CN104296971A - 一种高亮度环境下的显示器对比度校准方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高亮度环境下的显示器对比度校准方法及装置，通过直射光源、镜面光源、漫射环境光源及漫射积分球光源模拟出高亮度环境，配合显示器测量台及亮度计平台等机械位移机构，能够在多种复杂高亮度光照条件下对显示器的对比度进行校准测量。采用上述方案，通过在显示器固定平台上加装标准反射板，利用经过校准检定的标准反射板对校准装置的测量结果进行校准，实现了装置对显示器对比度参数的量值溯源，并且能够保证测量结果具有优秀的重复性和稳定性。
Description
技术领域
本发明属于显示器对比度校准技术领域，尤其涉及的是一种高亮度环境下的显示器对比度校准方法及装置。
背景技术
对比度参数是显示器的一项重要指标，生产制造商在对该参数进行测试和宣传时往往使用的是暗室对比度，即在光学暗室中进行测量的结果，通过测量取得显示白场的亮度值与显示黑场的亮度值之比作为对比度。然而显示器在工作时并非出于暗室中，随着显示技术的不断发展，各种类型的显示器被广泛的应用到便携式移动设备、车载或机载电子设备以及户外广告屏幕等场景，通常都会有较强的环境背景辐射光照射到屏幕表面。由于显示器件的亮度动态范围有限，无法真实的还原影像的亮度信息，显示器在高亮度环境光源的照射下，会出现可视对比度降低从而导致显示器输出信息的可读性变差。由此可见，显示器件的暗室对比度不能够客观的反应显示器在正常工作状态的性能，仅能够作为实验室指标为实际情况提供参考。
针对显示器在高亮度环境下进行对比度测量有几种方案可供选择，较常见的方法是将被测显示器置于高亮度环境下的积分球中，积分球中的高亮度环境有内置光源提供，利用遮光板放置光源不经过积分球侧壁的反射而直接照射到显示器表面或从开孔射出，利用亮度计等测量仪器在积分球之外，透过在积分球侧壁的开孔对显示器进行测量，同时将显示器平面的法线方向与测量光路偏转一定角度防止镜面反射光影响到对比度测量结果。还有一种类似的方法是将显示器贴合在积分球或半积分球的侧壁上，亮度计放置在积分球的另一侧，通过积分球侧壁的开孔对显示器进行测量。
现有的显示器亮室对比度测量装置及方法如下不足：1、被测显示器尺寸较大时，测量所需要的积分球直径也需要随之增大，装置的成本将成倍提高；2、装置的测量结果不具备校准溯源途径，无法保证量值准确可靠；3、利用单个积分球中的光源作为环境照明装置，不能够实现输出高空中太阳直射的照度水平；4、被测显示器及测量仪器的位置固定，导致入射光源照射几何条件单一，测量仪器观察角度固定。
因此，现有技术存在缺陷，需要改进。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种高亮度环境下的显示器对比度校准方法及装置。
本发明的技术方案如下：一种高亮度环境下的显示器对比度校准方法，其中，包括以下步骤：
步骤1：将一组标准反射板固定在测量台上，根据校准需要采用相应光源分别照射在不同反射板的中心位置，由亮度计对不同反射板中心位置的亮度进行测量，比较不同反射板之间的亮度测量结果，计算得到反射板之间的亮度对比度；
步骤2：采用经过定标的标准反射板的反射率值，计算不同反射板之间的标准反射率对比度，并以此对亮度计测量得到的亮度对比度进行校准，得到不同测量范围下的对比度校准因子；
步骤3：将被测显示器固定在测量台上，采用定位激光器标示线确定显示器平面与步骤1中所述反射板的表面重合,根据不同类型的对比度校准项目将被测显示器调节到相应画面；
步骤4：用直射光源从显示器法线方向入射，在显示器表面产生不低于110000lx环境照度，并达到正午太阳直射时的光照条件，用于模拟阳光垂直照射到显示器情况下的观察条件；步骤5：采用镜面光源产生入射角同测量角相同的，在显示器表面产生不低于10000cd/m2镜面角入射的亮度，用于模拟阳光镜面入射到显示器情况下的观察条件；
步骤6：采用漫射环境光源产生发光各向均匀的，最大在显示器表面产生11000lx的照度，用于模拟显示器处在高亮度漫反射环境中的观察条件，并可以利用积分球侧壁的开口实现不同观察角度的对比度测量；
步骤7：采用漫射积分球光源在显示器表面产生21500lx的照度，用于模拟阳光漫射在显示器表面情况下的观察条件；
