Durante décadas a fio os televisores foram construídos com o uso de Tubos de Raios Catódicos (sigla traduzida do inglês CRT ou Cathode Ray Tube), conhecidos entre os técnicos como “tubo de imagem”.

Até o desenvolvimento das chamadas “telas planas”, coisa que o CRT nunca foi (apesar de anunciado nos últimos anos como tal), a formação da imagem era baseada no excitamento elétrico de partículas de fósforo nas cores fundamentais do espectro Vermelho, Verde e Azul (RGB).

Entre os vários percalços técnicos encontrados e nunca totalmente resolvidos um dos mais importantes foi a discrepância entre alimentação elétrica e luminância. Esta relação não é linear, obedecendo a uma função exponencial entre o sinal de entrada e a luminância resultante. Em uma típica situação da imagem padrão, a curva resultante seria algo deste tipo:

A solução para este impasse foi efetuar a correção da curva chamada simplesmente de “Gama” (ou, melhor ainda, “Correção de Gama”). A correção é uma retificação por regressão da curva exponencial. Seguindo o padrão de 2.2, usado nas imagens exibidas nas TVs, a curva resultante seria deste tipo:

A evolução dos displays tornou evidente que esta limitação iria infligir perdas significativas na exibição da luminância, cujo aumento na tela, uma vez proporcional à imagem capturada, ficaria tecnicamente inviável.

E aconteceu que, ao longo de sua evolução tecnológica, câmeras digitais profissionais, usadas agora para a produção de filmes e seriados, foram dotadas de sensores óticos capazes de capturar luz com ampla faixa dinâmica (diferença entre zonas claras e escuras), em níveis muito superiores aos displays até então em fabricação.

Subsequentemente, e em tempo hábil, porém, todos os displays modernos se tornaram capazes de produzir luminância em níveis perfeitamente compatíveis com as imagens capturadas. O problema técnico central enfrentado foi adequar a correção de gama com esta nova condição, na prática achar maneiras de codificar gama de forma a que a sua decodificação formasse uma imagem com luminância alta.

A solução encontrada e tecnicamente mais viável foi a codificação de informações digitais (software) capazes de retificar gama dinamicamente. Este processo levou o nome de Electro-Optical Transfer Function (EOTF). A sua principal derivação, agora com ampla aplicação nas novas telas é o que se denomina “Opto-Electronic Transfer Function” (ou OETF), que consiste no mapeamento de luz na cena capturada na câmera, que depois fará parte da renderização da imagem no display.

As modificações acima descritas foram incorporadas em um padrão que é aplicável em displays HDR, na forma de recomendações sob o número Rec. 2100 ou BT. 2100, que incorporam informações sobre a maioria dos quesitos de formação da imagem, como resolução nativa, cadência, croma, etc.

Esta série de iniciativas de ordem técnica, como a proposição de curvas aperfeiçoadas de correção de gama, foi o que, em última análise, tornou factível o aparecimento no mercado das telas HDR 10, HLG HDR, e mais recentemente Dolby Vision, com especificações ainda mais demandantes.

Não é preciso entrar na matemática deste sistema (eu certamente seria um que não me aventuraria voluntariamente) para apreciar o resultado prático nos televisores que saíram no mercado recentemente.

Parece público e notório que os padrões anteriormente construídos para as imagens em HDTV (1080i/p., Rec. 709 ou BT. 709) não são teoricamente capazes de dar suporte a imagens com a faixa dinâmica de luz proposta pelos atuais modelos HDR. A correção de gama do Rec. 709 em tese não dá suporte a imagens HDR. Por isso, a modificação da curva de correção de gama acabou sendo inevitável.

Simultaneamente, as telas LCD mais recentes começaram a ser capazes de maior intensidade de luz branca e níveis de preto cada mais profundos, ou seja branco acima do nível de clipagem (corte na resposta) anterior, e preto mais próximo do preto absoluto. Em telas OLED o preto absoluto é mais facilmente atingido, através do desligamento puro e simples dos pixels envolvidos.

A evolução sobre o conceito de intensidade de luz, esta muitas vezes chamada de “brilho” de uma tela, aproximou da realidade visual a imagem capturada, quando reproduzida no display. Não há nada de misterioso ou esotérico nisso, porque o olho humano é mais capaz de distinguir cores e tons de cores quanto maior for a intensidade de luz presente em um dado ambiente, e a recíproca é verdadeira: em ambientes escurecidos a percepção da cor se altera significativamente. A explicação para tal fenômeno é a seguinte:

O que se convenciona chamar de “cor” de um objeto nada mais é do que o resultado da incidência da luz branca (amplo espectro de emissão) naquele objeto, com a absorção de energia luminosa de todos os comprimentos de onda, menos aquele que define a cor do objeto, que é refletido de volta ao observador. Se todos os comprimentos de onda forem absorvidos e nenhum refletido a “cor” observada será o preto! Ao contrário, se todos os comprimentos de onda forem refletidos ao invés de absorvidos a “cor” observada no objeto será o branco.

Para a correta observação das cores em uma imagem o ajuste de branco em uma captura e depois em uma tela é importante porque a tonalidade do branco varia de acordo com a luz do dia, indo do azul ao vermelho. O que se faz na maioria das vezes é ajustar o tom de branco para D650 (luz do meio dia) tanto na captura quanto no display. Pequenas variações deste ajuste são admissíveis, por conta da percepção ocular do usuário, mas em geral se deve procurar o ajuste de referência e não interferir mais nisso.

Displays antigos foram construídos de forma a emitir cerca de 100 nits de luminância, condição de total restrição para a exibição da imagem HDR. Filmes (película) e câmeras digitais modernas podem chegar a capturar luz em quantidades muito acima deste valor. Os displays atuais emitem mais de 800 nits de luz, em geral acima de 1000 nits ou mais, tornando a imagem capturada muito mais natural.

Nestas condições de luminância o único impedimento para a correta observação de cores é a capacidade do display de reproduzir uma maior gama de cores. Imagens capturadas e exibidas de sinais com 8 bits de resolução (bit depth) são satisfatórias até o estabelecimento dos padrões de HDTV (Rec. 709), mas a tendência é aumentar esta gama até o ponto de observação do tom correto da imagem original.

Uma série de outros fatores técnicos, que não cabem no escopo deste texto, ajudam a construir telas melhores e televisores, tablets, celulares ou quaisquer outros dispositivos fabricados com o objetivo de reproduzir uma imagem de alta qualidade se beneficiam disso.

É bastante provável que, mesmo com os atuais avanços, muitas outras modificações serão inseridas no design de telas cada vez mais avançadas.

Longe agora estão os “tubos de imagens”, seus pesos avantajados, erros e limitações. Os displays digitais vêm afinando de espessura, diminuindo de peso e aumentando de tamanho. A tela plana na parede deixou de ser um conto de ficção científica. São peças ainda parte de um nicho de mercado, é verdade, mas a tendência é serem instaladas na sala de qualquer um. Só o futuro dirá que novos avanços de display ainda vem por aí, mas certamente o que já está estabelecido nos mostra algo em termos de reprodução imagem nunca antes imaginado! [Webinsider]

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Paulo Roberto Elias

Paulo Roberto Elias é professor e pesquisador em ciências da saúde, Mestre em Ciência (M.Sc.) pelo Departamento de Bioquímica, do Instituto de Química da UFRJ, e Ph.D. em Bioquímica, pela Cardiff University, no Reino Unido.