色彩亮度

日前，投影机行业领先厂商及技术供应商联合通过一项新的标准，这项命名为3LCD阵营中的领先厂商爱普生等公司均已表示将会支持这个标准的出台。 在中国的投影市场中，亮度可以说是投影机规格中最为消费者关注的一个参数，已经成为使用者采购的直接标准。尽管现行标准测量的亮度对于投影机非常重要，但是由于3片液晶投影机和单片DLP投影机成像原理的不同，使得亮度这个参数具有十分不同的含义。

图1:9点测量法

什么是投影机的亮度呢，严格说，投影机标注的亮度是光通量(Luminance flux)或光输出(Luminance output)。确切定义为"用CIE明视觉函数加权的标准眼来评价的发光流量。在一给定时间周期内，空间中任一给定面积所通过的可见光能量流的测量"。按照ISO/IEC 21118的测量标准，是将照度计放在焦点平面，测量其亮度。在100%全白图像上，如图1所示，对屏幕上所示9点亮度进行测量。测量仪器的受光部分的面积应在3x3像素以上。测量的流明值是通过9点亮度平均值(勒克司)乘以图像面积(平方米)来计算。

图2:3LCD成像原理 图3:单片DLP(4色轮)成像原理

为了解不同技术的投影机对于以上测量方法的不同表现，我们需要先了解一下3LCD技术和单片DLP技术的成像原理。3LCD技术的成像原理(图2)同我们常见的显示器，电视，数码相机的彩色成像设备一样，都采用了3色成像原理，即采用红，绿，蓝三原色合成色彩。并且目前来自所有的视频，DVD，HD，数码相机以及计算机信号等都以RGB色彩范围解析。根据杨-赫姆霍尔兹的三色学说，红，绿，蓝三原色可以混合合成所有不同色彩，这同人眼的视觉特性有关。

图3所示的是单片DLP(4色轮)的成像原理，可以看到，采用的是三原色和白色的合成影像。一般单片DLP为什么不采用标准的三原色合成影像呢?这需要从单片和3片的不同说起。采用单片DLP成像，红，绿，蓝三原色画面是分时的，当投射红色画面时，不能同时投射绿色和蓝色画面，光源发出的白色光，经过色轮的红色段，只有红色可以通过，则此时的绿色和蓝色光被过滤损失了，不能用于投射影像。如果不考虑各种色光的亮度区别，则每时透过的色光只有总色光的1/3，大量的光能被浪费了。投影机标注的亮度只是100%全白图像的测量亮度，为了增加白色画面的测量亮度，在商用单片DLP投影机上，基本上采用了增加白色段的方法。在白色段，红，绿，蓝可以全部通过，通过的光量不是1/3了，大大提高了图像上白色的亮度，从而使标注的亮度测量值有了极大的提高，但此时，画面上的彩色，并没有相应提高。彩色的亮度仍然处在一个相对较低的水平，这样就破坏了色彩的平衡;同时使投射的色彩亮度远达不到标注的对应水平，仅仅是标注的亮度提高了。直观的感受就是白色较为刺眼，彩色较暗，色彩暗淡。对于极致色彩技术，是在色轮中加入白色，青色，黄色或其他颜色。其最为主要的目的是提高光的通过率，并提高相关颜色的亮度。以黄色段为例，黄色是由红色和绿色组成，在色轮转到黄色段时，红光和绿光可以同时通过，这使得总色光的2/3得以投射，此时提高了光的利用效率。但是由于投影机采用的是加色法成像，红色和绿色光可以合成黄色，但黄色光却不能投射到红色和绿色的画面上，这又相应降低了红色和绿色的亮度。因为色轮是360度，是有限的，每增加一个颜色，就会相应降低另一个颜色所占比例。也就是降低了其他颜色的亮度。

