全視角測量系統(tǒng)的校準方法

韓 東，劉志剛，閆 實

全視角測量系統(tǒng)的校準方法

韓 東，劉志剛，閆 實

（國家廣播電視產品質量監(jiān)督檢驗中心，北京 100015）

全方位視角測量系統(tǒng)是針對顯示器等可視產品的可視角、色亮度等參數(shù)進行全面、準確、高效測量的一種測量方法。利用鏡頭組的獨有的光學傅里葉轉換系統(tǒng)與CCD傳感器配合，對顯示產品的視角進行全方位的精確和快速測量。但該系統(tǒng)的計量問題目前在國內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)的校準方法和系統(tǒng)設計進行了研究。

視角；校準；溯源

1 可視角簡介

可視角是幾乎所有顯示產品的一項關鍵技術指標，在此為了便于表達，選取平板電視、顯示器視角的測量為例，展開本文的討論?？梢暯堑亩x是，在顯示器保持“畫面失真”不超過一定范圍時的最大觀看角度[1]。一般分為水平可視角和垂直可視角，也有一些要求較嚴格的產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測量平臺，將被測產品和色亮度計按一定要求進行固定，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動從而改變色亮度計與被測產品的相對位置讀出各測量點的色亮度值和相應角度，直到色亮度變化達到某個閾值時，此時的角度即為相應方位上的可視角。這種方法的缺點是效率較低、耗時、費力。用這種方法，即便不算把被測樣品固定在測量裝置上并調整好測量位置所耗時間，從正式測量開始算時間，如果每隔5°測量一次，按每次用時5 s計算，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。按這個速度如果要進行全方位360°可視角的測量，按方位角每改變10°測量一組視角來算，整個測量過程需要的時間是：360°÷10°×400 s= 14 400 s，相當于4 h。而且，對于這種方法而言，這已經是最快的了。

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生產的，該系統(tǒng)的視角測量范圍可達88°，而且是一次性測量全方位角的可視角，整個測量過程僅需要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)已經引進了這套設備，確實提高了測量效率，但隨之而來的另一個問題是該套設備的校準問題。由于是國外引進的新型儀器，目前國內尚無針對該套儀器的校準方案，設計一套針對該系統(tǒng)的校準方案是本文要解決的問題，要完成系統(tǒng)的校準首先要了解其測量原理，該套系統(tǒng)的核心技術是通過一組光學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，用光學傅里葉變換和CCD傳感器相結合，把從各個方向進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上，如圖3所示，成像面上的坐標X與入射光束的夾角θ間的關系為

圖2 快速全視角測量系統(tǒng)的測量結果

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

圖3 光學傅里葉變換示意圖

4 校準平臺設計方案

根據(jù)上面的測量原理，對系統(tǒng)的校準分兩步完成。第一步用經過標定的顯示器作為標準光源對測量系統(tǒng)在各個角度的色亮度測量值進行校準，第二步用準直點光源搭載精密轉臺對系統(tǒng)的角度測量值進行校準。

4.1 色亮度測量值的校準

這一步的操作方法其實與傳統(tǒng)的可視角測量方法一致，首先需要借助一個轉臺，用色亮度計對標準屏在各個方位的色亮度進行標定，然后用快速測量系統(tǒng)對標準屏進行測量，測得結果與之前的標定值進行比較，從而實現(xiàn)對快速測量系統(tǒng)在設定的方位和可視角上的色亮度值的校準和修正。這一過程有三點必須注意：

1）選取的標準屏的發(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內達到0.3%。

2）轉臺的結構如圖4所示，轉臺的設計必須保證色亮度計能夠從發(fā)光面中心點垂直軸向（該中心點可通過給標準屏輸入“十字叉”信號來瞄準）開始測量，將測量結果作為初始位置（0°可視角）的色亮度值，然后通過轉臺旋轉標準屏對不同方位的可視角進行標定，將測量結果作為校準快速視角測量系統(tǒng)的標準值。

圖4 標準屏標定平臺

3）標準屏轉臺的旋轉角度的范圍和準確度需要滿足被校準快速視角測量系統(tǒng)的需要。

4.2 可視角測量值的校準

可視角測量值校準原理如圖5所示，用精密轉臺帶動點光源，圍繞快速視角測量系統(tǒng)的光學鏡頭的主軸線旋轉，快速視角測量系統(tǒng)會測出點光源在不同入射位置時的視角，將該測量結果與精密轉臺的旋轉角度比較，從而實現(xiàn)對可視角測量值的校準。這一過程中也有幾個關鍵點需要注意。

圖5 用旋轉點光源校準快速視角測量系統(tǒng)的角度示意圖

1）圖5中的點光源要求是平行光，至于光的性質筆者認為只要是快速視角測量系統(tǒng)能夠適應的光且發(fā)光強度在適當范圍即可，畢竟這里只要求角度的量值準確。

2）點光源的旋轉要以視角測量系統(tǒng)鏡頭的焦點為圓心，如果實際操作中這個焦點不能一次性確定，可在校準平臺的設計中加入位置調整功能，通過多次實測確定點光源的初始位置（0°可視角，即θ=0°時的位置）。實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不同的測量距離（1～50 mm），在操作時需要參照其技術資料進行。現(xiàn)有的快速視角測量系統(tǒng)都有較完善的測量軟件，在校準時可充分運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軟件，對其進行校準時只要將上述步驟中的標準值輸入系統(tǒng)，軟件即可自動對其測量結果進行修正。至于校準中的不確定度，只要校準平臺中的旋轉和走行部分的機加工滿足規(guī)定的技術要求、標準屏的穩(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

本文根據(jù)快速視角測量系統(tǒng)的工作原理，結合傳統(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)的校準方法進行了研究，至于實際操作中的實現(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，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]國家廣播電視產品質量監(jiān)督檢驗中心，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[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

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