モニターまたはテレビのLCDスクリーンの応答時間を独立して決定する方法

「誰でも私たちを助けてくれるだろう」

映画「白人の捕虜」

前文

LCDスクリーンの応答時間は 、モニターとテレビの最も重要な特性の1つです。 これは、このモニターがコンピューターゲームやビデオの視聴などにどれだけ適しているかによって異なります。 応答時間が長すぎると、移動するコントラストの高いオブジェクトの背後の画面に、目に見えるアーチファクトが残り、表示を妨げる​​「ゴースト」または「シャドウ」として認識されます。 ただし、他のほとんどの技術仕様とは異なり、応答時間の測定は困難です。 しかし、これは、たとえば、新しいモニターやテレビを入手するときや、セットアップするときに非常に便利です。



他の技術的なパラメーターを使用すると、すべてが多かれ少なかれ明確で明白です。 たとえば、必要に応じて、画面サイズを巻尺または定規で測定できます。 画面の解像度とピクセルサイズは、画面を近距離で見ることによって「感じられる」こともあります。 多くのパラメーター（たとえば、画面の明るさとコントラスト、黒の深さ、照明の均一性、勾配表示、シャープネス、視野角、ガンマなど）は、 「ノキアテスト 」などの最も単純なユーティリティから包括的な構成、検証、および比較。たとえば、 「LCD Vs_mon 」。



しかし、残念なことに、LCD画面の応答時間は非常に見やすく、「タッチ」しても機能しません。また、パスポートまたは広告小冊子でメーカーが示した値に焦点を当てたままです。 しかし、ここでも、すべてが非常に混乱しています。 応答時間にはさまざまな概念があります。GtG（グレーからグレー、グレーからグレー）、BtW（黒から白、黒から白）、BtBまたはBWB（黒から白、黒から白、またはその逆）。 さらに、各メーカーは独自の方法に従ってモニターの応答時間を測定しますが、一部のメーカーはオーバードライブアクセラレーションテクノロジーを使用して応答時間を短縮しているため、異なるブランドのモニターやテレビを直接比較するのは正しくない場合があります。



ですから、自宅（または購入時は店内）で客観的な測定を行って、このテレビやモニターがあなたに合っているかどうかを判断できるようなツールを手に入れたいと思います。



これを行う方法はありますか？



原則として、もちろんできますが、...



たとえば、ここに、 IXBT.COMで採用された応答時間測定方法の簡単な説明があり ます 。

理論

モニターの応答時間は、ISO 13406-2で定義されています。 応答時間は、オブジェクトの相対的な明るさを0.1から0.9に変更するのに必要な時間（点灯時間）と、変化を逆にする時間（消灯時間）の合計です。 この場合、相対的な明るさは、瞬間的な差（現在の瞬間）と最小差（モニターがオンになり、黒フィールドに対応するビデオ信号が入力される）との最大差に関連する明るさ（モニターがオンになり、白フィールドに対応するビデオ信号が入力される）と最小の差として定義されます明るさ。







練習する



応答時間を測定するための複合体のハードウェアは、テスト対象のモニターの画面部分の相対輝度を測定する光センサーと、データをデジタル化して入力するためのL-Card E-140 USB-ADC（最大100 kHz、10 kHz、14ビットで動作）で構成されていますセンサーからコンピューター、および必要なケーブルまで...



複合体のソフトウェア部分はGelTreatプログラムであり、応答時間値を取得するために修正された時間応答依存関係の記録と分析を可能にします。



測定中、GelTreatプログラムは2つのプロセスを開始します。1つ目はセンサーからの信号を登録し、2つ目はDirectDrawモードでテストされたモニターの画面にテンプレートを表示します。 テンプレート内のページが10秒間500ミリ秒後に変更される...



記録では、約10パルスを取得します。 モニターモードが既に確立されている最後の5を処理します...その結果、グラフに水平方向の赤い線が表示され、最大応答（輝度）の10％と90％を示します...合計で5つの間隔を決定し、平均オン、オフ時間、およびそれらの合計を計算します...

この方法は、独立したテストに推奨できますか？



おそらくほとんど...



