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2016-02(Feb)-14; Mehr Auflösung - mehr Schärfe? Wozu 2K, 4K, 8K, usw. ? Drucken E-Mail

Aus gegeben Anlass und unter dem Eindruck der ISE, möchte ich auf einen Beitrag von meinen alten Seiten hinweisen, welcher bereits den Pixelwahn zum Thema hatte:

http://www.media-maier.de/index.php/hdav-zubehoer/leinwaende-fuer-beamer

Auch hat mich ein aktueller Beitrag in unserer Clubzeitschrift vom www.AV-Dialog.de (http://www.av-dialog-magazin.de/) dazu annimiert eine alte Überlegung wieder nach oben zu holen und zu aktualisieren. Es ist bemerkenswert, aber auch verständlich, dass sich die Grundlagen hierzu nicht geändert haben, handelt es sich doch um unseren menschlichen "Wahrnehmungs-Apparat"

 

Notwendigkeit von hohen Auflösungen

Bereits 2007 habe ich spekuliert wie es im Auflösungsrennen weiter geht.

(siehe hier: http://www.media-maier.de/index.php/www-hdav-news-de/167-2007-04apr-16-was-kommt-nach-hdtv-super-hi-vision-oder-ultra-high-definition-video-uhdv)

Es ist nun wieder an der Zeit etwas zum Auflösungsrennen zu schreiben. Bei den Kameras beobachten wir es ja schon länger, dass die Anzahl der Megapixel zum Marketinginstrument geworden ist. Doch wie ist das mit den Beamern? Klar je höher, desto schärfer, oder?

Fakt ist:

Ab einem bestimmten Betrachtungsabstand, wird der Schärfeeindruck durch erhöhte Pixel-Auflösung nicht mehr verbessert bzw. besser wahrgenommen!

 

Für diese Überlegung braucht man nur die wichtigsten Haupt-Parameter betrachtet:

  • Breite und Höhe des Leinwandbildes / Monitor
  • Breite und Höhe (eigentlich Kreisdurchmesser) des Einzelpixels auf der Leinwand / Monitor
  • Abstand zur Leinwand / Monitor
  • Qualität des Betrachter Auges (normal ist 1 Bogen-Minute, schlechter sind 2 Bogen-Minuten)
  Auflösung in Pixel Seiten-Verhältnis Pixel Breite Pixel Höhe Pixel Fläche Mega-
Pixel
Pixel-breite [cm] zur Leinw. Breite Pixel Höhe minimaler Leinwand Abstand
gute Augen 
1-Bogen minute
schlechte Augen
2 Bogen minuten
Faktor mit Leinw. Höhe Faktor für Breite
                Leinw.-Breite LW-
Höhe
[cm]      
Beispiel-Vorgaben 16zu9 1,78         120 67        
VGA, DVB, 720x576 4zu3 1,33 720 576 414720 0,41 0,167 0,117 286 143 4,2 2,4
XGA 1024x768 4zu3 1,33 1024 768 786432 0,79 0,117 0,088 201

100

3,0 1,7
SXGA 1280x720 16zu9 1,78 1280 720 921600 0,92 0,094 0,094 161 80 2,4 1,3
SXGA+ 1400x1050 4zu3 1,33 1400 1050 1470000 1,47 0,086 0,064 147 73 2,2 1,2
Full-HD/UXGA 1920x1080 16zu9 1,78 1920 1080 2073600 2,07 0,063 0,062 107 53 1,6 0,9
WUXGA 1920x1200 16zu10 1,60 1920 1200 2304000 2,30 0,063 0,056 107 53 1,6 0,9
4K/UHDV-1 3840x2160 16zu9 1,78 3840 2160 8294400 8,29 0,031 0,031 53 26 0,8 0,4
4K 4096x3072 4zu3 1,33 4096 3072 12582912 12,58 0,029 0,022 50 25 0,7 0,4
8K/UHDV-2 7680x4320 16zu9 1,78 7680 4320 33177600 33,18 0,016 0,016 26 13 0,4 0,2
8K/UHXGA 7680x4800 16zu10 1,60 7680 4800 36864000 36,86 0,016 0,014 26 13 0,4 0,2

 

Leinwand-Abstand 700pxFaustformel zur Berechnung des

Mindestabstandes in Abhängigkeit von der Auflösung:

 

 Abstand = Pixelmaß   

                    (2 x tan(alpha/2))

oder aus Tabelle:

