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圖像均勻性檢測(cè)

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發(fā)布時(shí)間：2025-08-10 10:34:08 更新時(shí)間：2025-08-09 10:34:08

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作者：中科光析科學(xué)技術(shù)研究所檢測(cè)中心

圖像均勻性檢測(cè)：概述與重要性

圖像均勻性檢測(cè)是顯示器件(如LCD、OLED、投影儀、醫(yī)療顯示器等)、光學(xué)成像系統(tǒng)以及印刷品質(zhì)量控制中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。它主要評(píng)估目標(biāo)圖像或顯示區(qū)域在亮度(亮度均勻性)和色彩(色度均勻性)分布上的均勻程度。一個(gè)顯示或成像設(shè)備，即使擁有高分辨率或廣色域，如果其亮度或色彩在畫(huà)面不同區(qū)域存在肉眼可辨或不符標(biāo)準(zhǔn)的差異，將嚴(yán)重影響用戶的視覺(jué)體驗(yàn)，導(dǎo)致視覺(jué)疲勞，甚至可能傳遞錯(cuò)誤信息。在要求嚴(yán)苛的應(yīng)用場(chǎng)景如醫(yī)療影像診斷、精密工業(yè)檢測(cè)和電影后期制作中，圖像均勻性的好壞更是直接關(guān)乎結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。因此，建立科學(xué)、客觀、可重復(fù)的圖像均勻性檢測(cè)流程，是保障產(chǎn)品質(zhì)量和用戶體驗(yàn)的基礎(chǔ)。

圖像均勻性不佳通常表現(xiàn)為“暗角”、“云紋”、“發(fā)黃/發(fā)藍(lán)區(qū)域”、“斑塊”等現(xiàn)象。其成因復(fù)雜多樣，可能源于背光源/光源的不均勻性、面板自身工藝缺陷(如液晶分子排列、濾光片涂布)、光學(xué)膜材特性、驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)、環(huán)境光干擾、投影鏡頭畸變，甚至是設(shè)備老化等。通過(guò)系統(tǒng)性的均勻性檢測(cè)，不僅可以判定產(chǎn)品是否合格，還能追溯問(wèn)題根源，指導(dǎo)生產(chǎn)和工藝改進(jìn)。

接下來(lái)，我們將重點(diǎn)介紹圖像均勻性檢測(cè)的核心構(gòu)成要素：檢測(cè)項(xiàng)目、檢測(cè)儀器、檢測(cè)方法與檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。這些要素共同構(gòu)成了評(píng)估圖像均勻性的完整技術(shù)體系。

檢測(cè)項(xiàng)目

圖像均勻性檢測(cè)主要圍繞以下幾個(gè)核心項(xiàng)目展開(kāi)：

1. 亮度均勻性(Luminance Uniformity)：這是最基礎(chǔ)也是最重要的項(xiàng)目。它衡量屏幕上不同點(diǎn)的亮度值(Luminance, 單位通常是cd/m2或nit)相對(duì)于中心點(diǎn)亮度或平均亮度的偏差程度。通常計(jì)算整個(gè)屏幕或特定區(qū)域（如九宮格區(qū)域）的最大亮度、最小亮度、平均亮度，然后計(jì)算亮度差異率或均勻度指標(biāo)。

2. 色度均勻性(Chromaticity Uniformity / Color Uniformity)：評(píng)估屏幕上不同位置呈現(xiàn)同一顏色時(shí)，其色坐標(biāo)(通常使用CIE 1931 xy或CIE 1976 u'v'坐標(biāo))的偏移程度。色度不均勻會(huì)表現(xiàn)為畫(huà)面不同區(qū)域顏色不一致（例如白色看起來(lái)有的區(qū)域偏黃，有的區(qū)域偏藍(lán)）。

