereich der Gammafaktor. Das Abknicken rutscht bei höheren ADL zunehmend hin zu höheren Stufen.


    Ich wollte genau wissen, wie sich die Stufen untereinander bei verschiedenen ADL verhalten. Dazu habe ich jeweils 2 % und 4 % gemessen und errechnet, in welchem Verhältnis sie zueinander stehen. Hier ist das Ergebnis:


    2%-Fenster: 3,1

    Konstante 10 % ADL: 2,7

    Konstante 25 % ADL: 1,8

    Konstante 50 % ADL: 1,2


    Das heißt, das Verhältnis dieser beiden Werte wird mit steigender ADL immer geringer. Von 3,1 sinkt sie auf 1,2! Kein Wunder also, dass dunkle Stufen in einem hellen Bild viel schlechter differenzierbar sind. Bei hellen Stufen ist das kein Thema, da ja immer ein fester Wert addiert wird. Der ist im Verhältnis zu den ohnehin schon großen Werten der hellen Stufen bedeutungslos. Bei den dunklen Stufen aber leider nicht.



    Soweit so schlecht. Im Grunde müsste das Gamma je nach ADL des Bildinhaltes so angepasst werden, dass die Verhältnisse der Stufen zueinander erhalten bleiben. Wenn das Verhalten des Projektors bekannt ist, könnte man das sicherlich problemlos in Software implementieren. Die Frage ist, wie das dann aussieht und ob es etwas verbessert (oder ggf. verschlechtert).


    Hier mal exemplarisch die BT.1886-Kurven für verschiedene Kontraste (Schwarzwerte). Die Werte sind auf 1 normiert, die X-Achse geht also bis 5 %. Diese Kurven könnte man dynamisch berechnen und anwenden lassen.



    Das sollte für heute erstmal reichen...

  • Entweder versteh ich noch nicht ganz, was Du damit aufzeigen möchtest, oder ist das nicht sowieso klar, wenn der Kontrast mit steigender Helligkeit sinkt?

    Der Weißpunkt (nicht auf Farbe, sondern auf Helligkeit bezogen), bleibt ja immer gleich.

    D.h. wenn der Kontrast mit steigender Gesamthelligkeit eines Bildes geringer wird, dass das Schwarz aufgehellt wird. => Der Beamer muss von Weiß bis Schwarz das ganze Bild stärker in einen kleineren Helligkeitsbereich darstellen. Somit sind die einzelnen Helligkeitsdifferenzen enger zusammen.


    Gut, jetzt wäre theoretisch noch die Frage offen, ob das Ganze linear über den ganzen Helligkeitsbereich komprimiert wird oder nur im unteren Bereich. Praktisch war es klar, dass dies vor allem nahe dem Schwarz geschieht, da es nicht von der Elektronik kommt, sondern von reflektierendem Licht.


    Natürlich trotzdem interessant, dies mit Messwerten untermauert zu sehen.

  • Entweder versteh ich noch nicht ganz, was Du damit aufzeigen möchtest, oder ist das nicht sowieso klar, wenn der Kontrast mit steigender Helligkeit sinkt?

    Der Weißpunkt (nicht auf Farbe, sondern auf Helligkeit bezogen), bleibt ja immer gleich.

    D.h. wenn der Kontrast mit steigender Gesamthelligkeit eines Bildes geringer wird, dass das Schwarz aufgehellt wird. => Der Beamer muss von Weiß bis Schwarz das ganze Bild stärker in einen kleineren Helligkeitsbereich darstellen. Somit sind die einzelnen Helligkeitsdifferenzen enger zusammen.


    Gut, jetzt wäre theoretisch noch die Frage offen, ob das Ganze linear über den ganzen Helligkeitsbereich komprimiert wird oder nur im unteren Bereich. Praktisch war es klar, dass dies vor allem nahe dem Schwarz geschieht, da es nicht von der Elektronik kommt, sondern von reflektierendem Licht.

