色彩分析仪 如何量化一块屏幕的显示效果？

　　如何去量化一块显示屏的显示效果及不同显示器的色彩一致性成为了各个企业关注的重点。不同显示类型产品的要求也不相同，如何既能满足产品差异化和测量效果一致性成为了不同屏厂、终端客户及设备厂商思考的问题。经过几代测量技术的积累，逐渐形成以缺陷、亮度、色彩、Gamma及闪烁等主要参数为指标的显示要求，实现生产效率与显示效果的统一。

　　①Mura与Demura

　　Mura是日本汉字“斑”〔むら〕的罗马音拼写，随着日本的液晶显示器在世界各地的推广，在显示器界，mura就有了指显示器亮度不均匀，缺陷等意思。在显示器中，由于像素发光差异、装配工艺、受力不均等原因，通常会出现颜色、点线块斑形状以及明暗亮度等Mura。有些Mura可以通过一些方式进行调整，也叫做Demura。

　　

　　其原理是通过高分辨率相机对产品进行精准测量，通过数据分析控制芯片输出进行显示补偿，从而提升显示效果。

　　精测电子多款高精度面阵相机搭载自研PG，通过核心专利算法，实现显示产品自动化Demura。

　　

　　Demura前后效果对比图。

　　②亮度与峰值亮度

　　·亮度

　　是指发光物体表面发光强弱的物理量称为屏幕亮度（luminance），物理学上用L或Lv表示，单位为坎德拉每平方米(cd/m2)或尼特(nit)。不同显示产品亮度不同，一般情况下，笔电屏幕的亮度一般在200~300nit，手机亮度在400~600nit，一些如mini-LED新型显示产品亮度更高，超过1000nit。并不是产品的亮度越高越好，产品亮度的原则是适应不同外部光照下，能够看清且不对人眼过于刺激。

　　·峰值亮度是指在外界强光照条件下，屏幕可显示的最大亮度。

　　③均匀性与对比度

　　·均匀性

　　是指显示器测量多点位置的参数，通常计算方法：均匀性=min/max×100%，常见的有5点、9点、13点、25点等均匀性测量方式。

　　·对比度

　　一般是产品白画面的亮度值，比上黑画面的亮度值，用公式表示：对比度=Lvmax/Lvmin×100%。相较于LCD产品背光源始终是在发光，OLED或mini-LED像素自发光，理论上对比度可以做到1000000：1。

　　④色彩、色温与特征波长

　　·色彩

　　进入到彩色显示时代以来，除了亮度的明暗，色彩一直也是重要的参数指标。通常，显示的许多色彩理论标准源于CIE（国际照明委员会）于1931年制定的人眼视觉敏感函数曲线标准。

　　

　　由此对应的色彩空间也被称为CIE1931Yxy色彩空间

　　

　　其中，Y代表亮度，xy分布代表色彩空间的横纵坐标。

　　计算公式：

　　Lv = Y

　　x= X/(X+Y+Z) y= Y/(X+Y+Z)

　　注： X Y Z 为滤片式仪器的三刺激值（下文会讲到滤片式仪器与分光型仪器区别）

　　在1976年，CIE为了颜色在色空间各个方向均匀，通过公式形变，获得CIE1976UCS色空间，其核心计算基础仍然是CIE1931人眼敏感曲线。

　　

　　计算公式：

　　Lv = Y

　　u’=4X/(X+15Y+3Z) v’=9Y/(X+15Y+3Z)

　　注： X Y Z 为滤片式仪器的三刺激值。

　　·色温

　　色温的概念源于黑体辐射，科学家发现理想黑体在受热后会以光的形式表现，不同温度下，光的颜色不同。发散的光的颜色在xy色度图中的轨迹称为“黑体轨迹”，也称普朗克轨迹。

　　我们将光的颜色用黑体的绝对温度K来表示。

　　·相关色温

　　一些照明和显示设备在白色光线时的颜色与黑体轨迹非常接近。常用“色温”来表述类似光源的颜色。

　　但这些光源的颜色并不是完全落在黑体轨迹上，我们又在接近黑体轨迹的周围定义了一个范围区域，我们称为“相关色温”。

　　除了色温值，通常还用该颜色与黑体轨迹间的差异△uv来表征。

　　注：只有在相关色温区域内才显示相关色温值

　　

　　特征波长

　　特征波长λd，也称主波长，是用一个波长值来描述特定颜色的方法。

　　xy色度图中某点的特征波长为连接该点和白点的连线与光谱轨迹的交点处的波长值。

　　如图示，A点的特征波长就是518nm，纯度为线段AE比上线段BE的值乘以100%，为75%

　　即： Pe = AE / BE × 100 %

　　

