Какво е XCR?
Дисплеите са средство за визуално разказване на истории и разбирането на възможностите за възприемане на дисплея ни казва колко потапящи, ангажиращи и реалистични ще бъдат тези визуални истории за зрителите. Простите измервания на производителността на оптичния дисплей, като осветеност, не могат да опишат сложното възприятие, което имаме, когато гледаме съдържание с висока разделителна способност и висок динамичен диапазон на дисплеи. Дори само нашето усещане за яркостта на изображение с висок динамичен обхват зависи от цялата гама от цветове в изображението, а не само от яркостта на пиковото бяло.
Experienced Color Range (XCR) е начин за количествено определяне на възприеманата яркост на дисплеите, който по уникален начин включва ефекта на цвета върху нашето възприятие за яркост. Първата стъпка в изчисляването на XCR е да се използва модел на цветен външен вид за преобразуване на измерения спектър на светлината в перцептивни атрибути като ахроматична яркост, цветност и нюанс. За точни дефиниции на тези термини вижте RWG Hunt, „Colour Terminology,“ Color Res. Приложение (1978). Заедно тези перцептивни атрибути могат да се използват за създаване на 3D цветово пространство (Фигура 1), където z-оста е ахроматична яркост, а xy равнината е хроматичната равнина, представена от полярни координати, цветност (радиус) и нюанс (ъгъл) [в центъра е бялото].

В това 3D цветово пространство, XCR се определя като перцептивно разстояние от черното (Фигура 2). XCR се изчислява от прогнозираната ахроматична яркост, Q , и цветността, M , следвайки формулата (където Q 0 е яркостта на черното на дисплея). Това уравнение е извлечено от термина за яркост в науката за цветовете, който е дефиниран като евклидовото разстояние от черното от цветния учен Рой Бърнс в „Разширяване на CIELAB: яркост, дълбочина и яснота,“ Color Res. Приложение (2013), за да се свържат по-добре с разговорния език около „по-ярките“ и „по-матовите“ цветове, цитирайки примери от художници, индустрията за багрила и други учени по цветовете. (Техническият термин за XCR е Vividness Perceptual Contrast Length.)

По този начин XCR декларира, че когато преценяваме яркостта на показаните изображения, ние не преценяваме просто ахроматичната яркост, а цялото ни възприятие на изображение, включително неговата цветност. Ако просто анализираме ахроматична яркост или осветеност вместо XCR, това би било еквивалентно на гледане само на изображения в сивата скала, за да преценим дисплей, вместо да гледаме пълноцветни изображения.
Защо се нуждаем от XCR?
Конвенцията през последните 100 години колориметрия е била да се измерва единствено реакцията на ахроматичния зрителен път, когато се обсъждат яркостта и човешката зрителна чувствителност. Това изключване на хроматичния зрителен път може да се види в най-честата мярка за човешката зрителна чувствителност: осветеност. Яркостта беше определена с помощта на хетерохроматична фликер фотометрия, експериментален метод, който специално изолира нашия ахроматичен отговор, потискайки хроматичния зрителен път. Това решение гарантира, че осветеността ще бъде добавена (осветеността на стимул, направен от две светлини, е равна на сумата от осветеността на всяка отделна светлина), но наложи компромисът, че хроматичната информация трябва да бъде изключена. Това накара яркостта да подцени яркостта на хроматичните стимули: ако сив стимул и хроматичен стимул имат еднаква яркост, хроматичният стимул ще изглежда много по-ярък. Феноменът е известен като ефекта на Хелмхолц-Колрауш и трябва да се вземе предвид, ако искаме точно да предвидим възприеманата яркост на хроматичните стимули.
Повече информация за адитивността на яркостта и различните експериментални методи за измерване на яркостта може да се намери в Lennie, Pokorny, & Smith, “Luminance,” JOSA A , 1993. Barry B. Lee предоставя отличен преглед на отделните ахроматични и хроматични нервни пътища в нашата зрителна система в „Зрителни пътища и психофизични канали при приматите“, J. Physiol. , 2011. Обсъждане на модели на ефекта на Хелмхолц-Колрауш може да се намери в Hellwig, Stolitzka и Fairchild, „Разширяване на CIECAM02 и CAM16 за ефекта на Хелмхолц-Колрауш,“ Color Res. Приложение (2022).
Каква е историята на XCR?
Повечето от нас са свикнали да чуват за съотношението на контраста, което е съотношението между яркостта на бялото и черното на дисплея. Въпреки това, OLED дисплеите са в състояние да произвеждат почти перфектни черни нюанси, давайки им почти безкрайни контрастни съотношения, което всъщност не ни казва много за действителния им контраст. Perceptual Contrast Length (PCL) използва различен подход, като изчислява аритметичната разлика между възприеманата яркост на бялото и черното на дисплея. Терминът възприятие се отнася до факта, че тази мярка, за разлика от осветеността, се изчислява с помощта на възприемаща метрика на яркостта, която отчита нелинейната връзка между възприеманата яркост и количеството светлина. Проучване на Shin et al („Нов подход към оценка на визуалната яснота“, SID Digest, 2011) установиха, че Perceptual Contrast Length предсказва по-добре субективните оценки на яркостта на дисплея, отколкото коефициента на контраст на яркостта.
Едно значително ограничение на традиционния PCL показател обаче е, че той взема предвид само пиковото бяло и най-дълбокото черно, като изключва цялостната цветова производителност на дисплея. Наскоро беше извършена работа за разширяване на PCL, за да се отчете яркостта на по-наситените цветове, които един дисплей може да произведе. Най-новата итерация на този показател се нарича Vividness PCL или XCR.
Какви са предимствата на XCR?
Знаем, че хроматичната информация се вписва в нашето възприятие за яркост по окончателен начин. Освен това знаем, че яркостта на наситените цветове е важна за потребителите. XCR осигурява стабилна метрика на яркостта на дисплея, която отчита тези два критични фактора и която се корени в публикуваната наука за възприятията и науката за цветовете. XCR също корелира добре със субективни сравнения на яркостта на дисплея. В едно проучване открихме, че XCR е почти два пъти по-точен от средната яркост при прогнозиране кой от двата HDR дисплея наблюдателите ще намерят по-ярък за различни HDR изображения. Един пример може да се намери на фигури 3 до 6. За това изображение на билярдни топки, QD-OLED и конвенционалните дисплеи бяха предсказани от CIECAM16 да произвеждат подобни стойности на ахроматична яркост (Фигура 4). Въпреки това, изображението на QD-OLED е много по-цветно (Фигура 5), което води до по-високи стойности на PCL Vividness (Фигура 6). Това е в съответствие с нашето субективно тестване, което оцени QD-OLED като по-ярък за това изображение.
Метриката XCR е резултат от спонсорирано от Samsung изследване в Munsell Color Science Lab на Rochester Institute of Technology. Това представлява най-добрият опит досега за правилно отчитане на ефекта от хроматичното насищане върху действителното възприятие на потребителите за яркост. Въпреки това, това изследване продължава с цел разработване на нов емпиричен модел на яркост, който може дори по-добре да предскаже резултатите от субективното тестване. Тези нови показатели, включително XCR, ще ни позволят да разкажем пълната история на възприятието на най-модерните дисплеи. Повече информация за XCR може да бъде намерена в Hellwig, Stolitzka, Yi, & Fairchild, „Яркост и яркост на показаните изображения с висок динамичен обхват,“ SID 2022 Digest .