(2009 május)
A képet – így a vetített képet is –, illetve a leképező, képalkotó, képátviteli, képrögzítő stb. eszközöket jellemző egyik legizgalmasabb, ám gyakran félreértett és félremagyarázott fogalom a felbontás (felbontóképesség, régiesen: feloldás). A gyenge felbontás, azaz a finomabb képrészletek összemosódása – bármi is okozza ezt a KÉPFELVÉTEL – TOVÁBBÍTÁS – FELDOLGOZÁS – RÖGZÍTÉS – MEGJELENÍTÉS láncban – az „életlenség” érzetét kelti a nézőben (persze a nézési távolság függvényében), ezért általánosságban kívánatos a minél nagyobb felbontás a lánc végén megjelenő képet tekintve, az ésszerűség határain belül. Az „ésszerűség” itt a szemünk korlátainak figyelembe vételét jelenti. Az elérhető felbontást a leggyengébb láncszem határozza meg, azaz az, amelynek a legkisebb az információáteresztő képessége.
A filmeseknek ebből a szempontból kezdettől fogva szerencséjük volt, mert a film hordozóra felvitt fényérzékeny vegyületek igen finom struktúrája már a korai időszakban lehetővé tette nagy méretű kép vetítését egy kicsiny képkockáról. A képhordozó anyag felbontóképessége ugyanis kellően nagy volt ahhoz, hogy ne zavarja a nézési élményt a mozikban, még viszonylag kis nézési távolságból sem (pl. a vászon szélességének kétszerese). Nem így a televízió és a videó! Sajnos a technikai lehetőségek és a tradíciók miatt ötven éven át gúzsba kötött felbontási szabványok, ezzel együtt a korlátozott képméretek nem tették/teszik lehetővé otthonainkban a kb. egy méternél nagyobb televíziós kép viszonylag közeli nézését. A kis felbontás miatt ugyanis – bár annak idején ezt nagy felbontásnak tartották – a zavaró sorstruktúra és a kép „életlensége” már viszonylag nagyobb távolságból is látható volt (és ma is az). Csak napjainkban érkezett el az ideje annak, hogy a dolgok a „helyükre kerüljenek”, és végre a digitális projektorokkal is a filmhez hasonlítható élményben lehessen részünk a nagyfelbontású televíziónak (HDTV) és a nagyfelbontású egyéb képforrásoknak köszönhetően. A projektor kellően nagy saját felbontása „csak” az egyik, de elengedhetetlen feltétele a jó minőségű vetítésnek.
A felbontás fogalma a fotózásban, a csillagászatban, az optikai eszközök világában, a filmtechnikában, a televízió-technikában – és a digitális vetítéstechnikában is – mindennapos, széles körben ismert. Zavaró körülmény azonban, hogy pl. az optikai eszközök, az álló- vagy mozgókép, a képátviteli, képfeldolgozó vagy megjelenítő eszközök stb. felbontását (felbontóképességét) más-más módon mérik, és más-más mértékegységekben fejezik ki.
Szerencsére biztos kiindulópont, hogy minden kép „végállomása” a szemünk, ezért a téma nem kezdődhet mással, mint a szemünk, és a szemünk „meghosszabbításaként” használt optikai eszközök felbontásának értelmezésével.
A szem felbontóképessége
A legegyszerűbb esetben a valóság és a szemünk között nincs semmilyen mesterséges eszköz, a kép kialakulásának első helye az ideghártya vagy retina, kiértékelését pedig az agyunk végzi. Ilyenkor a szemünk felbontóképessége szab határt annak, hogy adott távolságból a valóság mely részleteit tudjuk megkülönböztetni, elválasztani egymástól. Egyszerű vagy bonyolultabb optikai eszközökkel a szemünk képességeit megsokszorozhatjuk, pl. egy jó távcsővel tőlünk nagyon távoli tárgyakat is felismerhetünk, vagy egy mikroszkóppal nagyon finom részleteket megkülönböztethetünk egy nagyon apró objektumon. Mindez azért lehetséges, mert ezeknek az eszközöknek a felbontóképessége sokkal nagyobb, mint a szemünké.