たぶん、たとえば従来のカメラやカムコーダーを使用して、もっと簡単にできるでしょうか？ 原則としては可能ですが、テレビまたはモニターのLCDマトリックスでの画像形成の原理、およびカメラまたはカムコーダーで画像を固定する原理に関連する特定の困難、問題があります。



ここで少し理論が必要です。

理論

モニターまたはTVのLCDマトリックス上の画像は、行と列に配置された数百万の個別のドット、 ピクセルから形成され、各ドットは順番に3つのサブピクセルで構成されます。



各ピクセルに対して、その位置に応じて、行と列のアドレス指定が適用されます。



ピクセルの切り替えに関する情報は、行ごとに、各行のすべてのピクセルに順番に送信されるため、画面全体で行ごとに順番に送信されます。 その後、プロセスが再び開始され、次のフレームの転送が開始されます。 通常、モニターやテレビのLCD画面では、このようなサイクルの時間であるフレームレートは60ヘルツ以上です。つまり、フレームは16.7ミリ秒以下ごとに更新されます。



したがって、LCDマトリックス上のピクセルは同時にではなく、ラインごとに切り替えられます。 したがって、同じフレーム内であっても、各瞬間に、画面上のピクセルの一部はすでに「古い」ものであり、数ミリ秒前に表示され、明るさを切り替えて既に変更しているものもありますが、いくつかはより若く、切り替え中です、いくつかはちょうど現れました、そしてちょうど切り替えます。



したがって、高速撮影を使用する場合、画面全体の表面で黒から白に起こっていることを修正しようとすると、画像では滑らかなグレートーンではなく、一種のグラデーション塗りつぶしが得られます。 画面の一部はすでに色が変更されており、一部はまだ変更されていません。



もちろん、原則として、スクリーンショットのさまざまな部分のピクセルの輝度を位置でPhotoshopで測定し、フレームおよびラインスキャンの頻度に基づいて、外観の瞬間を決定し、これに基づいて、数学的な計算によって応答時間を計算しようとしますが、ソリューションを呼び出すことはほとんどできません。 そして、そのような測定が正確である可能性は低いです。 まあ、可視性について話すことは何もありません...



また、すべてのカメラでこのような写真を撮影できるわけではありません。







そして、ここでのポイントは、速度に関するいくつかの特別な要件だけでなく、シャッターと画像キャプチャのいくつかの機能でもあります。 たとえば、上記の写真は中央シャッター付きの古い予算の石鹸箱で撮影されましたが、カーテンシャッター付きの最新の「DSLR」でも同様の写真を撮影することは原則として不可能です。



これについてさらに詳しく説明します。



最初に、写真およびビデオ機器で使用されるシャッターについていくつか説明します。

写真およびビデオ機器のシャッター

さまざまなデザインから、さらに検討するために最も興味深い3つについて説明します。



中央のシャッターは、レンズのレンズの間、または後部レンズのすぐ後ろにあります。 トリガーされると、感光性エレメントの全領域がすぐに露光されます。 シャッター速度は、シャッターのオープン時間によって制御されます。 このようなシャッターは、比較的シンプルなデザインで、どのシャッター速度でも感光性エレメントの表面全体を均一に露光できるため、ほとんどのコンパクトデジタルカメラにはさまざまなバージョンのシャッターが装備されています。 しかし、中央シャッターはレンズの内側にあり、交換が難しいため、交換可能なレンズを備えたカメラではこの設計は非常にまれです



カーテンシャッターは、フィルムまたは感光性エレメントのすぐ近くにあります。 シャッターカーテンが一方の端から別の端に移動し始めると、フレームの露出も端から端まで順番に発生します。 シャッターカーテンの移動速度はどのシャッター速度でも厳密に一定に保たれ、シャッター速度は「ギャップ」のサイズ、移動中のシャッター間の距離を変更することで制御されます（したがって、このシャッターはシャッターギャップとも呼ばれます）。







このようなシャッターは、カメラの技術仕様に記載されている、フラッシュで撮影するときに使用される、いわゆる同期速度X-Syncよりも遅いシャッター速度でのみ完全に開きます。 この場合、フラッシュでは何も撮影しませんが、このパラメーターは必要です。



したがって、短いフラッシュ（たとえば、1/1000秒）で撮影した場合でも、フレーム全体の露出ははるかに長くかかります-古いフィルムSLRでは1/30秒から、現代​​のデジタルSLRでは最大で1/200秒以下です。



