Измерение контраста в черно-белых изображениях. Способ настройки будет зависеть от монитора

Алгоритмы улучшения качества изображений, хранящихся в растровых графических форматах, получают всё большее распространение. На сегодняшний день их существует огромное количество и беспрерывно появляются новые. Это связано с появлением новых способов и технических средств получения, передачи и воспроизводства растровых изображений. Алгоритмы обработки изображений, в основном, ориентированы на ликвидацию недоработок в технических средствах и технологиях, работающих с изображениями. Эти недоработки можно идентифицировать не только визуально, но и пользуясь описанием технических характеристик техники и технологий.

Перед тем, как улучшать изображение, необходимо дать оценку его качеству. Человек, бросив один взгляд на изображение, может сказать яркое оно или тёмное, контрастное или нет, чёткое или размытое и т.д. Алгоритмы же работают детально, анализируя изображение попиксельно или небольшими группами пикселей. Поэтому, на основании работы алгоритма, тяжело дать общую оценку качеству изображения.

К показателям, по которым можно оценить изображение как единое целое, относятся следующие:

• яркость;
• контрастность;
• преобладающий тон;
• резкость.

Прежде чем приступить к выработке критериев и методов оценки качества, необходимо выбрать цветовую модель. Наиболее удобной представляется модель RGB по нескольким причинам:

• эта модель достаточна проста как для понимания, так и для математического описания;
• она применяется во многих технических устройствах и, при необходимости, преобразуется в другие цветовые модели;
• она близка к представлениям о природе чувствительности к цвету человеческого глаза.

Требования к критериям оценки качества изображений следующие:

• показатели качества для сравнения с критериями должны вычисляться;
• значения критериев должны иметь относительный характер (не зависеть от диапазона яркости RGB);
• критерии должны быть понятны и наглядны для человека.

Достаточно наглядно оценка качества изображения может быть представлена с помощью RGB-гистограмм.

Рис. 1. Гистограмма тёмного неконтрастного изображения

Рис. 2. Гистограмма светлого изображения

Рис. 3. Гистограмма сбалансированного полутонового изображения

Рис. 4. Гистограмма высококонтрастного изображения

Рис. 5. Гистограмма постеризованного изображения

Недостатком этого способа является отсутствие численного выражения для показателей качества.

Цветовую модель RGB удобно представить в виде куба в прямоугольной системе координат, где в начале координат расположена точка чёрного цвета (яркость R = G = B = 0), а вдоль осей возрастают значения яркости R, G и B. На главной диагонали куба, выходящей из начала координат, расположены ахроматические цвета.

Рис. 6. Цветовая модель RGB

В вершинах куба расположены основные цвета (красный, зелёный, синий), дополнительные к ним (жёлтый, циан и пурпурный), а также чёрный и белый. На гранях куба находятся так называемые «чистые» тона.

Рис. 7. RGB - куб и его невидимые грани

Отсутствие у цвета третей составляющей - признак «чистого» тона. Появление и увеличение доли третьей составляющей в цвете приводит к снижению насыщенности тона, т.е. к приближению данного цвета к ахроматическим цветам.

Оценка яркости изображения

Яркость изображения можно выразить как среднюю яркость всех пикселей (математическое ожидание в терминах теории вероятностей).

Яркость пикселя вычисляется по формуле:

Яркость всего изображения Y, содержащего N пикселей будет равна:

Данное выражение характеризует физическую яркость изображения. Поскольку чувствительность человеческого газа к разным частям спектра неодинакова (максимальная в жёлто-зелёной, меньше в красной, ещё меньше в синей), яркость цветного пикселя будет восприниматься субъективно в зависимости от его тональных характеристик.

Рис. 8. Чувствительность человеческого глаза к различным частям спектра

Оценка как физической (), так и видимой () яркости изображения представлена в абсолютных величинах. Перейти к относительным величинам можно разделив значение яркости на максимально возможное значение яркости:

Тогда будет лежать в диапазоне . Значение 0 будет соответствовать абсолютно чёрному изображению, а значение 1 – абсолютно белому. Изображение оптимальной яркости должно иметь значение близкое к 0.5.

Оценка контрастности изображения

Контрастность изображения бывает яркостная и тоновая.

Яркостная контрастность представляет собой разницу между физической или видимой яркостью отдельных участков изображения. Вообще говоря, вычисление физической или видимой яркости можно рассматривать как конвертацию цветного изображения в ахроматические цвета. Поэтому яркостная контрастность - это сравнение двух участков изображения, приведенных к ахроматическим цветам.

Если проанализировать RGB-гистограммы, то можно сделать вывод, что у контрастного изображения количество тёмных и светлых пикселей должно быть приблизительно одинаковым, разница в их яркости - значительна, а основное место сосредоточения пикселей - возле границ диапазона.

Хорошим критерием оценки яркостной контрастности будет дисперсия яркости пикселей изображения:

Более универсальный безразмерный критерий оценки яркостной контрастности - отношение средне-квадратического отклонения к максимально возможному значению яркости:

C изменяется в диапазоне . Значение 0 соответствует однотонному изображению, значение 1 - максимально контрастному. Оптимальное значение контрастности зависит от типа объекта, представленного на изображении.

Более сложный случай представляет тоновая контрастность. Конвертированные в оттенки серого цвета могут иметь одинаковую яркость, но визуально чётко различаться.

Можно вычислить «средний тон» пикселя для всего изображения. Его удобно выразить через средние значения RGB:

Расстояние в RGB кубе между пикселями изображения и «средним тоном» определяется по формуле:

В качестве оценки тоновой контрастности изображения можно взять среднее расстояние в RGB кубе между пикселями и «средним тоном»:

В RGB-кубе максимальное расстояние между двумя точками равно длине главой диагонали:

Хорошую тоновую контрастность будут иметь пиксели, расположенные на расстоянии , или (длины ребра RGB-куба):

=~R_max"/> Оценка преобладающего тона Оценка тоновой насыщенности

Тоновая насыщенность - это отличие цвета от ахроматического при их одинаковой яркости. В RGB-кубе тоновую насыщенность пикселя можно выразить как расстояние до диагонали ахроматических цветов:

Для всего изображения оценка тоновой насыщенности может быть выражена как среднее значение тоновой насыщенности для всех пикселей:

Оценка резкости изображения

Понятие резкость, как характеристику аппаратных средств и технологий, можно разделить на три составляющие:

• резкость, как характеристика фокусировки объектива на объект;
• резкость как характеристика оборудования, позволяющая воспроизводить без искажений яркостный переход максимального контраста;
• резкость как результат специальной обработки исходного изображения.

