智能手機(jī)顯示屏呈色性能的研究進(jìn)展

馬永勝，關(guān)舒婷

（廣州科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院 廣東 廣州 510550）

1 引言

近年來(lái)，智能手機(jī)憑借其強(qiáng)大的處理能力、開(kāi)放式的操作系統(tǒng)、豐富的應(yīng)用程序和便攜性吸引了越來(lái)越多消費(fèi)者。然而在不同的環(huán)境下，人眼從手機(jī)顯示屏上看到的圖像色彩是不一致的，而且不同品牌智能手機(jī)以及手機(jī)個(gè)體之間，色彩再現(xiàn)能力也有很大差距。因此，智能手機(jī)顯示屏的呈色性能，成為當(dāng)前眾多科技工作者研究的熱點(diǎn)。

2 智能手機(jī)呈色顯示技術(shù)

2.1 屏幕材質(zhì)

對(duì)于智能手機(jī)顯示屏來(lái)說(shuō)，屏幕材質(zhì)在很大程度決定了手機(jī)的呈色效果，智能手機(jī)屏幕間也因?yàn)槠聊黄焚|(zhì)和研發(fā)技術(shù)不同而有所差異。在當(dāng)前市場(chǎng)上，智能手機(jī)顯示屏的屏幕材質(zhì)種類(lèi)繁多，主流的屏幕都可歸結(jié)為液晶顯示屏（LCD，liquid crystal display）與有機(jī)發(fā)光二極管（OLED，organic light-emitting diode）兩大類(lèi)。

LCD屏幕材質(zhì)出現(xiàn)后，科技工作者根據(jù)圖像顯示技術(shù)的需求，對(duì)LCD屏幕自身技術(shù)進(jìn)行完善和改進(jìn)，先后研究出了富有代表性的超扭曲向列技術(shù)（STN，super twisted nematic）、薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管技術(shù)（TFT，thin film transistor）、超亮度技術(shù)（UFB，ultra fine bright）、薄膜二極管技術(shù)（TFD，thin film diode）、平面轉(zhuǎn)換技術(shù)（IPS，in-plane switching）、拼接專(zhuān)用液晶技術(shù)（SLCD，splice liquid crystal display）等屏幕系列。

OLED運(yùn)用自體發(fā)光顯示器技術(shù)，完全不需要任何背光，并且由于其更輕更薄以及可視角度更大的特性，衍生出主動(dòng)發(fā)光類(lèi)型的有源矩陣有機(jī)發(fā)光二極管即AMOLED（Active Matrix/Organic Light Emitting Diode的簡(jiǎn)稱(chēng)）系列新型屏幕材質(zhì)，如第一代AMOLED、第二代Super AMOLED和第三代Super AMOLED Plus等屏幕。

2.2 圖像顯示技術(shù)

圖像顯示技術(shù)又稱(chēng)為信息顯示，是一種針對(duì)于圖象質(zhì)量的技術(shù)，與顏色科學(xué)聯(lián)系緊密，它包括圖形、圖像、文本和字符等。為滿(mǎn)足人們對(duì)高分辨率、廣視角、大色域、高對(duì)比度、高亮度、無(wú)色偏以及更優(yōu)秀的色彩還原性等顯示特性的迫切需求，圖像顯示行業(yè)不斷革新技術(shù)，發(fā)展研究出一系列的新型圖像顯示技術(shù)。目前，智能手機(jī)屏幕的圖像顯示技術(shù)包括超視覺(jué)顯示技術(shù)（ASV，advanced super view）、悅幕屏顯技術(shù)（CBD，clear black display）、視網(wǎng)膜成像顯示技術(shù)（Retina Display）、NOVA顯示技術(shù)和移動(dòng)圖像處理引擎技術(shù)（Mobile Bravia Engine）等。

3 基于物理參數(shù)指標(biāo)的呈色性能研究分析

近年來(lái)隨著眾多品牌手機(jī)廠(chǎng)商不斷發(fā)布新產(chǎn)品，造成手機(jī)行業(yè)對(duì)其呈色顯示性能的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)制定困難。目前，還沒(méi)有專(zhuān)門(mén)針對(duì)于智能手機(jī)屏幕呈色性能的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，而由于其屬于顯示設(shè)備和顏色科學(xué)領(lǐng)域，手機(jī)顯示屏的制造商和相關(guān)研究學(xué)者都是借助顯示行業(yè)和印刷色彩行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)對(duì)其進(jìn)行呈色性能的測(cè)試評(píng)價(jià)，例如國(guó)際電工委員會(huì)針對(duì)不同顯示技術(shù)的顯示屏制定了IEC62341-6-1、IEC61966-3、IEC61966-4等性能測(cè)試指標(biāo)，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織對(duì)屏幕打樣制定了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO12646:2008/Amd 1:2000(E)，我國(guó)也在早期制定了國(guó)內(nèi)通信行業(yè)推薦標(biāo)準(zhǔn)YD/T1607-2007。參考這些標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)直接測(cè)量和比較一些物理參數(shù)對(duì)智能手機(jī)呈色性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，相關(guān)的物理參數(shù)指標(biāo)主要有亮度及亮度均勻性、對(duì)比度及對(duì)比度均勻性、色域覆蓋率、清晰度、通道獨(dú)立性、階調(diào)再現(xiàn)特性和色品恒定性等。

