디스플레이세부조정기술 Kramer Electronics Educational Series MAY 2018
디스플레이기기의조정필요성 입력된신호를최적으로재생하기위해아래와같은조정범위를필요로한다. 넓은활성화범위 색상배분의정확성 화이트밸런스의정확성 모든디스플레이기기는사용하기전에조정을해야한다.
디스플레이기기조정
디스플레이기기조정진행절차 디스플레이기기가안정적인화면을표출할수있는시간을주어야한다. 이미사용중인디스플레이기기는안정화를위해대략 10 ~ 15 분정도를필요로한다. 새로설치되는디스플레이기기이거나 1 시간이내의기기는 30 ~ 60 분정도의안정화시간을필요로한다. 50% 정도의회색조테스트패턴최적 색상의변화를관측할수있어야한다.
측정규격 광도 candelas (cd) 라부르며광도의국제단위 1 candela = 특정광원의밝기가양초하나의밝기만큼될때이를 1 칸델라라고부름 광속 lumens (lm) 이부르며광량의단위 1 lumen = 광속은 1 candela 의소스가 1 방향으로입체각을형성할때를말한다.
측정규격 조도 = 조명되는면적과광속의비율 lux (lx) 라부른다. 1 lux = 1 lumen 의광속이 1 평방미터의면적에균일하게비출때 lux 와 lumen 의차이 : Lumen: 빛의진행방향에수직인단위면적을단위시간에통과하는빛의양 Lux: 입사하는광속을단위면적당으로환산한값 1lux=1lumen*m²
조도의일반적인분류
측정규격 휘도 (Luminance) 측정 : Candelas per square meter (cd/m 2 ) 미터법으로 1 cd/m 2 = 1 nit( 휘도의단위 ) Foot-Lamberts (ft-l) 영국식 PDP 와 LCD TV, 모니터, 후면프로젝션디스플레이등에서사용되며액정디스플레이기기등의화면의밝기를나타낸다. Ft-L reading (x) 3.42 = cd/m 2 (nits) Cd/m 2 (nits) / 3.42 = ft-l
측정규격 색온도정의 색온도는광원이나타내는색상을수치로표현한것으로사물 ( 일반적으로순수한메탈 ) 에열을가하면붉은색으로변하고, 온도가상승함에따라노란색, 백색, 푸른색으로변하게되며, 일반적으로우리가말하는백색광은맑은날정오무렵의태양빛의색온도인 5500 캘빈도를말한다. 이를기준으로색온도가낮으면붉은색으로높으면푸른색으로변하게된다. 색온도의단위는 degrees Kelvin ( o K) 화이트발란스는흰색을흰색으로보이도록연한회색조의색상을조절한다.
Contrast( 명암비 ) 와 Grayscale( 그레이스케일 )
Contrast( 명암비 ) 와 Grayscale( 그레이스케일 ) 모든디스플레이설정시가장먼저해야할일은높은이미지대비, 최고의조합을위해높은색상의채도가아닌그레이스케일조정이매우중요하다. 디스플레이설정시명암비와그레이스케일의설정은매우중요하다. 가장넓은범위의그레이스케일이가장높은명암비를의미하지는않는다. 일반적인 PLUGE 패턴을이용하여비디오와 RGB 의그레이스케일을조정할수있다. * 명암비 : 화면상의가장밝은것과어두운것간의대비, 즉디스플레이가동시에표현할수있는가장밝은색과어두운색의폭을의미. 예를들어 500:1 의명암비는가장어두운부분의밝기가 1 일때, 가장밝은부분은 500 으로 500 단계의밝기 ( 휘도 ) 를표현함을의미함. * 그레이스케일 : 백색에서흑색까지를단계적으로나누어밝기의정도를나타낸척도. 일반적으로 10 단계의밝기를가지고있는데, 이 10 단계를넘는위아래부분의톤변화는화면상에나타나지않는다. * PLUGE : Picture Line-Up Generation Equipment( 영상라인업생성장치패턴 )
