Время отклика глаза

часть 1. История вопроса

Большое время отклика ЖК-матриц, т. е. время, в течение которого яркость пиксела плавно изменяется от старого значения к новому, всегда считалось одним из наиболее существенных недостатков этой технологии. Матрицы начинали с времен отклика порядка 50 мс, потом "разогнались" до 25, 16 и 8 мс. Несмотря на то что эта характеристика (из-за несовершенства методик измерения) в действительности выглядела далеко не так красиво, как на бумаге, многие специалисты были единодушны в оценке перспектив: еще немного, еще несколько миллисекунд - и можно будет забыть словосочетания "время отклика" и "смазывание изображения".

Очередной рывок, причем не только количественный, но и качественный, ЖК-мониторы совершили с появлением технологии компенсации времени отклика (часто называемой "овердрайвом", что, правда, не совсем верно технически, но зато коротко и звучно), о которой мы уже рассказывали в одном из предыдущих номеров. Суть ее такова: на ячейку матрицы подается короткий форсирующий импульс, резко (в разы) ускоряющий процесс ее переключения.

Разумеется, эффективность использования новой технологии зависит от типа матрицы (TN, S-IPS, MVA или PVA), но, что касается проблем, связанных с временем отклика, нам наиболее интересны TN-матрицы, которые по данному параметру всегда шли впереди, пусть даже это и было их единственным техническим преимуществом перед другими типами матриц.

Если раньше время отклика определялось согласно стандарту ISO 13406-2 как суммарное время переключения ячейки с чистого черного на чистый белый цвет и обратно, то с появлением компенсации времени отклика изготовители начали использовать новую методику. Дело в том, что у новых матриц улучшилось время переключения между промежуточными полутонами, которое раньше не измерялось вообще; в новой -же методике под "временем отклика" понимается среднеарифметическое время переключения с одного полутона на другой. Измеряется время при изменении каждого из полутонов, между которыми осуществляется переключение, от чистого черного до чистого белого с некоторым шагом (с каким именно - зависит от изготовителя монитора). Возможно измерение от грубого, по восьми полутонам, до точного, по 256 полутонам, максимально возможным для 8-бит матрицы. Чтобы различать методики измерения, время отклика, полученное по новой методике, указывают с приставкой Grey-to-Grey (GtG), подчеркивая тем самым, что оно измерено на переходах между различными уровнями серого, а не только между черным и белым.

Первое поколение "разогнанных" TN-матриц имело время отклика 4 мс GtG. Если по той же методике определить время отклика старой матрицы с паспортным показателем 8 мс (измеренным согласно ISO), то оно составит 12-16 мс GtG в зависимости от конкретной матрицы. Если учесть, что 4 мс - среднеарифметическое значение, то значит, на каких-то полутонах матрица переключается быстрее, на каких-то - медленнее; однако отрицать преимущества новой технологии невозможно.

Следующий шаг привел к удвоению скорости матриц - в продаже появились мониторы с паспортным временем отклика 2 мс GtG, и не за горами уже и модели с откликом 1 мс. Казалось бы, можно навсегда забыть о смазывании изображения на ЖК-мониторах. Но, несмотря на такие цифры, субъективные отзывы не столь оптимистичны. Да, смазывания почти не видно, но лишь "почти": если поставить рядом новый сверхбыстрый ЖК-монитор и обычный ЭЛТ, то подвижная картинка на последнем выглядит явно четче.

Причина здесь уже не во времени отклика мониторов (2 мс - это очень быстрая матрица), а в специфике работы человеческого глаза. Как известно, сетчатка глаза имеет заметную инерционность, она продолжает хранить образ изображения некоторое время после того, как само изображение уже на сетчатку не проецируется.

В случае с ЭЛТ-мониторами эта инерционность позволяет нам не замечать (при достаточно высокой частоте кадровой развертки) мерцания экрана. Электронный пучок, заставляющий светиться люминофор, движется слева направо и сверху вниз, рисуя изображение. Пикселы, которых он коснулся при движении, после ухода с них пучка гаснут примерно за 1-2 мс, в то время как полный обход экрана лучом на современном мониторе с частотой развертки 100 Гц занимает 10 мс, т. е. в пять-десять раз больше. Если бы сетчатка нашего глаза не была инерционной, мы бы вместо изображения видели бегающую сверху вниз по экрану узкую светлую полосу с сереньким шлейфом затухающего люминофора - такую картину можно получить, сфотографировав экран ЭЛТ-монитора с малой выдержкой, скажем, не более 1/500 с.