3. 灰階均勻性(Greyscale Uniformity)：在多個(gè)不同的亮度級(jí)別(從最暗到最亮)下，分別檢測(cè)亮度和色度的均勻性。某些顯示設(shè)備可能在特定灰階下均勻性表現(xiàn)較差。

4. 視角均勻性(Viewing Angle Uniformity)：評(píng)估在不同觀察角度下，屏幕中心與邊緣區(qū)域的亮度、色度變化的一致性。這對(duì)廣視角顯示尤為重要。

5. 時(shí)間穩(wěn)定性(Temporal Stability)：監(jiān)測(cè)顯示設(shè)備在長(zhǎng)時(shí)間工作或不同時(shí)間點(diǎn)，其均勻性是否保持穩(wěn)定，是否存在閃爍或漂移現(xiàn)象。

檢測(cè)儀器

進(jìn)行圖像均勻性檢測(cè)需要依賴精密的測(cè)量設(shè)備，主要儀器包括：

1. 亮度計(jì)(Luminance Meter)：用于測(cè)量單點(diǎn)的亮度值。點(diǎn)式亮度計(jì)精度高，但測(cè)量整個(gè)屏幕均勻性時(shí)需逐點(diǎn)掃描，效率較低。常用于關(guān)鍵點(diǎn)校準(zhǔn)或抽樣檢測(cè)。

2. 色度計(jì)(Colorimeter)：在測(cè)量亮度的同時(shí)，可測(cè)量色度坐標(biāo)(x, y或u', v')。同樣多為點(diǎn)式測(cè)量。

3. 成像式色度計(jì)/亮度計(jì)(Imaging Colorimeter / Luminance Meter)：這是目前進(jìn)行圖像均勻性檢測(cè)最高效、最主流的選擇。它本質(zhì)上是一個(gè)高分辨率、高精度的CCD或CMOS相機(jī)，配合經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)的濾光片系統(tǒng)（模擬人眼光譜響應(yīng)或標(biāo)準(zhǔn)色匹配函數(shù)）。其最大優(yōu)勢(shì)在于可以一次性捕獲整個(gè)顯示區(qū)域的亮度分布圖和色度分布圖，實(shí)現(xiàn)快速、全面的均勻性分析。

4. 光譜輻射計(jì)(Spectroradiometer)：精度最高，通過(guò)測(cè)量光譜功率分布來(lái)計(jì)算亮度和色度。主要用于實(shí)驗(yàn)室級(jí)的精確測(cè)量和儀器校準(zhǔn)，但速度慢，不適合大面積掃描。

5. 配套軟件(Software)：控制測(cè)量?jī)x器、顯示測(cè)試圖案、采集數(shù)據(jù)、分析計(jì)算均勻性指標(biāo)、生成報(bào)告。功能強(qiáng)大的軟件是自動(dòng)化、標(biāo)準(zhǔn)化檢測(cè)流程的關(guān)鍵。

6. 暗室(Dark Room)或遮光罩：消除環(huán)境光對(duì)測(cè)量結(jié)果的干擾，確保測(cè)量的準(zhǔn)確性。

檢測(cè)方法

標(biāo)準(zhǔn)的圖像均勻性檢測(cè)方法通常遵循以下步驟：

1. 設(shè)備準(zhǔn)備：將被測(cè)顯示設(shè)備(DUT)置于暗室中，預(yù)熱至穩(wěn)定工作狀態(tài)。校準(zhǔn)測(cè)量?jī)x器。

2. 顯示測(cè)試圖案：在DUT上顯示特定的全屏均勻測(cè)試圖案。最常用的是： * 全白場(chǎng)(White Field)：用于檢測(cè)亮度均勻性和白平衡下的色度均勻性。 * 全黑場(chǎng)(Black Field)：用于檢測(cè)暗場(chǎng)下的漏光均勻性（常與對(duì)比度測(cè)試關(guān)聯(lián)）。 * 特定灰階場(chǎng)(Grey Levels)：如50%灰階，用于檢測(cè)中間調(diào)的均勻性。 * 單色場(chǎng)(Red, Green, Blue Field)：用于檢測(cè)基色的色度均勻性。

