影响影院放映图像质量主要因素的分析和研究.doc

。影响影院放映图像质量主要因素的分析和研究国家广播电影电视总局电影技术质量检测所 陈江 陈登科 李娜 张辉 高峰 王丰 勾磊中影巴可（北京）电子有限公司 陈凡【摘要】随着我国政府大力发展文化产业政策的制定和实施，我国电影产业也出现了繁荣局面。截至2011年底，全国城市影院数量突破2800家，银幕总数达到了9200块。在影院建设高速发展的同时，一些影院放映图像质量不高、甚至低下的问题逐渐凸显出来，已经引起了电影主管部门、业内专家和广大观众普遍的高度重视。本文作者所在的单位对此问题做了长期的跟踪分析和大量研究，现将一些研究成果供影院设计方、建设方和运营方在影院设计、设备配置时和放映技术管理中参考使用。【关键词】电影 放映 图像质量 技术质量管理众所周知，影响电影放映图像质量的因素很多，如图像分辨率、银幕亮度、亮度均匀度、亮度对比度、图像影调、色彩还原、图像几何失真、帧速率、解压缩质量等等。限于篇幅等原因，本文仅就目前影院普遍存在的银幕亮度低、亮度对比度小和亮度均匀度差这些主要影响图像质量的问题加以论述。一、影院放映图像质量状况调查电影技术质量检测所作为国内唯一的电影专业检测机构长期以来极为重视影院的放映质量，采集了大量的第一手现场基础数据。在2011年，电影技术质量检测所分两个批次采集了申报星级评定的电影院和全国大型院线影院的放映图像质量检测数据。虽然被检测的这些影院数量与全国影院总数量相比较，所占比例数还是很低的，本文所使用的数据还不能完全代表全国影院普遍放映图像质量现状。但是，从这些有限的影院检测数据结果分析，这些数据仍具有较强的典型代表性，足以引起各方面的重视。第一组数据采自于2011年申报星级评定的10家电影院的76块银幕。其中银幕亮度不合格率为25%，亮度均匀度不合格率为84%，顺序对比度不合格率为78%，帧内对比度不合格率为96%。下面列出的是部分影院的检测数据： 影院名称影厅银幕中心亮度4810.2cd/m2银幕均匀度75%-90%顺序对比度1200:1帧内对比度100:1A139.3753.3%916：174：1247.5830.9%1983：1100：13100.6023.5%1290：147：1447.7936.8%1991：163：1543.7036.2%319：160：1649.0442.1%1533：184：1747.0843.8%1811：162：1不合格率14%100%29%86%影院名称影厅银幕中心亮度4810.2cd/m2银幕均匀度75%-90%顺序对比度1200:1帧内对比度100:1B132.7434.7%280：149：1219.2537.9%448：145：1330.0331.1%294：148：1425.3847.4%733：153：1546.4656.8%968：166：1620.4241.1%292：128：1不合格率83%100%100%100%第二组数据采自于全国具有代表性的11条主流院线所属的19家影院的167块银幕。银幕亮度不合格率60%、亮度均匀度不合格率97%、顺序对比度不合格率72%、帧内对比度不合格率95%。下面列出的是部分影院的检测数据： 影院名称影厅银幕中心亮度4810.2cd/m2银幕均匀度75%-90%顺序对比度1200:1帧内对比度100:1A137.2947.1%1492:157:1234.2267.4%1426:180:1322.0163.5%667:139:1416.2966.6%776:163:1535.1857.2%1173:155:1631.2172.1%867:169:1733.3976.2%1391:170:1不合格率100%86%57%100%影院名称影厅银幕中心亮度4810.2cd/m2银幕均匀度