Más esetekben a szemünk egy már létrehozott képpel kerül kapcsolatba, vagyis a szem egy képről „készít” képet. Egy fotó vagy egy film nézésekor a valóságot már egy képre rögzítettük, amelynek – ha mégoly nagy is – nem végtelen nagy a felbontása. Ez a véges felbontás pedig határt szab annak, hogy milyen távolságból keltheti a valóság illúzióját a szóban forgó kép. Itt tehát már szerepet kap a kép felbontásának és a szem felbontóképességének viszonya. Belátható, hogy azt szeretnénk: a kép (papírkép, film, televíziós kép, illetve képernyő, projektorral vetített kép stb.) felbontása akkora legyen, hogy kisebb részleteket is meg tudjon jeleníteni, mint amekkorákat adott távolságból a szemünk meg tud különböztetni egymástól! Csakis ekkor nem fogjuk ugyanis zavarónak érezni egy abszolút értelemben nagynak mondható felbontású kép relatíve korlátos felbontását.
Lássuk tehát a szem felbontóképességét, mégpedig számszerűen! Ezt nagy létszámú csoporton végzett vizsgálatok eredményeként határozták meg, és általánosan elfogadott értéke egészséges ember esetében, az ideghártya legérzékenyebb területén 1 ívperc, másképpen írva 1’ (az 1 fok 60-ad része). (A szakirodalom egy része 1’ és 2’ közé teszi a szem felbontóképességét, hiszen függ a kortól, fáradtságtól, lelkiállapottól stb., de ezektől függetlenül is vannak egyéni eltérések. A továbbiakban az egyszerűség kedvéért maradjunk az 1’-es értéknél.) Ez azt jelenti, hogy akár közelről, akár távolról nézünk valamit (mondjuk egy képet), két egymáshoz közeli képelemet (pl. vonalat vagy pontot) akkor tudunk megkülönböztetni egymástól, ha közöttük legalább egy szögpercnek megfelelő távolság van. Közelről nézve ez kis távolságot jelent (a milliméter törtrészét), nagyon messziről nézve akár centiméterekben mérhető. Egy jobb távcső felbontása akár 1 ívmásodperc (1”) is lehet, azaz hatvanszor akkora, mint a szemé. Egy ilyen távcsővel ugyanolyan távolságból 60-szor közelebbi részleteket tudunk megkülönböztetni, mint a szemünkkel. Azt, hogy ez így van, az átmérőbeli különbség okozza. A szemlencse akkora, amekkora, a távcsövek ellenben nagyon nagy átmérőjűek is lehetnek a rendeltetésüknek megfelelően.
A fentiekhez hozzá kell tennünk, hogy a szemünk felbontóképességéről beszélve mindeddig fekete képelemekről beszéltünk fehér háttérben (vagy fordítva), pl. fekete-fehér vonalpárok sorozatáról. A szem színfelbontó képessége lényegesen kisebb, mint az említett 1’ (azaz az ívpercekben kifejezett érték nagyobb). Érthetőbben szólva, ha nem fekete-fehér, hanem színes képet szemlélünk, az egymás melletti apró színes részleteket sokkal kevésbé tudjuk egymástól megkülönböztetni, mintha fekete-fehérek lennének, de ez sok mindentől függ. Két szín ugyanis különbözhet egymástól a színezetében, a telítettségében (ugyanaz a szín) és a világosságában is, vagy általánosságban mindháromban. Pl. beszélhetünk az egymáshoz közeli különböző "színpárok" felbontásáról, amelyekre nem ugyanolyan a szem felbontása. A vörös-cián komplementer színekre pl. nagyobb, mint a kék-sárga komplementer színpárra. Vagy vizsgálhatjuk azt is, hogy ugyanannak a "színnek" (azaz, ha a jellemző hullámhossz ugyanaz) a telítettebb és a telítetlenebb árnyalatát mennyire képes a szem megkülönböztetni adott távolságból. A helyzetet bonyolítja egy valódi kép nézésekor, hogy maguk a színes képrészletek rendkívül eltérő világosságértékeket hordozhatnak. Mindenesetre a szemnek ezt a tulajdonságát - a kisebb színfelbontó képességét - pl. a színes televíziós átviteli rendszerek kifejlesztésekor - messzemenően kihasználták.