このようなシャッターは、中央のシャッターよりも構造的にはるかに複雑で、動作がやや気まぐれで、均一な照明に問題がある可能性がありますが、レンズの交換が容易になり、非常に短いシャッター速度を提供できます。 したがって、カーテンシャッターは通常、 一眼レフカメラで使用されます 。



そして最後に、焦点を合わせる3番目のタイプのシャッターは電子シャッターです。 厳密に言えば、これは別個のデバイスではなく、単に感光性マトリックスの情報を投与する原理です。 開いた状態では、感光性マトリックスの情報が最初にゼロにリセットされ、次に露光時間中にマトリックスが露光され、その後情報が読み取られます。 このようなシャッターは構造的に最もシンプルであり、したがって最も安価であり、したがって最も単純な写真およびウェブカメラやスマートフォンでよく使用されます。また、機械部品がなく、ノイズや摩耗がないため、カメラやビデオカメラでのビデオ録画によく使用されます別のシャッターがあっても。



後者のタイプのシャッターは、さらに検討するために最も重要です。



ここで、写真およびビデオカメラで使用される感光センサーについていくつか説明します。

感光性マトリックス

現在、主にCCDおよびCMOS感光センサーが撮影に使用されています。 これらのタイプのマトリックスには、それぞれ独自の特性、長所、短所があります。 これらの各マトリックスの特徴の1つにのみ焦点を当てます。これは、さらに理解するために重要です。



カラムバッファリング（インターラインCCD）を備えた最新のCCDマトリックスでは、キャプチャされたフレームは、マトリックス自体にある特殊な光保護フレームバッファーに同時に読み込まれ、その後の処理のためにそこから比較的ゆっくりと転送されます。



CMOSマトリックスでは、セル情報を読み取るプロセスは、上記で説明したモニターまたはテレビのLCDマトリックスに情報を送信するプロセスとほぼ同じように、ラインごと、ピクセルごと、ドレインごとに行われます。



いくつかの調査結果は、さらに検討するために重要です。

• 任意のタイプのマトリックスと組み合わせた中央シャッターは、1つの時点で撮影された写真を提供します。
• 任意のタイプのマトリックスと組み合わせたカーテンシャッターは、同期シャッタースピードによって決定される、異なる部分がわずかに異なる時間に露光された画像を提供します。 もちろん、時間差は非常に小さいですが、動きの速いオブジェクトまたは非常に高速なプロセスを撮影する場合、これにより特定の効果が発生する可能性があります。 通常、これらはネガティブ（たとえば、ローリングシャッター）ですが、時にはポジティブになることもあります。 しかし、それについては以下で詳しく説明します。
• 電子シャッターとCCDマトリックスを組み合わせて使用​​すると、1つの時点で撮影された写真が得られますが、電子シャッターとCMOSマトリックスを組み合わせて使用​​すると、カーテンシャッターを使用した場合のように、異なる部分がわずかに異なる時間に露光された画像が得られます。 したがって、この効果はカーテンに似ています。
  
  
  
  ローリングシャッター

最後に、この記事の主要な問題に取り組みますが、高速カメラやその他の特別な高価な機器を使用せずに、LCDマトリックスの応答時間を何らかの方法で修正してから測定することを試みます。

著者はそのような非常に手頃な価格でかなり明確な方法を提案しています

フレームの変更は非常に高速なプロセスなので、中央のシャッターを備えたカメラを使用して修正するのが最善のようです。 しかし、わかったように、スナップショットを撮ることができる理想的なカメラでさえ助けにはなりません。少なくとも毎秒1000フレームの頻度で撮影された一連のショットを撮ります。 しかし、私たちは反対の方向に進み、「即興手段」でうまくやっていくつもりです。



ある時点で場所が変わる白と黒の長方形の画像が画面に表示されると想像してください。



->



その結果、以下が表示されます。







LCD画面では、これは即座にではなく、一定期間にわたって発生します。 毎秒60フレームのリフレッシュレートでは、これは16.7ミリ秒です。



ここで、カーテンを備えたカメラまたはカーテンが左から右に移動する電子シャッターでこのプロセスを撮影することを決めたと想像してください。カメラのカーテンは比較的ゆっくり移動し、LCD画面のフレームリフレッシュレートよりも数倍遅くなります。



カメラブラインドの「ギャップ」の位置が同時に重複する、画面上の一連のイベントを考えます。



1） 2）



3） 4）



次に、フレームの更新が開始されます。



5） 6）



7） 8）



フレームの更新が終了しました：



9） 10



まあなどなど...



