QUALITA’ VISIVA DEI DISPLAY: FACCIAMO CHIAREZZA
Quando si ha a che fare con immagini, siano fotografie, display, clip, proiettori, pellicole, etc, si entra nel mondo della percezione cromatica.
Tutto ciò che riguarda il colore, riguarda il modo con cui i nostri occhi lo percepiscono e tutti i dispositivi di riproduzione “provano” ad emulare la percezione che l’occhio umano ha della luce e dei colori.
Quante volte nello scegliere un monitor siete incappati in gamut, spazio colore, 8 bit, 10 bit, HDR, LUT, profilo colore, etc?
Uno degli errori più comuni è scegliere in base a come ci “sembri” il monitor/ tv/proiettore nei negozi o nei video del web. Come facciamo a sapere se l’input dato a quel monitor sia un segnale qualitativo? E nei video trovati su internet, come capiamo se stiamo osservando la resa del display o della videocamera che ha ripreso la scena? O, ancora, la resa del monitor che stiamo usando in quel momento per osservare il video sul web?
Proviamo a fare un po’ di chiarezza, riducendo tutto a dei semplici parametri sufficienti per qualificare le caratteristiche di tutti i display anche ad uso professionale come color/grafica.
Per comprendere tutte le caratteristiche e dunque le qualità di un monitor, abbiamo bisogno di conoscere i seguenti parametri:
- dimensione
- risoluzione
- frequenza
- tempo di risposta
- gamut
- luminosità
- contrasto
- profondità
- omogeneità
Non cito tutte le dotazioni non pertinenti la resa cromatica (connettori in/out, altoparlanti, supporti, frame, etc.).
Faccio presente inoltre che non spiegherò le diverse tipologie di pannello usato nei monitor (come tn, lcd, led, oled, etc) poiché la tecnologia di un pannello ha una qualità misurabile in assoluto con i parametri che descriveremo.
DIMENSIONE
La dimensione, lo esprime la parola stessa, è la superficie del monitor, ovvero l’area visibile.
Si misura lungo la diagonale dello schermo e l’unità di misura è il pollice. La superficie totale è calcolabile facilmente in base al rapporto tra base è altezza (oggi la maggior parte di monitor sono 16:9, in passato 4:3, rari casi altre proporzioni). Ad esempio uno schermo con rapporto 16:9 di 50 pollici avrà una diagonale di 127cm, una base di 110,7cm, un’altezza di 62,2cm, un’area complessiva di 0,68mq.
RISOLUZIONE
La risoluzione esprime la quantità complessiva di pixel presenti sul display. Per semplificare la risoluzione si indica con la quantità di pixel presenti lungo una linea orizzontale e quelli presenti lungo una linea verticale; in tal modo si ottiene base per altezza, da cui ricavare i pixel complessivi.
Un display con una risoluzione di 1920×1080, avrà 1920 pixel di base e 1080 pixel di altezza per un totale 2.073.600 pixel, mentre in un display UHD 3840×2160 ci sono 8.294.400 pixel e così via.
Mantenendo costante la densità di pixel, possiamo affermare che una risoluzione 8K ha una superficie quattro volte maggiore del 4k e 16 volte del fullHD!
Per una visione ottimale il rapporto tra dimensione e risoluzione deve permetterci una visione senza distinguere i pixel sul display, parametro che è dato dalla densità di pixel unita alla distanza di osservazione. Ciò poiché non percepiremo alcun dettaglio in più in uno schermo di 50 pollici osservato da 3 metri di distanza con risoluzione 8K (33,2 megapixel) rispetto ad un fullHD (2 megapixel), concetto opposto, ad esempio, per uno schermo fullHD di 50 pollici ma osservato da 1 metro di distanza (la risoluzione percepita sarà troppo bassa e vedremo chiaramente i pixel sullo schermo).
Per approfondimenti si rimanda all’articolo dedicato a dimensione e risoluzione degli schermi.
FREQUENZA DI AGGIORNAMENTO del display
La frequenza di aggiornamento è il parametro che determina quante volte l’immagine emessa dal display viene aggiornata in un secondo e si esprime in Hertz (Hz). La frequenza non va confusa con i frame per secondo, ovvero per quanti frame vengono visualizzati in un secondo, poiché si possono visualizzare 25fps a 100Hz (ogni frame è impresso 4 volte).
