Проекторы и проецирование
Форматы проекции и проецируемых изображений.
Международное законодательство об охране авторских прав требует, чтобы при воспроизведении видеоматериалов их авторские форматы сохранялись. Форматные разновидности изображения возникли в процессе развития кинематографа; к настоящему времени сохранились в основном те из них, которые использовались при съемках на 35-мм кинопленку.
Рис.1. Форматы кинематографических и телевизионных изображений |
Широкоэкранные изображения у кинофильмов с кашетированным кадром формируются форматной выборкой 1:1,66 или 1:1,85 с помощью введения соответствующих ограничительных рамок (кашет) и занимают лишь часть площади нормального 35-мм кадра. Напротив, изображение, снятое по системе CinemaScope, занимает всю полезную площадь пленочного кадра, но при этом сжато (деформировано) по горизонтали. Для восстановления исходных пропорций объектов, снятых на CinemaScope, изображение при проекции вдвое расширяется по горизонтали с помощью специального объектива или оптического анаморфотного компонента (насадки), добавляемого к основному объективу проектора. Широкое распространение получили также экранные форматы 1:1,33 (3:4) и 1:1,78 (9:16) для телевидения стандартной (SD) и высокой (HD) четкости. Как показано на рис. 1, формат 1:1,78 занимает центральное положение среди перечисленных вариантов. Он является основным для электронного кинотеатра и авторских DVD-версий широкоэкранных кинофильмов.
Планировка кинозала.
Рис. 2. Демонстрационный кинозал в одном из салонов «М-Видео» |
На рис. 6а и б показаны вертикальный разрез и планировка кинотеатра «Россия» на 2500 зрителей, построенного в 1961 г. в Москве как универсального для показа фестивальных кинофильмов, т.е. любого формата изображения и системы звукового сопровождения (сегодня этот кинотеатр называется «Пушкинский»).
Рис. 6а. Вертикальный разрез зрительного зала кинотеатра «Россия»: 1 — экран; 2 — подвесной потолок; 3 — эстрада; 4 — балкон; 5 — аппаратная; 6 — положение зрителя в первом и последнем рядах партера | |
Рис. 6б. План зрительного зала кинотеатра «Россия»: 1 — аппаратная; 2 — электросиловая; 3 — перемоточная; 4 — фильмохранилище; 5 — радиоузел; 6 — кабины переводчиков |
Таблица 1. | |
---|---|
Наименование параметров | Рекомендуемые нормативы |
Вместимость, удельная площадь и объем зала Длина зала (Дз), ширина экрана (Шэ) Форматы проектируемых изображений Форма экрана Типы кресел Расстояние между рядами/общая ширина ряда Расстояние от 1-го ряда до экрана Свободное пространство за экраном Превышение каждого ряда над предыдущим Яркость в центре экрана Уровень громкости в центре зрительских мест для каждого канала Тип экрана | 200-400 мест, не менее (1 кв. м и 6 куб. м)/чел. Не более 25 м, Шэ = (0,5-0,55) Дз Обычный (1:1,37), анаморфированный (1:2,35), кашетированный (1:1,85/1,66), HDTV (1:1,78) Цилиндрическая, с радиусом изгиба, равным проекционному расстоянию Мягкие откидые, шириной не менее 52 см Не менее 1 м/не более ширины экрана Не менее 0,75 ширины экрана, Шэ 0,9 м 0,15 м (50+10) кд/кв. м 85 дБ – Front и Surraund Sound, 91 дБ - Subwoofer Огнестойкий, светосильный с равномерно отражающей, акустически прозрачной, плеснестойкой моющейся поверхностью |
Различимость объектов, их деталей и пикселизация экранного изображения.
Как известно, с удалением от наблюдателя видимость объекта и особенно его деталей ухудшается. Человек, например, хорошо различим с расстояния 5–10 метров, но морщины на его лице заметны с удаления не более двух метров. Следовательно, если актер показывается на экране в полный рост, зрители, удаленные от него на 5 и более метров, будут плохо различать детали костюма, не говоря уже о выражении глаз и т.п. Достаточно внимательно посмотреть на экран телевизора, чтобы убедиться: показываемые на нем изображения общих планов имеют плохо различимые детали (рассмотреть лица актеров почти невозможно). Поэтому сюжетно важные объекты фильма показываются на экране значительно увеличенными, а, чтобы улучшить восприятие игры актера, его лицо показывают крупным планом, т.е. на большой поверхности экрана.
