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Medindo o desempenho de sistemas de tela larga – Parte 1

SMPTE
DESCRIÇÃO DE PROCEDIMENTOS PARA MEDIDAS DE DESEMPENHO DE TELAS LARGAS, PARA APLICAÇÃO EM FILMES, APRESENTAÇÕES ELETRÔNICAS, OU QUALQUER OUTRA FUNÇÃO ONDE SEJA NECESSÁRIA SUA UTILIZAÇÃO, A FIM DE REDUZIR AS DESVANTAGENS DOS ATUAIS PADRÕES DE TESTES.
Por DAVID RICHARDS

Medindo o desempenho de sistemas de tela larga – Parte 1
Os métodos existentes para medir parâmetros de telas são bem antigos. Eles sempre supõem uma relação de aspecto de 4:3 para os dispositivos. Isso tem causado problemas em aplicações de cinema com telas largas, resultando no uso de métodos não padronizados de medidas. As telas eletrônicas têm ficado cada vez mais largas, o que sugere ser hora de reexaminar os métodos de medi-las como um todo. Esse artigo examina as exigências de procedimentos modernos, mais completos e mais úteis, para caracterizar o desempenho das telas largas. Ele aponta, primeiramente, para aplicações de cinema, em película ou vídeo, mas serve, igualmente, para projetores de tela larga e outros dispositivos congêneres.
Muitas são as pessoas que desejam medir o desempenho das telas de projeção. O fabricante pode fazer isso como a parte final do seu controle de qualidade. Um integrador ou usuário final pode fazê-lo como parte de teste de aceitação para aprovar o produto. Técnicos podem fazer medidas para calibrar o sistema ou verificar o desempenho para descobrir algum problema. Os procedimentos de medidas usados com esses propósitos foram estabelecidos há décadas pela American National Standards Institute, ou ANSI [1]. Esses procedimentos aparecem agora, também, em padrões internacionais [2]. Técnicas semelhantes de medidas podem ser encontradas em SMPTE 196M [3] e RP 98 [4].
Os procedimentos existentes e atualmente usados apresentam as seguintes desvantagens:
• Foram feitos para o formato 4:3, não estando otimizados para telas largas;
• São necessárias até 45 medidas em separado para verificar todos os parâmetros de um simples dispositivo; usa diversos tipos de padrões de testes;
• Mesmo com muitas medidas, ainda é inadequado para pontos de amostras nas grandes telas largas;
• O método de cálculo (média simples) é impreciso;
• Medida da cromaticidade do ponto branco e a uniformidade cromática não estão integrados nos procedimentos padrões.
As medidas mais importantes usadas para caracterizar dispositivos de imagem são: Brilho, ou luminância total de saída, Contraste e Uniformidade, ou seja, a iluminação através da tela. Cada valor desses três parâmetros é medido com o seu próprio procedimento desenvolvido para aquele objetivo específico. Mais recentemente, a natureza cromática da luz branca tornou-se importante com o advento das projeções eletrônicas de alta qualidade.

TÉCNICAS E PADRÕES DE TESTES ATUAIS
Alguns dos documentos antes referenciados incluem padrões de teste; em outros casos os pontos de medidas são somente descritos com textos e o padrão de teste pode ser deduzido. Alguns usuários têm criado seus próprios padrões de teste, que indicam os pontos corretos de medidas correspondentes ao método desejado. Algumas vezes isso envolve a criação de uma eletrônica própria ou um meio físico que contém o padrão de teste; outras vezes o padrão é criado permanentemente, anexando indicadores a uma sala de testes para telas, ou mesmo embutindo sensores fotoelétricos em pontos fixos na parede da sala de testes.
A medida da luminância de saída pelo ANSI usa uma grade de 3×3 (polegadas) e precisa de 9 medidas com fotômetro. A Figura 1 mostra um padrão típico de teste usado. A luz pode ser medida:
• No modo incidente e, neste caso, as unidades serão footcadles (lumens/ft²), ou lux (lumens/m²) (1), ou
• No modo refletido de uma tela, onde as unidades são footLamberts ou nits (candelas/m²).
(Lumens podem também ser medidos incidindo sobre um fotômetro ou calculados a partir de luz refletida de uma tela com tamanho e refletância conhecidos).
A medida da uniformidade da iluminação medida pela ANSI exige 4 medidas adicionais em novas locações, como mostra a Figura 2 (somente a medida central é comum ao teste anterior; os outros são específicos do método). O valor para a uniformidade ANSI é definido como o valor dela no canto mais alto ou mais baixo comparado com a média das medidas das 9 locações da Figura 1. Por outro lado, a RP98 tem critério diferente para a uniformidade; considera somente os 9 pontos da Figura 1. Isso tem gerado confusão entre os usuários sobre a maneira correta de medir a uniformidade.
Finalmente o ANSI usa um tabuleiro de dama de 4×4 para medir o contraste. Isso exige 16 medidas adicionais na tela. O padrão de teste usado está na Figura 3. Nenhum dos 16 pontos de medidas coincide com qualquer dos outros usados nos testes acima citados. Nota: Este padrão de teste e medida não tem sido usado em aplicações típicas de cinema com película, contudo, tornou-se um parâmetro importante para a tecnologia de projetores para cinema digital.
figura 1

Fig. 1 – Carta ANSI de 9 pontos
para medida de luminância.