　　总结：

　　众所周知，二维平面上的一个点需要两个参数确定唯一性，由此，不管是色坐标还是色温、波长值，都是成对出现，只用一个衡量产品一致性有时候会出现测量值与观察效果不符。所以，通常表征二维平面上一处颜色的方式有四种，分别是CIE1931xy、CIE1976u'v'、TcpΔE、λd Pe。

　　以上参数，通过使用精测电子EYE2系列色彩分析仪及搭配多功能测试软件，一键测量便可轻松获取。

　　

　　此外，为了自动化计算对比度和均匀性，以及极大值和数据偏差，EYE2色彩分析仪配套软件还可以，通过连续测量模式，设置测量的次数、间隔及延时时间，一键测量任意次数的均匀性等数据，极大方便了使用者的数据计算。

　　⑤色域与色差

　　·色域

　　是指产品的色域覆盖率，其定义为在某一参考系下，北侧产品R、G、B所围成的三角区域面积占某色域标准（其内容也是RGB三颜色在色度图围成的区域面积）的比率。常见的色域标准有：

　　sRGB:

　　sRGB是最早期的色域标准之一，至今仍有非常重要的影响力。它是由当时的微软（software）与惠普（Hewlett-Packard）共同定制于1996年，并且得到了来自业界的W3C、Exif、Intel、Pantone、Corel以及其它许多业界厂商的支持。

　　

　　上图的三角形就是sRGB的范围，相当于CIE 1931的一个子集，覆盖面比较小，小s表示 standard标准。不过由于sRGB标准定制较早，很多技术和概念都不成熟，色彩要求相对较低。

　　NTSC:

　　NTSC是National Television Standards Committee的缩写，意思是“（美国）国家电视标准委员会”。NTSC负责开发一套美国标准电视广播传输和接收协议。此外还有两套标准：逐行倒相（PAL）和顺序与存色彩电视系统（SECAM），用于世界上其他的国家。 这里我们讨论的是NTSC色域，而非NTSC制式电视信号，NTSC色域由美国国家电视标准委员会在 1953 年订制。

　　

　　NTSC色域通常被用来测试电视屏幕所能覆盖的色彩范围，虽然也有拿它测试电脑显示器的，但是相对来讲并不标准，所以它到后期一般只是用来对电视的屏幕进行评定而不是电脑屏幕。更最重要的是对于 PC（广义的）和移动设备来说，几乎没有内容创作者是以 NTSC 为工作空间的，它保留下来最多的用途还是用于和其他色域作对比。

　　普通用户接触的比较多的是sRGB和NTSC色域，但是这里许多厂商都推出一个72%NTSC的概念。 72%NTSC：100%的sRGB色域约等于72%的NTSC色域。这里需要提醒大家的是：色域是没有换算关系的，之所以会有这么一个换算是因为sRGB的色域范围恰好几乎全部囊括在了NTSC的色域范围内且占比恰好为72%，所以才有了这么一个换算方法。

　　DCI-P3:

　　DCI-P3是一种应用于数字影院的色域，它是一种以人类视觉体验为主导的色域标准。尽可能匹配电影场景中能展现的全部色域，可以更好地满足人类视觉的体验.它也不是色域最广的标准(目前最新的标准为Rec.2020)，但是在Rec.709标准之上。

　　

　　DCI-P3是一款更加注重于视觉冲击，而不是色彩全面性的色域。并且相对其他色彩标准，它拥有更广阔的红色/绿色系色彩范围。

　　BT.2020:

　　BT.2020 的全称为 ITU-R Recommendation BT.2020，同样也是由 ITU 发布的标准之一。该标准拥有更宽广的色彩空间，是 HDR（High Dynamic Range，高动态范围）所使用的标准，其色彩空间如下：

　　

　　为了便于快速计算和标准对比，精测电子通过软件优化，将色域自动计算加入到软件计算功能中。使用者只需要测量R、G、B三个画面，便可自动计算不同色域标准下的覆盖率，极大方便了使用者。

　　

　　·色差

　　色差最早用于非发光物体的颜色差异，后被引入到显示领域。其核心是产品不同颜色的色坐标与理论显示颜色色坐标在色彩空间的距离。通过使用CIE1976UCS色度空间作为参考。但由于目前针对此项参数，没有明确的国标或行标，通常是企业自定义标准。比如，小米的标准和华为的标准是不太一致，主要是测量的颜色画面不同，计算的数据也就不相同了。

　　

　　市面上常见的有41图，有些客户为了提升品质，会增加一下常见颜色的色差管控，但是并不是越多测量画面越更好。因为增加画面意味着增加生产时间，降低生产效率。为了兼顾效率与质量，一些企业不得不做出权衡之策。

　　色差不仅要测，对于屏厂甚至是终端厂商，还需要进行调整。通常的做法使用PG控制测量仪器和显示产品，通过PG控制产品显示不同的测试画面，测量设备采集数据反馈到PG，PG通过算法进行调整。

