(中央宣傳部電影技術(shù)質(zhì)量檢測(cè)所，北京 100086)

1 引言

近年來(lái)，隨著數(shù)字電影技術(shù)的快速發(fā)展，電影放映端的新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，中國(guó)正在邁入從電影大國(guó)到電影強(qiáng)國(guó)的發(fā)展黃金時(shí)代。近年來(lái)，隨著數(shù)字電影技術(shù)的快速發(fā)展，電影放映端的新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，中國(guó)正在邁入從電影大國(guó)到電影強(qiáng)國(guó)的發(fā)展黃金時(shí)代。2020年，全國(guó)銀幕總數(shù)達(dá)到75581塊，位居世界第一，數(shù)字影院在中國(guó)大地上遍地開(kāi)花。觀眾在觀看電影的同時(shí)，更加注重觀影效果和體驗(yàn)。對(duì)于影院觀眾而言，銀幕亮度是影響觀眾觀影體驗(yàn)的關(guān)鍵指標(biāo)。銀幕亮度是指數(shù)字放映機(jī)投射到銀幕上的光線經(jīng)反射而形成的反射光的明亮程度，過(guò)亮?xí)杏X(jué)刺眼，過(guò)暗會(huì)使眼睛感覺(jué)疲勞，且銀幕亮度會(huì)對(duì)銀幕對(duì)比度產(chǎn)生一定的影響，還會(huì)影響觀眾對(duì)影片細(xì)節(jié)和色彩的辨識(shí)度；對(duì)于電影技術(shù)從業(yè)者而言，合格的銀幕亮度是需要影廳中數(shù)字放映機(jī)、銀幕、光學(xué)玻璃等設(shè)備的合理配置。衡量銀幕特性的兩個(gè)基本參數(shù)為銀幕亮度系數(shù)和有效散射角，且銀幕亮度系數(shù)是影響影院合理配置的關(guān)鍵參數(shù)。銀幕亮度系數(shù)是指在同一照明條件和規(guī)定的觀察條件下，當(dāng)入射光沿銀幕法線方向時(shí)，在觀察銀幕一側(cè)與銀幕法線方向成5°夾角方向的銀幕亮度與同等條件下理想漫反射幕的亮度的比值。以S型銀幕(3D 電影銀幕)為例(下同)，在相同環(huán)境下，銀幕亮度系數(shù)越大，其銀幕亮度會(huì)越高。在日常電影銀幕的測(cè)量中，銀幕亮度系數(shù)除了與自身特性有關(guān)之外，還會(huì)受其他因素的影響，我們從反射放映銀幕的分類、測(cè)量條件、測(cè)量步驟和幾個(gè)相關(guān)實(shí)驗(yàn)來(lái)分析和研究。

2 反射銀幕分類

反射銀幕按照其物理特性分為三大類：(1)D型銀幕又稱漫反射銀幕，D 型銀幕對(duì)入射光在2π立體角空間內(nèi)產(chǎn)生漫反射，其亮度系數(shù)極坐標(biāo)特性曲線接近理想漫反射半圓；(2)B型銀幕又稱入射角上增益反射銀幕，B型銀幕對(duì)入射光的反射在2π立體角空間內(nèi)的光線入射角上具有集聚增益反射特性；(3)S型銀幕又稱反射角上增益反射銀幕，S 型銀幕對(duì)入射光的反射在2π立體角空間內(nèi)的光線反射角上具有集聚增益反射特性，反射角的大小等于入射角大小。

3 反射銀幕亮度系數(shù)的測(cè)量條件及測(cè)量步驟

銀幕在框架上掛設(shè)應(yīng)按正常放映方位與水平面垂直，表面平整。銀幕尺寸建議不小于297mm×210mm。定位放映裝置，使其物鏡光軸垂直于銀幕表面并通過(guò)其中心。放映裝置投影光束的包容角不大于10°，且照亮整個(gè)銀幕，放映距離應(yīng)略大于亮度計(jì)的測(cè)量距離。測(cè)量時(shí)室內(nèi)應(yīng)遮黑，使環(huán)境干擾光在銀幕上的照度不大于1lx。

如圖1所示，將已知亮度系數(shù)βb 的漫反射標(biāo)板置于銀幕中心位置，并平行。開(kāi)啟放映裝置并聚焦，在通過(guò)銀幕中心的水平平面上，將亮度計(jì)置于其光軸與銀幕表面中心法線成5°的觀看角上測(cè)得標(biāo)板的表面反射亮度L。移去漫反射標(biāo)板，在同一條件下用亮度計(jì)測(cè)得銀幕表面中心的反射亮度L。采用公式β=(L/L)·β計(jì)算該銀幕的亮度系數(shù)β值。

