韓 東，劉志剛，閆 實(shí)

全視角測量系統(tǒng)的校準(zhǔn)方法

韓 東，劉志剛，閆 實(shí)

（國家廣播電視產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，北京 100015）

全方位視角測量系統(tǒng)是針對顯示器等可視產(chǎn)品的可視角、色亮度等參數(shù)進(jìn)行全面、準(zhǔn)確、高效測量的一種測量方法。利用鏡頭組的獨(dú)有的光學(xué)傅里葉轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與CCD傳感器配合，對顯示產(chǎn)品的視角進(jìn)行全方位的精確和快速測量。但該系統(tǒng)的計(jì)量問題目前在國內(nèi)尚無完整的解決方案。以量值溯源為目的，針對全視角測量系統(tǒng)的校準(zhǔn)方法和系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。

視角；校準(zhǔn)；溯源

1 可視角簡介

可視角是幾乎所有顯示產(chǎn)品的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，在此為了便于表達(dá)，選取平板電視、顯示器視角的測量為例，展開本文的討論。可視角的定義是，在顯示器保持“畫面失真”不超過一定范圍時(shí)的最大觀看角度[1]。一般分為水平可視角和垂直可視角，也有一些要求較嚴(yán)格的產(chǎn)品需要考核其他方位的可視角。SJ/ T11348—2006《數(shù)字電視平板顯示器測量方法》[2]中把可視角分為亮度可視角和色度可視角，其中亮度可視角是在屏幕中心的亮度減小到1/3時(shí)的水平可視角和垂直可視角，色度可視角是在屏幕中心的Δu'v'=0.020時(shí)的水平可視角和垂直可視角。圖1是可視角的測量示意圖[3]。

2 傳統(tǒng)的可視角測量方法

如前所述，傳統(tǒng)的可視角測量需要借助一個(gè)測量平臺，將被測產(chǎn)品和色亮度計(jì)按一定要求進(jìn)行固定，先測量額定觀察位置的色亮度，然后通過配有角度測量裝置的平臺轉(zhuǎn)動從而改變色亮度計(jì)與被測產(chǎn)品的相對位置讀出各測量點(diǎn)的色亮度值和相應(yīng)角度，直到色亮度變化達(dá)到某個(gè)閾值時(shí)，此時(shí)的角度即為相應(yīng)方位上的可視角。這種方法的缺點(diǎn)是效率較低、耗時(shí)、費(fèi)力。用這種方法，即便不算把被測樣品固定在測量裝置上并調(diào)整好測量位置所耗時(shí)間，從正式測量開始算時(shí)間，如果每隔5°測量一次，按每次用時(shí)5 s計(jì)算，僅測量水平方向上的160°可視角，就需要用160 s。如果按2°間隔測量需要400 s。按這個(gè)速度如果要進(jìn)行全方位360°可視角的測量，按方位角每改變10°測量一組視角來算，整個(gè)測量過程需要的時(shí)間是：360°÷10°×400 s= 14 400 s，相當(dāng)于4 h。而且，對于這種方法而言，這已經(jīng)是最快的了。

圖1 可視角的測量示意圖

3 新型的快速全方位視角測量系統(tǒng)

目前國際上有代表性的這種測量系統(tǒng)是法國EL?DIM生產(chǎn)的，該系統(tǒng)的視角測量范圍可達(dá)88°，而且是一次性測量全方位角的可視角，整個(gè)測量過程僅需要5 min即可完成。系統(tǒng)自帶的軟件可以將測量結(jié)果生成不同的圖表，如圖2所示，非常方便快捷。我國目前有很多大型企業(yè)已經(jīng)引進(jìn)了這套設(shè)備，確實(shí)提高了測量效率，但隨之而來的另一個(gè)問題是該套設(shè)備的校準(zhǔn)問題。由于是國外引進(jìn)的新型儀器，目前國內(nèi)尚無針對該套儀器的校準(zhǔn)方案，設(shè)計(jì)一套針對該系統(tǒng)的校準(zhǔn)方案是本文要解決的問題，要完成系統(tǒng)的校準(zhǔn)首先要了解其測量原理，該套系統(tǒng)的核心技術(shù)是通過一組光學(xué)鏡頭和測量軟件相配合，精確控制XYZ三向移動工作臺的走位，用光學(xué)傅里葉變換和CCD傳感器相結(jié)合，把從各個(gè)方向進(jìn)入測量鏡頭的光線通過傅里葉變換后對焦在像平面的不同點(diǎn)上，如圖3所示，成像面上的坐標(biāo)X與入射光束的夾角θ間的關(guān)系為