    Genau. Klar war schon, dass die unteren Stufen prozentual besonders stark angehoben werden. Das hatte ich ja hier auch schon mal mit einer anderen Darstellung aufgezeigt. :)


    Was allerdings anscheinend nie ausgesprochen wird (ich habe es bisher jedenfalls nicht gelesen), ist, dass das kalibrierte Gamma für Realbilder gar nicht gültig ist und eigentlich dynamisch angepasst werden müsste, damit die Stufen ihr Verhältnis zueinander behalten. Das heißt, wir leben damit, dass unsere (teilweise penibel genaue) Gammakalibrierung bei ADL-Werte >0 quasi für die Tonne ist. Natürlich nicht ganz, denn die Farbtemperatur verändert sich ja nicht. Aber zumindest der untere Bereich der Gammakurve ändert sich teilweise drastisch abhängig vom Bildinhalt.


    Das ist im Grunde einfach eine andere Betrachtung als die reine Schwarz-und Weißwertmessung. Sie umfasst die Gesamtheit aller Stufen.


    Ich werde das Gamma von meinem Projektor mal testweise auf einen höheren ADL-Wert kalibrieren. CalMAN gibt das ja her. Man könnte sich z.B. vorstellen, dass man besonders helle Filme dann mit einer angepassten Gammakurve schauen könnte. Ist nur eine Idee. Mich wundert jedenfalls, dass das in Foren so gar kein Thema ist. Oder ich habe es einfach überlesen.

  • Mich wundert jedenfalls, dass das in Foren so gar kein Thema ist.


    Ich schätze ...

    60% wissen gar nicht was "gamma" ist.

    30% haben schon mal davon gehört und frei Schnauze 2,2 oder 2,4 eingestellt (da zähle z.B. ich dazu).

    10% haben tatsächlich mal einen Vergleich dazu gemacht.

    Und der Rest hat dann auch mal genauer darüber nachgedacht.

    :)

  • Nun wird die Gammakurve in der Regel beim Kalibrieren auf das native Schwarz (also 0% ADL) bezogen.

    Bist Du da sicher ? Für mich war das bisher eigentlich immer "klar," dass sich aus einem gemessenen 100% IRE Wert automatisch der Sollwert für bspw. 10 IRE ergibt. Kann aber sein, dass bspw. bei Calman noch der gemessene SW abgezogen wird, damit dann die ansteigende Helligkeitskurve mit Exponent 2.2. wirklich bei 0 beginnnt Wenn ich bspw mit der Sony Software den Gammadrift korrigiere, wird mir nach dem Ermitteln der Spitzenhelligkeit (100 IRE) gleich der Sollwert für X IRE ausgerechnet, an den ich dann anpassen soll (ohne dass Schwarz gemessen wird und somit dann einfliesst).


    Ich dachte, nur bei BT1886 fliesst der SW in die Sollkurve ein.


    Ich werde das aber bei Gelegenheit in aller Ruhe mal durchlesen und durchdenken ...

  • Bei einfachem power gamma ist das auch so, wie du sagst, Mori.


    Nils nimmt aber wohl BT1886 wie es aussieht. Sonst wäre die Calman Zielkurve eine komplette Waagrechte.


    Wenn ein Kinofilm auf einem Projektor gegraded wird denke ich dass einfach beim Grading sowas berücksichtigt wird. Einfach per Auge.

    Dann müsste aber das Wiedergabegerät die gleichen Eigenschaften (Kontrast, EOTF) haben wie das Projektionssystem auf dem gegraded wurde.

    Heimmedien werden aber wohl für Fernseher nochmal neu gegraded denke ich mal.