Число, показывающее, во сколько раз ширина или высота экрана больше ширины или высоты проецируемого кадра, называется линейным увеличением кадра при проекции.
Рис. 5. Элементарная схема проекции |
Предпочтительное расстояние от зрителей до экрана и угол его визирования при просмотре цифровых изображений зависят от размера экрана и разрешения системы. Исследования показали, что зрители предпочитают сидеть ближе к экрану и видеть его под углом больше 30 градусов. Ощущение реальности (эффект присутствия) увеличивается с возрастанием угла до 100 градусов, пока не становится различимой пиксельная структура изображения в виде наложенной на него сетки.
Принято, что разрешающая способность зрения составляет одну угловую минуту (такой угловой размер характерен для звезд на ночном небе). Следовательно, за границу неразличимости пиксельной сетки на экране может быть принято такое расстояние от экрана до первого ряда зрителей, при котором на один градус визирования экрана приходится 60 пикселей. Вместе с тем пиксели ЖК-проекторов, модулирующие свет при пропускании, представляют собой квадраты, разделенные непрозрачными перегородками, размер которых приблизительно в 2,5–3 раза меньше прозрачной (активной) части пикселя. Допустим, что экранное изображение формата 1:1,78, создаваемое проектором с такими модуляторами, содержит 1080 горизонтальных линий по 1920 пикселей. Тогда границей неразличимости сетки будет такое расположение первого ряда, с которого на каждый пиксель изображения по вертикали приходится не более 1+(2,5–3)=3,5–4 угловых минут визирования. Поле зрения всего изображения составляет при этом (3,5–4)x1080:60=63°–72° по вертикали и (3,5–4)x1920:60=112°–128° по горизонтали, что соответствует отношению высоты экрана к расстоянию до первого ряда зрителей в пределах 0,8–0,7. У проекторов с модуляцией отражаемого светового потока расстояния между пикселями меньше, что обеспечивает неразличимость пиксельной сетки при использовании таких проекторов с меньшим разрешением.
Если воспользоваться критерием «не более 4 угловых минут на пиксель» для неразличимости пиксельной структуры широкоэкранного изображения в кинозале с планировкой, показанной в табл. 1, то картинка должна содержать не менее 68x60:4=1020 пикселей в каждой линии по горизонтали. Этим требованиям удовлетворяют проекторы с разрешением не менее 1024x(1024x9:16)=1024x576 (WXGA в терминологии компьютерной графики, принятой для классификации видеопроекторов).
Вывод первый: разрешение проекторов в электронном кинотеатре должно быть не ниже уровня WXGA.
В публикациях по домашнему кинотеатру, как правило, советуют располагать фронтальные акустические системы (АС) на расстоянии не менее 2 метров друг от друга по критерию лучшего проявления акустически центрального образа, а расстояние от слушателей до АС выбирать несколько большим расстояния между ними. Угловое расстояние между фронтальными АС, визируемое при этом зрителями, составляет приблизительно 45°–60°. Именно такой угол (45°), по мнению специалистов кинокомпании «ХХ век-Фокс», является оптимальным для визирования экрана по горизонтали, так как при этом обеспечивается хороший эффект присутствия и незаметность дефектов изображения.
Вывод второй: ширина экрана не должна быть меньше расстояния между фронтальными акустическими системами.
Технологии проецирования.
Рис. 3. Типовая планировка зала |
Специфическую психологическую нагрузку в виде зрительного усреднения яркостей и цветовых оттенков всех деталей каждого кадра создают изображения, формируемые микрозеркальными проекторами (DLP). Давно замечено, что цветовая палитра изображений, создаваемых одночиповыми (Single Chip) DLP-проекторами, воспринимается зрителями по-разному, и их просмотр приводит к утомляемости из-за необходимости зрительного усреднения яркости и особенно цветности пикселей. Словом, существует обоснованное мнение, что DLP-изображения не вполне совместимы с человеческой природой, и Single Chip DLP-проекторы, хотя и являются идеальными для мобильных презентаций, в домашнем кинотеатре должны применяться с некоторыми ограничениями.