Abstand = Faktor x Leinwand-Höhe
                    bei bekannter Auflösung

Beispiel Tabelle bei 1,20m Leinwandbreite bei 16zu9

 

Bemerkung in Stichworten:

Aus Wikipedia:
Die Winkel-Sehschärfe (angulare Sehschärfe) ist das Auflösungsvermögen, bei dem zwei Sehobjekte noch als getrennt wahrgenommen werden (Minimum separabile). Die Auflösung von 1′ (einer Winkelminute) entspricht einer Ortsauflösung von etwa 1,5 mm bei 5 m Abstand (3 cm auf 100 m). Je kleiner die Winkel-Sehschärfe ist, desto besser ist die Sehschärfe.

    Wanderfalke: 0,4′
    Mensch (Fovea): 0,4′-1,0′ bis 2,0'
    Führerschein, nötig kleiner als 1,4'
    Katze: 5′
    Frosch: 7′
    Elefant: 10,3′
    Ratte: 40′

  • Bis zum "minimalen Leinwandabstand" in der Tabelle, wird ein Bild "scharf" wahrgenommen, darunter wir es pixelig. Das bedeutet aber auch, wenn der Abstand und die Bildgröße fix über den Angaben sind, dann bringt eine Erhöhung der Auflösung keine Verbesserung mehr.
  • Auflösungsverhalten des Auges je nach Bedingungen 1-2 Bogenminuten (1/60-2/60 Grad)
  • Augenfaktor abhängig von: Augenqualität, Pupillengröße, Kontrast, Farbe, Helligkeit, Fläche oder Strukturen,
    Gitterstrukturen sind für das Auge leichter erkennbar (z.B. Pixel, Drahtgitter), dann sogar 0,5 Bogenminuten
  • Dichte der Sehzellen in der Mitte am höchsten, nach außen am Pupilleninnenrand/Netzhaut  "unschärfer"
  • "Unscharfer" Bereich wird durch Augenbewegungen 50-100/sec im Gehirn / Signalverabeitung  "nachgeschärft"
  • Scharf ist, wenn zwei kleine Nachbarpunkte/ Linien gerade noch vom Auge abgegrenzt werden können
  • Füllgrad (Breite Fliegengitter, Abstand Pixel auf dem Chip) geht in die Betrachtung nicht ein.
  • Faustformel unterscheidet nicht nach besseren LCOS - bei LCD sind Pixelstrukturen schneller zu erkennen.

Übrigens wurde einige dieser Werte in empirischen Versuchen mit Studenten an der Hochschule praktisch bestätigt.

Hier gibt es, seit ca 2003, eine Onlinerechner zu diesem Thema:

http://www.ott-dia-av.de/digifoto/df_mindestabstand.htm


 

Die notwendige Lichtleistung (ANSI-Lumen) eines Beamers hängt von mehreren Faktoren ab:

1. Entfernung Projektoren zur Leinwand (wegen Schmutzpartikel in der Atmosphäre z.B. Rauch)

2. Größe/Fläche der Leinwand

3. Qualität der Projektions-Optik

4. Refelexionsgrad/Qualität des Leinwandtuches

5. Umgebungslicht/Rest-Streulicht aus dem Raum auf die Leinwand

6. Betrachtungsabstand 

zu 1.) Lassen wir zur Schätzung der Beamerhelligkeit außer Betracht
zu 2.) Je größer das projizierte Bild, desto dunkler wird es. Teilt man den Lichtstrom [Lux] durch die Größe des
         Bildes/Leinwand, so erhält man die Lumen pro Quadratmeter.
zu 3.) Lassen wir zur Schätzung hier wegfallen, es gelten aber die Qualitätsregeln wie bei der Fotografie
zu 4.) Über den Gainwert habe ich mich auf der Auswahlseite von Leinwänden schon ausgelassen.
         Ein optimaler Wert ist bei ca. 1,0-1,2
zu 5.) Für eine optimale Bildqualität sollte der Kontrast zwischen dem Lux-Wert des projizierten Bildes
         und der dahinter liegenden Fläche mindestens ein Verhältnis von 5:1 betragen.
zu 6.) Bei unserer Faustformel gehen wir davon aus, dass der Betrachter nahe der Leinwand sitzt, als Faustwert gilt 
         hier Idealerweise das 1,5-2 fache der Leinwandbreite, damit sein Blickfeld nahezu 100% ausgefüllt ist. Ansonst
         sinkt die Helligkeit im Quadrat mit jedem Meter weiterem Betrachtungsabstand. Ein nicht zu vernachlässigender
         Wert. Also die besten Plätze sind im Beamerkino vorne und nicht hinten!

