HomeDivulgaciónY se hizo la luz… Características de rendimiento de los proyectores

Y se hizo la luz… Características de rendimiento de los proyectores

Una mirada rápida a las especificaciones de casi cualquier proyector nos permitirá comprobar que, por lo general, las dos características que destacan sobre las demás son la salida luminosa y la relación de contraste. Estos dos parámetros son, entre todos los que determinan el rendimiento de una imagen proyectada, los que se consideran más importantes.
Y existe una buena razón para ello: aproximadamente el 70% de lo que percibimos en una imagen a todo color depende en realidad de la información de luminancia o brillo que contenga. Tanto la salida luminosa como la relación de contraste de un proyector influyen en gran medida en la forma en que se traslada la información del brillo y, más concretamente, en el impacto y claridad de la imagen bajo condiciones lumínicas ambientales defectuosas. Pero, pese a lo simples que nos puedan parecer, esas especificaciones tienen un trasfondo mucho mayor de lo que a simple vista aparentan.

Luminosidad

La salida luminosa es una característica técnica importante, ya que sirve para determinar el tamaño máximo de la pantalla de un proyector para conseguir una imagen con un brillo adecuado, así como la cantidad de luz ambiental que es capaz de soportar antes de que llegue a percibirse como una imagen «descolorida». Cuanto mayor sea la salida luminosa, más capacidad tendrá para soportar una imagen de mayor tamaño y, por tanto, para tolerar una mayor cantidad de luz ambiental.
La salida luminosa de un proyector con pantalla frontal se especifica normalmente en lúmenes, que es la medida internacional de flujo luminoso. Este valor no define directamente el brillo de una imagen en pantalla, ya que el brillo también depende del tamaño de la pantalla; y para un determinado número de lúmenes, cuanto mayor sea la pantalla, más tenue será la imagen proyectada.
Lo que podemos ilustrar, por analogía, con una pecera llena de agua (figura 1). Imaginemos que sacamos toda el agua de esa pecera y la vertemos en otra de mayor tamaño. Como es lógico, la línea de flotación del agua descenderá.
Al igual que ocurre con la pecera, si tomamos una determinada cantidad de luz de un proyector y la utilizamos para iluminar una pantalla más grande, observaremos que disminuye el nivel de brillo. Este descenso será directamente proporcional al área de la pantalla más pequeña con respecto a la más grande.

La misma regla se aplica a los proyectores con pantalla de retroproyección, pero con la diferencia de que, en su caso, la pantalla se considera parte integrante del proyector, como si se tratara de una pantalla de visión directa. Por tanto, la salida luminosa no se especifica en lúmenes sino en nits (unidad oficialmente conocida como candelas/m2), que es la medida de la luz emitida desde la pantalla.
Lo más lógico sería asumir que la salida luminosa de un proyector es la máxima cantidad de luz que produce cuando todos los píxeles de la imagen se visualizan completamente en blanco. Pero lo cierto es que este valor es tan sólo una aproximación que resulta de las mediciones realizadas con un fotómetro, por lo que dependerá del propio método de medición.
En el caso de los proyectores digitales, el método de medición de la normativa industrial empleado en la actualidad se define en el IEC 61947-1 de la Comisión Electrotécnica Internacional. Dicha normativa especifica que las lecturas de luz se han de realizar en nueve puntos de la superficie de la pantalla, que habrán de ocupar un lugar muy preciso en el centro de nueve rectángulos formados al dividir vertical y horizontalmente la imagen en una cuadrícula de 3 x 3 (figura 2). Después se hace la media de las nueve lecturas.

Cuado se realiza este tipo de medición, las unidades de la salida luminosa de un sistema de proyección frontal se conocen universalmente como «lúmenes ANSI», una denominación que tiene su origen en una norma antigua del Instituto Nacional Estadounidense de Estándares, la cual fue sustituida hace varios años por el IEC 61947-1. Lo que no quiere decir que se trate de unidades diferentes – un lúmen es un lúmen – sino que se miden de manera distinta.
El método ANSI (ahora conocido como IEC) está muy extendido, pero, desafortunadamente, no todos los fabricantes de proyectores lo utilizan. Si el valor de la salida luminosa no va acompañado de la palabra «ANSI», habrá que deducir que lo más probable es que se ha medido en un único punto (directamente en el centro de la pantalla). Debido a las características de la óptica de proyección, el centro de la imagen suele considerarse el punto más brillante, mientras que, a medida que nos acercamos a las esquinas y los bordes, el nivel de luminosidad va descendiendo. Por tanto, las medidas tomadas únicamente en el centro siempre serán notablemente superiores que el valor ANSI, el cual tiene en cuenta la disminución luminosa. El ojo hace una valoración media del brillo de la superficie de la pantalla, mientras que el valor ANSI refleja con mayor precisión lo que el ojo percibe.
La figura 3 ilustra un ejemplo con valores representativos, que muestran un grupo de mediciones tomadas en los nueve puntos ANSI (nótese que aquí las unidades de medición reales son irrelevantes, ya que lo que se calcula es una proporción). Las nueve lecturas suman una media de aproximadamente 28,5. A continuación, los lúmenes ANSI se calculan multiplicando este número por el área de la pantalla (en las correspondientes unidades adecuadas). Si utilizamos la lectura central de 32, el valor resultante de la salida luminosa será aproximadamente un 12% superior al valor que debería tener.