そして今、私たちは写真で「クラック」ウォークの前にスクリーンで起こったことだけを記録したことを思い出します。



だから：







もちろん、これは非常に単純化された図です。 実際、画面は即座に切り替わりませんが、応答時間中に（これを判断したいだけです）、 はい、人員のスキャンとカメラブラインドの動きは連続的であり、ステップではないため、写真はそれほど魅力的ではありません。







このように、写真では、1つのフレームのさまざまな時点で画面上で発生するイベントをキャプチャしました。相対的に言えば、次々に撮影される多くの狭い垂直の「写真」です。

これがまさに私たちが必要とするものです！

これから必要な情報を抽出する方法を理解することは残っています。

カメラのカーテンの動きが非常に遅いため、この間にフレームが2回ではなく3回変化すると仮定します。



-> ->



この場合、写真では成功していました。







さて、今、関連イベントの時間を決定するために自分自身をアタッチできる参照ポイントがあります。



ある時点で画面上の四角形に変更があり、さらに16.7ミリ秒後に逆の変更が発生したことがわかります。



したがって、画像の任意の水平方向で、黒から白へ、および白から黒への長方形の輝度の変化の開始点間の距離は、正確に16.7ミリ秒です。



明るさの変化の始まりを判断するのが難しい場合、他の特性ポイント、たとえば、グラデーションの明るさが上下のストリップで一致するポイントを基準ポイントとして選択できます。



これで、写真のどの距離が16.7ミリ秒の期間に対応するかがわかりました。







簡単にするために、画像を同じ幅の従来のタイムゾーンに垂直に分割します。



上記のケースでは、16.7ミリ秒の期間が13のタイムゾーンを占めることが判明しました。 この場合の決定の小さな誤差は、ミリ秒の何分の1かになるため、ひどいものではありません。



したがって、1つのタイムゾーンは約1.25ミリ秒に相当します。



それでは、すべてが簡単です。



前面の水平方向の長さを白から黒（BtW）および黒から白（WtB）で測定します。



この場合、それらは一致し、約4つの垂直時間帯、つまり約5ミリ秒の長さを持ちます。

記事のタイトルで形成されたタスクは解決されました！

真実は理論的には紙の上にあります。 作業に使用するテスト素材を作成し、同様の画像を作成するための機器を選択することが残っています。



最初のものでは、すべてが非常に簡単です。







オフライン表示用のシンプルなビデオを作成しましょう*上の写真のように、垂直方向に交互に黒と白のストライプがあり、1秒あたり60フレームの頻度でのみ。 16.7ミリ秒ごとに、水平バーが1ステップ下にシフトすることは簡単にわかります。 ほとんどのディスプレイでは、黒から白への応答時間が白から黒よりもはるかに長いため、各水平方向のテストのストリップは1つではなく、3つ後（1つは黒、3つは白）に切り替わります。 したがって、2つの水平線ではなく、4つの水平線を取得しました。 したがって、画面上の各瞬間に、黒と白のストライプが1つあります。



さて、そして便宜上、欠陥のある画像を見つけやすくするために、2つの同一のテストゾーンが1つずつ作成されました。



写真では、それらはまったく同じであることが判明するはずです（ただし、モニターのフレームスキャンによるわずかな水平方向のずれを除いて）。



しかし、画像のバイアスが非常に大きい場合、または上部と下部のテストゾーンのストリップの長さが一致しない場合は、何かがおかしくなりました（たとえば、写真がモニターのフレームを変更する失敗した瞬間に来た）、そのような画像は拒否されなければなりません。



その後の分析を容易にするために、ビデオクリップは垂直方向に50のタイムゾーンに分割されます。 縦縞の組み合わせ、明るい/暗い灰色（10％/ 90％）。 これはまた、写真のさらなる作業を促進するはずです。 撮影時には、すべてのゾーンがフレームに収まる必要はまったくありません。 40、30、さらには20のゾーンを削除できます。 同時に、写真に整数のタイムゾーン（37.5など）がなくても怖くない-これは精度に影響せず、タイムゾーンの相対的な幅からミリ秒への変換係数が異なるだけである。