75%-90%顺序对比度1200:1帧内对比度100:1B131.8537.9%838:170:1236.6340.3%963:182:1318.1548.0%588:166:1417.3831.2%965:131:1513.5246.6%255:139:1649.3052.4%808:160:1747.2541.1%433:182:1842.5328.4%890:190:1不合格率63%100%100%100%从上述数据可以看出：我国主流院线的电影院放映质量较差，亟待提高。二、造成银幕亮度低、亮度对比度小和亮度均匀度差的主要因素分析和解决方法从电影技术质量检测所长期对电影放映工艺的研究和检测结果看，造成银幕亮度低、亮度对比度小和亮度均匀度差的主要因素有三点：第一点，影院放映工艺设计缺乏系统性考虑，不能做到统筹兼顾、突出重点。由于影院建设快速发展，设计需求大幅度增加，出现了一些不熟悉电影放映工艺设计的非专业人员参加了设计的情况。这些非专业人员不能深刻了解现行电影技术标准中技术参数之间的关联性和重要性，在设计中不能做到“统筹兼顾、确保重点”，在遇到影院建设空间不理想的环境下，不知道哪些是要确保的重要指标参数，哪些是可以退而求其次的指标参数，出现了设计缺陷。例如，当一个影厅初步设计成最大仰视角为40、视线超高值为0.10m时，这个影厅的最大仰视角满足了技术标准的要求，但是出现了视线遮挡的严重问题。“最大仰视角”主要是关系到观众观影的舒适程度，而出现“视线遮挡”的情况就使观众不能看到完整的电影画面。“视线超高值”与“最大仰视角”相比较，“视线超高值”是要确保的重要技术指标。如果影厅空间高度条件允许，设计者就要适度调整设计方案，适当调整提高“下视点”高度。虽然提高“下视点”高度会使“最大仰视角”超过了40的技术标准要求，可能达到了42，甚至更高，但是改善视线遮挡问题，甚至达到视线不遮挡，使观众观影时能看到完整的电影画面。而造成的最大仰视角超过了技术标准要求的问题，可以通过在观众厅前几排安装带有靠背向后倾斜的座椅，并适当加大排间距来改善观众观影时的舒适度。为了简化说明，上面的例子仅假设“最大仰视角”和“视线超高值”两个技术参数间关系加以阐述，而在实际中不会仅仅是两个参数之间的关系问题，而会有更多的因素之间相互影响。影院设计为设计师提供了展示能力和智慧的平台，在同样的空间条件下，不同的设计师会有不同的设计作品。第二点，设备配置不合理。主要问题有三个：一是设备的技术指标的标称值高于实际值。例如，国际标准允许投影机的实际光通量低于标称值的20%以内，就是说一台实际光通量为4000lm 的投影机可以标称为5000lm。如果参照标称值配置设备，必然造成设备能力达不到实际要求的后果。二是在选配性能随使用时间而衰减的设备（例如放映机亮度输出）时，没有留出合理的裕量。三是考虑的相关影响因素不全面。例如，在配置投影机时仅考虑了银幕尺寸和特性（亮度系数）的情况，而没有考虑到放映窗口玻璃透光率的影响、使用环境灰尘的影响、放映工艺的影响等。第三点，缺乏必要的技术质量管理措施。从检测现场了解的情况看，首先是一些影院把更多的精力关注了票房的高低，忽视了放映技术质量的管理。放映设备不能按需及时维护，出现放映设备能力严重下降情况。从调查的第一组数据看，银幕亮度不合格率为2 5%，而第二组银幕亮度不合格率高达60%，这是因为申报星级影院评定的影院在检测前做了充分的设备清洁维护，获得了放映图像质量的提升。其次是有的影院甚至出现了为节约用电费用而有意降低投影机功率输出，造成放映效果不能达到银幕亮度标准要求，损害了观众的权益等。下面就银幕亮度低、亮度对比度小和亮度均匀度差的问题进行分析和研讨，供用者参考。1、 银幕亮度低在进行放映工艺设计时，如果不能使放映主光轴投射到银幕中心后反射到观众座席中心区域，就会造成银幕亮度损失。