用 380,117 fps 慢動作看電視!原來電視的成像原理是這樣

用 380,117 fps 慢動作看電視!原來電視的成像原理是這樣

現今電視的解析度不斷向上提高,從原本的 FHD 到現在甚至已經有 8K 解析度的電視出現,儘管如此,他們的運作原理其實都是一樣的,是由一個一個畫面快速更新來呈現,只是一般肉眼看不出來而已。但藉由高階的攝影機慢速拍攝,我們就可以看得一清二楚。

Slow Mo Guy 是 YouTube 上有名的 YouTube 頻道之一,內容主要以高階攝影機拍攝物體,藉此呈現超慢動作下的世界,最近它們又帶來了新的突破。它們用 380,117 fps 的攝影機拍出電視畫面呈現的運作原理。

在開始之前,我們必須先簡單複習一下 R、G、B 三原色,在電視中它們被稱為「次像素」(subpixel),RGB 三個次像素組成一個象素 (pixel),電視能夠呈現出的千萬畫色,都是由這三種次像素之間不同的密度組合而來。

接下來進入重點,電視的成像原理其實就是因為這三個次像素組成的象素來構成畫面色彩,藉此構成一個畫面,而電視的影像呈現原理就是藉由快速播放這些畫面,讓原本靜止的它們變成動態畫面。在這個過程中,人類肉眼是無法跟上電視影像呈現速度的。但可以藉由高階攝影機,近拍電視畫面、並使用超高 fps 來看出其中的原理。

Slow Mo Guy 也找來了傳統電視來做為比較,儘管體積和厚度不同,但原理仍是一樣的。在使用傳統電視測試時,甚至不需要使用超高 fps 就能看出電視畫面呈現的原理。

用 380,117 fps 慢動作看電視!原來電視的成像原理是這樣

上圖的 fps 雖然只有 25,但已經可以看得出來電視的畫面呈現是「由上往下」,並藉由快速更新畫面來達成的。如果把 fps 調高到 1,600 的話,看的會更清楚。

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Slow Mo Guy 並沒有就此打住,它們更進一步將 fps 上調到 28,500,這時候就可以更明顯的看出電視的畫面是由上往下更新,而且似乎還可以在看出點什麼。

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接下來我們直接來看如果把 fps 調高到 380,117 會怎麼樣吧!

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看出來了嗎?畫面不止是由上而下,它也是「由左向右」更新畫面,在這樣的速度下,你甚至可以看到背景超級瑪利鬍子慢慢出現的畫面。如果你想要知道這段畫面的實際時間長度的話,可以看一下畫面上方的時間軸,日期以後代表的數字分別是「小時」、「分鐘」、「秒」,接下來的第一個「8」代表的是「分秒」、再來是「釐秒」、「毫秒」,下方「Rate」英文單字中,字母「a」上方正對的那個時間單位是「微秒」,也就是「百萬分之一秒」。

從上面的實驗中,我們可以確認,電視的畫面是由靜止的畫面快速更新來呈現的,而且呈現的方向是由上往下、由左往右。

RGB 在電視上的模樣

接下來,我們來進入 RGB 的世界吧!

儘管傳統電視和現代的電視一樣都是藉由 RGB 三原色來呈現,但為了進一步區分,Slow Mo Guy 這一次用了 4K 解析度的 LCD 電視來作為例子。

用 380,117 fps 慢動作看電視!原來電視的成像原理是這樣

從上圖就可以看到,當 RGB 三原色的亮度為最亮時,在電視上呈現的顏色就是白色,反之,三者亮度最按的時候,就會是黑色。

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不過 LCD 電視採用的 LED 燈泡在呈現時,其自體其實仍然是有微微發光的,上圖左半邊的黑色部分是鏡頭照到黑色文字時,RGB 三原色呈現的樣子。可以看到即使三者亮度都已經是最暗,但其實還是可以看得到它們。

如果是 OLED 電視呢?

我們都知道 OLED 電視現在之所以這麼多廠商開始使用,最主要原因還是在於它可以呈現比 LCD 電視更鮮豔的色彩,尤其是黑色這類較暗的顏色,主要原因在於 OLED 電視的燈泡在呈現黑色色彩時,燈泡本身是完全不會發光的。

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上圖是 Slow Mo Guy 讓紅色滑鼠游標經過畫面時,RGB 三個次像素的色彩表現。可以看到當游標離開、也就是畫面顏色為黑色時,RGB 次像素是「全暗」的狀態,這也就是為什麼 OLED 電視會比 LCD 電視在顏色較暗的畫面上呈現的更完美的關鍵。

以下是Slow Mo Guy的完整影片和介紹,有興趣詳細理解的朋友可以觀賞一下。

 

參考網站:Slow Mo Guy

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