Идеальное оборудование должно обеспечить вывод информации о смене цвета в элементе изображения таким образом, чтобы никакого промежутка между цветами не было.

С физической точки зрения нерезкий переход можно рассматривать как диффузное смешение двух контрастных цветов.

С точки зрения человеческого восприятия резкость — это наличие контура контрастного перехода (яркостного или тонового) между двумя соседними частями изображения.

Для оценки резкости изображения в ахроматических цветах удобно использовать яркость пикселей. Такое изображение может быть представлено прямоугольной матрицей (размерностью соответствующей размерам изображения в пикселях), элементами которой являются значения яркости пикселя.

Рис. 9. Контрастный (сверху) и неконтрастный (снизу) переходы между цветами

Поскольку в настоящее время в большинстве случаев используется квадратный пиксель, можно составить другую матрицу (матрицу яркостных контрастов), элементами которой будут разности яркости последующего и предыдущего пикселей по горизонтали или по вертикали ( или ). Можно учитывать и диагональные разности.

Значения элементов матрицы характеризуются следующим образом:

Далее осуществляется сканирование строк для разностей по горизонтали (столбцов для разностей по вертикали) матрицы яркостных контрастов. Строка (столбец) разбивается на участки, в которые входят элементы, имеющие одинаковый знак (переходые участки) или участки со значениями элементов равными 0.

Для каждого переходного участка оценивается:

Для проведения анализа матрицы яркостных контрастов необходимо определить критерии и их значения: какое значение элемента матрицы считать контрастным переходом, а какое - нет.

Порог «минимальной заметной разницы» контрастной чувствительности (JND) или дифференциальный порог определяют согласно закона Вебера-Фехнера, который формулируется следующим образом: субъективная величина ощущения, измеренная в единицах минимальной заметной разницы, пропорциональна логарифму физической величины стимула:

Закон утверждает: ощущение разницы между близкими по величине стимулами пропорциональна величине стимулов, т.е.:

Это отношение называется пороговым контрастом, а - дифференциальным порогом. В средине дифференциального порога изменения интенсивности стимула не ощутимы.

Отношение Вебера-Фехнера (пороговый контраст) составляет 1-3%.

Таким образом, для каждого переходного участка матрицы яркостных контрастов в идеальном случае или , ~0.03"/> (здесь и далее - крутизна участка).

Поскольку критерии оценки резкости связаны с локальными участками изображения, общая оценка резкости по этим критериям будет сильно зависеть от типа объекта на изображении (документ, пейзаж и т.д.). И всё же в качестве оценки резкости всего изображения можно предложить средние значения длины и крутизны для всех n переходных участков.

Для оценки резкости цветных изображений вместо разности яркости соседних пикселей можно использовать расстояние в RGB-кубе между цветами этих пикселей:

При сканировании матрицы тоновых контрастов, подобно сканированию матрицы яркостных контрастов, необходимо контролировать тенденцию изменения тона: отрезки, соединяющие пиксели в RGB-кубе должны лежать на одной прямой. Реально они могут иметь некоторое незначительное отклонение ε. Осуществить такой контроль можно сравнивая сумму длин расстояний между цветами в RGB-кубе с расстоянием между крайними точками этой ломаной линии:

Прекращение выполнения данного условия можно считать границей участка.

И для всего цветного изображения вычисляются также, как и для ахроматического изображения.

Несмотря на грубость и приблизительность предложенных критериев и методов оценки, их можно успешно использовать для предварительного отбора изображений из больших массивов в автоматическом режиме; для предварительной оценки качества изображений с целью выбора более детальных методов оценки и т.п.

Литература:

• David H. Hubel. Eye, blain and vision. – Scientific American library a division of help. – New York.
• А.Гонта, Е.Седов Резкость изображения и оборудование CCTV.

Excel для Office 365 Word для Office 365 Outlook для Office 365 PowerPoint для Office 365 Excel 2019 Word 2019 Outlook 2019 PowerPoint 2019 Project профессиональный 2019 Excel 2016 Word 2016 Outlook 2016 PowerPoint 2016 Project профессиональный 2016 Excel 2013 Word 2013 Outlook 2013 PowerPoint 2013 Excel 2010 Word 2010 Outlook 2010 PowerPoint 2010 Excel 2007 Word 2007 Outlook 2007 PowerPoint 2007 Project Online Desktop Client Project профессиональный 2013 Project стандартный 2013 Project стандартный 2016 Project стандартный 2019 Меньше

Изменение яркости экрана

Вы хотите настроить яркость экрана ?

Windows 10 : нажмите кнопку Пуск , выберите пункт Параметры , а затем - _гт_ системы . в разделе яркость и цвет установите ползунок изменить яркость , чтобы настроить яркость. Дополнительные сведения см. в статье изменение яркости экрана

Windows 8 : нажмите клавиши Windows + C. Выберите пункт Параметры , а затем - изменить параметры ПК . Выберите компьютер и устройства, _гт_ дисплей . Включите автоматическУю настройку яркости экрана . Дополнительные сведения см. в статье Настройка яркости и контрастности

Подробнее о корректировке рисунков в приложениях Office.

В этом видеоролике демонстрируется несколько способов настройки рисунка.

(По время воспроизведения видео можно щелкнуть стрелку изменения размера в правом нижнем углу кадра, чтобы увеличить размер изображения.)

Длительность: 1:35

Настройка яркости, четкости или контрастности

Примечание: , даже если вы внесли исправления. Эта функция недоступна в Word или Excel.

Изменение цветовой схемы Office для повышения контрастности

Является ли цветовая схема Office слишком яркой? Вам нужна более контрастность приложений Office ? Дополнительные сведения см. в разделе Изменение темы Office (office 2016 и 2013) .

Вы можете изменить яркость, контрастность или резкость изображения с помощью средств исправления.

По часовой стрелке с левого верхнего угла: исходный рисунок, рисунок с увеличенной плавностью, увеличенной контрастностью и увеличенной яркостью.

Настройка яркости и контрастности рисунка

Совет: Если вы используете PowerPoint, вы по-прежнему можете сохранить исходную версию рисунка , даже если вы изменили яркость рисунка. Эта функция недоступна в Word или Excel.

Тоновая коррекция в Photoshop

Софья Скрылина, преподаватель информационных технологий, г.Санкт-Петербург

Под тоновой коррекцией изображения понимается осветление, затемнение или повышение контрастности всего изображения или его частей. В данной статье будут рассмотрены методы диагностики тональности изображения и инструменты для тоновой коррекции фотографии.