Képek felbontása
De lépjünk tovább! Hogyan fejezhető ki és hogyan mérhető a képek felbontása? Kis túlzással azt mondhatnánk, hogy ahány területen képpel dolgoznak, annyiféleképpen. A nyomdatechnikában a hosszegységre eső pontok számát mérik dpi-ben (dot per inch, azaz az 1 hüvelyk hosszúságra eső képpontok száma). A fototechnikában a film (és a papírkép) felbontását vonalpár/mm-ben fejezik ki (lpmm). Egy mai színes filmanyag tipikus felbontása kb. 100 vonalpár/mm, ennyit képes megkülönböztetni. A mérés maga egy növekvő sűrűségű vonalpár-sorozatból álló struktúra lefényképezésével és előhívásával, majd kiértékelésével történhet.
Digitális fényképek, illetve képérzékelők esetében megint más a kifejezés módja. Itt a felbontást alapvetően a képérzékelő elektronikus eszköz felbontása határozza meg, ezt pedig pixel/mm-ben, vagy gyakrabban a teljes képfelületre vonatkoztatott pixelszámban (példa: 3888 x 2592 pixel egy 10,1 megapixeles, 3:2 formátumú képérzékelő esetében) szokás megadni. Ha a pixel/mm értéket össze akarjuk hasonlítani a vonalpár/mm-rel, az előbbit el kell osztani kettővel, ugyanis egy vonalpár (fekete és fehér vonal egymás mellett) két pixelsorból áll össze. Ezek szerint tehát, ha az említett 10,1 megapixeles digitális kép egy APS-C szenzoron keletkezett (ennek szélessége 21,5 mm), akkor a felbontás kb. 180 pixel/mm, ez pedig 90 vonalpár/mm-rel egyenértékű, ami még mindig kisebb, mint a példaként említett film felbontása.
Mivel a valóságban nem a filmkocka vagy a képszenzor felületét szoktuk nézegetni (és ez a mozgóképre is vonatkozik), hanem ezek valamilyen módon és mértékben felnagyított képét, a kép részletgazdagságának („élességének”, részletfinomságának) megítélése szempontjából az a meghatározó, hogy hogyan viszonyul egymáshoz a kép tényleges fajlagos felbontása és a szemünk felbontóképessége – ez pedig egyértelműen a nézési távolság függvénye. A felbontásadatok tehát „csupán” kiindulópontként szolgálnak a szemlélt kép minőségének értékelésekor.
