投影機對比值的疑惑

投影機與對比值
評價投影積及畫面的標準中，對比值並不是唯一用來做判斷的數據，就家庭劇院的投影機來說，對比、輸出亮度、採用的鏡頭、燈泡、支援的 I/O 介面、
解析度、畫面均勻度、影像處理迴路、演色性、採用的投影技術等等，甚至品牌，都會在消費者心中對投影機的評價產生影響。

廠商對投影機對比值的重視，是在單槍投影的出現後開始的，進而產生了競賽，各廠商除了盡力改進其所採用的投影技術及光學系統以增加對比，
每家在廠內量測對比時，皆會採用對其投影系統最適合的方法及數字。

就廠商在規格表上標的“對比”值並沒有人去規範一套標準的量測準據，雖然規格表上標的對比值指的通常是所謂的 Full On/Off 對比（全黑、全白畫面的對比）。
許多廠商都會使用一些〝撇步〞把這個數值變高，並將此對比值拿來用以行銷，而造成許多消費者把對比當成選擇或評估投影機的唯一標準。

投影機的原生對比度、亮度（包括投影機的輸出及從銀幕反射回來的亮度）、銀幕的增益值、及投影的距離和期望的畫面大小、環境的亮度及反射．．．等等，皆為影響實量對比值得變數。

在對比值掛帥的時代，許多消費者甚或店家，多不知道如何運用實量的規格來選擇適合自己環境的投影機了。


對比的疑惑
我們先來看看目前常聽到的各種對比的種類及其代表的意義及如何來運用對比值：

1. FOFO Contrast Ratio:
一般廠商標示的或大家在討論的對比值，通常是所謂的 Full On Full Off Contrast Ratio（以下簡稱 FOFO），是用全畫面的全黑及全白的兩個畫面量測出來的對比值，
代表的就是這台投影機〝白〞可以到多亮、〝黑〞可以到多暗。

2. Intra-Image Contrast Ratio:
另一種對比就是所謂的〝畫面〞對比，Intra-Image Contrast Ratio，是取〝單一〞畫面中的最暗的部份及最亮的部份所量測的對比。
而大家也常講的 ANSI Contrast Ratio 是一種被標準化的量測方法所產生的數值，也被業界普遍採用。

3. ANSI Contrast Ratio:
量測 ANSI C/R 時，是以 4 X 4 黑、白相間的西洋棋格狀圖形（Checkerboard）來量測，是〝畫面〞對比中最嚴苛的量測方式。
投影機的燈泡投射出來的光線經過投影機的光學系統及顯示元件，光線會在光學系統中產生散射及漫射的現象，讓這樣的圖形該黑的部份，
泛著一點亮度，而全白的部份變成有一點灰，故 ANSI Contrast Ratio 通常沒辦法像 FOFO Contrast Ratio 般動輒上萬，往往僅有三位數。


FOFO 對比和 ANSI 對比各代表著不同的意義
近來的1080p投影機（特別是採用 LCoS 和 LCD 技術的機種）多以超高的 FOFO 對比值為特色。 採用 DLP 技術的投影機也不惶多讓，至少也要標個一萬的對比，
因為顯示元件特性及光學系統較簡單的原因，DLP 的投影機往往有較好的 ANSI 對比值。

FOFO 對比對家庭劇院投影機來說，代表的意義大多在黑、暗階的表現。在一樣的輸出亮度及調整條件下，有 20,000:1 FOFO 對比值的投影機投出來的全黑畫面，
一定比僅有 2,000:1 FOFO 對比值的投影機投出來的全黑畫面來的黑。2,000:1 投影機的〝黑〞比起 20,000:1 的投影機的〝黑〞在銀幕上比起來，就會比較像〝暗灰色〞。

FOFO 對比大的投影機對於畫面中階調層次的表現較有助益，特別是電影訊源暗場較多的影片更顯得重要。而從量測方式中我們可以了解到 ANSI 對比代表的是在同一畫面中黑
（或暗場）的部份受到其旁邊白色（或亮場）影響的程度，比較像是是黑到白或白到黑的轉換〝純度〞的觀念。


ANSI 對比越高表示在一畫面中，某一部份暗場的階調，較不易受到其旁邊亮場畫面的影響，可以顯示出應有的黑或灰。故量測ANSI對比的環境要求很高，
往往需要在伸手不見五指的環境才會有準確的數字。故單純由ANSI對比值的數字來看，人們會認為 ANSI 對比值較高的投影機會有較好的立體感與景深感。

因人們在用投影機觀賞影片時，對畫面對比的感受是由一連串單一的畫面所組成，故在談論各種對比值對畫面的意義時，
我們應該用〝畫面〞對比（Intra-Image Contrast) 來評量實際播放時畫面對比的高低，而不是用 FOFO 對比
（在實際的觀賞經驗中，畫面很少會從全黑突然轉到全白或全白突然轉到全黑吧！ 而且一黑ㄧ白閃來閃去產生的對比感對大家應該沒什麼意義。）

然而就量測 ANSI 對比的圖形來看，他代表的只是各種〝畫面〞對比的一種狀況，白的佔50%、黑的佔50%。但在實際的觀賞經驗中，有多少時候畫面中的黑、白會比比相鄰，還各佔50%呢?