Диагностика тональности изображения

Прежде чем приступать к коррекции изображения, необходимо проанализировать изображение, определить тоновый диапазон, что поможет правильно выбрать инструменты для исправления недостатков исходного изображения. Для этих целей используется гистограмма изображения.

Гистограмма иллюстрирует распределение пикселов на изображении. Это график, на котором указано число пикселов на каждом уровне интенсивности цвета. По оси Х располагаются тоновые градации в диапазоне от 0 (черный цвет или тень) до 255 (белый цвет или свет), а по оси Y — количество пикселов каждого уровня. Гистограмма позволяет определять, содержит ли изображение достаточно деталей в тенях (левая часть графика), в средних тонах (середина) и в наиболее светлых участках изображения (правая часть). На рис. 1 приведен пример чтения гистограммы.

Рис. 1. Примеры чтения гистограммы: а — очень светлая фотография, график смещен вправо, в область светов; б — фотография с полным тоновым диапазоном, график построен на всех уровнях интенсивности света; в — темная фотография, график смещен влево, в область теней

Чтобы открыть палитру Гистограмма (Histogram), выполните команду Окно (Window) -> Гистограмма (Histogram). Данная палитра не является инструментом коррекции, она предназначена лишь для диагностики изображения. Для определения тонового диапазона используется гистограмма совмещенного RGB-канала, а для отображения статистики — расширенный просмотр (рис. 2).

Рис. 2. Палитра Гистограмма со статистикой

Раскрывающийся список Источник (Source) становится доступным для многослойных документов: можно оценить тональность текущего слоя или суммарного изображения с учетом всех слоев. Параметры Уровень , Счетчик и Процентиль отображают статистику для области под указателем мыши (рис. 3).

Рис. 3. Палитра Гистограмма для выбранного слоя со статистикой текущего положения указателя мыши на графике

В палитре Гистограмма (Histogram) под графиком приводится следующая статистическая информация:

На рис. 3 гистограмма занимает весь тоновый диапазон. Высота графика и значение параметра Среднее (113,86) показывают, что изображение имеет достаточно много светов — значит, фотография экспонирована правильно. Величина отклонения незначительная (58,68), поэтому изображение не имеет резких световых переходов. Из всего этого следует, что данное изображение не требует тоновой коррекции.

Следует понимать, что не существует идеальной гистограммы! Каждое изображение отличается от остальных и имеет собственный неповторимый график распределения пикселов. Более того, не всегда требуется проводить коррекцию при гистограмме, показывающей явный сдвиг в область светов или теней. Например, логично, что снимок, сделанный в ночное время суток или в открытом космосе, имеет низкий уровень яркости. И гистограмма в этом случае будет соответствовать недоэкспонированному снимку (рис. 4).

Обратите внимание, что пик гистограммы смещен в левую часть графика — это указывает на содержание большого числа теней и совсем незначительного числа светов в изображении. Об этом же говорят значения параметров Среднее (26,89) и Медиана (11). Но этот снимок не является недоэкспонированным, он сделан в естественных условиях. И было бы неверно исправлять такой снимок только лишь для «правильного» вида гистограммы.

Вот еще пример исключения из правил (рис. 5). Зимний пейзаж — полная противоположность предыдущему примеру. Пик гистограммы смещен вправо (в область светов), и график имеет мало темных областей. Значения параметров Среднее (169,30) и Медиана (169) близки к максимальной яркости. Но, несмотря на показания гистограммы, данный снимок не требует коррекции, его яркость естественна.

Уровни

Диалоговое окно Уровни (Levels) вызывается командой Изображение (Image) -> Коррекция (Adjustments) -> Уровни (Levels) или клавиатурным эквивалентом Ctrl+L (в Mac OS — Command+L). В окне отображается гистограмма изображения. Но, в отличие от палитры Гистограмма , в этом окне мы можем проводить коррекцию, манипулируя тремя ползунками: — тени, — средние тона, — света (рис. 6).

На рис. 7 представлена гистограмма тусклого изображения. Обратите внимание, что график распределен не на всем тоновом интервале, а только на его части. Слева и справа от графика нет ни одного пиксела уровня яркости.

Поэтому в ходе коррекции необходимо расширить тоновый диапазон. Для этого следует присвоить самым темным пикселам нулевую яркость, то есть черный ползунок сместить вправо до основания графика, а самым светлым пикселам — максимальную яркость, то есть сместить белый ползунок влево до основания графика (рис. 8).

Рис. 8. Коррекция тусклого изображения в окне Уровни осуществляется смещением черного и белого ползунков к основанию графика

Одновременно со сменой местоположения ползунков меняется гистограмма в палитре (рис. 9), которая показывает нам, что в результате коррекции изображение теперь имеет пикселы на всем тоновом диапазоне (полосатый график).

Рис. 9. Изменение в окне Уровни влечет изменения в палитре Гистограмма

Обратите внимание на треугольник с восклицательным знаком в окне палитры Гистограмма , который появляется в ходе коррекции. Он предупреждает, что произошло удаление уровней яркостей в результате их перераспределения по всей шкале. Поэтому образовались провалы уровней, которые хорошо видны, если нажать на этот значок (рис. 10).

Рис. 10. Результат повышения контрастности в окне Уровни и измененный вид гистограммы после коррекции

Осветление и затемнение изображения

Чтобы осветлить слишком темное или затемнить слишком светлое изображение, необходимо изменить положение серого ползунка, то есть гамму изображения. По умолчанию гамма равна 1. Для темной фотографии ползунок смещается влево (значение гаммы больше 1), для светлой — вправо (значение гаммы меньше 1).

Встречаются примеры очень светлых или темных изображений, у которых не только пик гистограммы смещен в сторону светов или теней, но и весь график уровней яркости распределяется не на всем тоновом интервале. Для коррекции такого изображения достаточно присвоить нулевую яркость самым темным пикселам (для светлых изображений) или назначить максимальную яркость самым светлым пикселам (для темных изображений). Иными словами, сместить к основанию графика черный ползунок (для светлых изображений) или белый (для темных изображений). Смещение серого ползунка в этом случае происходит автоматически, но при необходимости для усиления эффекта серый ползунок также можно сместить в сторону светов или теней.

На рис. 11 приведены исходное светлое изображение замка Эльц и его гистограмма. Гистограмма распределена не на всем тоновом диапазоне, и ее пик смещен вправо.