Sappiamo tutti che sotto i 24 frame per secondo la percezione fluida di un’immagine in movimento non avviene, ma in realtà, anche al cinema durante una proiezione a pellicola, l’immagine è “aggiornata” 48 volte al secondo (ogni fotogramma è proiettato due volte grazie all’otturatore), mentre negli schermi questo “aggiornamento” avviene almeno 50-60 volte al secondo (50Hz in Europa, 60Hz in America).
Ciò è necessario poiché l’occhio umano al di sotto di questo valore percepirebbe la frequenza delle immagini.
Normalmente una frequenza più alta corrisponde ad una immagine più stabile e fluida, ma andare oltre i 120Hz, fino anche a 240Hz, è spesso superfluo poiché notiamo differenze solo per immagini in rapido movimento e generate da un frame rate superiore ai 50-60 (ad esempio i videogiochi), più che da un filmato o dall’interfaccia di un computer.
TEMPO DI RISPOSTA del display
Il tempo di risposta indica la “reattività” di un display. Si misura calcolando il tempo che un pixel impiega a passare da un tono di grigio ad un altro. Con una frequenza di aggiornamento di 50-60Hz l’immagine rimane sul display mediamente per circa 17 millisecondi. Un tempo di risposta lento può comportare diversi difetti di visione, come il ghosting, un effetto scia che sovrappone i pixel precedenti ai successivi. Chi necessita di elevato tempo di risposta avrà intrinsecamente necessità di un’alta frequenza di aggiornamento e potrà dunque beneficiare di un elevato frame rate. Per queste ultime considerazioni, di norma, i monitor dedicati al gaming richiedono tempi di riposta inferiori ai 5 millisecondi (adottando quindi anche alti Herz); per office automation, film, grafica, etc. bastano largamente 5-8 millisecondi.
Il gamut è la gamma di colori che il monitor è in grado di riprodurre, in pratica è lo spazio colore che il monitor è in grado di riprodurre.
Osservando il diagramma di cromaticità modello CIE 1931 si può notare che lo spazio colore sRGB è ridotto rispetto ad AdobeRGB.
Osservando il diagramma si nota che lo spazio colore BT.2020 (adottato per i video UHD/4K/8K e relativi monitor/tv) ha una estensione cromatica superiore al BT.709/sRGB (standard fullHD).
Per chi volesse approfondire, c’è un articolo dedicato allo spazio colore.
LUMINOSITÀ
La luminosità è la capacità di emettere luce per le aree bianche e si esprime in candele.
Poiché un display di dimensioni maggiori avrà una maggiore luminosità totale, questo parametro assoluto non ci è di alcun aiuto per valutare la resa di display differenti; la misura coerente è in rapporto ad una superficie costante, quindi candele per metro quadro (cd/m2).
I costrutturi usano spesso il termine “nits” (dal latino nitere: brillare) come alternativa alla dicitura “cd/m”. Un monitor SDR (range dinamico standard) è solitamente 100-400 nits.
I monitors led HDR (alto range dinamico) arrivano anche a 1000nits (HDR10), qualche modello addirittura a 2000 Nits (attualmente il massimo per i prodotti consumer). Questo però dipende dalla tecnologia del pannello e di per sé è un parametro da prendere in considerazione, in senso assoluto, solo per osservazione in ambienti luminosi (un display osservato alla luce solare deve avere almeno 700 nits per essere leggibile).
Un’osservazione in ambiente controllato (come al chiuso), necessita molto più di un alto rapporto di contrasto che di sola luminosità. La luminosità dei monitor OLED, ad esempio, non supera gli 800 nits, eppure supportano una “visione HDR” (per l’elevato contrasto).
CONTRASTO
Il contrasto è sostanzialmente la differenza di illuminazione che passa dal nero (come minimo illuminamento possibile dei pixel del display) al bianco (come massima luminosità dei pixel). Maggior contrasto significa maggiore “differenza” tra le aree nere (o scure) e quelle bianche (o chiare). Questo parametro è sposso indicato come gamma.
Quando misuriamo il contrasto, o meglio il rapporto di contrasto, esprimiamo il valore di quante volte è più luminoso il bianco rispetto al nero, ad esempio così 200:1. Avendo sempre 1 come valore di riferimento per il nero, abbiamo scritto che il bianco sarà 200 volte più luminoso del nero.
L’occhio umano, che ribadisco essere l’unico metro di misura per qualsiasi parametro dei display, arriva al massimo ad un contrasto (gamma statica) di 10.000:1.