 Hier Schätzung
05 Lux =
40 Lux =
80 Lux =
180 Lux =
400 Lux =
500 Lux =
1000Lux =
10.000Lux =
20.000Lux =
100.000Lux =
für Rest- Streulicht aus dem Raum auf die Leinwand:
dunkler Kinoraum
abgedunkelter Raum
normaler Raum ohne Deckenlicht
Hellraum bei bedecktem Himmel
normal helles Umgebungslicht
Bürobeleuchtung
TV-Studiobeleuchtung
im Schatten eines Sommertages
bedeckter Sommerhimmel
heller Sommerhimmel 

Ein weiterer Fehler in unserer Formel sind die ANSI-Lumen-Angaben der Hersteller. Bei noch keiner Nachmessung hat man erlebt, dass die tatsächlichen Angaben im Prospekt auch der gemessenen Helligkeit der Beamer entsprachen. Auch sind die Maximalwertangaben meist im unbrauchbaren Präsentationsmodus zu finden, welcher auf Farben keine Rücksicht nimmt. Sehen sie diesen „Rundungsfehler“ als weitere Ungenauigkeit in der Faustformel an, die eher zum Abschätzen der „normalen“ Bedingungen taugt als für Extrembetrachtungen. Um die Genauigkeit zu erhöhen müsste man sehr tief in die physikalische Tiefe einsteigen und wie gesagt wir suchen nur eine Faustformel.

Faustformel-Berechnung der notwendigen Lichtleistung eines Beamers mit Formelumstellungen:


ANSI [Lumen] Projektor =

 Umgebungslicht [Lux] x 5 (Umgebungskontrast)  x Leinwandoberfläche [m2]
                          Reflexionswert (Gain)

höchstens  
Umgebungslicht [Lux]  =

ANSI-[Lumen] Projektor x Reflexionswert   (Gain)
5 (Umgebungskontrast)  x Leinwandoberfläche [m2]


Leinwandfläche [m2] =

 ANSI-[Lumen] Projektor x Reflexionswert   (Gain)
5 (Umgebungskontrast)  x Umgebungslicht [Lux]


Reflexionswert   (Gain) =

  Umgebungslicht [Lux] x 5 (Umgebungskontrast)
ANSI-[Lumen] Projektor

ein Beispiel:
welches Rest-Raumlicht (Umgebungslicht) verträgt folgende Ausrüstung?
Canon Xeed SX50; 2500ANSI-Lumen
Leinwand: 400x300cm Gainwert 1,1 

Umgebungslicht = 2500x1,1 = 45,83 also ein abgedunkelter Raum, ohne Kinoraumbedingungen hat reicht aus.
                                   5 x 12

Als Faustformel kann man in Abhängigkeit vom Umgebungslicht sagen, dass wir ca. 200 ANSI pro Quadratmeter brauchen. Daraus abgeleitet ergibt sich die Aussage, dass die ANSI-Lumen des Projektors geteilt durch die Fläche der Leinwand folgendes Restraumlicht verträgt: 

  • 150 Lumen/m2 = auch in dunklen Räumen ist nur eine eingeschränkte Projektionsqualität möglich
    (total schwarzes Kino ohne Fluchwegbeleuchtung)
  • 150- 250 Lumen/m2 = Raum gut abdunkeln
    (Vorführsaal, Parketboden, helle Decke)
  • 250- 400 Lumen/m2 = Raum muss nicht völlig dunkel sein.
    (Licht um im Dunkeln den Weg und Personen zu sehen)
  • mehr 400 Lumen/m2= Projektion in einem dämmerigen Raum möglich, bei Schutz gegen direkte Sonneneinstrahlung
    (etwa soviel Licht um gerade schon Zeitung zu lesen)

hier gehts zum HDAV-Internetshop 

(nach oben)


Projektoren-Auswahl (Mit WAS?)(nach oben)
hier nur eine Kurz-Checkliste

1. Auflösung, was wird gezeigt?
Je höher die Auflösung, desto detailreicher und schärfer das Bild. LCOS-Technik verhindert Fliegengitter also störende Gitterstege und Pixeltreppen auf der Leinwand. Aktuell ist 1920x1200Pixel. Mittelfristiges Ziel wird vierfache HDTV-Auflösung mit 4K 4096x2160Pixel sein, für DVD-Qualität reichen auch 800x600Pixel. Was soll damit gezeigt werden? Bei Fotos ist eine höhere Auflösung sinnvoller wie z.B. bei DVD´s und Power-Point-Präsentationen.