Contrast( 명암비 ) 와 Grayscale( 그레이스케일 ) PLUGE 패턴은다양한단계의그레이스케일을표현한다. 비디오의흑색신호를높거나낮게표출한다. PLUGE 패턴에는세개의막대가있으며, 가장왼쪽의막대는 TV 의검정부분아래 4% 수준을나타내며, 중앙의막대는 TV 검정위의회색 4% 수준을의미함. 마지막막대는 4 단계의그레이스케일로 100% 는흰색을의미함. 일반적인비디오 PLUGE 패턴
비디오의그레이스케일 비디오시스템은가장어두운부분인흑색을 0 으로시작해서단계적으로표현한다. NTSC 는 IRE 단계를따른다. ( IRE 는국제전기전자기술자협회즉 IEEE 의전신으로전기공학협회인 IEE 와무선공학협회인 IRE 가합병되었으며, 미국에서전기 / 전자 / 컴퓨터공학의이론과실체를향상시키기위해설립됨 ) NTSC 의흑색은 7 IRE 이며, 백색은 100 IRE 로표현된다. 흑색이 0 이아닌 7IRE 인이유는컴포지트화면동기화전압으로인해적어도 7IRE 이후로표현이가능하기때문. 결론적으로 NTSC 는 93 레벨의휘도를표현할수있다.
비디오의흑색조정 일반적인설정시 4% 바를이용하여육안으로조정한다. 바탕화면은 7 IRE 또는비디오상에서는흑색으로표현된다. -4% 바는보이지않도록한다. 오른쪽의그레이스케일은부드럽게조정한다. PLUGE 의설정은 +4% 바가보이도록하는게이상적이다.
비디오와 RGB 의그레이스케일 RGB =255, NTSC = 100 IRE RGB =18 NTSC = 7 IRE RGB 색상은 0-255 단계의휘도로표현된다. NTSC 의 7 IRE 는약 18 단계의 RGB 와비슷하다. NTSC 는 7IRE 부터화면을표시하지만, LCD 등의 RGB 디스플레이는 0~255 단계의모든음영을재현할수있어, -4% 바와 +4% 바를쉽게표현할수있음. 하지만, LCD 의특성상가장어두운흑색표현이완벽하지않은이유는 LC 의광원, 즉백라이트가가장어두운흑색에서도켜져있어이것이화면에표현되기때문.
RGB 디스플레이의흑색조정 PLUGE 패턴을이용하여 IRE 바처럼보여지도록구성한다. 이미지는저급의흑색레벨로묘사된다. 가장높은회색스케일단계는압축되어표현된다. 명암비는감소한다. PLUGE set to show all bars
그레이스케일의압축 정확한 PLUGE 패턴을설정한경우최적의그레이스케일이미지를보여준다. PLUGE 패턴의설정이부정확한경우그레이스케일은압축되어표현된다.
밝기와그레이스케일
ANSI( 미국국제표준협회 ) 의밝기기준 RGB 회색스케일에서는풀필드패턴을사용한다. 패턴을이용하여회색스케일을조정할수있다. 화면조정시백색의단계와흑색의단계가모두표현되어야함. 공식적이지는않지만최근에는표준으로많이사용된다. ANSI setup test pattern
ANSI ( 미국국제표준협회 ) 의밝기패턴 ANSI 패턴보기 : 0% - 15% - 흑색근접 85% - 100% - 백색근접 정확하게설정된경우흑색과백색의 8 개의바가육안으로구분된다. 그러나다수의디스플레이기기는 0% - 15% 바를명확히표현하지못한다.
ANSI ( 미국국제표준협회 ) 의밝기패턴 밝기와명암비를최대치로잘못설정한경우 : 백색이잘리는현상발생 높은휘도의디테일손실발생 흑색레벨이증가하여어둡게되거나흑색부분이중간회색조로표현된다.
밝기와명암비의설정예 회색스케일이정확히설정되어, 이미지는적절한명암비와색농도를표현해준다. 명암비가매우높게설정되어회색스케일이압축되어표현된이미지
블랙레벨의문제 CRT 디스플레이기기는넓은회색스케일을갖는다. Microdisplay LCD, LCoS, DLP and flat panel LCD 는블렉레벨표현에문제가발생할소지가있다. ANSI 패턴이용시다수의디스플레이기기가블랙레벨을정확히표현하지못하는경우가있다.