Для коррекции данного изображения черный ползунок сдвинут к основанию графика, а значение гаммы немного уменьшено (рис. 12).

Коррекция тональности при помощи кривых

Диалоговое окно Кривые (Curves) открывается с помощью команды Изображение (Image) -> Коррекция (Adjustments) -> Кривые (Curves) или клавиатурным эквивалентом Ctrl+M (в Mac OS — Command+M). Это окно позволяет выполнять коррекцию при помощи 14 различных точек в тоновом диапазоне изображения (от теней до светлых участков). Тоновый диапазон представляется в виде прямой диагональной линии (рис. 13).

Чтобы одновременно с прямой линией отобразить и гистограмму изображения, установите флажок Гистограмма (Histogram). Щелчок мыши с клавишей Alt (в Mac OS — Option) в любом месте системы координат изменяет шаг сетки, что также можно выполнить с помощью двух кнопок в нижней части окна (см. рис. 13).

Для коррекции изображения в режиме изменения кривой с помощью точек (кнопка ) необходимо добавить точки на график, а затем провести изгиб кривой.

Для добавления точки на график следует просто щелкнуть мышью в требуемом месте на прямой линии. Если необходимо удалить контрольную точку, то сначала ее нужно выделить щелчком мыши, а затем нажать клавишу Backspace (в Mac OS — клавишу Delete). Также можно щелкнуть по ней с нажатой клавишей Ctrl (в Mac OS — с клавишей Command). Невозможно удалить конечные точки кривой!

Внимание! Если результат коррекции вас не устраивает, нажмите клавишу Alt (в Mac OS — клавишу Option) — кнопка Отмена (Cancel) изменится на кнопку Сбросить (Reset). Нажмите ее — это позволит, не закрывая окна, отменить неудавшуюся коррекцию. Затем повторите попытку. Более того, помимо окон тоновой коррекции действие данной клавиши распространяется на большинство диалоговых окон!

Осветление или затемнение изображения

Для осветления или затемнения изображения с помощью диалогового она Кривые (Curves) необходимо установить точку в середине прямой линии и протянуть ее вверх (для осветления) или вниз (для затемнения), чтобы сделать график соответственно выпуклым или вогнутым. На рис. 14 приведено исходное темное изображение ящерицы и его гистограмма в окне Кривые .

Для осветления изображения прямая линия преобразована в выпуклую кривую (рис. 15).

Рис. 15. Итоговая осветленная фотография и пример коррекции в окне Кривые

Повышение контрастности изображения

Чтобы повысить контрастность изображения, необходимо коррекционную прямую сделать похожей на букву S. Для этого следует добавить на прямую минимум три точки (рис. 16).

В ходе коррекции нужно верхнюю точку сместить вверх, а нижнюю — вниз (рис. 17).

Коррекция тонового интервала

До сих пор мы рассматривали примеры изображений, коррекцию которых можно было выполнить как в окне Уровни (Levels), так и в окне Кривые (Curves), потому что коррекция проводилась на общем тоновом диапазоне. По причине того, что диалоговое окно Кривые позволяет разные участки кривой корректировать независимо друг от друга, этот инструмент предоставляет больше возможностей, чем коррекция уровней.

На рис. 18 приведено изображение Невского проспекта. Гистограмма смещена немного влево, указывая на то, что в изображении преобладают темные пикселы.

Если попробовать исправить недостаток в окне Уровни (Levels), сместив белый ползунок к основанию графика, то мы не получим ожидаемого результата. Изображение становится светлее, но изменения заметны на светлых участках (рис. 19). А если попробовать увеличить гамму изображения, то вместе с домами блекнет небо и украшения ко Дню Победы.

Рис. 19. Коррекция в окне Уровни на общем тоновом диапазоне не дает нужного результата

В данном случае нам необходимо осветлить только темные изображения домов, оставив без изменения светлые участки неба. Для этого в окне Кривые (Curves) следует определить тоновый интервал, который требуется защитить от воздействия, и интервал, подлежащий коррекции. Если, не закрывая диалогового окна, провести указателем мыши по изображению, то на прямой линии возникает точка, соответствующая значению яркости выбранных пикселов.

В нашем случае интервал для коррекции — нижняя часть прямой линии — диагональ двух нижних квадратов. Именно на этом участке находятся яркости пикселов темных фрагментов домов. Оставшиеся участки (точки на прямой линии, расположенные в двух верхних квадратах) необходимо защитить от воздействия. Для этого следует добавить несколько точек в этом интервале (рис. 20).

Рис. 20. Нижний интервал подлежит коррекции, а верхний защищен от воздействия

Для осветления фрагментов изображения нужно сделать часть коррекционной кривой выпуклой (рис. 21).

Тонирование HDR

В Photoshop CS5 появилась новая функция — Тонирование HDR (HDR Toning), которая позволяет стилизовать одиночный снимок под HDR-изображение. Но ее также можно использовать для коррекции тонового интервала, влияя на тени и света изображения. Более того, данная функция позволяет детализировать части изображения, что очень удобно на завершающем этапе коррекции. Так, в нашем случае фотография Невского проспекта в ходе тоновой коррекции, помимо осветления нужных участков, стала плоской. Повышение детализации (+105%) и насыщенности изображения (+30%) в окне Тонирование HDR сделали снимок гораздо более привлекательным (рис. 22).

Открывается данное окно командой Изображение -> (Image) -> Коррекция (Adjustments) -> Тонирование HDR (HDR Toning).

Корректировка экспозиции

Диалоговое окно Экспозиция (Exposure) предназначено для корректировки тона HDR-изображений, но также поддерживает 8-битные изображения. Для его вызова используется команда Изображение (Image) -> Коррекция (Adjustments) -> Экспозиция (Exposure).

Корректировка тона может проводиться изменением трех параметров:

• Экспозиция (Exposure) — предназначен для корректировки светлого участка тональной шкалы с минимальным воздействием на самые темные фрагменты;
• Сдвиг (Offset) — заменяет тени и средние тона с минимальным воздействием на светлые участки;
• Гамма-коррекция (Gamma Correction) — меняет гамму изображения.

На рис. 23 приведена темная фотография белки, что подтверждает гистограмма изображения.

В данном случае для коррекции изображения необходимо влиять на отдельные участки фотографии по-разному: снег надо осветлить гораздо меньше, чем белку, а для ее мордочки необходимо повысить контрастность. С этими задачами можно успешно справиться в диалоговом окне Экспозиция (Exposure) — рис. 24.