步骤8：根据不同的高亮度模拟环境需要，选择步骤4-7中的光源进行单独或组合输出，采用亮度计在不同的显示画面下对显示器中心位置的亮度进行测量；
步骤9：采用在不同画面下得到的亮度测量结果，计算相对应对比度项目的测量结果，经步骤2中得到的校准因子修正后，最终得到高亮度环境下的显示器对比度校准结果。
所述的高亮度环境下的显示器对比度校准方法，其中，所述步骤1中所述的一组标准反射板是由反射率在5％-99％之间的反射板组成。
所述的高亮度环境下的显示器对比度校准方法，其中，所述步骤1中所述的一组标准反射板是由至少包含5种反射率在5％-99％不同的反射率值以满足不同的对比度校准范围。
所述的高亮度环境下的显示器对比度校准方法，其中，所述步骤3中所述的对比度校准项目包括但不限于黑白场对比度和各级灰阶对比度。
一种高亮度环境下的显示器对比度校准装置，其中，包括放置显示器的测量台、定位激光标示线、标准反射板、漫射环境光源、镜面光源、漫射积分球光源、直射光源、亮度计及亮度计平台；所述放置显示器的测量台，用以保证被测量各种大小的平面显示器的显示中心位于放置显示器的测量台的中心位置；所述定位激光标示线，用于提示被测显示器、标准反射板的安放以及保证显示面的位置在测量过程中不变；所述标准反射板配合不同类型光源工作，用来提供标准对比度数据及装置校准因子计算的依据；所述漫射环境光源位于被测显示器前，所述漫射环境光源设置左右移动，用于提供规定的照明环境，并利用其在积分球侧壁的开孔在不同角度下对被测显示器的对比度进行测量；所述镜面光源和所述漫射积分球光源位于被测显示器前200-400mm的位置，分别在不同观察条件下为被测显示器提供被测区域的高亮度环境；所述直射光源位于显示器前约1000mm位置，且入射角度位于显示器的法线方向的8°角以内，用于模拟阳光直射情况下的高照度环境，通过在光路中加入能够控制通光孔径的以调节光阑，实现对光源输出的功率进行自由调节；所述亮度计位于亮度计平台上，且位于被测显示器前600-1800mm的位置，是对被测显示器及标准反射板进行亮度测量的仪器，能够实现不低于30000cd/m2的亮度测量范围；亮度计平台能够承载亮度计在各种观察角度下进行亮度参数的测量。
所述的高亮度环境下的显示器对比度校准装置，其中，所述显示器测量台设置为上下升降的平台，同时所述测量台以被测显示器法线为轴进行一维旋转。
所述的高亮度环境下的显示器对比度校准装置，其中，所述镜面光源设置四维运动，利用镜面光源时，要求镜面光源的光轴同亮度计的光轴位于被测显示器的法线的两侧，并成相同的角度，用于在镜面反射光存在时进行对比度测量；所述漫射积分球光源设置进行二维运动，用于高亮度漫射环境下的对比度测量，测量时设置水平移动、转动所述漫射积分球光源，使所述漫射积分球的位置及光照方向达到预定要求。
所述的高亮度环境下的显示器对比度校准装置，其中，所述亮度计平台设置在前后、水平、垂直方向运动，同时根据测量角度的要求进行一维转动；所述亮度计平台的轴线上设置加装多面棱镜，用以保证转动角度进行有效地量值溯源。
所述的高亮度环境下的显示器对比度校准装置，其中，所述直射光源设置进行一维水平移动，通过对光阑孔径的控制实现入射光照度大小的调节，同时通过加装红外截止滤光片实现对高亮度入射光源热辐射的有效控制。
采用上述方案：
(1)提出了利用多组光源搭配实现高亮度光辐射环境的模拟方式，并为被测显示器、环境模拟光源及测量仪器设计了较高运动自由度的测量台，能够实现各种复杂高亮度光照环境及观察方式下的显示器对比度测量；
(2)通过在显示器固定平台上加装标准反射板，利用经过校准检定的标准反射板对校准装置的测量结果进行量值溯源，实现了装置对显示器对比度参数的校准，并且能够保证测量结果具有优秀的重复性和稳定性。
附图说明
图1为本发明高亮度环境下的显示器对比度校准装置的结构示意图。
图2为本发明高亮度环境下的显示器对比度校准装置中直射光源示意图。
图3为本发明高亮度环境下的显示器对比度校准装置中镜面光源示意图。
图4为本发明高亮度环境下的显示器对比度校准装置中漫射环境光源示意图。
图5为本发明高亮度环境下的显示器对比度校准装置中漫射积分球光源示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。
实施例1
本发明提供一种高亮度环境下的显示器对比度校准方法，包括以下步骤：