在对一些影院的检测过程中发现，主反射区落在了观众座席后排区域，而非观众座席中心区域的情况很多。产生这种情况的原因可能有两个：一是由于设计师不了解放映工艺要求的原则，二是现场空间环境不理想，在考虑综合因素时拿捏处理不当或不得已而为之。如果在配置设备时，不了解配置原则和考虑的影响因素不全面，也会造成银幕亮度低的情况发生。在放映工艺已经确定的情况下，配置设备时要考虑的因素包括银幕画幅面积、银幕亮度系数、放映机实际输出光通量、放映窗口玻璃透光率和放映环境灰尘的多寡等。根据银幕亮度标准要求和放映光源寿命的定义，在选配放映机时，要使其满功率放映时的银幕中心亮度至少达到“76（cd/m2）/放映窗口玻璃透光率”的标准。除此之外，还要考虑由于放映工艺设计和环境灰尘等综合因素的影响。电影技术质量检测所曾对光学玻璃、普通民用玻璃进行了透光率测试。测得的结果如下表：玻璃类型光学玻璃3mm厚度普通玻璃5mm厚度普通玻璃透光率95%90%88%从上表可以看出，使用普通民用玻璃与使用光学玻璃相比，放映时将会降低银幕亮度。也就是说，为了达到同样的银幕亮度，使用普通民用玻璃需要增加更多的能耗。曾经在一间放映厅测试时，测得是数据是放映窗口玻璃透光率仅为82%。从技术管理角度看，很多影院因为不能及时对设备进行维护和保养，例如不能及时清洁放映机光路和放映窗口玻璃表面，放映机的光路中就会沾满灰尘、放映窗口玻璃表面产生污渍，这就会使银幕亮度严重下降。下面是放映机清洁光路前、后的银幕亮度的对比数据：影院清洁前银幕中心亮度清洁后银幕中心亮度亮度提升率A33.10 cd/m257.92 cd/m275%B38.79 cd/m257.70 cd/m249%2、亮度对比度小亮度对比度可以分为顺序对比度和帧内对比度。两者既有联系，又有区别。帧内对比度小会产生什么现像？在帧内对比度小的环境下观看电影，就好像是在室内开灯看电视，图像出现“灰蒙蒙、不通透”的现像，犹如在图像上蒙了一层“纱”或“雾”的感觉。顺序对比度小会产生什么现像？黑场图像或图像中“黑”的地方会出现“黑不下去”，看起来有“灰蒙蒙”的感觉。影响放映图像帧内对比度的因素非常多。首要因素是放映机。受到光路设计、镜头品质等因素影响，不同品牌和不同型号的放映机输出图像的帧内对比度存在很大的差异。即使是同一型号的放映机，如果更换了不同型号的镜头后，其输出图像的帧内对比度也会发生很大的变化。从已经采集到的数据看，放映机输出图像的帧内对比度从低到380:1至高到650:1。这直接影响到了影院银幕上图像的帧内对比度。其次是放映环境。在确定了放映机后，观众厅装修内饰面（包括座椅饰面）、放映窗口玻璃和安全照明设施的选择，在很多情况下决定了影院银幕上图像的帧内对比度的高低。很多影院观众厅内饰面（包括座椅饰面）使用的是有较高反光率的材料。银幕上的光反射到这些饰面后，再次直接或间接反射回银幕上，产生了干扰光，直接影响了银幕上图像的帧内对比度。观众厅靠近银幕的1/3部分，包括顶棚、侧墙和地面表面最好采用低反光的黑色饰面。在太原某家影城检测时发现，由于靠近银幕的观众厅侧墙的饰面是红色的，在放映时靠近侧墙部分的银幕产生了大面积的红色斑块。经过用黑色遮挡物对观众厅侧墙进行遮挡处理后，银幕上的红色斑块立即消失了。这就说明侧墙饰面使用高反光率材料会对放映图像质量产生重大的影响。放映窗口玻璃表面保持清洁也是非常重要的，表面的污渍不仅会降低银幕亮度，也会造成帧内对比度的严重下降。下面是放映机清洁光路前、后的帧内对比度的对比数据：影院清洁前图像帧内对比度清洁后图像帧内对比度提升率A39:1106:1172%B21:148:1129%光学玻璃的材质是经过专业选择的，玻璃的表面经过了特殊处理。经过处理后的光学玻璃的光的直通透性好，散射现象减少了。