圖1 反射銀幕亮度β系數(shù)測(cè)試示意圖(水平平面內(nèi))

4 相關(guān)實(shí)驗(yàn)及分析

為了研究測(cè)量環(huán)境中可能影響銀幕亮度系數(shù)的因素，我們選取放映裝置光軸與銀幕表面中心法線不同夾角、同一銀幕上取不同的測(cè)量點(diǎn)、在同一放映裝置的不同亮度下、同一個(gè)亮度計(jì)在不同焦距下四個(gè)因素來(lái)研究，并計(jì)算銀幕亮度系數(shù)進(jìn)行分析，最后找出影響亮度系數(shù)的因素。為保證數(shù)據(jù)的可靠性，避免實(shí)驗(yàn)誤差和外界環(huán)境等因素對(duì)測(cè)量結(jié)果造成干擾，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用多次測(cè)量取平均值。測(cè)量時(shí)使用的是漫反射標(biāo)板，其亮度系數(shù)特性曲線接近于理想漫反射的半圓。

4.1 放映裝置與銀幕表面中心法線不同夾角下的銀幕亮度系數(shù)實(shí)驗(yàn)及分析

放映裝置亮度與銀幕測(cè)量點(diǎn)固定不變，放映裝置與銀幕距離為2.2米，其他條件都符合測(cè)量條件，逐步增大放映裝置光軸與銀幕表面中心法線夾角(即放映裝置物鏡光軸不垂直于銀幕表面)進(jìn)行銀幕亮度系數(shù)的測(cè)量，采樣點(diǎn)為8個(gè)。通過(guò)計(jì)算得出夾角在采樣點(diǎn)1時(shí)銀幕亮度系數(shù)數(shù)值最大值為2.635。夾角在采樣點(diǎn)8 時(shí)銀幕亮度系數(shù)數(shù)值最小值為1.725，差值為2.635-1.725=0.91，詳細(xì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明放映裝置光軸與銀幕表面中心法線夾角的大小會(huì)影響銀幕亮度系數(shù)的測(cè)量結(jié)果。

表1 放映裝置與銀幕表面中心法線不同夾角下的銀幕亮度系數(shù)

4.2 同一銀幕上隨機(jī)取測(cè)量點(diǎn)的銀幕亮度系數(shù)實(shí)驗(yàn)及分析

放映裝置亮度固定不變，放映裝置光軸與銀幕法線夾角為0°，放映裝置與銀幕距離為2.2米，其他條件都符合測(cè)量條件，選取銀幕上7個(gè)不同的測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集。為了避免誤差，每個(gè)測(cè)量點(diǎn)測(cè)量10次取算數(shù)平均值。通過(guò)計(jì)算得出其銀幕亮度系數(shù)最大值為2.733，最小值為2.503，差值為2.733-2.503=0.23，詳細(xì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。由于銀幕表面的涂層采用噴涂技術(shù)，涂層均勻性無(wú)法完全一致，幕面不同部位在相同照明條件下的亮度系數(shù)會(huì)有偏差，所以同一塊銀幕的亮度系數(shù)也會(huì)有所差別，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果會(huì)有所偏差。

表2 S型銀幕(3D 電影銀幕)上不同測(cè)量點(diǎn)的銀幕亮度系數(shù)

4.3 在同一放映裝置的不同亮度下銀幕亮度系數(shù)實(shí)驗(yàn)及分析

銀幕測(cè)量相關(guān)的國(guó)際及行標(biāo)中沒(méi)有規(guī)定放映裝置的亮度數(shù)值，因此在銀幕測(cè)量中，放映裝置的亮度一般不是固定值。

銀幕測(cè)量點(diǎn)固定不變，放映裝置光軸與銀幕法線夾角為0°，放映裝置與銀幕距離為2.2米，其他條件都符合測(cè)量條件，調(diào)節(jié)放映裝置的亮度，采集10組不同亮度下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算得出其銀幕亮度系數(shù)最大值為2.594，最小值為2.544，差值為2.594-2.544=0.050，詳細(xì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。因此同一放映裝置的不同亮度，對(duì)銀幕亮度系數(shù)的測(cè)量結(jié)果不會(huì)產(chǎn)生較大偏差。

表3 同一放映裝置不同亮度下的銀幕亮度系數(shù)

4.4 同一亮度計(jì)在不同焦距下的銀幕亮度系數(shù)實(shí)驗(yàn)及分析

在日常測(cè)量中，亮度計(jì)需要進(jìn)行對(duì)焦，使測(cè)量點(diǎn)成像最清晰，但是每次測(cè)量都需要根據(jù)銀幕的不同，手工調(diào)節(jié)亮度計(jì)的對(duì)焦，且每個(gè)測(cè)量人員對(duì)清晰度的調(diào)節(jié)也會(huì)略有差異。