  • Bist Du da sicher ? Für mich war das bisher eigentlich immer "klar," dass sich aus einem gemessenen 100% IRE Wert automatisch der Sollwert für bspw. 10 IRE ergibt. Kann aber sein, dass bspw. bei Calman noch der gemessene SW abgezogen wird, damit dann die ansteigende Helligkeitskurve mit Exponent 2.2. wirklich bei 0 beginnnt

    Ich hatte es zumindest immer so verstanden. Ich werde auch noch mal genau nachschauen. :)

    BT.1886 erzeugt ja unterhalb von 35 % eine andere Kurvenfunktion als darüber. Diese streckt die unteren Stufen stärker, wenn der Schwarzwert höher ist.


    Aber selbst wenn man Schwarz auf 0 cd/m² bezieht, basieren die Messungen der unteren Stufen ja nicht auf einer höheren ADL. Die Kompression dieser Stufen im Realbild ergibt sich also immer, ganz egal, welche Kurve man letztendlich eingestellt hat.


    Nils nimmt aber wohl BT1886 wie es aussieht. Sonst wäre die Calman Zielkurve eine komplette Waagrechte.

    Nein, das war eine Potenzfunktion mit 2,2 und dem real gemessenen Schwarzwert. Schalte ich die Nutzung des Schwarzwerts aus, dann zeigt CalMAN die Gerade an.

  • Was die Gammafunktion angeht, gehe ich auch mit *Mori* konform, dass die Berechnung der Ziel-Helligkeitswerte für alle niedrigerne Stufen von den gemessenen IRE100 ausgeht. Bei bt.1886 wird zusätzlich der gemessene Schwarzwert in die Berechnung mit einbezogen. Das sieht man bei HCFR ganz gut, wenn der Schwarzwert höher ausfällt, dann wird die Gamma-Zielkurve in den unteren Stufen niedriger vordefiniert. Ist der Schwarzwert sehr gut, bleibt die Gamma-Zielvorgabe auch in den unteren Stufen höher.


    Dass die ADL, die Gammakalibrierung beeinflusst ist mir auch schon aufgefallen, seit ich bei HCFR die automatische Testpattern-Zuspielung nutze. Dort können ja unterschiedliche Messfenstergrößen und Hintergrundhelligkeiten definiert werden.


    Für die bestmögliche Annäherung an die tatsächlichen ADL's der Filmbilder müsste man eigentlich die Testpattern mit dem Median-Wert der Filmauswertungen zuspielen, also 5%ADL. IRE25 als Hintergrund hat bei Gamma 2.2 eine ADL von 4,7%. Dazu ein nicht zu großes Messfenster mit den Pattern - müsste passen.

  • Was die Gammafunktion angeht, gehe ich auch mit *Mori* konform, dass die Berechnung der Ziel-Helligkeitswerte für alle niedrigerne Stufen von den gemessenen IRE100 ausgeht.

    Das kann eigentlich nicht sein. Wenn immer auf die absoluten Werte ausgehend von Weiß kalibriert werden würde, würden alle Stufen unterhalb des nativen Schwarzwertes einfach abgeschnitten werden (Clipping am Schwarzpunkt). Es muss also irgendeine Kompensation nahe Schwarz durchgeführt werden. Hier sieht man z.B., dass die Potenzfunktion untenrum abknickt und beim nativen Schwarzwert endet. Quasi ein Tone Mapping für die unteren Stufen. Sie werden komprimiert. BT.1886 dagegen streckt diese wieder ausgehend vom nativen Schwarzwert.


    Vielleicht können ja unsere Kalibriercracks KarlKlammer und Omardris etwas dazu schreiben. Ich konnte auf die Schnelle nicht finden, wie die gängigen Kalibrierprogramme das heutzutage machen. :)

  • ... Nun ist es ja so, dass das Gamma mit Vollbildern oder Fenstern kalibriert wird. Das heißt, letztendlich wird jede Stufe mit einer anderen ADL gemessen. Schwarz z.B. immer mit 0 %, die Stufe 10 % dagegen entweder mit 10 % (Vollbild) oder deutlich weniger (Fenster, also ein Rechteck das nur einen Teil des Bildes einnimmt).