Relación de contraste

La segunda característica más importante de un proyector es la relación de contraste, ya que influye en la claridad de la imagen y su impacto.
Básicamente, existen dos tipos de mediciones de relación de contraste (CR). El primero se conoce como campo completo secuencial o «full on/off» y mide la gama completa de luz que la pantalla puede emitir de manera práctica (el brillo máximo de los blancos susceptible de generarse dividido por el brillo mínimo de los negros). No hay que olvidar que hasta en el negro completo hay, casi siempre, algo de salida luminosa.
La norma IEC describe cómo se ha de medir la relación de contraste de campo completo de un proyector digital. Con el proyector calibrado de tal manera que estén visibles todos los niveles de grises entre el negro absoluto y blanco absoluto de la señal, evitando el choque de negros y blancos, se procede a la medición sucesiva, en una sala totalmente oscura, de la salida luminosa de una imagen completamente en blanco y de una imagen completamente en negro (en ambos casos como resultado del promedio de las medidas tomadas en los nueve puntos ANSI).
La relación de contraste de campo completo es la proporción del valor de la imagen blanca con respecto al valor de la imagen negra.
El segundo tipo de medición de la relación de aspecto, también definido por la norma IEC, se conoce como «ANSI CR». Con el proyector instalado tal y como acabamos de describir, se muestra un patrón de prueba de tablero de ajedrez, que divide la imagen en una cuadrícula de 4 x 4 de rectángulos blancos y negros dispuestos alternativamente como en un ajedrez (véase la figura 4). Las lecturas de luz se realizan en el centro de cada rectángulo. La suma de las mediciones de los rectángulos blancos se divide entre la suma de los rectángulos negros. Téngase en cuenta que para evitar errores en las mediciones es necesario emplear técnicas especiales, específicamente dirigidas a evitar que la luz que despide la imagen y que se queda rebotando por la sala no vuelva a la pantalla.

El propósito de la especificación ANSI CR es cuantificar el rendimiento del contraste de una pantalla al visualizar una imagen de datos estándar con un gran número de píxeles brillantes (por ejemplo, un ordenador). La dispersión de los rayos de luz en el sistema óptico del proyector provocará el desvío de una pequeña fracción de la luz de esos píxeles brillantes a otras partes de la pantalla. De este modo, los píxeles que deberían ser completamente negros viran a gris oscuro con la subsiguiente reducción del contraste de la imagen.
Por este motivo, en el caso de un proyector concreto, la medición de ANSI CR es, en general, notablemente inferior que el valor del campo completo. Sin embargo, se trata del valor que realmente mide la calidad y el rendimiento del contraste de todo el sistema óptico del proyector.
Para el ojo humano, una imagen con un valor ANSI CR elevado suele poseer un aspecto más claro y nítido que una imagen cuyo valor ANSI CR sea menor. Ello es debido a que la nitidez percibida de una imagen se encuentra enormemente condicionada por la relación de contraste entre los píxeles adyacentes, la cual aumenta normalmente cuanto mayor son los valores de ANSI CR.
A pesar de que la especificación ANSI CR mide el rendimiento del contraste de las imágenes de datos, también juega un papel importante en las imágenes de vídeo de tonalidad homogénea. No obstante, cabe mencionar que dichas imágenes están influidas en mayor medida por el rendimiento de la relación de contraste de campo completo del proyector. El motivo es que el área de brillo de la mayoría de las escenas de vídeo es considerablemente menor que el área de brillo del patrón de prueba ANSI (que supone el 50% de la imagen). Por tanto, el rendimiento del contraste que se consigue durante una película normal será mejor que el que ANSI CR indicaría la mayor parte del tiempo, aproximándose a la relación de contraste de campo completo de las escenas más oscuras.
En términos generales, una mayor relación de contraste de campo completo proporcionará un nivel de negros más intenso para un brillo máximo concreto. A medida que los niveles de negros se intensifican, las imágenes mejoran perceptiblemente, sobre todo las imágenes de vídeo. La saturación de color, en concreto, mejora en gran medida y a menudo se dice que las imágenes tienen más «gancho».
Sin embargo, resulta muy fácil privar a una imagen de su elevado contraste si hay luz ambiental incidiendo en la pantalla. En el caso de la proyección de pantalla frontal una pequeña cantidad de luz bastaría para reducir notablemente el contraste. Si no es posible controlar de forma adecuada la iluminación dentro de la sala, una posible solución sería utilizar una pantalla especial capaz de rechazar una parte (normalmente no toda) de la luz que incide en la pantalla, procedente de diversos puntos diferentes al proyector.
Otra forma de luchar contra la iluminación ambiental es utilizando un proyector más luminoso, tal y como se ilustra en la figura 5. La imagen procedente del proyector A que emite 500 lúmenes tiene una relación de contraste efectiva de sólo 10:1 gracias a la iluminación ambiental relativamente elevada.