3. 圖像采集： * 點(diǎn)測(cè)法(Spot Measurement)：使用點(diǎn)式亮度計(jì)/色度計(jì)，按照規(guī)定的位置點(diǎn)（如中心點(diǎn)、四個(gè)角點(diǎn)、九宮格點(diǎn)等）進(jìn)行逐點(diǎn)測(cè)量。 * 成像法(Imaging Measurement)：使用成像式色度計(jì)，調(diào)整好位置（鏡頭光軸垂直于屏幕中心，距離和視角符合標(biāo)準(zhǔn)要求），一次性拍攝整個(gè)顯示畫(huà)面。

4. 數(shù)據(jù)分析與計(jì)算：根據(jù)選用的標(biāo)準(zhǔn)或企業(yè)內(nèi)部規(guī)范，計(jì)算相應(yīng)的均勻性指標(biāo)。 * 亮度均勻性常用指標(biāo)： * 均勻度(Uniformity)：通常定義為 `(最小亮度 Min Luminance) / (最大亮度 Max Luminance) * 100%`。數(shù)值越接近100%，均勻性越好。 * 亮度差異率(Luminance Deviation Ratio)：`(測(cè)量點(diǎn)亮度 - 參考點(diǎn)亮度(如中心點(diǎn))) / 參考點(diǎn)亮度 * 100%`。 * 亮度標(biāo)準(zhǔn)差(Standard Deviation, SD) 或 變異系數(shù)(Coefficient of Variation, CV)：統(tǒng)計(jì)所有測(cè)量點(diǎn)亮度的離散程度，CV = (SD / 平均亮度) * 100%。 * 色度均勻性常用指標(biāo)： * Δu'v'：在CIE 1976 u'v' 色度空間中，各測(cè)量點(diǎn)相對(duì)于參考點(diǎn)(如中心點(diǎn))的色度偏差值 `Δu'v' = sqrt( (u' - u'ref)^2 + (v' - v'ref)^2 )`。這個(gè)值直接表示色差的大小。 * 最大色差(Max Color Difference Δu'v')：所有測(cè)量點(diǎn)中最大的Δu'v'值。

5. 結(jié)果判定與報(bào)告：將計(jì)算得到的指標(biāo)值與產(chǎn)品規(guī)格書(shū)或相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行對(duì)比，判斷是否合格。生成包含測(cè)試條件、原始數(shù)據(jù)、計(jì)算結(jié)果、均勻性分布圖（偽彩圖）和結(jié)論的檢測(cè)報(bào)告。

檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

圖像均勻性檢測(cè)需依據(jù)權(quán)威標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，以確保一致性和可比性。主要的國(guó)際和國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)包括：

1. 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)： * IEC 62679 (電子紙顯示器件) * ISO 9241-300系列 (辦公用視覺(jué)顯示終端的人體工學(xué)要求)：特別是ISO 9241-307 (分析與符合性測(cè)試方法) 和 ISO 9241-302/303/305 (針對(duì)不同類(lèi)型的顯示器，如LCD, OLED) 規(guī)定了均勻性測(cè)試方法、圖案和部分要求。 * IEC 62563 (醫(yī)療電氣設(shè)備 - 醫(yī)用影像顯示系統(tǒng))：針對(duì)醫(yī)療顯示器有更嚴(yán)格的均勻性要求，是醫(yī)療顯示器評(píng)價(jià)的核心標(biāo)準(zhǔn)。 * VESA (視頻電子標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)) FPDM (平面顯示計(jì)量) 標(biāo)準(zhǔn)：如VESA FPDM 2.0等，提供了非常詳細(xì)、通用的顯示器測(cè)量方法，包括亮度/色彩均勻性，被業(yè)界廣泛采用。 * IDMS (Information Display Measurements Standard)