步骤1：将一组标准反射板固定在测量台上，根据校准需要采用相应光源分别照射在不同反射板的中心位置，由亮度计对不同反射板中心位置的亮度进行测量，比较不同反射板之间的亮度测量结果，计算得到反射板之间的亮度对比度；
步骤2：采用经过定标的标准反射板的反射率值，计算不同反射板之间的标准反射率对比度，并以此对亮度计测量得到的亮度对比度进行校准，得到不同测量范围下的对比度校准因子；
步骤3：将被测显示器固定在测量台上，采用定位激光器标示线确定显示器平面与步骤1中所述反射板的表面重合,根据不同类型的对比度校准项目将被测显示器调节到相应画面；
步骤4：用直射光源从显示器法线方向入射，在显示器表面产生不低于110 000lx环境照度，并达到正午太阳直射时的光照条件，用于模拟阳光垂直照射到显示器情况下的观察条件；步骤5：采用镜面光源产生入射角同测量角相同的，在显示器表面产生不低于10000cd/m2镜面角入射的亮度，用于模拟阳光镜面入射到显示器情况下的观察条件；
步骤6：采用漫射环境光源产生发光各向均匀的，最大在显示器表面产生11000lx的照度，用于模拟显示器处在高亮度漫反射环境中的观察条件，并可以利用积分球侧壁的开口实现不同观察角度的对比度测量；
步骤7：采用漫射积分球光源在显示器表面产生21500lx的照度，用于模拟阳光漫射在显示器表面情况下的观察条件；
步骤8：根据不同的高亮度模拟环境需要，选择步骤4-7中的光源进行单独或组合输出，采用亮度计在不同的显示画面下对显示器中心位置的亮度进行测量；
步骤9：采用在不同画面下得到的亮度测量结果，计算相对应对比度项目的测量结果，经步骤2中得到的校准因子修正后，最终得到高亮度环境下的显示器对比度校准结果。
上述步骤中，所述步骤1中所述的一组标准反射板是由反射率在5％-99％之间的反射板组成。
上述步骤中，所述步骤1中所述的一组标准反射板是由至少包含5种反射率在5％-99％不同的反射率值以满足不同的对比度校准范围。
上述步骤中，所述步骤3中所述的对比度校准项目包括但不限于黑白场对比度和各级灰阶对比度。
实施例2
在上述实施例的基础上，应用上述方法本发明还提供一种高亮度环境下的显示器对比度校准装置，如图1所示，包括放置显示器的测量台101、定位激光标示线、标准反射板103、漫射环境光源106、镜面光源104、漫射积分球光源107、直射光源105、亮度计及亮度计平台108；所述放置显示器的测量台101，用以保证被测量各种大小的平面显示器102的显示中心位于放置显示器的测量台101的中心位置；所述定位激光标示线，用于提示被测显示器102、标准反射板103的安放以及保证显示面的位置在测量过程中不变；所述标准反射板103配合不同类型光源工作，用来提供标准对比度数据及装置校准因子计算的依据；所述漫射环境光源106位于被测显示器102前，所述漫射环境光源106设置左右移动，用于提供规定的照明环境，并利用其在积分球侧壁的开孔在不同角度下对被测显示器的对比度进行测量；所述镜面光源104和所述漫射积分球光源107位于被测显示器102前200-400mm的位置，分别在不同观察条件下为被测显示器102提供被测区域的高亮度环境；所述直射光源105位于被测显示器前约1000mm位置，且入射角度位于显示器的法线方向的8°角以内，用于模拟阳光直射情况下的高照度环境，通过在光路中加入能够控制通光孔径的以调节光阑，实现对光源输出的功率进行自由调节；所述亮度计位于亮度计平台上108，且位于被测显示器102前600-1800mm的位置，是对被测显示器102及标准反射板103进行亮度测量的仪器，能够实现不低于30000cd/m2的亮度测量范围；亮度计平台能够承载亮度计在各种观察角度下进行亮度参数的测量。
上述中，所述显示器测量台101设置为上下升降的平台，同时所述测量台101以显示器法线为轴进行一维旋转。
上述中，所述镜面光源104设置四维运动，利用镜面光源时，要求镜面光源的光轴同亮度计的光轴位于显示器的法线的两侧，并成相同的角度，用于在镜面反射光存在时进行对比度测量；所述漫射积分球光源107设置进行二维运动，用于高亮度漫射环境下的对比度测量，测量时设置水平移动、转动所述漫射积分球光源107，使所述漫射积分球的位置及光照方向达到预定要求。
上述中，所述亮度计平台108设置在前后、水平、垂直方向运动，同时根据测量角度的要求进行一维转动；所述亮度计平台的轴线上设置加装多面棱镜，用以保证转动角度进行有效地量值溯源。