La imagen generada por el proyector B, que emite 2.000 lúmenes, tiene un contraste mucho más elevado de 40:1, debido exclusivamente a su mayor luminosidad. Hay que tener en cuenta que estos valores corresponden a la relación de contraste real de dentro de la sala, condicionada por el efecto de la luz ambiental. Las relaciones de contraste medidas en laboratorio de los dos proyectores bien podrían ser las mismas.
Por lo general, la luz ambiental no tiene por qué ser un problema en la retroproyección, ya que la mayoría de las pantallas de los sistemas de retroproyección incorporan como parte de su estructura una matriz de bandas negras u otro tipo de elemento dirigido a rechazar la luz que incide en la superficie frontal de no proyección.

Contraste dinámico

Otro de los valores relacionados con la relación de contraste que puede encontrarse en el apartado de especificaciones de los proyectores es el que se conoce como «relación de contraste dinámico», cuyo valor normalmente es bastante superior al de la relación de contraste de campo completo y que, a su vez, es mayor que el de ANSI CR.
En resumen, el contraste dinámico es una característica capaz de variar la intensidad de la fuente luminosa de la pantalla con contenido de imagen. En el caso de un proyector digital que utilice una lámpara de descarga de alta intensidad, ya sea de xenón o vapor de mercurio, esto se consigue con un iris motorizado dentro del proyector que «atenúa» la luz de la lámpara antes de que llegue a la(s) micro-pantalla(s). Véase figura 6.

El hecho de que las imágenes no siempre contengan la gama completa de intensidades de píxeles (desde el negro absoluto hasta el blanco absoluto) juega a favor del contraste dinámico. En el caso concreto de las imágenes de vídeo es muy habitual que la imagen contenga un número considerablemente superior de píxeles oscuros que de píxeles brillantes. Cuando no hay píxeles brillantes (o si los hay en cantidades insignificantes), es posible conseguir un nivel de negros más intenso cerrando automáticamente el iris para reducir la luminosidad del proyector. La salida luminosa aumenta automáticamente en aquellas escenas que contienen más píxeles brillantes, en proporción a su número y brillo relativo.
Evidentemente, la implementación del contraste dinámico no resulta tan simple como parece. La forma específica en que la salida luminosa se modifica con el contenido de imagen es fundamental para evitar cambios evidentes y visibles en el brillo de la imagen. Además, la relación matemática entre los valores de los píxeles y el brillo (la gamma) debe manipularse correctamente.

Si se hace bien, el contraste dinámico puede producir un aumento muy notable en el rendimiento de contraste percibido de una pantalla para fuentes con contenido de imagen variable, concretamente, vídeo en movimiento; sin embargo, no mejora el contraste subjetivo de las imágenes estáticas. Normalmente tampoco es efectivo para toda una matriz unida por los bordes o formada por imágenes en mosaico, ya que los niveles de negro y el brillo de cada una de las imágenes de la matriz debe estar en un equilibrio exacto en todo momento.

Conclusión

La salida luminosa y la relación de contraste están consideradas como las especificaciones más importantes del rendimiento del proyector. A la hora de evaluar estas especificaciones, es fundamental entender cómo se realizan las mediciones y si se cumplen los estándares industriales. Pero lo que es aún más importante: conocer los factores que influyen en las mediciones, así como aquellas que más comprometen el brillo, el contraste y la claridad de la imagen para una aplicación concreta.

TXT: Antonio Abad
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