명암비의측정
ANSI 의최대명암비패턴 16 개의정사각형구조를갖는 ANSI 체크보드패턴 ANSI 체크보드패턴을이용하여 8 개의검은사각형내의밝기를합산후평균치를내고, 8 개의백색사각형내의밝기를합산후평균치를내어명암비의신뢰도를높일수있다.
ANSI 의최대명암비패턴 8 개의백색과 8 개의흑색블록으로구성되며이를 (W a and B a ) 로표현한다. 백색최대치 (W p ), 블랙의최저치 (B l ) 에주의 W a / B a = ANSI (average) 명암비 W p / B l = 최대명암비 테스트는높은정확성을위해암실에서측정함.
비디오컬러의 Saturation( 채도 ) 와 Hue( 색조 ) 조정
색의 Saturation( 채도 ) 와 Hue( 색조 ) SMPTE( 전미텔레비전기술자협회 ) 의컬러바테스트패턴표준안을따름 컬러바는다양한단계의회색스케일과색의채도를표현한다. 채도를완전히줄이게되면화면오른쪽처럼그레이스케일로만표현됨. Saturation - 색상의진하고엷음을나타내는포화도 ( 飽和度 ) 라고도하며, 아무것도섞지않아맑고깨끗하며원색에가까운것을채도가높다고표현함. 채도는스펙트럼색에가까울수록높아지며, 한색상중에서가장채도가높은색을그색상중의순색이라하고, 흰색과검은색은채도가없기때문에무채색이라불림.
색의 Saturation( 채도 ) 와 Hue( 색조 ) NTSC TV 의파란색신호가작은변화에가장민감하기때문에파란색필터는쉽게컬러채도와색조를보정할수있음. 백색과청색의막대로채도를설정한다. 색상의채도가올바르게설정되면백색과흑색의바가올바르게표현됨. Magenta 와 cyan 막대는 Hue 를설정한다. 청색필터의변화를검측하여기타조정이가능하다. *Saturation- 칼라와흑백신호의구성비. 흑백신호성분이적으면채도가높고, 많으면낮다. *Hue- 특정칼라성분 RED 와 PINK 는 HUE 는같으나,PINK 에는 WHITE 성분이포함됨.
색의 Saturation( 채도 ) 와 Hue( 색조 ) 우측그림에서보이는바와같이명도는축의상하방향으로백으로부터흑으로변화하고색상은축의각점에서그것에수직한원판을가리키고채도는원판의중심에서의거리로나타낸다. 즉색상은이원판의중심에서원주의어떤방향에향한선상에있는가로정해진다. 그림의 a 선상은빨강이고, b 선상은노랑이다. 그리고 a 선상은전부빨강이기는하지만중심에서떨어질수록채도가늘기때문에맑아진빨강 ( 순수한빨강 ) 이된다. 또한같은색상과채도의빨강이라도이원판이위쪽으로이동하면밝음이증가한다.
색의 Saturation( 채도 ) 와 Hue( 색상 ) 외부막대의채도조정 내부막대의채도조정 채도조정 - 아래의짧은청색막대의색상과상단의긴청색막대의색상을일치시킴 *Saturation- 칼라와흑백신호의구성비. 흑백신호성분이적으면채도가높고, 회색, 흰색, 검정과같은무채색에가까우면채도가낮다고표현.
색의 Saturation( 채도 ) 와 Hue( 색조 ) Note changes in luminance values across bars 정확히조정한경우긴막대의아래와윗부분은동일한색상으로표현된다. 부정확한설정시긴막대의아래와윗부분은틀리게보인다. 색상조정 - 긴막대의아랫부분과윗부분의색상을일치시킴 *Hue- 특정칼라성분 RED 와 PINK 는 HUE 는같으나,PINK 에는 WHITE 성분이포함됨.
색상의변화 색의채도와색조를정확히조정하면이와같이다양한색을표현할수있다.