圖2 快速全視角測量系統(tǒng)的測量結(jié)果

然后通過CCD圖像傳感器對各點(diǎn)光線的色亮度進(jìn)行測量?？梢娫撓到y(tǒng)是結(jié)合角度和光學(xué)測量為一體的高效全方位可視角測量系統(tǒng)。

圖3 光學(xué)傅里葉變換示意圖

4 校準(zhǔn)平臺設(shè)計(jì)方案

根據(jù)上面的測量原理，對系統(tǒng)的校準(zhǔn)分兩步完成。第一步用經(jīng)過標(biāo)定的顯示器作為標(biāo)準(zhǔn)光源對測量系統(tǒng)在各個(gè)角度的色亮度測量值進(jìn)行校準(zhǔn)，第二步用準(zhǔn)直點(diǎn)光源搭載精密轉(zhuǎn)臺對系統(tǒng)的角度測量值進(jìn)行校準(zhǔn)。

4.1 色亮度測量值的校準(zhǔn)

這一步的操作方法其實(shí)與傳統(tǒng)的可視角測量方法一致，首先需要借助一個(gè)轉(zhuǎn)臺，用色亮度計(jì)對標(biāo)準(zhǔn)屏在各個(gè)方位的色亮度進(jìn)行標(biāo)定，然后用快速測量系統(tǒng)對標(biāo)準(zhǔn)屏進(jìn)行測量，測得結(jié)果與之前的標(biāo)定值進(jìn)行比較，從而實(shí)現(xiàn)對快速測量系統(tǒng)在設(shè)定的方位和可視角上的色亮度值的校準(zhǔn)和修正。這一過程有三點(diǎn)必須注意：

1）選取的標(biāo)準(zhǔn)屏的發(fā)光性能必須穩(wěn)定，屏幕中心區(qū)域的色度、亮度穩(wěn)定性24 h內(nèi)達(dá)到0.3%。

2）轉(zhuǎn)臺的結(jié)構(gòu)如圖4所示，轉(zhuǎn)臺的設(shè)計(jì)必須保證色亮度計(jì)能夠從發(fā)光面中心點(diǎn)垂直軸向（該中心點(diǎn)可通過給標(biāo)準(zhǔn)屏輸入“十字叉”信號來瞄準(zhǔn)）開始測量，將測量結(jié)果作為初始位置（0°可視角）的色亮度值，然后通過轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)標(biāo)準(zhǔn)屏對不同方位的可視角進(jìn)行標(biāo)定，將測量結(jié)果作為校準(zhǔn)快速視角測量系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)值。

圖4 標(biāo)準(zhǔn)屏標(biāo)定平臺

3）標(biāo)準(zhǔn)屏轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)角度的范圍和準(zhǔn)確度需要滿足被校準(zhǔn)快速視角測量系統(tǒng)的需要。

4.2 可視角測量值的校準(zhǔn)

可視角測量值校準(zhǔn)原理如圖5所示，用精密轉(zhuǎn)臺帶動點(diǎn)光源，圍繞快速視角測量系統(tǒng)的光學(xué)鏡頭的主軸線旋轉(zhuǎn)，快速視角測量系統(tǒng)會測出點(diǎn)光源在不同入射位置時(shí)的視角，將該測量結(jié)果與精密轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)角度比較，從而實(shí)現(xiàn)對可視角測量值的校準(zhǔn)。這一過程中也有幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)需要注意。

