与观察时间相关的人眼对比度敏感特性研究

研究了人眼在不同观察时间下的亮度对比度敏感函数。从CIE规定的颜色中心中分别选取中性灰和橙色作为图片背景,并得到不同空间频率的矩形条纹图片。根据心理物理学的极限法进行视觉评价,测得在两个背景三种典型适应观察时间下人眼的亮度对比度敏感函数。比较了中性灰和橙色背景下人眼亮度对比度敏感函数数据,并拟合得到在不同背景及对比度适应时间下的亮度对比度敏感特性曲线。结果表明,当观察时间相同时,橙色背景的亮度对比敏感函数值比中性灰背景的亮度对比度敏感函数值小;随着人眼对条纹观察时间的延长,人眼亮度对比度敏感函数的峰值及其对应的空间频率也随之增大,与背景颜色无关。     

高密度LED显示屏莫尔条纹抑制研究

为了抑制数码相机拍摄LED显示屏时图像中存在的莫尔条纹现象,对莫尔条纹产生的机理及其特性进行了理论分析。提出了利用多层散射膜抑制高密度LED显示屏莫尔条纹的方法。利用光学模拟程序对莫尔条纹抑制装置进行了仿真验证,对其中的关键参数进行了优化。利用优化后的莫尔条纹抑制结果在P2.5 mm 高密度LED显示样箱上进行了实验验证。实验观察结果与理论分析吻合,该装置可大幅度降低莫尔条纹的对比度,证明了方法的有效性。     

基于LED电脉冲响应的LED显示屏像素灰度校正方法

基于发光二极管(Light-emitting Diode,LED)的电脉冲响应过程,建立了一个简便计算LED电脉冲响应模型。在此模型基础上研究了采用脉宽调制(Pulse-width Modulation,PWM)控制LED亮度时,由于LED响应延迟所导致的发光强度随占空比的非线性误差的变化情况,并进行了实验测试。结果表明:在PWM频率为2.5MHz时,LED发光强度与占空比的平均非线性误差为10%左右。最后,针对LED电脉冲响应模型,提出了显示屏像素亮度校正方法。该方法有效减小了由LED响应过程所造成的显示屏亮度控制误差,使得LED实际发光强度与所给亮度值近似成线性关系,从而减小了LED显示屏的色彩偏离,增强了显示效果。     

LED显示屏相机采集的渐晕校正

为了克服采集相机渐晕在LED显示屏逐点一致化校正过程中产生的亮度不均匀缺陷,提出了一种基于LED显示屏本身和若干屏幕离散位置亮度测量的采集相机渐晕校正方法。首先分析了相机对LED显示屏进行数据成像采集过程及成像特征,在此基础上,提出了采集相机渐晕的标定方法,得到了代表相机渐晕的拟合曲面,从而计算出采集相机上每一像素点的渐晕修正系数。利用上述方法对LED显示屏进行了单箱亮度校正实验。实验结果表明:单箱校正的显示均匀性从渐晕修正前的6.69%缩小到修正后的1.49%。经过对相机影像渐晕修正以后,可以完全消除修正前的亮度曲面分布,从而克服了修正前LED显示屏中心暗、四周亮的缺陷,达到了理想的多屏拼接校正效果。     

背投系统视角计算方法研究

介绍了一种计算背投系统视角的方法,可用来衡量背投系统性能.背投系统的视角不仅仅依赖于背投屏幕,也与光学引擎和观看环境有关.综合这三个方面的因素得到背投系统的对比度和角度的关系,根据人眼能接受的最小对比度可推算出背投系统的视角.实验数据表明,根据方法中表达式计算所得视角与实际参量吻合较好,证明该计算方法简单有效.     

基于视觉功效法的公路照明光源性能分析

中间视觉条件下人眼光谱效率函数表现为一系列的曲线,其峰值波长和强度受光源光谱、背景亮度等多方面的影响,光源对照明视认性的影响无法通过单一的光学参量进行表征。试验以视认反应时间作为评价指标,应用视觉功效法测试了不同速度条件下,人眼在不同照明环境中的视认性能,所选择光源包括高压钠灯、无极荧光灯和三种色温的白光LED,光源色温范围1 958~5 537 K,背景亮度取值针对公路隧道基本段照明和一般室外道路照明,范围为1~5 cd·m-2,均在人眼中间视觉亮度范围内。统计试验结果显示：在相同速度、亮度条件下,高色温光源对应的视认反应时间小于低色温光源;相同亮度条件下高速视标对应的反应时间小于低速视标,但测试截止时刻,低速视标在观察者视场内的张角较高速视标更大。应用MOVE模型计算得到测试光源所形成不同发射光谱、不同背景亮度条件下的人眼中间视觉等效亮度,与明视觉亮度测试结果比较,中间视觉等效亮度对应的反应时间曲线标准差系数CV更小,显示中间视觉条件下不同光源等效亮度与明视觉亮度的差异是造成视认性差异的原因之一,由于白光LED光源的GaN芯片发射光谱峰值与中间视觉光谱效率函数的峰值波长较为接近,高色温白光LED的照明视认效果优于低色温白光LED和无极荧光灯,峰值位于Na+特征谱线附近的高压钠灯照明视认效果较差。     