Быстрая корректировка тональности

Помимо рассмотренных функций в Photoshop есть инструменты, которые позволяют мгновенно провести коррекцию тональности изображения. Они не требуют тщательной настройки, а некоторые из них позволяют скорректировать изображение буквально одним щелчком мыши!

Коррекция тональности с помощью диалогового окна Яркость/Контрастность

Данное простое в управлении диалоговое окно
имеет всего два ползунка — Яркость (Brightness) и Контрастность (Contrast). Коррекция сводится к изменению их положения (рис. 25).

Рис. 25. Диалоговое окно Яркость/Контрастность

Автокоррекция уровней изображения

Автоматическая коррекция тона и цвета осуществляется в диалоговом окне Уровни (Levels) или Кривые (Curves) щелчком по кнопке Авто (Auto), а ее настройка — в диалоговом окне, открываемом щелчком по кнопке Параметры (Options), — см. рис. 6 и 13.

Для автоматической коррекции изображения по тонам используются также команды Автотон (Auto Tone) и Автоконтраст (Auto Contrast) из меню Изображение (Image).

С половиной из приведенных примеров команды Автотон и Автоконтраст справились успешно, кроме фотографий замка Эльц, Невского проспекта и белки. Перед тем как выполнить коррекцию вручную, пробуйте провести автоматическую коррекцию уровней, потому что в случае удачного результата автоматические команды существенно сэкономят вам время.

Коррекция тона при помощи пипеток

Диалоговые окна Уровни (Levels), Кривые (Curves) и Экспозиция (Exposure) содержат три пипетки: черную , серую и белую — см. рис. 6, 13 и 24.

Для цветных изображений все три пипетки в окнах Уровни и Кривые используются для удаления цветового сдвига, то есть для цветовой коррекции. А для тоновой коррекции можно применять черную и белую пипетки, но только для полутоновых изображений. Цветные изображения корректируются по тонам с помощью всех трех пипеток в окне Экспозиция .

Принцип работы с пипетками следующий: необходимо выбрать нужную пипетку, а затем просто щелкнуть ею по той области изображения, которая должна быть черной, серой или белой. Обратите внимание, что быстрая коррекция с помощью пипеток не всегда выполнима. Изображение должно содержать предполагаемые черные, нейтральные или белые области. Например, фотография заката, скорее всего, не будет содержать нейтральных и белых цветов.

Использование корректирующих слоев

Все рассмотренные в статье инструменты вносят необратимые изменения в слой изображения. Чтобы избежать потери исходной фотографии, лучше проводить эксперименты с дубликатами изображения или слоя. Также можно сохранять результаты коррекции в виде снимков состояния в палитре История (History). Но помните, что после закрытия документа с несколькими снимками состояния будет сохранен только текущий снимок. Поэтому снимки следует использовать только для выбора наиболее удачного результата коррекции.

Другой способ выполнить коррекцию изображения и не потерять исходную фотографию — создать корректирующий слой. Корректирующие слои позволяют возвращаться и вносить последующие изменения тона, не удаляя данные из слоя изображения и не внося необратимых изменений.

Для создания корректирующего слоя применяется кнопка с пиктограммой кружка в палитре Слои (Layers). Щелчок по ней вызывает всплывающее меню, в котором следует выбрать имя инструмента для тоновой коррекции: Яркость/Контрастность , Уровни , Кривые или Экспозиция . После настроек в палитре Слои (Layers) появляется корректирующий слой, который, как и обычный слой, в любой момент можно отключить или удалить. Поэтому в данном случае необратимых изменений в изображении не будет. Более того, вы можете создать несколько корректирующих слоев для выбора наиболее удачного результата коррекции. Так, на рис. 26 палитра Слои (Layers) содержит три корректирующих слоя с разными интрументами тоновой коррекции. Корректировка производится с помощью кривых.

Гистограмма изображения, диалоговые окна Уровни и Кривые , помимо тоновой коррекции, используются для диагностики и удаления цветового сдвига, то есть для цветовой коррекции, которая будет рассмотрена в одном из ближайших номеров нашего журнала. 

Перевод с CNET

Хотите узнать, почему такой важный параметр изображения, как контрастность, бесконечно растет и остается непонятным для многих?

Понимание того, что такое контрастность и как ее оценить, поможет выбрать лучший телевизор, исходя из ваших возможностей. Но это несколько сложнее, чем может показаться.

По сути, контрастность определяется разницей между самым ярким и наиболее темным изображением, которые телевизор может воспроизвести. Более точная формула:

уровень белого / уровень черного = контрастность.

Если телевизор может излучать яркость 45 фут-ламберт при белом экране и только 0,01 фут-ламберт с черным экраном, он имеет коэффициент контрастности 4 500:1. К сожалению, в реальности все становится сложнее.

Есть несколько способов измерения контрастности. Например, производитель может измерить максимальную светоотдачу одного пикселя на некотором, недоступном в обычном режиме, максимуме, затем измерить светоотдачу от того же пикселя при полном отсутствии сигнала. Такая ситуация вряд ли возможно при обычном просмотре фильмов и телепрограмм, но без общепринятого стандарта для измерения такие мелочи не волнуют производителей телевизоров.

Более того, показатели контрастности в последнее время доросли до таких экстремальных значений, что иногда нет буквально никакой возможности измерить их. Почему же сложилась такая ситуация? Отдел маркетинга заявляет численные значения, с которыми он сможет продать товар. Специалистам-разработчикам, в конце концов, приходится хитрить и, о чудо, телевизор получает необходимую контрастность. Единственной возможностью узнать реальные способности телевизоров остается чтение обзоров, но даже и они не всегда точны, как мы увидим далее.

Коэффициент контрастности: хороший и плохой

Поскольку вы читаете эту статью с дисплея, который имеет ​​свой коэффициент контрастности, нельзя дать вам реальные примеры, как выглядит хорошая и плохая контрастность, так что придется искать другие способы.

Проверить, насколько хорошо настроен ваш монитор можно, прочитав специальные статьи. А ниже приведены два изображения, слева с хорошей контрастностью, справа с плохой.

Левое изображение более точное, с хорошей контрастностью. Справа контрастность хуже, уровень черного более высокий.

Довольно легко отметить, что картинка слева более правильная. Изображение справа имеет более высокий уровень черного, и если выбирать из двух телевизоров, поставленных рядом, выбор однозначен.