    Ich war immer der Auffassung, die Kalibrierung mit Fenster-Testbildern rührt noch aus der Röhren Zeit, als die Netzteile bei großen Helligkeiten einknickten.

    Nun habt ihr herausgearbeitet, vergleichbare nicht lineare Effekte gibt es auch bei anderen Projektionstechnologien. Nur halt eben eher bei den dunklen als bei den hellen Bereichen.


    Gibt es bei den MEssprogrammen eigentlich auch Testbilder, bei denen die zu messenden Fenster vor einem grauen oder weißen Hintergrund dargestellt werden. Ich wette der Follgott bsetlt sich gerade so welche: 11 IRE 0 - 100 Fenster mit angepasstem Rahmen und konstander ADL.

  • Gibt es bei den MEssprogrammen eigentlich auch Testbilder, bei denen die zu messenden Fenster vor einem grauen oder weißen Hintergrund dargestellt werden. Ich wette der Follgott bsetlt sich gerade so welche: 11 IRE 0 - 100 Fenster mit angepasstem Rahmen und konstander ADL.

    Ja, wie gesagt, der PC Client von CalMAN generiert solche Testbilder direkt. Ich kann also beim Messen 10, 25 und 50 % ADL auswählen. Dann ist um das Fenster ein grauer Hintergrund, der die gewünschte ADL konstant hält. Die Messungen oben wurden damit gemacht.

  • Hier sieht man z.B., dass die Potenzfunktion untenrum abknickt und beim nativen Schwarzwert endet. Quasi ein Tone Mapping für die unteren Stufen. Sie werden komprimiert. BT.1886 dagegen streckt diese wieder ausgehend vom nativen Schwarzwert

    Das ist ja aber imo das was real dann bei der Messung raus kommt.

    Simples power gamma geht von Schwarzwert 0 aus, steht ja auch im Link.

    Man misst/kalibriert üblicherweise in 10%- oder 5%-Stufen, insbesondere bei ersteren kommt man noch nicht in den Bereich wo das Display dem errechneten Zielwert nicht mehr folgen kann.

    Und der Zielwert errechnet sich tatsächlich aus IRE^gamma * max. luminance, IRE normiert auf 0 bis 1.

    0 hoch irgendwas ist halt 0. Das kann natürlich fast kein Display. Da kann es also ohne Schwarzwertkompensation zu black crush kommen.

    In der Praxis tut man sich je nach Sensor oft schon schwer die 5% Stufe reflektiv ordentlich zu messen, geschweige denn 1, 2% etc.

    Unter 5% prüft man dann doch häufig nur mit near black Testbildern, dass es eben nicht zum absaufen kommt.


    Desweiteren gibt es ja auch schon länger das Vorgehen bei power gamma in den niedrigen Stufen das Zielgamma etwas zu verringern, damit die Stufen etwas anzuheben, besonders bei Streulicht oder gar Restlicht im Raum.

  • Kann aber sein, dass bspw. bei Calman noch der gemessene SW abgezogen wird

    Der Schwarzwert hat bei CalMan praktisch keinen Einfluss auf die Gammakurve (Power), wie ich in diversen Messungen ermittelt habe. Vorausgesetzt das Schwarz ist dunkler als der aus 100 IRE errechnete Wert von z. B. 10 IRE.


    Zitat


    Ich dachte, nur bei BT1886 fliesst der SW in die Sollkurve ein.

    Da kaum ein Studio BT1886 für Rec.709 anwendet und Projektoren zum Großteil 1886 nicht unterstützen, lasse ich das außen vor und verwende Gamma 2,2 (Power) und Gamma 2,4 (THX).

  • Das sieht man bei HCFR ganz gut, wenn der Schwarzwert höher ausfällt, dann wird die Gamma-Zielkurve in den unteren Stufen niedriger vordefiniert. Ist der Schwarzwert sehr gut, bleibt die Gamma-Zielvorgabe auch in den unteren Stufen höher.