图4:三色轮 图5:极致色彩色轮

随着丰富彩色内容的快速发展和更多视频影像的广泛使用，投影机投射出画面的色彩表现变得越来越重要，但当前的亮度标准不能很好地表现这一实际应用。因此，建立一个新的、方便有效的衡量标准就显得非常必要。投影机行业领先厂商及技术供应商联合通过一项新的标准，这项命名为色彩亮度("Color Brightness")的新标准将用来测量色彩的光输出情况，可更为科学地评价投影机的亮度表现。色彩亮度将对照输入信号，利用屏幕投影的基本色亮度(红色, 绿色, 蓝色)，来评价投影机的色彩性能。有了新的色彩亮度参数，投影机用户在选购投影机时，就拥有了更为重要的参考信息，可对彩色投影的图像质量作更详细的考察。如果一台投影机能产生和白色光亮度一致的红、绿、蓝色光，该产品则能准确再现输入设备希望的真实色彩。如果色彩亮度不等同于或者仅是接近白色光亮度，色彩图像就会呈现暗淡、不平衡和不精准等状况。这一新的色彩标准也获得色彩学专家的肯定。为了评估色彩亮度，需要在3个彩色画面上，测量 9 个区域，每个区域内测量红绿蓝三个基本色的亮度，然后将每个画面的平均值相加，即得出色彩亮度。具体计算方法为(①+②+③+④+⑤+⑥+⑦+⑧+⑨)/9(A画面亮度)+ (①+②+③+④+⑤+⑥+⑦+⑧+⑨)/9(B画面亮度)+(①+②+③+④+⑤+⑥+⑦+⑧+⑨)/9(C画面亮度)=色彩亮度。

图6:色彩亮度测

对于3LCD和3色轮的单片DLP投影机而言，色彩亮度一定是等于现有标准的测量亮度，而对于采用4色轮或极致色彩技术的投影机，其色彩亮度大多不到现有标注亮度的一半。全新的评价方法对用户目前可采用的投影机性能评价信息是一个非常好的补充。目前的投影机性能评价信息中，对比度和亮度都是关于单色(黑和白)的测量规格。即使标注亮度相同，两台投影机投影显示同一幅彩色图像的效果也会有非常大的不同，原因就在于这些标注是基于白色图像的测量参数，而我们投射的大多是彩色图像。因此，全新色彩亮度测量技术对最终用户是很有帮助的。

由于我之前连续发了几篇有关如何构建家庭影院的系列文章，所以最近收到不少朋友来信，大多都与选购家用投影机有关。比如，有不少朋友问我投影机究竟应该选择DLP还是3LCD？买投影机到底要关注哪些参数指标，等等。

熟悉我的朋友可能知道我家影音室里使用的投影机一直是爱普生CH-TW5350——这正是一台标准的3LCD机型。而且我目前也正在考虑将其升级到更高级的4K增强+HDR型号，比如爱普生CH-TW8300。有朋友会问：长久以来爱普生公司的投影机都采用3LCD技术，这是否意味着你对3LCD更情有独钟？我的回答是肯定的。

事实上，目前在我家客厅里也有一台基于DLP技术的超短焦投影正在使用着。但它通常只被我家领导用来追追剧或是看看日常新闻报道啥的。如果我们一旦准备“正儿八经”的去看新到的蓝光碟，我们还是会回到影音室里打开爱普生的3LCD投影机。这其中最重要原因就是我认为爱普生3LCD投影机的色彩表现要比一般DLP更优秀！

由于我的日常工作与摄影相关，因此我也对于各类影像设备的色彩表现能力格外重视。平日里，我会经常把自己拍摄的相机样张通过投影机放大到幕布上与亲友一起观赏，因此即使一些很小的画面瑕疵都会影响自己的观影感受。目前，3LCD投影机无论是在对精细色阶的还原能力还是在色彩汇聚上都要比其他技术更出色。比如，表现大面积的天空场景，3LCD能轻松地还原大片天空细腻而微妙的色彩渐变而不会出现恼人的“色阶断层”现象；再比如，相比某些投影机可能出现的色彩汇聚不准，3LCD技术也不会让物体边缘出现奇怪的色彩轮廓，除此之外，3LCD技术更不会因技术弊端造成彩虹眼导致的视觉疲劳。

当然，爱普生3LCD投影机最吸引我的地方还是它对色彩的精准还原上：同一幅照片，在爱普生3LCD的机型上看起来色彩饱满鲜活，层次分明且很有强的立体感。但是，为什么这张照片在其他机型上看起来就显得色彩暗淡死气沉沉？一开始我总以为这是因为两台投影机亮度流明不同的关系，但对比了一下两者的参数表却意外发现标称的亮度值几乎完全相同。那为什么它们在实际色彩表现上会有如此大的差异？其实，这当中牵涉到一个色彩亮度输出（Color Light Output）问题。