Контрастность: естественная и динамическая

Есть два типа контрастности. Чаще всего их называют естественной (родной) и динамической. Естественная контрастность та, которую позволяет без ухищрений представлять технология дисплея. У LCD дисплея эту возможность определяет жидкокристаллическая панель. В случае DLP технологии все определяется одним или тремя DMD чипами.

Представьте представленные выше изображения на экране вашего телевизора. Естественная контрастность определяется сравнением наиболее темной части изображения с самыми яркими элементами в этом же сюжете. Назовем это "внутренней контрастностью сюжета", хотя, у кого- то может быть есть и более удачные определения на этот счет?

Подобная контрастность отличается от той, что сегодня приписывают большинству телевизоров и которая называется динамической. Динамическая контрастность – расширенный термин для описания технологии, который позволяет беспредельно завышать показания, в сравнении с естественной контрастностью. При воспроизведении фильма или телепрограммы телевизор регулирует общий световой поток в соответствии с характером отображаемого сюжета. Возможно вам доводилось вручную регулировать подсветку ЖК дисплея, телевизор делает то же самое автоматически, анализируя в режиме реального времени воспроизводимый видеосюжет.

Эта шкала серого пример относительной яркости дисплея. С установленной на максимум подсветкой ЖК дисплей демонстрирует наибольшую яркость, но имеет плохой уровень черного цвета. Если уровень подсветки установить на минимум, будет приличный уровень черного, а общий световой поток станет недостаточным.

Автоматическая регулировка подсветки (аналогично у проектора регулировка отверстия диафрагмы) выполняется схемой контроля видеосигнала и позволяет в режиме реального времени корректировать общий световой поток в зависимости от того, что в это время на экране. Пример изображения с использованием динамической контрастности:

В темном сюжете телевизор затемняет подсветку (или прикрывает отверстие диафрагмы проектор), поэтому изображение становится темнее. При этом проигрывают яркие области на экране, которые тоже темнеют.

В светлом сюжете телевизор повышает общий световой поток, но, как вы можете заметить по серой шкале, повышенная яркость достигается за счет потери достойного уровня черного.

Светлые сюжеты становятся ярче, а темные чернее. Это очень хорошо, и действительно увеличивает видимый контраст дисплея, но не настолько сильно, как хотелось бы предположить, исходя из заявленных параметров контрастности. Телевизор с коэффициентом контрастности 5000000:1 это фантастика. Очень хотелось бы посмотреть на него, жаль, что он не существует. HDTV с высоким коэффициентом динамической контрастности может смотреться лучше, в сравнении с телевизором, который не имеет такой схемы, но он не будет также хорош, как дисплей с высокой естественной контрастностью.

Да, LED источники подсветки LCD панели можно отключить, создав истинный черный цвет, но это далеко не всегда можно делать в процессе воспроизведения реального фильма. Дисплей с высокой естественной контрастностью покажет яркий белый текст на глубоком черном фоне. Дисплей с высокой динамической контрастностью может иметь такой же темный фон, но текст не будет таким ярким.

Сравнительно, это выглядит вот так:

Изображение слева имитирует дисплей с высокой естественной контрастностью. То, что справа имеет пониженную естественную контрастность, но расширенную динамическую. Правое изображение способно представить низкий уровень черного, но делает это за счет снижения общего светового потока. Высокая естественная контрастность дисплея (слева) позволяет без технических ухищрений воспроизводить максимально черный, и в то же время яркий белый цвет.

Как вы можете видеть, дисплей с высокой естественной контрастностью – это то, что нужно. На фоне чернильно-черного неба ясно различимы блики уличных фонарей. Днем небо яркое, но черная куртка достаточно темная. Это больше похоже на картинку на экранах ЭЛТ телевизоров, больше похоже на фильм в кинотеатре, более соответствует реальному изображению.

Сегодня технология с наиболее высокой естественной контрастностью – используемая в домашних проекторах LCOS . В настоящее время в проекторах JVC используется фирменная версия этой технологии (D-ILA). Такие проекторы обладают самым высоким измеренным коэффициентом естественной контрастности. Версия от Sony (SXRD) достаточно отстает, но занимает второе место. Третьими по уровню естественной контрастности можно считать плазменные HDTV, хотя и некоторые DLP проекторы близки к ним.

ЖК (LCD) телевизоры достигли большого прогресса за последнее десятилетие, но все еще отстают от других технологий по ряду параметров. К счастью, лучшие производители знают об этом и придумали несколько способов, чтобы имитировать свойственную другим технологиям высокую естественную контрастность.

Лучший способ для LCD телевизоров добиться высокой контрастности внутри сюжета – использовать локальное затемнение. В этом случае подсветка дисплея представляет собой массив из светодиодов (LED источников), яркость каждого из них может меняться в зависимости от того, что показывается на экране. Хотя это не сделано и не на уровне пикселей, а светодиоды управляются не индивидуально, а по зонам, как правило, общий эффект очень хороший.

К сожалению, сегодня большинство производителей отказались от использования полной LED подсветки, которая является единственным типом хорошего локального затемнения. Такие телевизоры дороже обходятся в производстве.

Большинство LCD LED дисплеев сегодня используют боковую (краевую) подсветку, при которой светодиоды подсветки размещаются сверху и снизу LCD панели. Несколько компаний разработали методы для затемнения отдельных областей экрана и для такой подсветки (Edge LED), но эффект не так хорош, как при использовании полного LED массива позади экрана. Хотя многие телевизоры с боковой подсветкой и выглядят великолепно.

Измерение и все прочие проблемы

Однако у вас естественно давно уже возник вопрос: Как же, выяснить какой телевизор в магазине имеет лучшую контрастность? Вопрос хороший. Однако повышенная яркость освещения искажает реальные возможности телевизора. К тому же, одни модели могут иметь глянцевое покрытие экрана, а другие антибликовое, что тоже затрудняет сравнение. Как уже упоминалось, все производители дают завышенные показатели контрастности, которое имеют мало общего с реальными возможностями телевизоров. Поэтому не стоит особо доверять спецификациям.

Так что остается читать обзоры. К сожалению, лишь на немногих сайтах в процессе тестирования делают измерения контрастности. А полученные показатели порой могут сильно различаться, что объяснимо, к тому же нет единого стандарта для измерения контрастности. Кто-то может оценить контрастность в 20000:1, в то время как другой тестировщик получит только 1000:1.