О важности характеристик и формы экрана.
Было бы ошибочным считать достаточными условиями для качественного показа видеофильмов приобретение только высококлассной аппаратуры (видеопроектор, проигрыватель HD DVD, акустика). Весьма важную роль играет качество экрана, на котором демонстрируются фильмы. Здесь уместно сравнение со звуковоспроизведением, впечатление от которого сильно зависит от акустического оформления помещения и соответствия ему применяемых акустических систем. Допустим, решено не тратиться на фирменный экран, а использовать в качестве него поверхность белой стены или нечто похожее из доступных материалов.
Таблица 2. | |
---|---|
Отражающая поверхность | Отражение |
Эмаль белая светотехническая Бумага белая Белая клеевая краска Краска масляная белая Ткань полотняная белая Алюминевая краска Шелк белый Кирпич белый Ткань хлопчатобумажная белая |
0,96 0,95 0,65-0,8 0,58-0,65 0,55-0,7 0,5-0,6 0,35-0,4 0,35 0,3-0,35 |
Рис. 4. Камера Thomson Viper FilmStream оборудована тремя ПЗС-матрицами по 9,2 мегапикселя. Возможны три режима работы: передача компонентного сигнала через интерфейс HD-SDI, вывод полного сигнала RGB (4:4:4) через два канала HD-SDI и режим FilmStream |
Яркость экранного изображения, его размеры и световой поток проектора.
Яркость экрана определяется при проецировании на него белого поля как отношение силы света, излучаемого экраном в визируемом направлении, к его площади, видимой с этого направления.
Площадь экрана S (кв. м) с высокой отражательной способностью оценивается выражением S=Ф/pЕ, где Ф — световой поток (лм), а Е — яркость экрана (кд/кв. м). Проекционные расстояния, необходимые для получения изображения нужных размеров, зависят от проекционной оптики. Популярными среди специалистов по кинотехнике единицами яркости являются ламберт (1L=104/p кд/кв. м) и фут-ламберт (лм/кв. фут, 1fL=3,426 кд/кв. м). Так, для яркости экрана в коммерческих кинотеатрах в США установлен норматив 16fL≈55 кд/кв. м, являющийся номинальной величиной по стандарту SMPTE (Society of Motion Picture and Television Engineers). Так как яркость киноэкрана измеряется при отсутствии пленки в кадровом окне проектора, а на ней из-за поглощения света теряется заметная часть светового потока, SMPTE для видеопроекторов принят норматив 12fL≈41 кд/кв. м. Удобная формула b=0,1(Ф)1/2 позволяет оценить ширину экрана формата 16:9 при его яркости 56,6 кд/кв. м.
Вывод третий: так как реальный световой поток даже у нового видеопроектора обычно на 25% меньше рекламируемого и уменьшается по мере расходования ресурса лампы — паспортный световой поток проектора должен как минимум в 150 раз превышать площадь экрана (в кв. м).
Широкоформатные и типовые мультимедийные проекторы.
Видеопроектор для электронного кинотеатра должен обеспечивать проекцию с максимальным заполнением экрана формата 1:2,35 при достаточной яркости и разрешающей способности.