放映裝置亮度和銀幕測(cè)量點(diǎn)位置固定不變，放映裝置光軸與銀幕法線夾角為0°，放映裝置與銀幕距離為2.2米，其他條件都符合測(cè)量條件。調(diào)節(jié)亮度計(jì)的對(duì)焦，使測(cè)量點(diǎn)處于不同的清晰度，選取亮度計(jì)對(duì)焦環(huán)上7個(gè)不同的刻度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集，為了避免誤差每個(gè)測(cè)量點(diǎn)測(cè)量10次取平均值。通過(guò)計(jì)算得出其銀幕亮度系數(shù)最大值為2.558，最小值為2.545，差值為2.558-2.545=0.013，詳細(xì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。因此亮度計(jì)是否對(duì)焦，對(duì)銀幕亮度系數(shù)的測(cè)量結(jié)果不會(huì)產(chǎn)生較大偏差。

表4 亮度計(jì)對(duì)焦環(huán)上不同刻度的S型銀幕(3D 電影銀幕)亮度系數(shù)

5 結(jié)論與思考

通過(guò)對(duì)放映裝置光軸與銀幕表面中心法線不同夾角、同一銀幕上取不同的測(cè)量點(diǎn)、同一放映裝置的不同亮度下、同一亮度計(jì)在不同焦距下四個(gè)影響銀幕亮度系數(shù)的因素進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析及對(duì)比，我們得出以下結(jié)論。

(1)對(duì)銀幕亮度系數(shù)的檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生較大偏差的因素

放映裝置光軸與銀幕表面中心法線夾角不同：在日常測(cè)量中，為了減小這個(gè)因素對(duì)測(cè)量結(jié)果帶來(lái)的影響，測(cè)量人員會(huì)用一塊放在銀幕中心點(diǎn)正前方且平行于銀幕的平面鏡，來(lái)矯正各放映裝置光軸的位置。當(dāng)放映裝置發(fā)出的光沿光軸方向照射到平面鏡上，平面鏡會(huì)產(chǎn)生鏡面反射，把光全部反射回去。若放映裝置光軸垂直于銀幕表面，則平面鏡反射的光會(huì)沿著光軸反射回放映裝置。反之，則平面鏡反射的光不會(huì)沿著光軸反射，此時(shí)需要調(diào)整放映裝置光軸的角度，直到平面鏡反射的光沿著光軸反射回放映裝置為止。

同一銀幕上取不同的測(cè)量點(diǎn)：為保證測(cè)量結(jié)果的一致性，日常測(cè)量中，測(cè)量人員會(huì)選擇銀幕的幾何中心點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。

(2)對(duì)銀幕亮度系數(shù)的檢測(cè)結(jié)果不會(huì)產(chǎn)生較大偏差的因素

同一放映裝置的不同亮度下：檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室在銀幕測(cè)量時(shí)，盡量使測(cè)量條件滿足銀幕的使用場(chǎng)所和放映質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求。例如GB/T 36617-2018《數(shù)字影院質(zhì)量 銀幕亮度、色度和均勻度》中規(guī)定，數(shù)字影院2D 放映時(shí)銀幕中心亮度為48.0cd/m±10.2cd/m，因此測(cè)量人員在測(cè)量影院使用的反射銀幕時(shí)，會(huì)將放映裝置的亮度調(diào)節(jié)在48.0cd/m±10.2cd/m范圍內(nèi)，以體現(xiàn)該銀幕在正常放映狀態(tài)下的真實(shí)數(shù)值。

同一亮度計(jì)在不同焦距下：由于該因素不會(huì)對(duì)銀幕亮度系數(shù)的結(jié)果產(chǎn)生較大偏差，測(cè)量人員只需要將亮度計(jì)手動(dòng)對(duì)焦到清晰即可。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)上述四組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比和分析，掌握了測(cè)量中影響銀幕亮度系數(shù)準(zhǔn)確性的因素，確保在檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下的測(cè)量數(shù)值更精準(zhǔn)，更好地為設(shè)備生產(chǎn)廠家提供數(shù)據(jù)參考依據(jù)，為觀眾提供更加良好的觀影體驗(yàn)。對(duì)提升放映質(zhì)量做出保障，從而推動(dòng)中國(guó)電影的高質(zhì)量發(fā)展，加快實(shí)現(xiàn)我國(guó)由電影大國(guó)向電影強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)。