Многое зависит от того, что измерять. Можно взять черное поле (яркость 0 IRE) с настроечного диска или генератора сигналов, а потом белое поле (100 IRE) из тех же источников. При этом получим приличную общую контрастность, но она не очень актуальна при реальном просмотре видео (которое никогда не бывает полностью темным или полностью белым). Кроме того, на реальном материале начинают работать многочисленные системы видеообработки, которые оказывают влияние на яркость отдельных участков изображения.

Хорошим дополнением будет измерение контрастности по методике ANSI. В этом случае на экран в шахматном порядке выводится восемь черных и белых полей. Все измерения усредняются. Это дает хорошее представление о возможностях дисплея, и гораздо более актуальное для фактического видео. Определенной проблемой является то, что яркость белых полей может влиять на показатели измерений черных квадратов. Таким образом, чтобы все сделать правильно придется потратить очень много времени.

Заключение

В данном случае однозначного ответа нет. Именно такой вывод можно сделать из всего написанного выше. Лучшее, на что сегодня можно надеяться с тем, чтобы получить общее представление о приглянувшихся моделях HDTV – достаточно точные измерения, приводимые в обзорах телевизоров с компетентных сайтов. А также очень пригодятся и почерпнутые из этой статьи познания, чтобы представить, какие потенциальные возможности телевизора наилучшим образом раскроются в условиях просмотра в вашем доме.

Как и во многих руководствах по выбору телевизора можно сказать следующее. Многое зависит от условий, в которых предполагается смотреть телевизор. Если вы любитель кино и смотрите телевизор в темной комнате или в ночное время, повышенная контрастность плазм будет смотреться очень кинематографично.

Если же вы чаще смотрите телевизор в дневное время, по яркости с LED LCD ничто не может сравниться. Где-то между ними располагаются LCD телевизоры с системой местного или зонного затемнения светодиодной (LED) подсветки. Они могут представить лучшую "внутреннюю контрастность сюжета", в сравнении с обычными LCD дисплеями, но при наличии достаточного запаса по уровню светоотдачи.

Независимо от того, какой у вас дома телевизор, очень важно правильно его настроить, так как начальные заводские настройки не могут полностью раскрыть весь потенциал телевизора.

Не путайте яркость видимого изображения (проекции) с яркостью исходящего в сторону экрана светового потока.

Яркость проекции — это световой поток, рассеянный экраном в сторону зрителя.

Яркость изображения можно оценить с помощью следующих референсных показателей:

12-16 fL - для коммерческого кинотеатра (стандарт THX)

40-45 fL – средний показатель яркости полностью белого поля для ЖК панели

Метрические единицы: Nit или Candela/m² = Lux x к.усиления / p

1 Lux отраженный от Lambertian (референсной отражающей) поверхности равен 1 Nit

Имперские единицы: Foot Lambert = Foot Candles * к.усиления / p

Пересчет FtL в Nit: x 3,43 т.е. 16 FtL равно 55 Nits

Как правильно рассчитать ожидаемую яркость изображения?

Существует простая формула, позволяющая рассчитать ожидаемую яркость изображения.

Т.е. Яркость проектора в ANSI люменах / площадь экрана в кв.футах * к. отражения экрана = яркость в fL

В теории люмены и фут-Ламберты напрямую связаны. Один фут-Ламберт светимости, равен одному люмену на квадратный фут. Но, как обычно, не все так прямолинейно. Эта формула не учитывает посторонней засветки и ее направления, не учитывает износ лампы или калибровку проектора (которая способна снизить исходящий световой поток на 40%). Чтобы не ошибиться можно либо изначально брать лишь 70%, заявленной в спецификации яркости проектора при расчетах, либо брать как приемлемый уровень показатели от 20 до 40 fL.

Более высокая яркость позволит компенсировать негативное влияние посторонней засветки и поднять уровень реальной контрастности.

В принципе, не рекомендуется увлекаться «магией цифр» в спецификациях. При указании параметра яркость в ANSI люменах, производители не указывают все параметры измерения. Многие проекторы имеют функции оптимизации изображения, которые существенно влияют на результат. Это приводит к тому, что проектор с заявленной яркостью 700 ANSI, может быть по факту ярче проектора с показателем 1500 ANSI. Таким образом, спецификации - довольно условный источник данных для расчета ожидаемых показателей.

На какие типы делятся проекционные экраны?

Проекционные экраны делятся на различные категории:

• По типу полотна: с гибким полотном и с жестким полотном (пластик, стекло)
• По типу проекции: фронтальная и экраны обратной проекции
• По исполнению: рамные, сворачиваемые и мобильные

Внутри дополнительно они делятся на подвиды:

Рамные экраны: сложно дать называния группам, очень много разных типов рам, полотно может крепиться к раме кнопками, крючками и спицами, липучкой, в больших диагоналях полотно почти всегда с люверсами.

Сворачиваемые: с электроприводом и с ручным управлением; с растяжками и без растяжек; страиваемые в потолок и настенно-потолочные.

Мобильные: на треноге, напольные, на стойках (в т.ч. тип экрана, называемый Fast-Fold, это торговая марка Da-lite, которая стала в области экранов почти тем же, что Xerox в копировальной технике).

В чём преимущество обратной проекции?

Экраны обратной проекции обеспечивают более высокое качество картинки в условиях сильной засветки (при условии отсутствия засветки в аппаратной комнате)

Для каких задач используются экраны с жестким полотном?

Жесткие экраны - это, как правило, обратная проекция, поскольку такой экран, кроме, собственно, функций экрана, выполняет функцию части стены, т.е. отделяет аппаратную от зоны просмотра, он должен изолировать зрителей от шума. В основном, это большие диагонали и, собственно, яркие и шумные проекторы.

Также есть примеры установки жестких экранов обратной проекции в уличных кинотеатрах. Проектор прячется в помещении, а в проем в стене вставляется экран, который не боится влажности.

Гибкие виниловые полотна обратной проекции заметно дешевле, и их проще транспортировать, но звукоизоляцию они не обеспечивают.

Какие существуют типы традиционных экранов (прямой проекции с гибким полотном)?

Следует разделять свойства полотна (материала) и тип экрана. Одна и та же модель экрана (рамного, электрического) и т.п. может быть выполнена с разными полотнами.

Свойства полотна определяются уровнем внешней засветки, разрешением контента (офисные полотна не предназначены для работы с высоким разрешением), яркостью проектора.

Если любитель кино или организация выбирают экран, то им следует рассматривать отдельно, какой тип экрана будет для них оптимален и отдельно - параметры полотна.

