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从人眼视觉特性谈高品质观影体验的营造

编辑:格非儿 文章来源:数字展示在线 发布日期:2020-7-7 7:52:58

  对于放映行业而言,在6个月中,除了因疫情停映带来的直接问题之外,还有一些变化正在悄悄的影响着放映行业:一方面移动互联让越来越多的线上娱乐方式在冲击着传统影院消费市场;另一方面,线下停映而选择的线上免费放映的贺岁档影片《囧妈》,也宣告着院线窗口期被打破…

  如何帮助影院构建与其它娱乐方式,流媒体,显示终端等之间的差异化体验,是影院在后疫情时代可能面临的最重要,也是最棘手的问题。说到这里就不得不提到吸引人流的三要素之一的“观影体验”。

  电影画面和带给人眼的视觉感知,离不开电影放映系统。其实电影放映系统就是完全基于人眼视觉特性来设计和显示的,想要了解放映机如何提升观影体验,首先我们就需要先了解下人眼的视觉特性。

  人眼亮度感知

  首先人眼是由角膜,虹膜,晶状体,视网膜等构成的,其中视网膜上的杆状细胞与锥状细胞则帮助我们获取光学信息,如下图1。杆状细胞只能区分亮度,无法分辨颜色,锥状细胞则可以同时分辨亮度和颜色。人眼亮度感知可以分成三个特性:

  1.明视觉响应:大于或等于3cd/m2的视场亮度后,视觉由锥状细胞起作用。

  2.中间视觉响应:视场亮度从3cd/m2 降到3x10-5cd/m2人眼逐渐由锥状细胞转向杆状细胞响应,此时共同作用。

  3.暗视觉响应:小于或等于3x10-5cd/m2的视场亮度之后,视觉由杆状细胞起作用。

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图1 人眼构造

  亮度是一切的视觉感知的基础。有了亮度我们才能分辨物体细节和感知不同的颜色。过低的亮度和过高的亮度,都会降低我们对于色彩和物体细节的分辨力,如图2。

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图2亮度过低会降低人眼对于色彩和物体细节的感知

  人眼分辨力

  人眼的分辨力代表着人眼可以分辨物体细节大小的能力,可是由于感光细胞的分布以及本身的缺陷(年龄,视力下降,物体对比度等),实际上分辨能力大致在1~1.5角分左右,所以小于1.5角分就可能与背景“融合”在一起了。

  举例说明:

  1角分=1/60度 如果有一个人的眼睛分辨力大约是1角分的话,在1m处能够看到的最小物体(约等于弧长)大约在0.291mm。

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Ө=物体的在人眼视网膜中成像的夹角,单位角分

L=观看距离,d=物体实际大小

  所以人眼分辨力同时也被画面分辨率和观看距离所决定,拥有更小像素的4K画面会在人眼感受中比2K画面更加细腻无“颗粒感”。

  人眼颜色感知

  人眼在明视觉范围内锥状细胞可以分成能感受短波(蓝),中波(绿)和长波(红)的不同细胞,如下图3

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图3人眼视网膜上三种颜色的锥状细胞

  理论上人眼可以在日常的日光下(5500-6500K色温)识别大概1000万种以上的颜色。下图4为CIE1931色彩空间,马蹄形色彩区域为人眼在自然界中能看到的所有颜色。越接近边缘颜色饱和度越高。

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图4 CIE1931色彩空间

  更多的颜色和更高的饱和度可以增加我们人眼感知颜色信息量,同时增加画面的明亮感,如下图5所示。

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图5更多的颜色更高饱和度的表现对比

  人眼对比度感知

  对比度在人眼中的感知就是明暗物体刺激锥状细胞或者杆状细胞量的差值,我们可以简单把他们分成四种不同的对比度。

  (1)人眼的亮度感受范围在虹膜的帮助下是非常大的。大致可以感觉到10-3~106cd/m2的亮度范围,但是这种明暗刺激在时间上是分开的,也叫分时对比度。

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人眼亮度范围

  (2)两个发光物体相邻时,同时出现在我们眼中,这两个物体的差异对于人眼的感知的刺激,这种叫同时对比度。

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同时对比度

  (3)当人眼在同时观察物体背景和物体本身时,它们之间人眼所能感受到的亮度差异,也会影响到我们对物体本身的感知。这种对比度我们称之为韦伯对比度。

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  Ib=物体背景亮度,I=物体亮度,Cw=韦伯对比度

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韦伯对比度

  (4)相邻两个物体的亮度差异会对人眼分辨力的产生影响,相邻两物体明暗差异越大,我们看的越清楚,差异越小我们就看不清楚,这种我们也称为迈克尔逊对比度。

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  Imax=亮物体,Imin=暗物体,Cm=迈克逊对比度

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  •人眼感受亮度范围根据虹膜的调节而改变,从而让我们感觉到不同场景的亮度变化和差异。

  •同时对比度和韦伯对比度都可以增加我们人眼感知物体的层次细节,图像越清晰醒目,同时也可以丰富画面的色彩更加鲜明艳丽;反之,则会让整个画面都灰蒙蒙的。

  •迈克逊对比度则会和人眼分辨力共同作用影响到我们能看到或者分辨的最小物体,这对于画面细节的提升,清晰度等起着关键性的作用。

  亮度,颜色,分辨力,对比度这些都是人眼非常重要的特性,它们也直接决定了观影体验。因此放映系统是否能真正的在观众观影时表现出合适的亮度,颜色,分辨力,对比度等就显得尤为重要。大银幕所能够提供的差别化的观影感知,让影院拥有着不可替代的吸引力。在“后疫情时代”,只有通过软硬件设备的支持,让银幕的视觉表现力发挥到极致,才能更好的吸引影迷回归并坚守大银幕。


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