• 小さな追加
  
  1フレーム中に白から黒に切り替える時間がない非常に遅いマトリックスのモニターがある場合は、 このビデオを使用してみてください。 ここで、サイクルは6フレームかかります。 上部の6つの「シングルフレーム」ストリップを使用してフレーム上の基準点を決定し、下部の2つの「3フレーム」ストリップを使用して「遅い」LCDマトリックスを備えたモニターの応答時間を測定できます。 もちろん、撮影時にはもう少し結婚が必要になります（下側のストライプに遷移全体が見える画像を選択する必要があります）が、白から黒までの長い応答時間でモニターをテストすることが可能になります。

さて、今質問に

何を撃ちますか

前述したように、フォトフレームの長さはディスプレイ上のフレームの長さよりも長くする必要があります。 DSLRおよびその他のカーテンシャッターカメラの場合、フォトフレームの長さは同期速度にほぼ等しくなります。



そして、ここで最初の待ち伏せは私たちを待っています：現代のカメラには非常に短いものがあります。 同期速度、1/60秒よりはるかに短い。



古いソビエトZenit Eは理想的にはここに収まりますが、残念ながらデジタルではありません。



しかし、すべてが失われるわけではありません-同様の写真を高速シャッター付きカメラで撮影できますが、特定の機能があります。 ただし、これについては次の記事で説明します。



さらに、最新のDSLRでは通常、ビデオを撮影する可能性があるため、CMOSマトリックスを使用してズームする場合は、このモードを使用できます。 主なことは、ビデオモードが非常に高速ではないことです-1秒あたり30フレーム以下です。 まあ、そしてビデオの解像度は自然に最大値を選択する必要があります。 まず、最高品質のフリーズフレームを取得し、次に電子シャッターを可能な限り遅くします。



ビデオカメラの場合と同じ要件：この場合、1秒あたり30フレーム以下の最大ビデオモード、CMOSセンサー、および電子シャッターに適している必要があります。 ビデオカメラが写真を撮るときに電子シャッターも使用する場合は、このモードも試してください。



そして最後に、通常は真面目な仕事には適さないと考えられているデジタルカメラ、スマートフォン、および同様のデバイスがここで完璧になります。



要件は同じです：CMOSマトリックス、および電子シャッターの非常に遅い動作。



確かに、もう1つの重要な要件があります。これにより、デジタルダストディッシュの半分がすぐに排除されます。シャッタースピードシューティングは、少なくとも1/500〜1/1000秒、できればさらに短くする必要があります。 結局、1/1000秒は1ミリ秒です。 測定したいLCDモニターの応答時間に匹敵します。 1/500を超えるシャッタースピードで撮影することは、1/30を超えるシャッタースピードでアクティブな子供を撮影することと同じです。 もちろん、シャッタースピードが長いものを見ることができますが、この場合、シャッタースピードが短いほど、結果がより正確になることに留意する必要があります。





これは、射撃のための機器の相反する要件です。



しかし、それにもかかわらず、このテストに適した写真機器を見つけることができます。 たとえば、 Samsung Galaxy S GT-I9000スマートフォンのカメラの作者は、この記事の作者にとって非常によくやった。



TN BenQ M2700HDマトリックスを使用してモニターの応答時間を決定してみましょう。



テストの前に、モニターをウォームアップし、白黒用に適切に調整する必要があります。 これは、たとえばLCDプログラムVs_monを使用して実行できます。 黒と白のレベルが正しく調整されていない場合、応答時間テストで対応するエラーが発生します。 むしろ、テスト結果は正しくなりますが、レベルが正しく設定されていません。



可能な限り速いシャッタースピードを得るには、撮影時に最大光感度（この場合はISO 800）を設定する必要があります。 同じ目的で、PWMバックライトの影響を減らすために、テスト中に可能な限り最大の輝度でモニターを調整することをお勧めします。