К счастью, вспыхнувший на мгновение пиксел оставляет на сетчатке глаза изображение, затухающее значительно медленнее - чуть дольше 10 мс. Поэтому электронный луч успевает вернуться к пикселу и снова его зажечь чуть раньше, чем на сетчатке пропадет остаточное изображение, сетчатка получает новый импульс света, которого ей хватает на следующие 10 мс. Иначе говоря, сетчатка глаза не успевает зафиксировать, что пиксел вообще гас на какое-то время, а значит, мы воспринимаем его как непрерывно светящийся.

Здесь важно то, что время инерционности сетчатки сравнимо с периодом развертки монитора - если мы немного уменьшим кадровую частоту (на современных мониторах достаточно и до 75 Гц, на более старых, где время послесвечения люминофора больше - до 60 Гц или ниже), глаз начнет замечать неприятное мерцание экрана. Но здесь более существенно другое следствие такого согласования: допустим, мы наблюдаем движущуюся картинку, и именно в этот момент изучаемый нами пиксел должен сменить цвет с белого на черный. При первом проходе луч высветит пиксел на его полной яркости как белый. Наша сетчатка зафиксирует этот образ и благодаря своей инерционности будет удерживать его 10-15 мс; при следующем проходе луча пиксел уже сменил свой цвет, поэтому луч его не высвечивает и сетчатка не получает подпитки, а так как время инерционности сетчатки сравнимо с периодом кадров, то вскоре после второго события глаз "понимает", что пиксел стал черным, и передает соответствующую информацию в мозг.

В современных ЖК-мониторах на активных матрицах мерцания нет. К ним также применимо понятие "развертка", хотя это уже не электронный пучок, а просто сигнал, "обегающий" всю матрицу с частотой кадровой развертки. Этот сигнал по очереди открывает управляющие транзисторы пикселов, через которые на них подается нужное напряжение. Но после закрытия транзистора пиксел ЖК-панели, в отличие от люминофора ЭЛТ, не гаснет - благодаря емкости самой ячейки и дополнительного конденсатора, включенного в параллель с ней, состояние пиксела остается неизменным до момента следующего прохождения через него сигнала развертки.

Допустим, мы рассматриваем все тот же пиксел, который должен переключиться с белого на черный, а соседний с ним пиксел наоборот - с черного, на белый (иначе говоря, картинка на мониторе сдвинулась за один кадр на один пиксел). При приходе на монитор первого кадра первый пиксел высветится белым, а сетчатка глаза зафиксирует этот факт и передаст его в мозг. Пока фактическое изображение на мониторе и то, как его видит глаз, совпадают.

В промежутке между кадрами (16,7 мс при стандартной 60-Гц развертке) пиксел продолжает светиться. В момент прихода второго кадра он гаснет, а зажигается соседний пиксел. И поскольку у нас новый быстрый монитор, пикселы на котором переключаются почти мгновенно, то, если мы положим на экран фотодатчик, он зафиксирует на месте первого пиксела лишь слабый, едва заметный след его былого свечения. Казалось бы, все хорошо, и мы можем считать, что никакого смазывания у нас больше нет.

Однако вспомним про инерционность сетчатки. До момента прихода второго кадра она "подпитывалась" непрерывным свечением первого пиксела; с приходом кадра он погас, но сетчатка продолжает фиксировать остаточное изображение, как будто пиксел все еще светится - при этом зажегшийся рядом соседний пиксел уже тоже оставляет на сетчатке свой отпечаток. В результате реальное изображение на мониторе начинает отличаться от того, что видит наш глаз: реально один пиксел уже погас, а второй зажегся, мы же видим картинку так, будто новый пиксел действительно зажегся, а вот старый еще до конца не погас! Чем не привычное смазывание ЖК-мониторов?

В итоге можно сказать, что у нашего глаза есть свое собственное, и достаточно большое, время отклика - порядка десятка миллисекунд. В ЭЛТ-мониторах, где каждый пиксел вспыхивает лишь на мгновение, к моменту прихода следующего кадра отпечаток старого на сетчатке глаза как раз начинает блекнуть и на восприятие нового кадра существенного влияния не оказывает.

В ЖК-мониторах старый кадр держится весь период кадровой развертки, не меняясь до прихода нового кадра, поэтому, когда этот кадр приходит, изображение старого на сетчатке глаза только начинает угасать и делает это медленно. В результате, хотя монитор отображает только новый кадр, мы из-за инерционности сетчатки видим два наложившихся кадра - яркий новый и постепенно блекнущий старый. Иначе говоря, к времени отклика ЖК-панели по сути приходится добавить время отклика глаза. И у современных панелей второе слагаемое преобладает. При этом активная ЖК-матрица построена так, что от сохранения состояния пиксела в промежутке между кадрами мы отказаться не можем.

продолжение следует...

• часть 1. История вопроса
• часть 2. Вставка черного кадра
• часть 3. Удвоение частоты кадров
• часть 4. Заключение

	открыть всю статью на одной странице
	распечатать статью

в главных ролях...

• Мониторы