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響應時間測試儀及應用

來源:蘇州弗士達科學儀器有限公司   2023年04月17日 10:12  

在VESA和IDMS中,附錄中均對光學測量儀器(light measurement devices)的類型進行了介紹,其中一種類型為測量時間分辨(time-resolved measurements)。


下面我們對該儀器的幾個應用方向進行一個介紹:

1. 響應時間測量

響應時間通常是以毫秒ms為單位,指的是顯示器件對輸入信號的反應速度,即畫面由暗轉(zhuǎn)亮或由亮轉(zhuǎn)暗的時間,為“上升時間”和“下降時間”兩部份。為了采樣和分析的方便,通常以亮畫面作為100%,暗畫面作為0%,對10%~90%的區(qū)間進行時間分析??傢憫獣r間是對顯示器響應時間的經(jīng)典測量,即顯示器從黑屏切換到白屏的時間、白屏切換到黑屏的時間之和。

對于許多顯示器件來講,灰階之間的響應時間可能比黑白之間的響應時間慢一些,所以,現(xiàn)在更多使用灰階響應時間來表達顯示器件的響應時間。

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上升時間和下降時間


2. Flicker測量

Flicker現(xiàn)象就是當你看液晶顯示器畫面時,畫面會有閃爍的感覺。它并不是故意讓顯示畫面一亮一滅來做出閃爍的視覺效果,而是因為顯示的畫面在每次刷新畫面時,亮度會有些細微的變動,讓人眼感受到畫面在閃爍。

目前常使用兩種定量法來作為測量方法:對比法(FMA)和 Jeita法。

2.1

FAM

單位 %

通過亮度的交流分量與直流分量比值,來對閃爍的程度進行表征。

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FMA示意圖

FMA =ACcomponent/DCcomponent

= (Vmax-Vmin)/{ (Vmax+Vmin)/2}*100%



2.2

Jeita

單位 hz&db

人眼對Flicker的感受,從20Hz開始下降,當頻率超過60Hz時,人眼對Flicker的感受,會大幅度的下降也就無法感受到Flicker的存在。

原始亮度波形經(jīng)過傅里葉變換后,加上不同頻率下的權(quán)重,即得到Jeita法結(jié)果。

圖片
圖片


3. Flicker-free

ISO13406的附錄中,提出了另一種閃爍判定的方式。人們能否察覺一個均勻照明的顯示顯得閃爍,是通過顯示器在一定的時間頻率下的能量總和來決定的,因此,該方法需要找出在時間頻率下的能量總和,Eobsn(在不同頻率上的能量可以通過亮度-時間函數(shù)的傅里葉變換得到)。然后與人們察覺到閃爍的極限Epredn進行比較。

不同觀察時間,不同頻率,人眼察覺的閃爍極限能量不同。下圖為不同觀看角度的顯示器件人眼察覺閃爍極限Eobs 。

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如果在每個頻率上Eobs < Epred,那么人們就看不到閃爍,該顯示器件為Flicker-free顯示器件。

如果在任一個頻率上Eobs > Epred,人們就可以看到閃爍。


4. 移動邊緣模糊(Moving-edge blur)

當眼睛跟蹤一個移動的圖像,顯示器渲染一個單一的幀,持續(xù)了一幀或更長的時間,甚至更長的時間,就會產(chǎn)生運動模糊。因此,在該幀的持續(xù)時間內(nèi),圖像在視網(wǎng)膜上是模糊的。

圖片

顯示器的時間階躍響應(TSR)擬合移動邊緣的時間輪廓(METP)的方法為:移動邊緣時間分布(METP)可以直接作為寬度等于保持時間(通常為一個幀)和時間階躍響應(TSR,如圖2所示)的卷積。

移動邊緣時間輪廓(METP)的公式為

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其中R是移動邊緣時間輪廓(METP),S(f)是時間階躍響應(TSR),Π(f)是單位脈沖函數(shù), f是以幀為單位的時間。

下圖顯示了TSR轉(zhuǎn)換為METP的直觀表達。

圖片



對于該款儀器,IMDS提出了幾點要求:

 僅檢測可見光(屏蔽紅外)。

優(yōu)良的檢測儀器的亮度線性。

儀器的噪聲和漂移較小。

目標太大會導致SFR(時間躍遷函數(shù))異常,需要較小的采樣光斑。

儀器的響應速度至少要大于變化時間的1/10。


弗士達公司開發(fā)的新一代響應時間測量的光學儀器FS-GRT,采用集成型的設(shè)計,穩(wěn)定且便攜,可單獨使用,也可搭配運動平臺。

儀器設(shè)計上完*滿足IDMS的要求:


內(nèi)置的光電感應探頭采用的是高靈敏度的濱松光電倍增管模組,內(nèi)置Y濾片,與人眼視覺函數(shù)曲線匹配,具備優(yōu)良的亮度線性;

使用1MS/s的數(shù)據(jù)采集卡采集的光電變化數(shù)據(jù),*低采樣時間可至1μs;

內(nèi)置ND濾鏡及增益控制,*低亮度極限可達:0.01cd/㎡;

分辨率:16位;

優(yōu)良的設(shè)計保證了*高的重復性,重復性為2%;

標準款提供1°光闌。

  升級款同時提供五種光闌孔徑0.1°,0.2°,0.5°,1°,2°,滿足更大的亮度范圍需求,同時較小的光闌孔徑也對小尺寸產(chǎn)品測試有了更好的支持。

  光纖款使用光纖鏡頭接入,可應用于高低溫環(huán)境及小作業(yè)空間。


儀器可應用于以下產(chǎn)品:

模組產(chǎn)品:OLED, QLED, LCD, Micro-LED

成品:手機,平板,電視等

AR/VR等近眼顯示


搭配測量軟件,可直接進行以下項目的測量:

● 響應時間

● 過沖OverShoot

● Flicker

● Flicker-free

● 移動邊緣模糊。



配套軟件界面如下:

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自動測量


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分析


以下為FS-GRT軟件的部分細節(jié)展示:


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Flicker


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Flicker-free


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運動邊緣模糊測試





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