Per la televisione HDR gli standard ratificati prevedono la riproduzione di neri al massimo a 0,0005 nits e con bianchi minimo a 540 nits (pannelli oled), oppure neri a 0,05 nits e picchi fino a 1.000 nits. Per aumentare il contrasto nei display con tecnologia led viene sfruttato qualche “trucco”.
La tecnologia permette in tempo reale di eseguire adattamenti temporanei e localizzati (local dimming). In tal modo le aree che necessitano di maggior contrasto avranno una variazione di luminosità dei led di retroilluminazione (in base alla loro quantità e distribuzione). Questa estensione, non nativa, prende il nome di gamma dinamica e permette di arrivare a rapporti di contrasto di 1000:1 e anche 2000:1. Da notare che il local dimming può portare a visualizzare degli aloni di luce in aree a forte contrasto, proprio per la maggiore intensità di luce emessa dai led interessati dal dimming.
Per un confronto ancora una volta con l’occhio umano, è da notare che la sua gamma dinamica è 1.000.000:1 (20 stop circa) in una fase di adattamento (che da luce a buio può richiedere da 8 a 30 minuti).
La tecnologia oled, non richiedendo retroilluminazione poiché i singoli pixel sono elettroluminescenti, genera il nero spegnendo i pixel, dunque non emettendo alcuna luce. Un display oled, quindi, ha il nero “assoluto”, quindi un contrasto teoricamente infinito.
Ultima nota è la superficie trasparente di uno schermo che può avere finitura lucida o opaca (con tutte le varianti intermedie e con i vari trattamenti antiriflesso). Un display opaco non rifletterà in modo “fastidioso” la luce incidente poiché la “diffonde”. Tale diffuzione, però, avviene anche per la luce emessa dai pixel, riducendo quindi contrasto e nitidezza. Ne consegue che una finitura lucida avrà maggior contrasto e nitidezza, ma sarà affetta da riflessi (decisamente fastidiosi per uso professionale). Con nits molto alti, ovviamente, si compensa la perdita di contrasto delle finiture opache. I parametri di luminosità e contrasto sono calcolati ovviamente sulla finitura del display, sia essa lucida o opaca, ne consegue che uno schermo con contrasto nativo 500:1 è tale con la finitura usata dal costruttore.
PROFONDITÀ
La profondità si esprime in bit ed è la capacità di rappresentare le sfumature di colore. Siccome i monitor sono controllati da processori digitali, ciascun pixel rappresenta per il sistema informatico dei bit di dati.
Proprio come un file è composto da sequenze di 1 e 0 (bit), ciascun pixel può corrispondere a zero o uno per ciascun colore primario: rosso, verde e blu (“Red”, “Green” e “Blue”), da cui deriva il nome RGB. Il pannello di un monitor a 8 bit dispone quindi di una quantità di valori per ciascun colore pari a 2 all’ottava. 256 gradazioni di rosso, 256 di blu e 256 verde.
Se effettuiamo quindi la moltiplicazione 256*256*256 ricaviamo un totale di 16,7 milioni di colori possibili.
Per i pannelli a 10 bit, ogni pixel offre 1024 versioni di ciascun colore primario.
Un pannello a 10 bit è quindi in grado di rappresentare le immagini con un’accuratezza esponenziale rispetto ad uno schermo a 8 bit, poiché 1024*1024*1024 porta ad oltre 1 miliardo di colori.
I monitor a 12 bit si spingono oltre e offrono 4096 versioni possibili di ciascun colore primario per ciascun pixel, vale a dire 4096*4096*4096 colori: cioè 68,7 miliardi di colori (come richiesto, ad esempio, dallo standard Dolby Vision).
OMOGENEITÀ
L’ultimo parametro per valutare le caratteristiche (la qualità) di un display è l’omogeneità. Anche l’angolo di campo è un fattore che incide sull’omogeneità.
Tutte le caratteristiche ed i parametri elencati fino ad ora, vengono misurai perpendicolarmente alla superficie del display. Ma se osserviamo lo schermo non esattamente al centro? Magari la tv in soggiorno è in alto, oppure stiamo lavorando con un monitor grande e da vicino in base alla tecnologia usata un display può essere osservato perpendicolarmente.
Alfredo Carbone
Alfredo Carbone, CEO Big Bang Production e specializzato in fotografia.