　　精测电子作为拥有十几年设备经验的厂家，拥有多项核心专利算法，搭载领先的高精度色差分析仪，实现精准、快速调测。

　　

　　此外，为了兼顾效率和便携性，精测电子研发出微型化自动化PG系统，将产线的自动化调测设备搬到实验室、品质管理处，在现有的高精度数据不变情况下，测试更便利，测试速度提升30%＋

　　

　　（产品获得显示领域创新奖）

　　⑥Flicker与Gamma

　　·Flicker

　　指的是屏幕的闪烁。无论是LCD还是OLED屏幕，都存在着闪烁现象，闪烁既影响屏幕的显示效果，也容易伤眼，所以一般要求闪烁越低越好。

　　对于LCD屏幕，由于屏幕是垂直扫描，液晶分子在交流电压驱动下发生周期性的翻转，再加上背光源通常采用DC或PWM调制方式，因此屏幕会产生闪烁。而OLED屏幕，通常在高亮条件下采用DC调光，低亮条件下采用PWM调光，从而调节屏幕的亮度，因此也会产生频闪。

　　Flicker一般有两种算法，FMA法和Jeita法，下面分别介绍这两种方法。

　　1、FMA法

　　FMA法也称为对比度法，根据屏幕的最大亮度、最小亮度的差值与平均亮度值的比值来评估闪烁值，单位为百分数。

　　

　　如上图所示，曲线为屏幕亮度随时间的变化情况，亮度最大值和最小值分别为Vmax和Vmin。定义AC构成（b）：Vmax-Vmin，定义DC构成（a）：(Vmax+Vmin)/2，可以认为AC构成（b）叠加于DC构成（a）。

　　FMA的计算公式为：

　　

　　2、Jeita法

　　利用FMA法的计算方式，闪烁度不依赖于频率，它的值是根据亮度的AC构成和DC构成来计算的，但人眼对闪烁的感知与频率有很大关系，人眼对低频较为敏感，频率在30Hz时人眼对闪烁的感知能力开始逐渐降低，当频率超过60Hz时，人眼就就几乎感知不到闪烁了。Jeita法是通过傅里叶变换，将亮度值随时间的变化，转化为振幅随频率的变化，通过精确测量每个频率对应的振幅的计算方法，闪烁值定义为各频率构成与频率为0的振幅的比值的对数的10倍，单位为dB。

　　

　　如上图所示，存在多个频率构成（P0、Px1、Px2），在所有频率构成中，除了频率为0的构成要件P0外，都将对Px进行设置，闪烁度的的计算如下：

　　

　　EYE2色彩分析仪同时支持这两种测试方法，给屏幕的Flicker测试提供方便，一键便可实现数据的轻松、准确获取。

　　

　　（FMA）

　　

　　（JEITA）

　　·Gamma

　　显示器gamma是反映颜色在不同灰度下亮度，由亮度数据汇总成一条曲线，称为gamma curve。一般显示器的gamma值均为2.2,公差为±0.2，gamma curve在2.2时，能够较真实的反映图像显示能力。

　　但由于显示器性能差异或者芯片输出异常，经常会发生亮度不随阶数的增加而增加，发生跳变，导致显示亮度一致性差。由此，该参数也是评价一个显示产品显示效果的重要参数之一。

　　

　　（灰阶一致性）

　　精测电子通过自研PG系统搭载EYE2系列色差分析仪，可以实现Gamma的精准调整，还原显示本色。

　　

　　此外，除了前面看到Flicker的测量，使用精测PG＋测量仪器还可以实现自动化调整，使得调整后的数据满足客户对品质的需求。

　　

　　⑦光谱曲线

　　光谱曲线是产品本身发光的特点，是产品的真实表现。针对产品光谱的测量设备称作光谱仪或者分光色度计，是区别于三刺激型（滤片型）的产品。

　　

　　EYE2系列色差分析就是三刺激型测量设备，通过高性能传感器和优秀的数字处理系统及电路设计，可以实现高精度的快速测量。

　　

　　测量产品的光谱除了能获取产品在各个波段下的发光状况，为新产品、新材料的研发提供重要参考，还可以通过光谱数据计算，得到蓝光分布及比率，为护眼型防蓝光提供重要数据。随着人们安全意识的提升，越来越多的产品被要求达到国际或国内护眼要求。

　　在光谱测量方面，精测电子通过多年的科研攻关和经验积累，成功研发出高速、高精度分光型测量仪器JCS-S01，实现光谱数据与常规参数的统一测量，大大方便了客户的使用，提升了测量的效率。

　　

　　当然，除了上述介绍的一些参数，关于屏幕显示效果的还有响应时间，产品刷新频率等其他参数，由于时间和篇幅限制，不再一一说明，有需要可以联系资深工程师了解具体详细内容。

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