上述中，所述直射光源105设置进行一维水平移动，通过对光阑孔径的控制实现入射光照度大小的调节，同时通过加装红外截止滤光片实现对高亮度入射光源热辐射的有效控制。
上述中，采用直射光源从显示器法线方向附近(8°角左右)入射，可在被测显示器102表面产生不低于100 000lx环境照度，可以达到正午太阳直射时的光照条件，如图2所示；采用镜面入射光源105产生入射角同测量角相同的，在被测显示器102表面产生不低于10000cd/m2镜面角入射的亮度，如图3所示；采用漫射环境光源106模拟被测显示器102处在高亮度漫反射环境中的情况，通过积分球产生发光各向均匀的，最大可在显示器表面产生11000lx的照度，利用积分球侧壁的开口实现不同观察角度的对比度测量，如图4所示；采用漫射积分球光源107在被测显示器102表面产生21500lx的照度，用于测量平板显示器的镜面反射，如图5所示。
校准装置的机械的运动装置可以分为五层。
第一层：显示器安放平台。被测显示器放于平台上，平台装夹最大可达21寸的显示器，并能上下升降、以显示器法线为轴进行一维旋转；保证被测量各种大小的平面显示器的显示中心位于设备的中心位置；平台上装有定位激光标示线用于提示显示器的安放，保证显示面的位置在测量过程中不变；
第二层：漫射环境光源和标准反射板位于显示器前；漫射环境光源可左右移动，用于提供规定的照明环境，并利用其在积分球侧壁的开孔在不同角度下对显示器的对比度进行测量，不用时可将其移出亮度计测量范围；标准反射板可左右一维移动，在需要时移动到规定位置，不需要时移动到测试范围外部；
第三层：镜面光源和漫射积分球光源位于显示器前200～400mm的不同位置；镜面光源可四维运动，利用镜面光源时，要求镜面光源的光轴同亮度计的光轴位于显示器的法线的两侧，并成相同的角度，用来在镜面反射光存在时进行对比度测量；漫射积分球光源可进行二维运动，用于高亮度漫射环境下的对比度测量，测量时可水平移动、转动漫射积分球光源，使其位置及光照方向达到所需要求；
第四层：亮度计位于显示器前约600～1800mm处；亮度计平台可以在前后、水平、垂直方向运动，同时可根据测量角度的要求进行一维转动；转动平台的轴线上加装多面棱镜，可以保证转动角度进行有效地量值溯源；
第五层：直射光源位于显示器前约1000mm处，通常位于显示器的法线方向10°角以内；可以进行一维水平移动以适应不同位置的测量要求，直射光源到达显示器的照度可达110000lx，通过对光阑孔径的控制实现入射光照度大小的调节，同时通过加装红外截止滤光片实现对高亮度入射光源热辐射的有效控制。
利用本装置，可以实现较高自由度的光源输出，能够实现在高亮度环境下对显示器的对比度参数进行准确校准，利用标准反射板实现对测量结果的有效量值溯源。
本发明通过利用创新性的模拟光源及机械结构设计，能够实现高亮度环境下显示器对比度参数的准确测量和校准，对比现有技术具有如下优点：
(1)提出了利用多组光源搭配实现高亮度光辐射环境的模拟方式，并为被测显示器、环境模拟光源及测量仪器设计了较高运动自由度的测量台，能够实现各种复杂高亮度光照环境及观察方式下的显示器对比度测量；
(2)通过在显示器固定平台上加装标准反射板，利用经过校准检定的标准反射板对校准装置的测量结果进行量值溯源，实现了装置对显示器对比度参数的校准，并且能够保证测量结果具有优秀的重复性和稳定性。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (9)
1.一种高亮度环境下的显示器对比度校准方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将一组标准反射板固定在测量台上，根据校准需要采用相应光源分别照射在不同反射板的中心位置，由亮度计对不同反射板中心位置的亮度进行测量，比较不同反射板之间的亮度测量结果，计算得到反射板之间的亮度对比度；
步骤2：采用经过定标的标准反射板的反射率值，计算不同反射板之间的标准反射率对比度，并以此对亮度计测量得到的亮度对比度进行校准，得到不同测量范围下的对比度校准因子；
步骤3：将被测显示器固定在测量台上，采用定位激光器标示线确定显示器平面与步骤1中所述反射板的表面重合,根据不同类型的对比度校准项目将被测显示器调节到相应画面；