Mellesleg a szem és az optikai eszközök felbontásának szögértékkel való megadása azért kényelmes, mert ez az érték a nézési távolságtól független. Ha pl. vonalpár/mm-ben adnánk meg (mint a filmnél), akkor mindig hozzá kéne tennünk, hogy milyen nézési távolság tartozik ehhez. Vegyünk egy példát! 10 m távolságból szemlélve egy nagy képet, az 1’-es felbontóképességből kiindulva egyszerű számítással eljuthatunk ahhoz, hogy a szemünk kb. 3 mm-nél közelebbi részleteket már nem tud megkülönböztetni (bár a szemünk így is egy csodálatra méltó „eszköz”). Sőt, ha nem fekete-fehér, hanem színes képrészletekről van szó, akkor ez az érték lényegesen kisebb is lehet, attól függően, hogy konkrétan milyen, mennyire telített és milyen világosságú színekről van szó. Ha közelebb megyünk, mondjuk 1 m-re, akkor viszont még a 0,3 mm-nél nem közelebbi részleteket is szépen el tudjuk választani egymástól stb. Ebből következik, hogy egy általában messziről nézet plakát vagy moziban vetített kép felbontása sokkal kisebb lehet, mint pl. egy közelről nézett, levelezőlap nagyságú fotóé. Ez tényleg így van? Igen is, meg nem is. Ugyanis itt kell megállnunk, és tisztáznunk, hogy a képek felbontásának fentebb már érintett kétféle megadási módja egymástól teljesen eltérő értelmezést takar. Az egyik a hosszegységre vonatkoztatott, más szóval fajlagos felbontás, pl. vonalpár/mm (lpmm), képpont/hüvelyk (dpi) stb., a másik pedig a kép teljes szélességére és magasságára (ha téglalapról van szó) vonatkoztatott felbontás, amit A x B képpont (teljes pixelszám) formában adnak meg, esetleg külön a teljes kép szélességére és magasságára (vízszintes, ill. függőleges felbontás). Ha a kettőt összekeverjük, komoly bajba kerülhetünk. Ugyanis az előző példában említett kisméretű papírkép és nagyméretű plakát képpontszáma, így teljes felbontása lehet ugyanakkora, a mondjuk dpi-ben vagy lpi-ben kifejezett fajlagos felbontás viszont nagyon eltérő.
Még egy másik, látszólag zavaró momentumra felhívnám a figyelmet. Az angol resolution és definition elnevezések jól tükrözik azt a kettősséget, ami a felbontás értelmezésének hátterében meghúzódik, és amibe látásunk szubjektivitása is belejátszik. A resolution kizárólag a mérhető fizikai mennyiségre használt szó, feltételezi, hogy megfelelő módszerrel a felbontást számszerűen meg tudjuk határozni, még akkor is, ha a szemünket használjuk „mérőeszközként”. A definition kifejezés viszont inkább egy kép nem számszerűsített részletfinomságára, az apró részletek jó megkülönböztethetőségére utal, azaz a szubjektív érzékelés felől közelíti meg a felbontást. Ennek ellentmond az, hogy a nagyfelbontású televíziót high-definition television-nak nevezik, ugyanakkor szabványosított felbontás-értékeket rendelnek hozzá (1080 x 1920, 1280 x 720). A magyarázat talán az, hogy a televízió hőskorában az egyre jobb felbontású rendszereket „high-definition”-ként emlegették (a korábbi, sokkal kisebb sorszámú, pl. mechanikus rendszerekkel összehasonlítva), így az elnevezés történelmi okokból maradhatott meg. A következetes és helyes elnevezés – ha már lefektetett, szabványosított, konkrét felbontásértékekről van szó – inkább a high-resolution television lenne.
A videokép felbontásának mérése
A videokép (televíziós kép) felbontását a leggyakrabban tesztábrákkal (resolution test pattern, resolution chart) szokás vizsgálni. A tesztábra lehet egy fizikailag is elkészített tábla, amelyet pl. a vidokamera elé helyeznek, a legtöbb esetben azonban (ha nem kifejezetten a kamera felbontására vagyunk kíváncsiak) elektronikusan generált mérőábrákat használnak. Ezeket a lánc valamely pontján (pl. a TV-adóban, vagy egy DVD lemezről stb.) beadva, kiderül, hogy a lánc végén található megjelenítőn mekkora lesz a felbontás: az ábráról ez közvetlenül leolvasható a sorok (vonalak) számában kifejezve. A kiértékelés történhet egyszerűen a szemünkkel, de ma már inkább számítógép látja el ezt a feladatot.