我们都知道选择投影机的一个重要参数指标就是看它的亮度有多高。尽管市场上各品牌投影机给出了各种不尽相同的亮度测试方法和指标，但最常见的测试方法还是将投影屏幕分成9个相同面积的区域，然后分别测量这9个面积中心的亮度，并将其平均值和屏幕面积相乘得出最终亮度。

值得注意的是，这种测试方法实际已经沿用多年，但它有一个重大缺陷就是只测试了投影白光的亮度！如果说这种测试方式对于早年我们最常投影的数字报表（白底黑字）比较适用，那它对于我们今天日常播放的影视内容或者高精度的彩色照片其实是不全面的。

正因为如此，爱普生开创了“色彩亮度输出”（简称‘色彩亮度(CLO)’）测量方式。其实，这种测试与原来的白光亮度测试有相似之处，只是把原来“只测白光亮度”变成了“对RGB（红绿蓝）三原色进行测试”：通过连续3组9点测量，将RGB三原色亮度平均值与屏幕面积相乘得到最终的色彩亮度(CLO)值。

如果一台投影机的色彩亮度(CLO)与白光亮度相等，那么表明这台投影机的色彩表现力很好，反之则表明其色彩表现力不佳。以我家使用的CH-TW5330投影机为例，其白色亮度和色彩亮度(CLO)都为2200流明，因此这台家庭影院用投影机拥有相当鲜活的色彩表现，不但能够轻松的还原出影片中那些奇幻瑰丽的色彩，同时也能满足我对于展现新相机评测样张的需求。而我未来想要升级的CH-TW8300系列则同样做到了白色亮度与色彩亮度(CLO)都为2500流明。更高的色彩亮度再配合爱普生的4K增强技术，显然能让高分辨率照片的显示更臻完美。

关于投影机的色彩表现问题，我还特别请教了我的好友@高高桑 。作为一家专业影音设备公司的技术负责人，他对于投影机的色彩亮度(CLO)指标同样非常关注。

他告诉我，实际上无论是投影还是平板电视，如果想要有好的色彩表现就必须有高亮度作为基础。这其实也是为什么近来多家品牌的新款HDR电视在提升液晶屏亮度后色彩表现也会跟着得到提升的关键所在。对他们公司而言，由于经常承接包括高端家庭影院以及企事业单位的会议室投影项目的建设，一直对于投影画面的色彩表现非常关注。事实上，有很多客户就是直接指着电脑屏幕对他们说希望未来的投影也能达到如此的效果。因此，仅仅一个白光亮度并不能保证最终画面的色彩表现，他们也愿意选择将有更高色彩亮度（(CLO)）的机型推荐给客户。

@高高桑 在微信里给我发来一组照片，这是他们去年年末刚在北京建设完成的一间专业影音试听室。说来也巧，这间影音室的位置与我们北京公司总部距离极近，都是位于高碑店影视创作基地附近。对方客户也是一家影视创作公司，未来打算在这间影音室内进行影片小样的检视。

这间影音室的面积相当广大，而采用投影幕布更是有180英寸之巨！客户原先已经自己准备了一台DLP投影机，但@高高桑 提醒客户尽管这台DLP的投影尺寸足够覆盖整个幕布，但很可能会因为色彩亮度不够导致最终画面看起来比较昏暗，色彩表现力不足。他们特地将一台更高亮度的爱普生3LCD投影机带到现场与原来的DLP设备进行对比。一开机，具有更高色彩亮度(CLO)的爱普生投影机就显示出了明显的色彩优势，客户就对其展现出来的亮度与色彩表现都相当满意，果断同意他们的主机更换方案。

按照@高高桑 的说法，其实不只是在家庭影院或者影视制作领域，具有更高色彩亮度的投影机在商用、教育以及工程领域同样非常有用。目前，色彩亮度的测量方法已经被纳入IDMS《信息显示测量标准》当中，同时也被纳入工业和信息化部发布的《电子投影机测量方法》中，成为评测投影机性能的一个重要指标。

所以，对于消费者而言，无论是选购商用投影机还是想要为家里的家庭影院购买一款合适的家用投影机，建议大家除了看亮度指标外最好也要关注下这个色彩亮度(CLO)指标，这样才能保证看到色彩更为鲜活动人的投影画面。