    Das ist auch meine Beobachtung und auch sinnvoll so.

    Wenn bei einem DLP-Projektor der Schwarzwert (0 IRE) eine höhere Luminanz besitzt als der (aus 100 IRE) errechnete 10 IRE-Wert, dann ist die Gammakurve grob fehlerhaft in den unteren Stufen.

  • Simples power gamma geht von Schwarzwert 0 aus, steht ja auch im Link.

    Ja genau. Aber CalMAN hat eben eine Option, die den realen Schwarzwert berücksichtigt. Und die ist standardmäßig aktiv. Auch bei einer Potenzfunktion. Und diese Option führt dann eben genau zu dem abknicken im Diagramm zu Schwarz hin. Deaktiviert man die Option, ist die Sollkurve eine Gerade.


    Von daher denke ich nicht, dass standardmäßig stumpf auf eine reine Potenzfunktion kalibriert wird. Das hätte ja zur Folge, dass Anzeigegeräte mit einem Kontrast von 1000:1 (z.B. DLP oder Monitor) alle Stufen unterhalb 0,1 (digitaler Wert 11, bezogen auf PC Levels) einfach abschneiden würden. Das ist aber nicht der Fall.


    Unter 5% prüft man dann doch häufig nur mit near black Testbildern, dass es eben nicht zum absaufen kommt.

    Genau, in diesen Testbildern werden die Stufen meist als digitale Werte angegeben und gehen häufig in Einzelschritten ab 16 (Video Levels) los. Selbst auf einem kalibrierten DLP mit 1000:1 kann man die Stufen problemlos differenzieren. Das wäre nicht möglich, wenn der Schwarzwert bei der Kalibrierung nicht berücksichtigt werden würde.


    Bei mir herrscht bei dem Thema noch eine gewisse Unsicherheit. Es ist Jahre her, dass ich mich damit im Detail beschäftigt habe (irgendwann zu CalMAN-3-Zeiten). Ab einem gewissen Zeitpunkt gab es die Notwendigkeit nicht mehr unbedingt. Ich werde mich noch mal schlauer machen. :)

  • Auch HCFR bietet die Möglichkeit der Schwarzwertkompensation und weicht dann von der geraden Sollkurve ab.


    Das Problem wird beim kalibrieren im Allgemeinen nicht sichtbar. Wenn Gamma erst ab IRE10 (bis IRE90) kalibriert wird, dann kann IRE10 auch bei einem Projektor mit ziemlich schlechten Scharzwert noch punktgenau kalibriert werden. Denn IRE10 hat korrekt 1/160 der Helligkeit von IRE100 (Gamma 2.2) Also selbst wenn der Projektor einen On/Off-Kontrast von nur 500:1 hat, würde das funktionieren. Darunter liegende Werte müssten allerdings schon stark komprimiert werden.


    Bei IRE05 wird es schon schwieriger. IRE05 hat 1/730 der Helligkeit von IRE100. D.h. der vorher angenommene Projektor (on/off 500:1) wäre hier schon im Clipping und alles wäre nur noch undifferenzierbares Grau. Deshalb implementieren PJ-Hersteller in diesem Segment (DLP) meist eine im unteren Bereich flacher auslaufende Gamma-Kurve - was m. E. ein absolut sinnvolles Vorgehen ist, um Clipping zu vermeiden und eine gewisse Tonwert-Differenzierbarkeit zu erhalten.


    Hier eine Messung von Kraine, eines Optoma UHD35 die das stellvertretend zeigt.




    Mit LCOS-Projektoren im Kontrastbereich von 10.000:1 bis 40.000:1 ist es möglich der Gammavorgabe 2.2 bis hinunter zu IRE01 (1%) zu folgen, ohne zwingend eine Scharzwertkompensation im Gamma, und damit eine Komprimierung der Tonwerte, implementieren zu müssen.

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