A legismertebb felbontásmérő és beállító ábra, az EIA-1956 Resolution Chart
Itt két dolgot kell szem előtt tartani: az egyik, hogy a fekete és fehér vonalak külön-külön értendők, pl. a 400 sor (vonal) azt jelenti, hogy 200 fekete és 200 fehér sor (vonal). A másik, hogy a leolvasott érték a kép magasságára vonatkozik nemcsak a függőleges, hanem a vízszintes felbontás esetében is. Tehát ha a még megkülönböztethető függőleges vonalak számát leolvassuk a képről (legyen ismét 400 vonal), és a teljes képszélességre vonatkoztatott vízszintes felbontásra vagyunk kíváncsiak, ezt meg kell szoroznunk a képformátum (apect ratio) értékével. 4:3-as képnél tehát ez esetben a vízszintes felbontás 533 vonal lesz, 16:9-es képnél pedig 711 vonal.
Ne keverjük össze a leírt felbontásmérés eredményét a megjelenítő eszköz felbontásával! Ez utóbbi, akár analóg, akár digitális eszközről van szó, konstrukciós „adottságot” jelent, vagyis a gyártástechnológia és/vagy a szabványok által meghatározott értéket. Pl. egy plazmatelevízió vagy egy projektor felbontása egyszerűen az eszköz függőleges és vízszintes pixeleinek számával meghatározott számérték. Ugyanakkor azonban ez az adat behatárolja az elérhető legnagyobb képfelbontást is.
Különféle formátumú képek, köztük a 16:9-es HDTV kép felbontásmérésére alkalmas mérőábra
A mérőábrákkal való felbontásmérés hátránya a videokép esetében az, hogy statikus képet (állóképet) használ, és bár számszerű eredményt kapunk, a valódi mozgókép érzékelt felbontása ennél akár jóval kevesebb is lehet. Az, hogy mikor és mennyivel kevesebb, és mindez mi mindentől függ, ma is heves viták tárgya, és a válasz szétfeszíti ennek az írásnak a kereteit. A téma azonban annyira izgalmas, hogy mindenképpen visszatérünk rá.
A vetített kép felbontása
Térjünk végre rá a minket leginkább érdeklő kérdésre: mi határozza meg a vetített kép felbontását? A helyzet azért sajátságos, mert a megjelenítésnek két, elválaszthatatlanul összetartozó, de fizikailag elváló része van: a projektor és a vetítővászon. Természetesen mind a kettőnek meghatározott felbontása van (és most a képforrás felbontását egyelőre nem is vesszük figyelembe). A vetítővászon (ernyő) felbontását anyagának struktúrája határozza meg, amely a gyakorlatban messze finomabb annál, minthogy a projektorral megvalósítható felbontást egyáltalán befolyásolni (rontani) tudná. Tehát a vetítőernyő az esetek túlnyomó többségében „nem szól bele” a kép felbontásába – bár sok minden mást befolyásolhat.
A vetített kép felbontását elsősorban és alapvetően a projektor saját felbontása – a képalkotó vagy képmodulátor eszköz, LCD, DLP vagy LCoS chip felbontása – határozza meg. A képforrás annyiban változtathat a helyzeten, hogy ha kisebb a projektorba küldött kép felbontása, mint a projektor saját felbontása, akkor ez behatárolja a vásznon megjelenő kép felbontását, annak ellenére, hogy a képet a projektor a saját felbontására méretezi (felskálázza). Ha fordított a helyzet, a projektor a beadott képet akkor is átméretezi (leskálázza) a saját felbontására – már amennyiben erre képes. A kép felbontása azonban így kisebb lesz, mint a képforrásé
A mai korszerű projektorok saját felbontása nagyon széles határok között mozog. A legegyszerűbb és legolcsóbb hordozható gépek saját felbontása 800 x 600 (SVGA) vagy 854 x 480 (WVGA), a HD házimozi projektoroké 1280 x 720 (WXGA) vagy 1920 x 1080 (Full HD), de digitális mozivetítéshez vagy speciális célokra vannak ennél nagyobb felbontású vetítők is. Pl. a mostanában elterjedőben lévő professzionális „4K” projektorok saját felbontása 4096 x 2160 pixel.
jehu
