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ICS 31.120 CCS L53
团 体 标 准
T/CVIA-78-2020
激光电视散斑测试方法
(物理散斑)
Laser TV Speckle Measuring Method
(Objective speckle)
目 次
前言 ................................................................................ Ⅲ
1 范围 ............................................................................. 1
2 规范引用文件 .................................................................... 1
3 术语、定义和缩略语 .............................................................. 1
3.1 基本术语 .................................................................... 1
3.2 与空间变化有关的术语 ........................................................ 2
3.3 缩略语 ...................................................................... 2
3.4 符号 ......................................................................... 2
4 标准测试参数 .................................................................... 3
4.1 单色散斑测试参数 ............................................................ 3
4.2 彩色散斑测试参数 ............................................................ 3
5 标准测试条件 .................................................................... 5
5.1 综述 ......................................................................... 5
5.2 标准测试环境条件 ............................................................. 5
5.3 测试坐标系 .................................................................. 5
5.4 暗室条件 .................................................................... 6
5.5 测试设备的标准条件 .......................................................... 6
5.6 屏幕 ....................................................................... 10
6 单色散斑测试方法 ............................................................... 10
6.1 单色散斑对比度测试 ......................................................... 10
6.2 LMD 的校准和检验 ............................................................ 12
7 彩色散斑测试方法 ............................................................... 14
7.1 概述 ....................................................................... 14
7.2 采用 XYZ 滤光片的 LMD 的彩色散斑测试方法 ...................................... 14
7.3 采用 RGB 滤光片的 LMD 的彩色散斑测试方法 ...................................... 14
8 与空间变化有关的测试方法 ....................................................... 15
8.1 概述 ....................................................................... 15
8.2 角度彩色散斑变化 ........................................................... 15
8.3 散斑对比度均匀性/非均匀性 .................................................. 15
8.4 彩色散斑方差/协方差非均匀性 ................................................ 16
附录 A(资料性) LD 的光谱特性 ...................................................... 17
A.1 单纵模 LD 的光谱特性 ......................................................... 17
A.2 多纵膜 LD 的特性 ............................................................ 17