2. Projektorenart
Am Anfang gab es Röhrenprojektoren, die ähnlich einer Bildröhren mit drei Elektronenstrahlen arbeiten. Nachteile waren die geringe Helligkeit, das große Volumen und die aufwändige Justierung. Für die portablen Projektoren sind deshalb LCD und DLP-Beamer sinnvoll. DLP haben Kippspiegel und sind besser im Schwarzwert und langlebig. Ein Farbrad macht den unschönen Regenbogeneffekt. LCD sind oft preiswerter, fabrtreuer und flimmerfrei.
Die Krönung ist momentan eine Weiterentwicklung der LCD-Beamer als LCOS, SXRD oder DiLA-Beamer.
LCOS/DiLA/SXRD (Prinzipbedingt ohne Pixelstege); LCD (wenig Kontrast); DLP (hoher Kontrast aber Regenbogeneffekte);

3. Helligkeit, Wo wird etwas gezeigt
Je heller, desto brillanter das Bild. In abgedunkelten Räumen (Kino, Hobbyraum, Vorführraum, etc.) reicht eine normale Helligkeit ab 1500ANSI-Lumen. Je mehr Umgebungslicht vorhanden ist ( Foyer, im Freien, nicht abdunkelbarer Versammlungsraum, etc) und je größer das Bild werden soll, desto heller muss der Projektor sein. Bei außergewöhnlichen Einsatzfällen kann man auch mit 2 Beamern auf ein Feld arbeiten und so die Helligkeit erhöhen (Stacking). Als grobe Faustformel kann man die Lumen pro m2 ausrechen und abschätzen dass 100- 250 Lumen/m2 = nur bei gut abgedunkelten Räumen funktioniert und 250- 400 Lumen/m2 = der Raum muss nicht völlig dunkel sein.
ab 1000 ANSI-Lumen (Kino, Hobbyraum, Vorführraum, kleine Leinwände)
bis 2500 ANSI-Lumen (reicht bis 4,5m in dunklen Räumen)
bis 4000 ANSI-Lumen (als LCOS-Beamer z.B. Canon WUX450, WUX4000, XEED SX7);
10.000 ANSI-Lumen (Beamer so groß wie ein Reisekoffer, Großbildleinwand 10m, Bühneneinsatz, Hellräume)

4. Geräusche
Wenn ein üblicher Diaprojektor mit seinen Gebläsen und Transportgeräuschen in Ordnung war, dann reicht ein normaler Geräuschpegel bis 38db. Je störender, desto leiser kann der Projektor sein. Die Geräusche und Baugröße laufen oft konträr zu der Helligkeit. Je heller und kleiner, desto lauter. LED brauchen weniger Kühlung uns sind deswegen leiser.

5. Größe
Je kleiner desto dunkler und desto eingeschränkter der Funktionsumfang.
Taschenbeamer (wie Pocket-PC)
Miniportable Beamer (wie DINA4)
Tischbeamer (wie Diaprojektoren)
Festinstallation-Beamer (so groß wie ein Reisekoffer)

6. Kontrast
Wird bei Bildern etwas überbewertet, da wenig schwarze Nachtaufnahmen, für Videos wichtiger, natürlich in Abhängigkeit zur Helligkeit und Schwarzwert

7. Anschlüsse
für die beste Bild-Wiedergabequalität wird ein DP, HDMI oder DVI-Anschluß empfohlen.

8. Farben
Wird meiner Meinung zu wenig bewertet. Oft werden knallige und übersatte Farben gewünscht, die aber nicht mehr der Realität sondern plakativen Werbebroschüren entsprechen. Die Canon WUX 2. Generation sind momentan das Maß aller Dinge!

9. Marke
Spielt im unteren und mittleren Preissegment kaum eine Rolle. Wir empfehlen für LCOS nur Canon, JVC, Sony.

10. Lampenlebensdauer
in der Regel um 2000h bei 400-500 Euro Lampenkosten, macht 25 Cent pro Stunde. Es gibt auch welche mit 4000h Lebensdauer. Bei Laser und LED bis 20.000h

11. Preis
Je teurer desto leistungsstärker und umfangreicher in der Ausstattung