步骤4：用直射光源从显示器法线方向入射，在显示器表面产生不低于110000lx环境照度，并达到正午太阳直射时的光照条件，用于模拟阳光垂直照射到显示器情况下的观察条件；步骤5：采用镜面光源产生入射角同测量角相同的，在显示器表面产生不低于10000cd/m2镜面角入射的亮度，用于模拟阳光镜面入射到显示器情况下的观察条件；
步骤6：采用漫射环境光源产生发光各向均匀的，最大在显示器表面产生11000lx的照度，用于模拟显示器处在高亮度漫反射环境中的观察条件，并可以利用积分球侧壁的开口实现不同观察角度的对比度测量；
步骤7：采用漫射积分球光源在显示器表面产生21500lx的照度，用于模拟阳光漫射在显示器表面情况下的观察条件；
步骤8：根据不同的高亮度模拟环境需要，选择步骤4-7中的光源进行单独或组合输出，采用亮度计在不同的显示画面下对显示器中心位置的亮度进行测量；
步骤9：采用在不同画面下得到的亮度测量结果，计算相对应对比度项目的测量结果，经步骤2中得到的校准因子修正后，最终得到高亮度环境下的显示器对比度校准结果。
2.如权利要求1所述的高亮度环境下的显示器对比度校准方法，其特征在于，所述步骤1中所述的一组标准反射板是由反射率在5％-99％之间的反射板组成。
3.如权利要求1所述的高亮度环境下的显示器对比度校准方法，其特征在于，所述步骤1中所述的一组标准反射板是由至少包含5种反射率在5％-99％不同的反射率值以满足不同的对比度校准范围。
4.如权利要求1所述的高亮度环境下的显示器对比度校准方法，其特征在于，所述步骤3中所述的对比度校准项目包括但不限于黑白场对比度和各级灰阶对比度。
5.一种高亮度环境下的显示器对比度校准装置，其特征在于，包括放置显示器的测量台、定位激光标示线、标准反射板、漫射环境光源、镜面光源、漫射积分球光源、直射光源、亮度计及亮度计平台；所述放置显示器的测量台，用以保证被测量各种大小的平面显示器的显示中心位于放置显示器的测量台的中心位置；所述定位激光标示线，用于提示被测显示器、标准反射板的安放以及保证显示面的位置在测量过程中不变；所述标准反射板配合不同类型光源工作，用来提供标准对比度数据及装置校准因子计算的依据；所述漫射环境光源位于被测显示器前，所述漫射环境光源设置左右移动，用于提供规定的照明环境，并利用其在积分球侧壁的开孔在不同角度下对被测显示器的对比度进行测量；所述镜面光源和所述漫射积分球光源位于被测显示器前200-400mm的位置，分别在不同观察条件下为被测显示器提供被测区域的高亮度环境；所述直射光源位于显示器前约1000mm位置，且入射角度位于显示器的法线方向的8°角以内，用于模拟阳光直射情况下的高照度环境，通过在光路中加入能够控制通光孔径的以调节光阑，实现对光源输出的功率进行自由调节；所述亮度计位于亮度计平台上，且位于被测显示器前600-1800mm的位置，是对被测显示器及标准反射板进行亮度测量的仪器，能够实现不低于30000cd/m2的亮度测量范围；亮度计平台能够承载亮度计在各种观察角度下进行亮度参数的测量。
6.如权利要求5所述的高亮度环境下的显示器对比度校准装置，其特征在于，所述显示器测量台设置为上下升降的平台，同时所述测量台以被测显示器法线为轴进行一维旋转。
7.如权利要求5所述的高亮度环境下的显示器对比度校准装置，其特征在于，所述镜面光源设置四维运动，利用镜面光源时，要求镜面光源的光轴同亮度计的光轴位于被测显示器的法线的两侧，并成相同的角度，用于在镜面反射光存在时进行对比度测量；所述漫射积分球光源设置进行二维运动，用于高亮度漫射环境下的对比度测量，测量时设置水平移动、转动所述漫射积分球光源，使所述漫射积分球的位置及光照方向达到预定要求。
8.如权利要求5所述的高亮度环境下的显示器对比度校准装置，其特征在于，所述亮度计平台设置在前后、水平、垂直方向运动，同时根据测量角度的要求进行一维转动；所述亮度计平台的轴线上设置加装多面棱镜，用以保证转动角度进行有效地量值溯源。
9.如权利要求5所述的高亮度环境下的显示器对比度校准装置，其特征在于，所述直射光源设置进行一维水平移动，通过对光阑孔径的控制实现入射光照度大小的调节，同时通过加装红外截止滤光片实现对高亮度入射光源热辐射的有效控制。
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