Figura 2

Fig. 2 – Carta ANSI de 5 pontos
para medir uniformidade.

Os padrões de teste de luminância e uniformidade são simétricos; ambos vão da esquerda para direita e de cima para baixo. Porém o padrão de 16 quadros usado para contraste é assimétrico – se o dispositivo apresenta uma saída não simétrica, acontece um erro na medida. Por essa razão, a medida de contraste é feita, ocasionalmente, com a polaridade do tabuleiro invertida na segunda vez. Isso requer 16 medidas adicionais e o fotômetro pode ter de operar até 45 vezes. Esse número de medidas é somente para caracterizar a luminância de saída de um simples dispositivo, e ainda nem mesmo cuidou da cromaticidade, que necessita sim de mais medidas. Isso talvez significa fazer mais medidas do que se deseja.

Ainda que os padrões ANSI descrevam claramente quais pontos devam ser usados para cada propósito, eles nem sempre são propriamente aplicados, como lembrado anteriormente. Na verdade, o conflito atual existe por causa dos métodos de medida da uniformidade descritos na SMPTE 196M e RP98 – a 196M usa o método ANSI e o desenho do tabuleiro mostrado na Figura 2, enquanto a RP98 especifica a Figura 1, conflitando com a ANSI; então a confusão entre os usuários, no campo, é compreensível. Qualquer novo método que surgir deve não somente reduzir o número de medidas, mas certamente diminuir a quantidade de padrões de testes diferentes e/ou simplificar os procedimentos de medidas para reduzir a possibilidade de confusão.
Um aspecto mais importante dos métodos e padrões atuais é a premissa de uma relação de aspecto 4:3 ou 1.33:1 para as telas. Atualmente, projetores eletrônicos tanto de telas largas quanto de outros sistemas estão se tornando comuns – não somente telas 16:9 para HDTV, mas também produtos para cinema com relações de aspecto maiores. As matrizes 3×3 e 4×4 usadas pela ANSI não são adequadas para as telas largas. Com a chegada do cinema digital, muitos operadores distorcem geometricamente os padrões de teste 4:3 para serem usados com os formatos de telas largas. Porém, nos cinemas de película, a luz de saída dos projetores é freqüentemente medida em abertura plena (full-aperture), isto é, com uma porta de abertura 1.33:1 do Instituto instalada, ou talvez sem nenhuma abertura. Infelizmente, os dados assim adquiridos têm pouco valor, uma vez que a abertura correta da tela larga já está fixada. Finalmente, os métodos de cálculo usados pelos procedimentos do ANSI consistem de média simples das leituras executadas. Isso gera resultados razoavelmente imprecisos, enquanto as diferenças absolutas da iluminação no campo não são tão grandes. Contudo, a precisão é reduzida se houver variação substancial no campo. Agora existem ferramentas poderosas de software para uso em PCs, que podem não somente automatizar os grandes cálculos necessários, mas também oferecer funções de conformação de curvas; e ainda os novos algoritmos permitem lidar com as amostras feitas em campo, dando maior precisão nos resultados. Há métodos mais simples que fornecem resultados quase tão bons quanto aqueles feitos a mão com papel e lápis. Essa parte será explorada na próxima edição.5

Referências – (1) ANSI PH7.201-1983 American National Standard for Áudio-Visual System – Front Projection Equipment – Method for Measuring Screen Ilumination (This document may now be obsolete, having been superceded by the IEC document below – DR);
(2) IEC 61947-1 Electronic Projection – Fixed resolution Projectors.
(3) SMPTE 196M-2003, “Screen Luminance and Viewing Conditions,” www.smpte.org
(4) RP 98-1995, “Measurement of Screen Luminance in Theatres,” SMPTE J., 104:247, April 1995.

Nota do tradutor – (*) Embora já se fale normalmente em wide-screen display no mundo profissional, achei melhor traduzir o termo como TELA LARGA, até porque nem todos os sócios da SET estão diretamente envolvidos com esse assunto.
(1) Lumens/ft²) significa Lumens/pé². 1 pé = 12 polegadas ou 30,48cm.

O Autor – David Richards é co-fundador e o principal executivo do MIT (Moving Image Technologies). Antes de criar o MIT, Richards coordenava Engenharia e Administração na CHRISTIE DIGITAL SYSTEMS. Ele trabalha em diversos comitês DC28 da SMPTE, assim como nos de F2 FILM e PROJECTION TECHNOLOGY. Ele já foi presidente da Seção de Hollywood da SMPTE e o Diretor do Programa para as duas primeiras SMPTE FILM CONFERENCES em 1997 e 1998. É autor de vários trabalhos e artigos para publicações de negócios.