圖5 用旋轉(zhuǎn)點(diǎn)光源校準(zhǔn)快速視角測量系統(tǒng)的角度示意圖

1）圖5中的點(diǎn)光源要求是平行光，至于光的性質(zhì)筆者認(rèn)為只要是快速視角測量系統(tǒng)能夠適應(yīng)的光且發(fā)光強(qiáng)度在適當(dāng)范圍即可，畢竟這里只要求角度的量值準(zhǔn)確。

2）點(diǎn)光源的旋轉(zhuǎn)要以視角測量系統(tǒng)鏡頭的焦點(diǎn)為圓心，如果實(shí)際操作中這個(gè)焦點(diǎn)不能一次性確定，可在校準(zhǔn)平臺的設(shè)計(jì)中加入位置調(diào)整功能，通過多次實(shí)測確定點(diǎn)光源的初始位置（0°可視角，即θ=0°時(shí)的位置）。實(shí)際上對于不同的快速視角測量系統(tǒng)，其不同的測量角度對應(yīng)不同的測量距離（1～50 mm），在操作時(shí)需要參照其技術(shù)資料進(jìn)行?，F(xiàn)有的快速視角測量系統(tǒng)都有較完善的測量軟件，在校準(zhǔn)時(shí)可充分運(yùn)用其自身的測量軟件來確定初始位置。

5 數(shù)據(jù)處理

現(xiàn)有的快速視角測量系統(tǒng)都自帶完善的測量和校準(zhǔn)軟件，對其進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)只要將上述步驟中的標(biāo)準(zhǔn)值輸入系統(tǒng)，軟件即可自動對其測量結(jié)果進(jìn)行修正。至于校準(zhǔn)中的不確定度，只要校準(zhǔn)平臺中的旋轉(zhuǎn)和走行部分的機(jī)加工滿足規(guī)定的技術(shù)要求、標(biāo)準(zhǔn)屏的穩(wěn)定性滿足要求，那么系統(tǒng)本身帶來的不確定度將會得到有效的控制。

6 總結(jié)

本文根據(jù)快速視角測量系統(tǒng)的工作原理，結(jié)合傳統(tǒng)的視角測量方法從量值溯源的角度出發(fā)對快速視角測量系統(tǒng)的校準(zhǔn)方法進(jìn)行了研究，至于實(shí)際操作中的實(shí)現(xiàn)過程可不拘泥于本文的圖例。

[1]吳蔚華，王海燕.液晶顯示器可視角的測量[J].電視技術(shù)，2005，29（2）：95-96.

[2]SJ/T11348—2006，數(shù)字電視平板顯示器測量方法[S].2006.

[3]國家廣播電視產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，TCL多媒體科技控股有限公司GPC研發(fā)中心.數(shù)字電視與平板電視中的色度學(xué)[M].人民郵電出版社，2010.

Calibration M ethod of Omnibearing View ing Angle M easurement System

HAN Dong，LIU Zhigang，YAN Shi
（National Test and Inspection Center for Radio and TV Products,Beijing 100015,China）

Omnibearing viewing angle measurement system is a international advanced measurement method of display’s viewing angle，luminance and chromiance.The system measures the display’s omnibearing viewing angle by using lens’s optical fourier transformation and CCD sensors.But the metering problem of this system has not been soleved in our country.The method of calibration and the calibration system design are researched in this paper for the purpose of the traceability of value.

viewing angle;calibration;value traceability

TP391

A

??雨博

2014-06-18

【本文獻(xiàn)信息】韓東，劉志剛，閆實(shí).全視角測量系統(tǒng)的校準(zhǔn)方法[J].電視技術(shù)，2014，38（20）.