そのため、ウィンドウモードでビデオの無限の再生を開始し、いくつかのスクリーンショットを撮ります。



通常、電子シャッターは画像の短辺に沿って「移動」するため、カメラを画面の前に配置して、ポートレートショットを取得します。











Samsung Galaxy S GT-I9000スマートフォンカメラで撮影したBenQ M2700HD TNベースのモニターのスクリーンショット。上記の画像は、入ったプレーヤーのウィンドウの幅は異なりますが、LCD画面上のフレームに対応する線の性質はまったく同じであることを明確に示しています（もちろん、スケールを除いて）。どちらの場合も、これは、モニター画面の次のフレームに対応しています。モニターのフレームレートは60ヘルツ（16.7ミリ秒）だったため、フレームに4つの水平ストライプが存在することから、このカメラの電子シャッターの合計応答時間は約65ミリ秒であると結論付けることができます。



















任意のフレームがさらなる分析に適しています。

しかし、モニターマトリックスのラスターは2番目の画像で既に識別可能であるため、最初の画像を検討します。

わかりやすくするために、フォトエディターで画像がわずかにぼやけており、10％白から90％黒、90％黒から10％白のフレーム時間と応答時間に対応する条件マークが適用されます（垂直線がこのような陰影で作られている理由は明らかです） ）

1. 画像フレーム（16.7ミリ）の長さは約13垂直時間おとりことがわかるS Xゾーンを。
2. したがって、一度としてピクチャにおけるIゾーンは長さが判明1,285ミリ秒
3. 白から黒への応答時間は、約1時間かかり、Y番目のゾーン、すなわち 約1.3ミリ秒。
4. 黒から白への応答時間は大幅に長くなります。これはTNマトリックスに一般的です。この場合、（「消失」縦縞に見える）を白色の10％減少は約3時間かかったS Eゾーン、すなわち 4ミリ秒。

モニター設定でオーバードライブを有効にすると、黒から白への応答時間が大幅に短縮されます。

したがって、記事のタイトルに設定されたタスクは、理論だけでなく実際にも解決されます！

以前のテストでは、モニターの輝度を最大に近くし、白黒レベルを最適に調整しました。ただし、モニターは通常、はるかに低い輝度で動作し、ユーザーは通常、残りの設定を個別に選択します。そして、これにより、テスト結果が大幅に変わる可能性があります。「オフィス」の運用設定中



に、同じBenQ M2700HDモニターの応答時間を確認してみましょう（低輝度、黒と白のレベルは、ハイライトとシャドウのすべてのミッドトーンを区別するために調整されます）。





オーバードライブはオフです。



黒から白への応答時間はほぼ20ミリ秒に増加しました。複数のフレームになりました。これが、テストビデオで1つの黒フレームと3つの白フレームが交互に行われた理由が明らかになる場所です。この場合、これはライトのすべてのハーフトーンを区別できるキャリブレーション料金です。



「オフィス」アプリケーションの場合、これは恐ろしいことではありませんが、「映画」および特に「ゲーム」アプリケーションの場合、「ゴースト」または「シャドウ」がコントラストの高いオブジェクトの背後に現れ始めたら、ライト（シャドウ）の1つまたは2つのグラデーションを犠牲にする価値があります。それらを取り除くために。



さらに、異なる怒りの垂直にかすかに色付けされた縞が画像にはっきりと見えます。これは、不完全な電力で動作するCCFLランプの輝度が低下するため、PWM制御を備えた明滅するバックライトです。残念ながら、これは快適な明るさの代償でもあります。このモニターの「鉛筆テスト」はコメントなしで合格するため、実際にはすべてがそれほど怖いわけではありません。





オーバードライブはオンです。



黒から白への応答時間は最大輝度時とほぼ同じでしたが、切り替え後はストリップが白い背景よりも白くなっています。これは、オーバードライブ表示モードのアーティファクト特性であり、キャリブレーションの特性により明らかになります。

結論にいくつかの言葉

もちろん、この手法はLCDモニターの専門的なテストにはほとんど適用できず、その結果は記事の冒頭で示した手法よりも正確ではありません。しかし他方では、特別な機器を使用することなく、そのようなテストを独立して実施することが非常に簡単になり、テスト結果は非常に明確です。これは、既存のモニターまたはテレビをセットアップして調整するとき、または新しいモニターまたはテレビを入手するときに非常に役立ちます。