附录 B(资料性) CCD 的像素大小 ..................................................... 18
附录 C(资料性) 散班对比度基本公式和可测变量的影响 .................................. 20
C.1 基本公式 .................................................................... 20
C.2 观察距离和虹膜半径的影响 ................................................... 20
附录 D(资料性) 可能的错误及其来源 ................................................. 21
附录 E(资料性) 彩色散斑分布举例 .................................................... 22
E.1 彩色散斑分布 (一个 RGB 散斑对比度为:90%，其他为 1%) ............................ 22
E.2 彩色散斑分布 (两个 RGB 散斑对比度为90% 其他为 1%) ............................. 24 附件 F(资料性) XYZ 误差校准 ....................................................... 28
F.1 总述 ........................................................................ 28
F.2 XYZ 不匹配的表述 ............................................................. 28
F.3 使用 RGB 的真实色度值来校准不匹配的 XYZ 误差 .................................. 29
参考文献 ............................................................................ 31
图 1 彩色散斑光度分布示例 ............................................................ 4
图 2 色度散斑分布图示例 ............................................................... 5
图 3 投影方向和观看方向或者测试方向 ................................................... 6
图 4 单色散斑测试 LMD 的示例 ....................................................... 8
图 5 使用 XYZ 滤光片进行彩色散斑测试的 LMD 示例 ....................................... 9
图 6 使用 RGB 滤光片进行彩色散斑测试的 LMD 示例 ...................................... 10
图 7 激光电视散斑测试装置示意图 ..................................................... 12
图 8 最高散斑对比度 Cs 校准及测试方法 ................................................ 13
图 9 投影活动图像区域的 9 个等间距标准测试位置 ...................................... 16
图 A.1 单纵模激光器光谱特性举例 .................................................... 17
图 A.2 多纵模 LD 光谱特性 ........................................................... 17
图 B.1 最小主观散斑粒度随 F 数变化关系 .............................................. 19
图 C.1 Cs 随 NAscreen-Iris变化的测试结果 ............................................... 20
图 E.1 cS__B = 90% ，cS__G = 1% ，cS__R = 1%的彩色散斑分布 ...................... 22
图 E.2 cS__B = 90% ，cS__G = 1% ，cS__R = 1%的光度散斑分布 ...................... 23
图 E.3 cS__B = 1% ，cS__G = 90% ，cS__R = 1%的彩色散斑分布 ...................... 23
图 E.4 Cs-B = 1% ，Cs-G = 90% ，Cs-R = 1%的光度散斑分布 ..................... 23
图 E.5 cS__B = 1% ，cS__G = 1% ，cS__R = 90%的彩色散斑分布 ...................... 24
图 E.6 cS__B = 1% ，cS__G = 1% ，cS__R = 90%的光度散斑分布 ...................... 24
图 E.7 cS__B = 90% ，cS__G = 1% ，cS__R = 90%的彩色散斑分布 .................... 25
图 E.8 cS__B = 90% ，cS__G = 1% ，cS__R = 90%的光度散斑分布 .................... 25
图 E.9 cS__B = 1% ，cS__G = 90% ，cS__R = 90%的彩色散斑分布 ...................... 26
图 E.10 cS__B = 1% ，cS__G = 90% ，cS__R = 90%的光度散斑分布 ................... 26
图 E.11 cS__B = 90% ，cS__G = 90% ，cS__R = 1%的彩色散斑分布 ..................... 27