温度波动对LED显示屏白平衡主要参数及图像色调的影响

LED显示屏的图像显示质量一直是显示行业内重点关注的问题,而LED显示屏的白平衡参数决定了其复现和还原的显示图像的亮度和色调,是影响图像显示质量的重要因素。一般情况下,显示屏的白平衡由红、绿、蓝三基色的亮度配平比例确定,而且该配平比例相对稳定;但是对于LED的各个基色来说,环境因素的变化会引起基色参量的变化,从而导致显示屏白平衡的漂移,严重影响图像显示质量。本文基于色度学理论和LED显示特性,构建了特定LED显示颜色空间模型;并在设定颜色空间探究不同温度环境各个基色仅在亮度变化条件下对白平衡参数的影响,重点研究了在温度波动条件下白平衡的漂移规律以及显示图像产生的色调的畸变情况;通过归纳不同波动参数定量分析温度变化对LED显示屏白平衡主要参数的影响,为高清LED显示控制系统提供较有价值的图像修正理论依据,有助于提升高端LED显示产品的显示质量。     

全彩LED显示屏亮度检测与校正算法

针对全彩LED显示屏亮度均匀性问题,介绍了一种基于CCD相机的全彩LED显示屏亮度检测和校正算法。首先利用CCD相机获取显示中的图像,通过数学形态学和大津法对图像进行去噪和阈值分割处理,确定LED灯点的中心位置,然后使用最佳包含圆方法统计分析各个灯点的相对亮度值,并计算出其三色校正系数矩阵。实验证明,该算法检测速度快,校正效果较好,从而改善了显示的质量,延长了显示屏的使用寿命。     

按波长分区的LCD颜色特征化模型

为了建立液晶显示器颜色计算模型,分别对EIZO CG19, IBM 19, DELL 19和HP 19 LCD显示器进行了通道独立性和颜色叠加性的检验。通过检验单通道和双通道数字驱动值与颜色三刺激值之间的关系可以验证各通道之间的独立性,从而证明了上述显示器的显示色与三原色光谱辐亮度函数之间存在线性叠加关系。实验中发现三原色光谱辐亮度与数字驱动值的关系是波长的非线性函数,提出了一种按波长分区法计算三原色光谱辐亮度函数的方法,用RGB三原色的测量光谱拟合出各波长辐亮度值与数字驱动值之间的三次多项式关系,利用这个关系可计算得到任意数字驱动值对应的三原色光谱辐亮度曲线,然后可按颜色相加关系由三原色光谱辐亮度曲线计算出任意数字驱动值下的显示色。实验结果表明,只需要测量少量几个数字驱动值下的光谱曲线就可以准确计算出任意数字驱动值下的三原色光谱辐亮度曲线,进而计算得到任意混合色的光谱辐亮度曲线,大大减少了测量样品数量。这种计算方法所需的测量样品数量少、计算准确度高,可以满足工业应用的精度要求,能作为LCD显示器颜色特征化的一种方法。     

近场分布式平面光源光强测试方法

对近场分布式光度测量方法及测量机理进行研究,基于自主搭建的近场光源发光特性测量装置采集平面光源不同方向的亮度图像,分析了近场光度参量之间的转换关系及亮度数据处理方法,最终实现了近场分布式平面光源空间光强分布测量。通过构建平面光源发光模型,基于光度学和几何光学原理分析发光平面各个方向的光线分布,完成对光源不同方向的发光状态表征。与远场测量相比,所提近场分布式测量方法结果与远场配光曲线吻合良好,在所采用成像式亮度计亮度相对误差优于6.51%的情况下,所测得的光强相对误差小于8.38%,0°配光曲线匹配指数高达98.33%,验证了所提方法在近场光度测量中的有效性。     

基于主观感觉理论的LED图像显示质量的简易测定评估方法

研究了LED视频显示大屏幕的测定和评估方法，实验表明，对LED视频图像显示质量的评估应从主客观两方面进行，才能对屏幕的主要技术参数做出有效的测定评估，本文从生理物理学的角度提出了一种简易的屏幕亮度及全屏显示质量测定及评估理论，经过实验检验，此理论基本解决了LED视频显示屏测定及评估方面的诸多问题。     

Large stereoscopic LED display by use of parallax barrier of aperture grille type (Invited Paper)

We propose a large parallax barrier by use of aperture grille. Main advantages of using aperture grille include no reflection and no absorption in apertures, as well as wide viewing angle. These advantages are investigated with theoretical calculations and experiments by use of several kinds of LED panels, such as a fine-pitch LED panel and a 140-inch large LED panel. Limitations of viewing angle by parallax barrier are analyzed in conventional black stripes on a transparent substrate type and in aperture grille type. Experimental results straw use of aperture grille increases contrast and reduce reflection on the aperture surface.     