화이트발란스와색온도
화이트발란스와색온도 색의채도와색조조정과는독립적으로조정할수있다. 낮은휘도 (luminance) RGB 레벨은밝기를조정하여원하는결과를얻을수있다. 높은휘도 (luminance) RGB 레벨은명암비와게인조정을통해원하는결과를얻을수있다. 휘도 (luminance) 는광원에향한방향에의광원정투영의단위면적당광도를의미한다.
화이트발란스와색온도의조정 정밀계측기를이용하여휘도와색온도및색의조화등을조정할수있다. Minolta 사의 CL-200 조도계
화이트발란스와색온도의조정 색도계의기준인 CIE 1931 와 1976 챠트를토대로삼각형모양은인간의눈으로볼수있는영역을표현하며우측의원형백색부위를목표로 RGB 를조정할수있다.
화이트발란스와색온도의조정 밝기조정을이용하여낮은회색스케일의화이트발란스를, 명암비조정을이용하여높은회색스케일의화이트발란스를조정할수있다.
이외의자주사용되는패턴
크로스해치패턴 랜즈의품질시험 - 이미지키스톤, 포커스불일치, 정렬불량및색의집중도등
텍스트품질시험패턴 디스플레이기기의픽셀표현품질시험과동기와자동동기보정기능시험 디스플레이대역폭및포커스의일률성등을시험
Luminance Multiburst 디스플레이시스템의주파수응답을표현해주는패턴이다.
프로젝션렌즈의사용
프로젝션렌즈의사용 Lens images courtesy Sanyo
프로젝션렌즈의사용 프로젝터에따라촛점거리가 1:1 인기본렌즈와좁은장소에서사용이가능하도록한단초점렌즈 ( 광각렌즈 ) 와원거리설치를위한장초점렌즈가있다. 가장좋은것은기본렌즈이지만설치환경때문에단초점을사용하는경우사물이볼록해보이는현상을조정할수있어야한다. 천정구조등의이유로프로젝터를원거리에설치해야하는경우스크린투사를위하여장초점렌즈를사용하기도하지만이때밝기가감소됨을고려해야한다.
프로젝션렌즈의사용 위그림은장초점랜즈의사용으로 Mid-point 에비해명암비와밝기, 명료도등이떨어진다.
전면투사방식의프로젝션환경
전면프로젝션시스템 프로젝터는스크린투사에최적의각도를갖도록위치해야한다. 가장좋은위치는스크린과프로젝터는 90 도의각도를유지하며스크린정중앙에서투사할수있는위치이다. 이미지의올바른디스플레이를위해키스톤발생과화면왜곡등은피해야할요소이다.
프로젝터최적의위치 프로젝터는스크린정중앙에위치하는것이가장좋다. 프로젝터가중앙에서아래쪽으로시공된모습으로별도의조정이필요하다.
수직렌즈를이용한보상 랜즈의오프셋기능은프로젝터가스크린정중앙에위치하지못할경우프로젝터의올바른투사를위해보정기능을제공한다.
이미지의키스톤보정 고정되어사용되는경우 : 내부렌즈의상하조정 디지털픽셀의재조정 기계적인렌즈이동 후면렌즈의구성은수평과수직면의이동이가능하다. 프로젝터설치시가장우선적으로조정해야한다. 기계적으로렌즈이동이가능한 Sanyo PLV-Z3 LCD projector
프로젝션키스톤보정기기 디지털리맵핑을통해스크린에투사되는이미지를보정할수있는장치
후면투사방식의프로젝션환경
후면프로젝션시스템 후면공간을차지한다. 프로젝터투사시장애물로인한그림자발생이없다. 관객석의조명에유연하게대처할수있다. 후면투사방식의스크린은때론 HOT SPOT 현상이발생할수있다. 이러한경우하드스크린이프로젝션램프의빛을분산시킬수있는구조로시공되어야한다. 후면스크린에높은게인으로인한 SPOT현상발생 HOT
후면프로젝션시스템 투사거리는전면프로젝션시스템과동일 후면공간이부족한경우미러를사용하기도함 Issues: 교정의어려움. 밝기저하현상 일률적이지못한포커스 Typical rear-projection mirror system
모니터의배치
모니터의배치 모니터는항상사용자의눈높이와맞춘다. 수직화각은디스플레이기기의정중앙에서 ±15 o 를넘기지않는다. CRT/plasma 의수평각은 85 o 이내에위치해야한다. LCD 의수평각은 60 o 이내로설정한다.