图 E.12 cS__B = 90% ，cS__G = 90% ，cS__R = 1%的光度散斑分布 ..................... 27
图F .1 偏差值 (标记点)和理想颜色匹配函数 ............................................ 29
图F .2 误差色域图与矫正后的色域图 .................................................. 29
表 B.1 Ssubj随 D 变化 ................................................................ 18
表 F.1 失配系数 .................................................................... 28
前 言
本文件按照 GB/T 1.1—2020《标准化工作导则 第 1 部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。
本文件由中国电子视像行业协会提出并归口。
本文件主要起草人：上海唯视锐光电技术有限公司、青岛海信激光显示股份有限公司、四川长虹电器股份有限公司、成都菲斯特科技有限公司、青岛海尔多媒体有限公司、中国华录集团有限公司、中光学集团股份有限公司、深圳光峰科技股份有限公司、深圳康佳电子科技有限公司、杭州中科极光科技有限公司、杭州浙大三色仪器有限公司、宁波激智科技股份有限公司、成都极米科技股份有限公司、扬州吉新光电有限公司、苏州芯鼎微光电有限公司、杭州科汀光学技术有限公司、艾弗堤西科技(深圳)有限公司、深圳市火乐科技发展有限公司、中山联合光电科技股份有限公司。
本文件主要起草人：郝亚斌、冯晓曦、彭健锋、王蔚生、卫洁君、郭大勃、卢长礼、康健、吴庆富、张超、崔志龙、孔维成、马卫华、杨佳翼、王得喜、张文平、许子愉、张毅、吴昊、钱向林、时保华、王挺、蔡文海、张聪、陈安科、张利利。
本文件为首次发布。
激光电视散斑评价方法(物理散斑)
1 范围
本文件描述了激光电视物理散斑的术语、定义、测试条件和测试方法。物理散斑包含单色散斑和彩色散斑。
2 规范引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB 7274.1-2012 激光产品的安全 第 1 部分：设备分类、要求
GB/T 9086-2007 用于色度和光度测量的标准白板
T/CVIA-65-2018 激光投影电视接收机技术规范
IEC 62906-1-2 激光显示器件 第 1-2 部分 术语及文字符号(Laser display devices - Part 1-2: Vocabulary and letter symbols)
IEC 62906-5-4 : 2016 激光显示器件 第 5-4 部分 彩色散斑的光学测试方法(Laser display devices - Part 5-4: Optical measuring method of color speckle)
CIE 015 : 2004 比色法(Colorimetry )
3 术语、定义和缩略语
下列术语和定义适用于本文件。
3.1 基本术语
3.1.1
完全散斑 fully developed speckle
当单色散斑对比度等于 1 时的散斑，称为完全散斑(CS=1)。
3.1.2
彩色散斑色度分布图 colour speckle distribution
由各基色的单色屏幕散斑混合所产生的、在指定颜色空间中的颜色分布图。
3.1.3
彩色散斑光度分布图 photometric speckle distribution
由各基色的单色屏幕散斑混合产生的照度、亮度或光通量的光度变量分布图。
3.1.4
彩色散斑方差 colour speckle variance
彩色散斑分布的方差。 3.1.5
彩色散斑协方差 colour speckle covariance
彩色散斑分布的协方差。
3.1.6
光度散斑对比度 colour difference variance
光度分布标准差与光度分布平均值的比值，光度可以是照度、亮度或光通量。
3.1.7
色差方差 colour difference variance
彩色散斑和目标色度之间色差分布在的颜色空间中的方差。
3.2 与空间变化有关的术语
3.2.1
角彩色散斑的变化 angular colour speckle variation
屏幕上的彩色散斑对比度、方差/协方差随顶点角(θ)或方位(φ)角的变化。
3.2.2
光度散斑对比度均匀性/不均匀性 photometric speckle contrast uniformity/non-uniformit
屏幕上光度散斑对比度的均匀性或不均匀性。
3.2.3
彩 色 散 斑 方 差 / 协 方 差 的 均 匀 性 / 不 均 匀 性 colour speckle variance/covariance
uniformity/non-uniformity
屏幕上彩色散斑方差/协方差的均匀性或不均匀性
3.3 缩略语
下列缩略语适用于本文件。
R,G,B(RGB) 红色，绿色，蓝色 red, green, blue DN 数字信号 digital number DUT 被测器件 device under test FDS 完全散斑 fully developed speckle LD 激光二极管 laser diode LMD 光测试设备 light measuring device LTV 激光电视 laser television MTF 调制传递函数 modulation transfer function NA 数值孔径 numerical aperture PPUT 被测投影平面 projection plane under test PSF 点扩散函数 point spread function SNR 信噪比 signal to noise ratio 3.4 符号
下列符号适用于本文件。
CS 单色散斑对比度 CS C 光度散斑对比度 E 单色散斑(相对照度)分布 EB,G,R B 、G、R 的单色散斑分布 NU
ps 光度散斑对比度不均匀度 NUscu ′, NUscv ′ 彩色散斑方差不均匀度 NU ′′scu v 彩色散斑协方差不均匀度 rB,rG,rR B、G、R (rB + rG +rR=1)的平均功率比 SB,G,R (λ) B 、G、R(归一化)每种颜色的光谱功率分布 X, Y, Z 三刺激值 x(_)(λ),y(_)(λ), z(_)(λ) 颜色匹配函数 σ 单色空间散斑分布的标准差 2 σ