而普通玻璃未经过这些工艺处理，玻璃的纯净度低，光的直通透性差，会发生散射现像，造成图像的帧内对比度降低的情况。因此，放映窗口玻璃最好是选用透光率高和经过镀膜处理的光学玻璃。不恰当的选取或安装地脚灯，也会直接影响图像质量。下面是一家影院开启和关闭地脚灯对顺序对比度的影响数据。影厅关闭脚灯图像顺序对比度开地脚灯图像顺序对比度下降率A838:1294:165%B963:1393:159%C588:1248:158%D965:1275:172%E255:1149:142%F808:1231:171%G433:1319:126%H890:1590:134%3、亮度均匀度差影响亮度均匀度的因素更加繁多。银幕特性（主要是亮度系数、反射特性）、放映距离、银幕水平弧度、放映光轴俯角、银幕垂直倾角、观众座席区中心位置等都会对亮度均匀度造成影响。银幕弧度大、放映距离长、座席区中心位置距离银幕远，有利于“亮度均匀度”的提高。但是银幕弧度过大，会造成图像几何畸变、整体图像清晰度下降、帧内对比度小，双机放映时难以做到图像重合等现象发生。银幕弧度小、放映距离短、座席区中心位置距离银幕近，都会造成亮度均匀度差。但是银幕弧度小，具有图像几何畸变小、整体图像清晰度高、帧内对比度大，双机放映时易做到图像重合等优点。当前出现了使用高增益亮度银幕的趋势。但是在设计和安装时没有考虑到上述各种因素的影响，更多的是参照了漫反射银幕的使用规范，造成普遍出现亮度均匀度差的现象。值得注意的一个事实是放映机本身输出的亮度均匀度就不高。因此，在设计时还要充分考虑到此因素。那么如何解决亮度均匀度问题？这要统筹兼顾，突出重点。其中的一个例子就是，在放映距离、观众座席区中心位置、银幕特性确定的情况下，就要根据放映需求设定亮度均匀度技术指标。设定的亮度均匀度切不可过度追求过高的技术指标，适度为宜。例如可以设定亮度均匀度的下限为50%。在设定亮度均匀度技术指标之后，就要根据放映距离、观众座席区中心位置、银幕特性等设计银幕弧度。当然，在设计银幕弧度时还要充分考虑到图像的畸变、整体清晰度等因素。三、放映3D电影的银幕亮度问题影响3D放映图像质量的因素很多，下面仅就目前存在的电影院放映3D电影银幕亮度低的问题进行阐述。当前电影院放映3D电影银幕亮度低的问题较放映2D电影更加突出。迄今为止，还没有放映3D影片银幕亮度的国际标准。由于目前不同类型3D放映设备的输出特性迥异，不可能出台一部统一的3D技术标准。最有可能的是根据不同类型的3D放映设备出台相应的技术标准要求。在我国，3D银幕亮度基本参照的是美国一些大制片厂和设备提供商的标准，7 cd/m210cd/m2。目前，已经有制片商要求3D的银幕亮度要提高到10 cd/m215 cd/m2。众所周知，放映环境和前期制作环境一致最为理想。因此，在低亮度环境下制作的影片在高亮度环境下放映，就显得不合适了。也就是说：在7cd/m210 cd/m2的亮度环境下制作的影片在10cd/m215 cd/m2亮度环境下放映，效果就不理想了。这就要求影院在实际放映中关注此问题。首先，早期存在数字3D银幕亮度标准过低和3D放映设备光效低下造成了银幕亮度低的情况，已经引起了观众的强烈反映。其次，很多电影院放映系统是按2D电影放映要求配置的。由于目前绝大多数的3D设备的光效低下，在15%左右。因此，在以2D要求配置的放映设备上加装3D放映设备，使得在放映3D电影时的银幕亮度更加低。较好的处理方法是：如果影厅同时兼容放映2D电影和3D电影，在配置设备时应以放映3D影片的银幕亮度要求为主。在转换放映2D电影时，放映员及时调整放映机亮度输出。 目前出现了能够提高3D放映光效的设备。从测试的结果看：能够将目前的3D放映设备15%左右的光效提高到28%左右，几乎提高了一倍。这具有非凡的意义单