모니터의배치 모니터와사용자간의화각은원뿔형태의화각을유지해야한다. 수평각은좌우 ± 45 를넘지않도록한다. 수직각은상하 ±15 를넘지않도록한다. 외관상광학적인왜곡이없어야한다.
실내조명검토
조명검토 요즈음의프로젝터들의밝기는매우밝아졌다. 그러나, 여전히회색스케일의처리는문제시되고있다. 주위의빛에따라스크린은낮은대비와압축된회색스케일로표시될수있다. 가급적스크린은프로젝터에서투사된빛만을수용할수있도록구성한다.
조명환경개선 프로젝터에서투사된빛이외의빛이투사되어화면의음영표현이제대로표현되지않는다.
조명환경개선 태양광이나인위적인빛이스크린에투사된경우회색은압축되어백색으로표현되며, 이때프로젝터에서투사된장면의이미지가밝은색일경우색의표현은매우부정확해질수있다.
조명환경개선 항상스크린의위치는창가에서떨어져야하며, 조명은스크린에투사되지않고불빛은아래를향하도록배치해야한다.
적절한스크린크기선택
적절한스크린크기선택 스크린의크기는아래의기준을따름 : 이미지해상도 화각 관객의시야각 일반적인경우스크린높이에따른적정가시범위를표현하는일반적인공식을따른다.
NTSC 방식의스크린거리 NTSC 시스템 (483 유효라인수 ) 은일반적으로스크린높이 x7.1 을곱한값을적정투사거리로본다.
적절한스크린사이즈의선택 7.1x ( rule of seven ) 법칙은프로젝션시스템의스크린사이즈에적용된다. 시청자로부터가장먼거리를의미한다. 스크린높이의 7 배를가장먼거리로측정. 화면비에따라스크린폭은결정된다. 6x 법칙을사용하는경우도있는데, 이는고해상도의이미지나텍스트를목적으로하는경우에사용된다.
HDTV 시청거리 HDTV 시스템 (1080 유효라인수 ) 은스크린높이 x 3.1 을곱한값을 적정시청거리로본다.
전면프로젝션시스템의화각
전면프로젝션시스템의화각 프로젝션시스템의투사화각이좁은곳에위치한시청자일수록좋은화질의이미지를볼수있다. 모든스크린의형태는협소한화각을갖는프로젝션시스템의빛을분산하는구조를갖는다. 무광택의분산구조를갖는스크린은낮은게인에서도넓은화각을표시할수있는구조를갖는다. 볼록렌즈모양의스크린 ( 고휘도스크린 ) 은협소한화각에서도높은게인을보장한다.
전면프로젝션시스템의화각
디스플레이세부조정기술 - 요점정리 좋은품질의디스플레이이미지를표현하기위해서는다양한교정단계를거친다 : 최적의명암비와회색스케일조정 비디오색상의적절한조정 화이트발란스를위한 RGB 색상의조정 추가패턴을이용한랜즈품질테스트와디스플레이대역폭점검
디스플레이세부조정기술 - 요점정리 프로젝터렌즈의적절한투사거리는최적의이미지를구현한다. 모든디스플레이에있어서화각과좌석의배치는매우중요하다. 키스톤보정을위한기계적인렌즈의이동은정확한화각을표현해준다.
디스플레이세부조정기술 - 요점정리 실내의조명및외부에서들어오는자연광등의조정이용이해야한다. 모니터를시청하는데있어적절한빛은눈의피로를감소시킬수있다. 디스플레이기기에비춰지는주위의빛은회색음영의표현에영향을미친다.
디스플레이세부조정기술 Kramer Electronics Educational Series MAY 2018