正因 ANSI 對比是一種〝畫面〞對比，在實際的觀賞中，〝畫面〞對比的組合是千變萬化的，亮、暗場景及物件的位置也不是一成不變，
僅用50%：50%的圖形量測到的值來作判斷也不能完全有代表性。


我們舉個例 ，假設現在有兩台投影機 ...
(兩台的假設皆參考實際市售機台的量測值，價格剛好差不多，B 比 A 貴一些)

A: 是高 FOFO 對比的機型 - FOFO 對比為：12,000:1、ANSI 對比為：350:1
B: 是高 ANSI 對比的機型 - FOFO 對比為： 4,000:1、ANSI 對比為：650:1



如果我們用電影蜘蛛人變成黑色的時候，當他倒吊在黑暗的大樓前的畫面的場景來舉個例子，在這樣幾乎全是暗場的畫面中，我們用上述兩台投影機來看，整個畫面比較起來，
A 應該會較佔優勢，兩機一比，B的整體暗場畫面會較 A 浮一些，但如果畫面中出現較大片的燈光或鏡頭帶到遠處較亮的一片天空時，我們就可以感覺出來，
B 的明暗對比會較佳，明暗交接處也會較明顯，換句話說就是轉的比較乾淨。當然，這也不過是一個例子而已，我現在沒辦法把各種可能的畫面一個一個的叫出來測。

故網路上有人做了一個 Checkerboard Contrast Calculator 來模擬在不同的黑、白、灰階的組合下所能得到的〝畫面〞對比。

我們將 A、B 兩台投影機的實量數字套到以下的Checkerboard Contrast Calculator：
http://home1.gte.net/res18h39/contrast.htm

假設設定的 Gamma 為2.2，房間的反射增益為 0.01，用投影機來投ANSI的棋盤（Checkerboard pattern）畫面，
在Checkerboard的百分比中我們填入：1、5、10、30、50、80、及100（這些數字代表Checkerboard中白色部份訊號的強度，100為全白、30為暗灰，依此類推。）


所計算出的畫面對比值各為：

A:
1% : 3.14
5:%: 22.45
10%: 54.26
30%: 107.26
50%: 116.33
80%: 119.62
100%: 120.36

B:
1%: 2.13
5%: 11.24
10%: 30.66
30%: 106.15
50%: 135.92
80%: 149.99
100%: 153.33



兩者在各階對比的差異百分比為：
1%: 46.9%
5%: 99.7%
10%: 76%
30%: 1%
50%: -14.4%
80%: -20%
100%: -21.5%


我們可以看到，A 在棋盤圖形的白色部份變暗了以後（模擬暗場較多的畫面），Checkerboard 的畫面對比（Intra-Image Contrast Ratio），從 30% ~ 1% 就會高於B，
而 B 在亮場較多較亮的場合（30% ~ 100%）畫面中對比會較佔優勢。ANSI 對比高的投影機在大部分的場合中的畫面對比皆有較好的表現。

可是從兩者的差距來看 A 型的投影機在暗場較多的畫面具有更明顯的優勢，在 1% 、5%、10% 各為 46.9%、99.7%、及76%，
而 B 型的投影機在明暗對比較大的畫面，雖有較好的對比，兩者相對的差距卻頂多在 20% 左右。在亮場 20% 的對比差異在人類眼睛看起來較不明顯。

另外從這個模擬我們也可以看出來，ANSI 對比高的機型相對的對環境的要求也較高。當我們試著把 Room Gain 調高時， B 型投影機的優勢也就漸漸消失了，
A 型的投影機相對的還是能維持在暗階的優勢。B 的高 ANSI 對比則要在全黑的環境才能顯現。

從上面的說明我們可以知道，FOFO 對比和 ANSI 對比其實各自代表著不同層面的意義，數字好並不代表絕對的優勢。當我們在客觀的評估或選擇一台投影機時，
實測的數據、測試時訊源的內容、投影機當時的調整及設定、銀幕的增益，都會成為影響對比的因素。

從技術層面來看，LCoS 及 LCD 型的投影機要去增強 FOFO 對比較為容易，想去增加 ANSI 對比，會受到顯示晶片上液晶反應特性的影響而受限較多，成本也較高。
透過 FOFO 對比的增加，產生出來的數字效益也較大（平均一年多則增加一倍，少則30% ~ 50%，增加ANSI可沒那麼容易），這是大部分廠商只標FOFO對比的原因，
也是近年來大部分的廠商一直往提高 FOFO 對比努力的原因吧。