基于LED背光源区域控制的LCD系统色域分析

介绍了液晶显示(LCD)系统普遍使用的色域计算方法。针对LCD系统的色域主要由背光源的光谱特性、彩膜的光谱透过率特性和液晶面板的特性三个方面的因素决定,采用LED作为背光源来提高系统整体的色彩表现能力,利用色度学的方法,通过对LED背光源光谱的分析计算,比较了有无区域控制的背光源经过彩膜后系统色域的大小,并分析了液晶面板对比度的变化分别对两种模式下背光源色域的影响情况。分析和计算结果表明：采用区域控制的LED背光源可以改善由于彩膜性能的不完善所引起的再现三基色色彩饱和度降低的现象,同时该模式下系统色域受液晶面板对比度变化的影响很小,即降低了系统色域对彩膜性能和液晶面板性能的要求,因此对于提高现有LCD系统的色域具有非常重要的意义。     

对比度敏感理论在LED视频图象显示中的应用

在LED大屏幕视频图象显示的研究中,图象的显示质量取决于众多因素,如亮度、色彩、对比度及可视角度等,本文从显示对比度分析方面着手,侧重点放在如何提高显示对比度上,并在此基础上确定提高显示图象的可视质量的方法.     

小电流LED屏白平衡色温的控制

为了改善小电流LED屏的显示效果,基于新型LED灯珠光学性能测试数据,采用变量控制法,首先,分析了单色RGB色坐标及亮度分别对白平衡色温的影响,接着,从单变量分析中找到影响色温偏差较大的参数进行双偏分析,最后,进行变量分析结论的数据验证。研究结果表明,红光芯片亮度(Lr)、蓝光芯片亮度(Lb)及蓝光芯片坐标(Yb)是影响LED屏白平衡色温的主因,要使白平衡色温偏差控制在±500 K范围内,单偏条件下,要求Lr偏差不超过11%,Lb偏差不超过14%,Yb偏差不超过0.006;同时,也给出了双偏条件下相应的控制指标。该研究有望在LED分光机芯片分选,白光照明及小电流、小间距LED显示屏色偏差调节等方面获得相关的应用。     

基于自由曲面的LED全反射准直透镜的设计

为在特定角度范围内实现所需照明,满足各类LED照明系统的要求,提出一种适用于扩展光源的透射 全反射复合曲面的LED透镜设计方法。根据光源的大小由非成像光学原理确定反射面面型并计算光源发散角度,再根据照射的角度要求进行自由曲面的透镜设计。文章给出了设计思想及方法,并设计了一款出射半角为2.5的透镜实例,分析了误差对实际结果的影响。     

裸眼3D LED显示的全息透镜板在线拼接的检测方法

全息透镜板的高精度拼接与装配是基于全息透镜技术的大屏幕LED裸眼3D显示系统搭建中的关键问题。理论计算与实验结果表明,全息透镜板与LED显示模组横向相对位置误差小于1.332mm时,可以满足显示的要求。基于裸眼3D显示系统的投射条纹,提出了基于投射条纹的全息透镜板位置实时调整方法。依据此方法提出了基于极大值测量条纹中心间距的图像处理算法,并结合LabView编写了图像处理程序。实验结果表明,使用该方法测得的亮暗条纹间距的测量精度为0.1mm,反算出全息透镜板与LED屏之间的位置误差小于0.03mm,满足实时调整全息透镜板位置的要求,可以作为全息透镜板在线拼接的检测方法。     

LED显示屏高光效高画面填充比光学设计与研究

针对传统LED显示屏光能利用率和图像画面填充比低的缺点,基于非成像光学理论,提出了一种提高光能利用率和画面填充比的全彩LED显示模块结构系统和设计方法。利用复合抛物面集光器CPC对LED管芯发出光线的发散角进行变换压缩,从而避免了外表面全反射损耗,大幅度提高了系统的光能利用率。利用积分方腔匀光原理和散射元件对光能的二次分配,提高了显示屏的画面填充比、单位像素均匀度及基色复用面积。作为实例,根据上述方法设计了一个P10 mm全彩LED显示模块,利用光学设计软件LIGHTTOOLS对该显示模块系统进行了仿真建模和光线追迹,并对设计结果进行了分析。结果表明,系统光能利用率大于70%,画面填充比接近100%,单位像素区域内均匀度好于85%。显示模块具有能量利用率高、高画面填充比、显示效果均匀柔和、易于生产和装调的优点。