Рис. 7. Изображения разных форматов, проецируемые на универсальный киноэкран |
Подавляющее большинство мультимедийных проекторов оснащены модуляторами света формата 3:4, объективами с кратностью масштабирования до 1,3, и их основным назначением является отображение компьютерной графики. У них предусмотрено формирование и иных форматов проекции с выключением избыточной части пикселей модуляторов, отображение композитного, S-Video и компонентных видеосигналов. Мощные проекторы из этой серии могут комплектоваться сменной оптикой, но они не эффективны по полезному использованию светового потока и разрешающей способности по вертикали для широкоэкранных изображений. Действительно, при показе изображений формата 9:16 или 1:2,35 проекторами с модуляторами формата 3:4=12:16 кашетируется 3 или 5 из 12 частей полного светового потока, т.е. 25 или 40%. Поэтому номинальный световой поток мультимедийного проектора с модуляторами формата 3:4 при его применении для обслуживания широкого киноэкрана должен быть в 2,5 раза больше по сравнению с необходимым для обычного экрана. Если, например, самый широкий экран (1:2,35) обеспечивается при минимальном фокусном расстоянии проекционного объектива, то для обслуживания экрана такой же высоты при других форматах проекции потребуется сменная оптика или вариообъектив с кратностью масштабирования 2,35:1,33=1,76. Следовательно, широкоформатные проекторы по сравнению с типовыми формата 3:4 при одинаковом световом потоке и яркости экранного изображения обеспечивают на 33% большую площадь экрана формата 1:2,35. Очевидно, разрешение по вертикали уменьшается при этом у широкоэкранных проекторов на 24 %, а у обычных (3:4) — на 43% по сравнению с номинальным.
Таким образом, вывод четвертый: в электронном кинотеатре гораздо выгоднее использовать широкоформатные проекторы.
Широкоформатные проекторы 2003/2004 года.
Рис. 8. Видеопроектор InFocus ScreenPlay 777 |
Фирма JVC Professional Products раньше других добилась впечатляющих успехов в создании высокоразрешающих D-ILA-проекторов, но широкоформатные модели стала поставлять только в этом году, причем преимущественно для домашних кинотеатров (световые потоки до 1000 лм). В настоящее время компания Sanyo Electric выпускает широкую номенклатуру широкоформатных проекторов (5 моделей), в том числе самых ярких, параметры которых приведены в табл. 3. Их достоинствами являются: широта набора сменной оптики и наличие моторизованных функций Lens Shift, что позволяет использовать эти проекторы в любых помещениях как по одному, так и в группе обслуживания общего экрана с кратным увеличением светового потока; высокая надежность, обеспеченная дублированием ламп, исключает срыв сеанса при их отказах. Единственное, что пока ограничивает перспективность их кинематографического применения, это невозможность работы с компонентными видеосигналами версии 1080/24р.
Компания Sony выпустила два видеопроектора, SRX-R105 и SRX-R110, с разрешением 4K (4096х2160). Стоит отметить, что при размере пикселя на SXRD-матрице около 8,5 микрона, межпиксельное расстояние составляет всего 0,35 микрона, т.е. почти в 25 раз меньше! Это значит, что пиксельная структура изображения на экране будет совсем незаметна, т.е. изображение будет наиболее близким к кинематографическому. Световой поток проекторов составляет 5 и 10 тыс. ANSI-люмен, что позволяет осуществлять проекцию на экраны до 25 метров по диагонали. Контрастность 2000:1. |
В конце табл. 3 приведены параметры просмотрового помещения и размеры универсального экрана, рассчитанные на основе данных производителей и нормативных требований к яркости применительно к планировке, показанной в табл. 1.
Так как условия комфортности просмотра требуют не менее 1 кв. метра площади зала на каждого зрителя, можно сделать пятый вывод: световой поток нового проектора должен как минимум в 35 раз превышать количество зрителей в просмотровом помещении кинотеатра.
Завершить обзор хотелось бы на оптимистической ноте, а именно: на сайте европейского спутникового канала высокого разрешения Euro1080 (
Пример киноинсталляции
В стенах санкт-петербургского салона «AV-Lux» недавно был организован небольшой демонстрационный кинозал. Использован CRT-видеопроектор Barco Cine 8 с системой LimoPro (учетверитель строк). Акустика кинотеатра — шесть АС Genelec 1037B и два сабвуфера Genelec 7071A, электроника Krell. Вся аппаратура, акустика и кабели полностью не видимы для зрителя, так как располагаются в специальных нишах. Помещение площадью 60 кв. м было акустически подготовлено — использованы звукопоглощающие материалы, такие как пробковое дерево, резина, газобетон. Все управление кинотеатром производится с одного пульта (система Smart Home), включая управление светом и климат-контроль. | ||
Использование данных материалов допускается только с разрешения автора.