В сегменте дешевых экранов выбор невелик, обычно полотно Matte White (белое матовое) или High Contrast (слегка серое). В сегменте повыше, одна модель экрана может иметь от трех до двенадцати вариантов полотна.

В какой степени полотно экрана способно повлиять на качество изображения в различных условиях? Какую долю в стоимости системы должен составлять экран?

Свойства полотна экрана могут очень заметно влиять на качество изображения. В некоторых случаях правильно подобранное полотно в сочетании с не самым дорогим проектором может дать в итоге более качественную картинку, чем самый дорогой проектор с «неправильным» полотном.

Завязывать стоимость экрана, на стоимость проектора подход неверный.

Это как со звуком: купив более дорогой источник за счет экономии на акустике, мы получим плохой звук, поскольку это элементы системы. Аналогично в сочетании проектор – экран.

На какие параметры изображения может влиять качество полотна экрана?

Основными параметрами изображения, на которые могут повлиять свойства полотна являются:

• яркость
• реальная контрастность
• цветопередача
• равномерность яркости по полю
• разрешение

Как качество полотна может влиять на яркость?

За счет коэффициента отражения (gain) более 1.0 изображение становится более ярким (по сравнению с эталонной отражающей поверхностью). Человеческий глаз отстраивается по самому яркому (как правило белому) цвету, и в итоге более яркое изображение воспринимается, как более контрастное. Но есть предел: после определенного порога изменения яркости уже не воспринимается. Фотометр будет видеть картинку по-другому, для него кривая восприятия ровная.

Это физиологическое свойство восприятия давно известно используется в живописи, фотографии и, соответственно, применимо в кино. Вот хороший материал на эту тему.

Как качество полотна может влиять на реальную контрастность?

Реальная контрастность измеряется при выведении «шахматки» по методике ANSI, в отличие от физиологического восприятия, измеряется фотометром. Тут учитываются свойства матрицы проектора (насколько «черный» черный), внешняя засветка и способность полотна работать с этой засветкой. Если базовый слой экрана имеет к. отражения ниже 1.0, а оптическое покрытие его повышает, то получается, что на темных участках полотно дает более темный «черный», на светлых - увеличивает яркость.

Также, полотна с к.отражения более 1.0 имеют направленную диаграмму рассеивания, т.е. свет падающий под острыми углами (фоновая засветка) рассеивается не в сторону зрителя, а под равным углу падения, противоположном направлении.

Как качество полотна может влиять на цветопередачу?

«Правильное» полотно может работать с яркостью изображения, т.е. со всем диапазоном белого света (тут мы помним, что черный, он же серый, есть разновидности белого, отличающиеся между собой только яркостью, в нем присутствует все цвета диапазона), не влияя на цветовой тон. Некачественное полотно может изменить тон изображения.

Экраны с высоким к. отражения могут начать работать как призма, разлагая цвета на компоненты, причем по разному, в зависимости от угла падения. В итоге мы получаем сдвиг по цвету, причем неравномерный по площади экрана.

Некоторые любители кино боятся ставить серый экран, поскольку полагают, что они в итоге не получат «белого» цвета, т.е. его тональность изменится. Фактически, если экран хорошего качества, он изменит только яркость проекции и контраст между участками изображения, но не повлияет на соотношение цветов в белом свете.

Как качество полотна может влиять на равномерность яркости?

Если взять точечный источник света, который изначально дает равномерную засветку экрана (некоторые проекторы изначально имеют проблемы с равномерной засветкой всей площади экрана по яркости), то в центр экрана и на его края свет будет падать под разными углами. Правильное полотно с к.отражения 1.0 должно дать равномерную яркость рассеиваемого света по всей площади. Если к.отражения более 1.0 то яркость должна быть в пределах приемлемых показателей (тут не знаю точных цифр, и есть ли по этом поводу стандарты, но понятно, что чем ровнее будут цифры яркости во всех точках экрана, тем лучше).

Как качество полотна может влиять на разрешение?

Проекционная поверхность экрана неровная, иначе она бы превратилась в зеркало, за счет микронеровностей достигается эффект рассеивания попавшего на экран света; чем меньше физический размер пикселя на экране (4K) тем более равномерными должны быть эти неровности; если они будут слишком большими или неравномерными, часть пикселей начнет отражаться в произвольном направлении, смешиваться между собой, в итоге мы фактически получаем потерю разрешения и проблемы с цветопередачей.

Почему экраны с высоким к.отражения имеют ограничение минимального проекционного расстояния?

Чем выше к.отражения, тем больше показатель неравномерности яркости изображения по всему полю экрана. Вызвано это тем, что чем ближе проектор расположен к экрану, тем больше отличаются углы падения света в центре экрана и на его края. Крайним проявлением подобной ситуации является эффект «hot spot», т.е. очень яркий блик по центру проекции.

Что такое «угол половинного падения яркости»?

Угол обзора напрямую завязан на «half gain» (угол половинного падения яркости). Данный параметр определяется экспериментальным путем: с помощью фотометра измеряется уровень отражаемого света при перпендикулярном расположении к плоскости экрана, далее фотометр начинает смещаться по радиусу, привязанному к геометрическому центру экрана. Там, где количество отраженного света падает на 50% от показателя, полученного на перпендикуляре, обозначается угол половинного падения яркости.

Угол половинного падения яркости определяет конус просмотра (угол), т.е. стандарты индустрии считают, что 50% падение яркости приемлемо для просмотра. Следует понимать, что при смещении по радиусу у нас смещается и «центр яркости» т.е. один край экрана становится ярче другого (если только экран не рассеивает свет ровно на 180 градусов).

Зная такой параметр как угол половинного падения яркости, мы знаем конус просмотра, в котором должен находиться зритель, чтобы видеть качественное изображение, т.е. максимальную ширину зрительского ряда в зависимости от дистанции просмотра.

Тангенс угла половинного падения яркости, умноженный дистанцию просмотра, даёт половину ширины зрительского ряда.

По поводу того, почему 50% считаются приемлемым показателем, возможно, есть данные на сайте ISF, но я не уверен. Государственных стандартов в этой области нет, только индустриальные, устанавливаемые авторитетными организациями ISF, THX, ANSI.

Для каких задач используют офисные экраны с соотношением сторон 1:1?

Никаких специальных особенностей у таких экранов нет. Единственно, что можно предположить, - их берут, как «универсальный» формат, т.е. выдвигают не полностью, чтобы получить 4:3, 16:10, 16:9. Как мне кажется, это сила привычки. Такие экраны выступают, как правило, в сегменте лоу-кост.