Auswirkungen der 3D-Projektion - Messergebnisse und subjektiver Bildeindruck

Auswirkungen der 3D-Projektion – Messergebnisse und subjektiver Bildeindruck

Teil1 - Subjektiver Bildeindruck
Immer wieder wird davon berichtet, dass der Lichtverlust während der 3D-Projektion zwischen 75% und 95% liegt.
Oftmals sind das reine Rechenwerte, weil eine „objektive“ Messung derzeit mit den Sensoren sehr schwer umzusetzen und zum Teil sogar unmöglich ist. Diese Messungen führen dann zu „falschen“ Ergebnissen.

Worum geht es?
In den meisten Fällen wird der Lichtverlust in einer 3D-Vorführung vom Zuschauer als weitaus geringer empfunden als es die reinen Zahlenwerte vermuten lassen.
Da sich unser Auge auf unterschiedliche Helligkeiten recht schnell einzustellen vermag, können wir sowohl nachts auf der Straße als auch unter gleißendem Sonnenlicht recht gut gucken. Sogar in einer beinahe stockdunklen Dunkelkammer können wir uns nach einer gewissen „Eingewöhnungszeit“ recht sicher bewegen.
Allerdings entgehen uns viele Details, die wir unter mehr Helligkeit gut sehen würden.
Wer schon mal bei Tageslicht in einer alten Diskothek war, weiß was ich meine.

3D-Projektion:
Es gibt aktuell mehrere Verfahren, wie 3D-Filme projiziert werden. Ich möchte mich an dieser Stelle nur auf 2 Techniken beschränken.
1.Die aktive Brillenlösung mit Shutter-Technik (z.B. genutzt von Sony, Mitsubishi, JVC, Panasonic)
2.Die passive Brillenlösung mit Polarisations-Technik (z.B. genutzt von LG, Barco)
Schaut der Zuschauer nun auf die Leinwand, während ein 3D-Film projiziert wird, sieht er praktisch zwei übereinander liegende Bilder gleichzeitig, die ein wenig versetzt voneinander erscheinen. Erst mittels einer „3D-Brille“ wird das jeweilige Bild (links und rechts) dem jeweiligen Auge zugeordnet.

Luminanz:
Im Kino fordert die Filmindustrie eine Mindesthelligkeit von 4,5 Footlamberts für die 3D-Filmwiedergabe. Für den 2D-Film sind lt. SMPTE-Norm 12 – 22 Footlamberts empfohlen.

Helligkeitsmessung 3D:
Es ist relativ einfach herauszufinden, wie hell ein Bild auf der Leinwand ist.
Dafür muss lediglich ein weißes Vollbild mit 100 IRE abgespielt werden - für die 3D-Messung allerdings per Blu-ray-Player im 3D-Modus
Während für 2D-Filme das Licht auf der Leinwand (Gain 1,0) gemessen wird (für die reine Projektorspezifikation allerdings direkt im Lichtweg per max. Weitwinkel und aus 2 Meter Entfernung), kann die maximale Luminanz im 3D-Filmbetrieb sowohl auf der Leinwand (Gain berücksichtigen) als auch direkt im Lichtweg und hinter der Brille gemessen werden.
Da die Brillen aufgrund ihrer konträr genutzten Polfilter für das linke und rechte Auge erheblich an Helligkeit verlieren, wirkt ein Blick durch die Brille erstmal dunkler.
Gut zu erkennen ist das auch, wenn die Brille mal vor ein weißes Blatt Papier gehalten wird – egal ob aktive (Shutter) oder passive (Polfilter) Brille.

Das bringt uns direkt zur Helligkeitsmessung.
Leider kann nur durch ein Brillenglas zurzeit gemessen werden. Das führt technisch bedingt zu mind. 50% Lichtverlust. Beim Sony VPL-VW90 sollen es sogar bis zu 75% sein, weil die Verschlusszeit der Shutterbrillen kürzer ist (bleibt länger geschlossen) als von den JVC-Modellen. Das liegt daran, weil die analog angesteuerten SXRDs nacheinander umschalten, während die digital angesteuerten D-ILAs alle gleichzeitig ihren Zustand wechseln (was schneller geht). Dadurch ist die „Umschaltzeit“ (Schwarzphase/Dunkelphase) der JVC-Brille kürzer, die JVC-Brille kann länger für das Filmbild geöffnet bleiben und so mehr Licht hindurch lassen.
Während der Umschaltphase müssen die Brillen deshalb geschlossen bleiben, weil ansonsten heftiges Ghosting und Bildflimmern auftreten kann.