目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)智能手機(jī)呈色性能的研究較少。在國(guó)內(nèi)研究學(xué)者中，王亞軍針對(duì)移動(dòng)終端主流平板顯示器的對(duì)比度及對(duì)比度均勻性的測(cè)試方法進(jìn)行分析和研究，得出了具有良好的可操作性的移動(dòng)終端平板顯示器對(duì)比度及對(duì)比度均勻性的測(cè)試方法；張茜、劉真等人對(duì)iPhone 4S手機(jī)屏幕的時(shí)間均勻性、空間均勻性、色品恒定性、通道獨(dú)立性、色域覆蓋率等顯色特性進(jìn)行了定量測(cè)試研究，得出iPhone 4S的顯色穩(wěn)定性較好但色域較小等結(jié)論，并提出一套系統(tǒng)的測(cè)試評(píng)價(jià)顯色性性能的方法，為智能手機(jī)色彩再現(xiàn)能力的研究開(kāi)了先河；張建青、劉真等人為了明確iPad和iPhone是否具備專(zhuān)業(yè)顯示設(shè)備的顯示性能，從時(shí)間穩(wěn)定性、色品恒定性、通道相加性、設(shè)備色域、不同亮度下不同顏色顯示的空間均勻性、不同亮度下色域覆蓋率6個(gè)方面的性能進(jìn)行了系統(tǒng)的測(cè)試，研究證明iPad基本達(dá)到專(zhuān)業(yè)顯示設(shè)備的顯示性能要求，而iPhone色域覆蓋率較小不具備專(zhuān)業(yè)顯示設(shè)備的顯示性能要求；蔡圣燕和王姮根據(jù)移動(dòng)終端用途對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)6臺(tái)主流品牌的中高端移動(dòng)終端顯示屏進(jìn)行呈色性能評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)指標(biāo)包括亮度、對(duì)比度、亮度均勻性、對(duì)比度均勻性和色域覆蓋率，得到的結(jié)論是主流品牌端移動(dòng)終端大部分符合移動(dòng)終端顯示屏呈色性能要求，個(gè)別能夠達(dá)到屏幕打樣國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的部分要求，為智能設(shè)備的色彩管理做了一些準(zhǔn)備工作；宮睿博士對(duì)智能移動(dòng)終端圖像顯示設(shè)備的性能評(píng)價(jià)方法進(jìn)行了系統(tǒng)的分析研究，從物理參數(shù)測(cè)評(píng)、視覺(jué)感知評(píng)價(jià)和圖像質(zhì)量建模三部分出發(fā)，提出了符合人眼視覺(jué)感知特性的智能移動(dòng)終端設(shè)備圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)流程及完整算法，完成了由設(shè)備物理參數(shù)、圖像參數(shù)及照明環(huán)境參數(shù)對(duì)智能移動(dòng)終端圖像呈色質(zhì)量的預(yù)測(cè)流程，并對(duì)總體圖像質(zhì)量進(jìn)行了合理而有效的數(shù)學(xué)預(yù)測(cè)。

在國(guó)外，一些學(xué)者研究了智能手機(jī)圖像的視覺(jué)感知和色貌參數(shù)。學(xué)者Y.H.Ha對(duì)比研究了TFT和AMOLED兩種不同屏幕材質(zhì)的智能手機(jī)顯示屏在色溫、色域、色品恒定性等物理特性上的顯示效果；Y.K.Park等人針對(duì)手機(jī)在使用過(guò)程中環(huán)境照度范圍的特殊性，研究了基于CIECAM02色貌模型中的三種環(huán)境參數(shù)設(shè)置對(duì)手機(jī)顯示色貌量預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，并給出了在高照度情況下對(duì)該模型環(huán)境參數(shù)的修改方案；Y.J.Kim等人對(duì)手機(jī)顯示屏進(jìn)行了多次圖像質(zhì)量視覺(jué)感知參量的測(cè)評(píng)研究，指出清晰度和自然性?xún)蓚€(gè)參量對(duì)圖像質(zhì)量的影響較大，并通過(guò)合理計(jì)算圖像像素點(diǎn)和設(shè)備物理參數(shù)指標(biāo)建立了這兩組參量的數(shù)學(xué)預(yù)測(cè)模型；J.J.Yoo等學(xué)者以視覺(jué)感知評(píng)價(jià)的方式對(duì)以不同調(diào)控方法生成的圖像進(jìn)行了視覺(jué)評(píng)價(jià)，并且對(duì)手機(jī)顯示圖像像素顏色在CIELab色空間內(nèi)的計(jì)算量提出了基于自然性的差異指標(biāo)。

總體說(shuō)來(lái)，在上述智能手機(jī)顯示呈色的相關(guān)研究成果中，色彩信息與圖像質(zhì)量的研究分析還不夠全面，僅基于顯示屏色域、對(duì)比度、亮度等物理參數(shù)指標(biāo)的測(cè)試和比較，其給出的評(píng)價(jià)結(jié)果往往不能完全反映復(fù)雜外界環(huán)境下人眼對(duì)不同屏幕材質(zhì)的視覺(jué)感受。再考慮到過(guò)去學(xué)者研究的局限性，以及智能手機(jī)發(fā)展迅猛、產(chǎn)品更新?lián)Q代快的特點(diǎn)，智能手機(jī)顯示屏呈色性能的學(xué)術(shù)研究尚顯不足。

4 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前，人們?cè)谙硎苤悄苁謾C(jī)各種優(yōu)越性的同時(shí)，對(duì)其呈色顯示性能的要求也日趨提高。如何在復(fù)雜多變的外界環(huán)境下保證手機(jī)用戶(hù)獲得一致的視覺(jué)再現(xiàn)效果和最精確的色彩，需要更多的學(xué)者在顯示技術(shù)和顏色科學(xué)等領(lǐng)域?qū)χ悄苁謾C(jī)做進(jìn)一步的研究。

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