Subjektiver Helligkeitseindruck
Da nicht durch beide Brillengläser gleichzeitig gemessen werden kann, ist es natürlich interessant, wie sich das Messergebnis mit dem subjektiven Bildeindrücken vergleichen lässt.
Wenn ich ein 1 Auge schließe, scheint weder das 2D-Bild noch das 3D-Bild (egal welche Technik verwendet wird) auf der Leinwand nennenswert dunkler zu sein. Die Bildwechselfrequenz ist so hoch, dass wir das 3D-Bild (ohne Brille) nur als ein einziges Bild wahrnehmen, trotz des Ghostings (Doppelbilder, Geisterbilder).
Eine Messung durch nur 1 Brillenglas führt aber im Ergebnis zu massiven Lichtverlusten.
Dieser messtechnische Lichtverlust setzt sich in der Regel wie folgt zusammen:
- Projektion 50%, da für das linke und rechte Auge unterschiedliche Bilder (meist nacheinander und entsprechend polarisiert) projiziert werden.
- Brille ca. 50 – 80%, je nach Brillentyp und Verschlusszeit (Shutter) sind die Unterschiede begründet.
Werden diese Lichtverluste nun addiert, bleiben hinter Brille zwischen 10% und 25% übrig - an einigen Stellen ist sogar von über 90% Lichtverlust zu lesen.

Beispiel:
Der Projektor gibt 1000 Lumen maximal aus (kalibriert auf 3D).
Durch die Splittung für das rechte und linke Augen kommen nur je 50% (500 Lumen) vor der Brille an.
Die Brille schluckt pro Glas (das ist wichtig!) ca. 50% aufgrund der Polfilter und Umschaltzeiten.
Somit bleiben etwa 250 Lumen hinter der Brille pro Auge übrig. Das taucht dann auch so in den Messergebnissen auf: "Luminanz 250 Lumen im 3D-Modus."
Gibt der Projektor gar nur 500 Lumen maximal (kalibriert) aus, reduziert sich die Lichtleistung hinter der Brille auf schlappe 125 Lumen (pro Auge!).

Das erklärt auch, weshalb die „Audivision“ beim Vorserienmodell des Sony VPL-VW90 nur ganz magere 60 Lumen hinter der Brille im 3D-Modus gemessen hat. Aufgrund der kurzen Verschlusszeit der Brille (bleibt länger geschlossen), damit die SXRDs alle umschalten können, soll die Sony-Brille rund 75% an Licht "schlucken".
Der Sony wurde offenbar mit max. 480 Lumen gemessen. Aufgrund des 3D-Helligkeitsverlustes bleiben vor der Brille 240 Lumen (pro Auge!) übrig. Da die Brille nur 25% an Licht durchlässt, bleiben genau die 60 Lumen hinter der Brille übrig, die von der "Audiovision" gemessen worden sind.
Werden aber die Messwerte hinter beiden Brillengläsern addiert (je 60 Lumen), verdoppelt sich die Lichtleistung. Das wird aber derzeit nicht berücksichtigt in den Messungen oder den Berichten der "Fachmagazine".


Vergleich 2D (500 Lumen) gegen 3D (250 Lumen):
Zurück zur unserer 1. Beispielsrechnung

Wir erinnern uns. Wenn wir 1 Auge schließen, wird das Bild nicht dunkler.
Machen wir hier und jetzt doch mal gemeinsam den Test!
Dafür einfach mal ein Auge zumachen während auf den Monitor geschaut wird! – Na?! - Da ist kein Unterschied zu erkennen, obwohl 50% weniger Licht (über nur eine genutzte Netzhaut) ans Gehirn „gesendet“ wird.
Ebenso verhält es sich mit den 3D Bildern für das linke und das rechte Auge, die nacheinander projiziert werden.
Erst durch die Brille nehmen wir den Lichtverlust in der Stärke wahr, wie diese das Bild insgesamt verdunkelt.
Von den 1000 Lumen maximaler Helligkeit unseres obigen Beispieles verbleiben 250 Lumen für jedes Auge! Addiert kommen wir auf 500 Lumen.
Ein Vergleich mit einem 500 Lumen hellen Projektorbild (gleiche Szene, gleiche Bildgröße, gleiches Leinwandmodell) ohne Brille direkt neben der 3D-Projektion mit Brille betrachtet, müsste demnach denselben Bildeindruck vermitteln.
Wird nun die Brille abgenommen, ist das auch der Fall!
Das 3D-Bild (250 Lumen hinter der Brille gemessen) erscheint ebenso hell mit Shutter/Polfilterbrille wie die 2D-Projektion (500 Lumen) ohne Brille.


Fazit:
Rein subjektiv nehmen wir den Helligkeitsverlust deutlich wahr, der hinter der Brille entsteht (ich erinnere: Brille mal vor ein weißes Blatt Papier halten). Der (vom reinen Zahlenwert) deutlich höhere Lichtverlust durch die 3D-Projektion fällt dagegen kaum negativ auf. Deutlich wird das vor allem im direkten Vergleich, wenn wir die Brille im 3D-Betrieb mal abnehmen und uns ein (vom reinen Zahlenwert) doppelt so helles 2D-Bild betrachten.

Anhang:
Wie ist das Helligkeitsempfinden aber ohne 3D-Brille, wenn ein Bild im 3D-Modus mit 1000 Lumen projiziert wird und direkt daneben erstrahlt ein 2D Bild ebenfalls mit 1000 Lumen?

Darauf gehe ich später detaillierter ein. Ebenso auf die Problematik der Kalibrierung, Farbdarstellung, Durchzeichnung, Bildschärfe.