u 2′,σ ′
v 彩色散斑方差(CIE 1976) μu ′v ′ 彩色散斑协方差(CIE 1976)
4 标准测试参数
4.1 单色散斑测试参数
4.1.1 单色散斑对比度
单色散斑测试参数为单色散斑对比度，单色散斑对比度Cs计算公式如式(1)：
CS … … … … … … … … … … (1)
式中：
σ ——散斑图样强度的标准偏差;
_ I ——散斑图样的平均强度。4.2 彩色散斑测试参数
4.2.1 彩色散斑光度对比度
彩色散斑光度散斑对比度CCS为标准差σY与光度分布的平均值的比值。这在数学上类似于单色散斑对比度。然而，由于混合颜色具有不同的光视灵敏度，对于基色散斑均为完全散斑 (CS-B = 100% ， CS-G = 100% ，CS-R= 100%)叠加形成的完全彩色散斑的CCS不等于 100% ，其理论 计算值为 75.2%。
Ccs …………………………(2)
4.2.2 彩色散斑光度分布图
彩色散斑光度分布表征彩色散斑图像光度变化的分布情况。光度散斑分布(照度、亮度或光通量)的直方图如图 1 所示，横坐标为散斑图像各点 Y 刺激值与 Y 刺激值平均值的比值分布，纵坐标为散斑图像中为该 Y 刺激值像素点的个数。
图 1 彩色散斑光度分布示例
4.2.3 彩色散斑色度分布图
彩色散斑色度分布图定义为由各基色的单色屏幕散斑的颜色混合所产生的、在指定颜色空间中的颜色分布(本文件均采用 CIE 1976 色度空间)。彩色散斑图像中散斑颗粒的色度可由 X 、Y 、Z 三刺激值计算得到，彩色散斑三刺激值计算公式如式(3)。
三刺激值 X 、Y 和 Z 可以由下式得到:
__ __ _ 在上述等式中，x(λ)、y(λ)、z(λ)是颜色匹配函数。对于 RGB 激光光源，归一化光谱功率分布可以表示为SB.G.R (λ) (∫SB.G.R (λ)dλ = 1 )。为了混合 RGB 颜色实现目标白点， 必须确定平均功率比rB: rG: rR ，(rB + rG + rR = 1)。目标白点不受单色散斑的影响。在实际测试中，通过平均每个单色散斑的空间分布得到。每种颜色的单色散斑分布表示为EB,G,R，在非相干光源的情况下，EB,G,R=1。通过 X 、Y 、Z 刺激值可计算得到色度坐标u, 、v,。计算公式如式(4)所示：
将彩色散斑图样中所有散斑颗粒的色度坐标绘制在CIE1976色度空间中形成成彩色散斑色度分布图，示意如图2所示：
图 2 色度散斑分布图示例
4.2.4 彩色散斑色偏方差、协方差
彩色散斑方差定义为彩色散斑色坐标分布的方差，协方差定义为彩色散斑色坐标分布的协方差。在
CIE1976 颜色系统中方差σu(2) ′，σv(2) ′和协方差μu ′v′的数学定义如式(5)：
σ 2 ′= < (u ′__ < u ′>)2 >
u
σ 2′= < (v ′__ < v ′>)2 >
v
μu′v ′=< (u ′__< u ′>) (v ′__< v ′>) > … … … … … … … … … … (5)
5 标准测试条件
5.1 综述
激光电视(LTV)的特点是采用相干光源或部分相干光源。散斑主要是由光源的相干性产生的。因此，测试方法和设备必需对散斑进行专门的设计。
在实现 LTV 的光学测试时，测试的环境、设备和方法应该遵从 GB 7274.1-2012 中对于人体安全的规定。
5.2 标准测试环境条件
与散斑相关的光学测试应在如下的标准环境下完成：温度 25 ºC±3 ºC,相对湿度 25% ～ 85%，和大气压强 86 kPa～106 kPa。当测试环境条件发生变化时，应将环境条件记录到报告中。
5.3 测试坐标系
投影方向是 LTV 发出的光束到待测试的投影平面的方向。投影方向由两个角度来定义：入射角度Θ (与 PPUT 的表面法线方向相关)和旋转角度φ(也叫做方位角)，角度如图 3(a)所示。方位角是通过逆时针来规定的，它跟时钟指针的方向关系如下：φ=0°是三点钟方向(右侧)， φ=90°是十二点钟的方向(上面)，φ= 180°是九点钟方向(左侧)，φ=270°是六点钟方向(底部)。
观察方向是沿着观察者看到 LTV 上面被测点所连成的直线，包括被测试的投影屏幕(PPUT)。在 测试过程中，通过对准光测试设备(LMD)上面观察者感兴趣的点，光测试设备(LMD)可以模拟观察者。观察方向通过两个角度来定义：入射角度θ(与 LTV 的表面法线方向相关)和旋转角度φ, (也叫做方位角)，角度如图 1 所示。方位角是通过逆时针来规定的，它跟时钟表面的方向关系如下：φ = 0°是三点钟方向(右面)，φ=90°是十二点钟的方向(上面)，φ=180°是九点钟方向(左面)，φ = 270°是六点钟方向(底部)。
标引序号说明：
1——激光电视;
2——光测试设备或人眼;
3——被测激光电视的屏幕。
图 3 投影方向和观看方向或者测试方向
5.4 暗室条件
LTV 应在背景光可控制的条件下进行测试。除 LTV 发出的光之外，其他背景光线应减少到最低，尤其是照射到显示屏幕上的背景光。暗室中由背景光产生的照度，应该低于 0. 1lx 。如果不能满足这个条件，要求将背景光的亮度减掉并在实验报告中记录。建议对于成像设备的每个像素都应减去背景光。此外，如果光测试设备(LMD)的灵敏度不足以测试这样的最低亮度，那么光测试设备(LMD)的最低量值应记录在报告中。
除非另有特别的说明，标准的背景光状态应该是暗室环境。
5.5 测试设备的标准条件
5.5.1 概述
所有的测试都应由具有辐射度和电学测试经验的技术人员来完成，因此本文件不再提供详细的光学和物理方面的实践方法。此外，必须确保所有的仪器都是经过校准的，记录校准数据并保持测试的可溯源性。
所有的测试都在标准的条件下完成，即激光电视成品的最终用户的使用条件。除非另作要求，标准 仪器状态在下文中给出，所有与这些条件有差异的地方都应该被记录在报告中。
测试应在 LTV、和测试设备稳定后才能进行。
在某些应用条件下，如果无法在暗室条件下完成测试的。照明和测试的几何结构和光源的光谱分布应记录在报告中。
5.5.2 LTV 的调整
LTV 应调节到其出厂默认模式进行测试。LTV 也可能会在某些附加模式下进行测试(例如高亮模式或者影院模式)。
5.5.3 测试设备的条件
散斑对比度是由 LTV 产生的，应该采用 5.2 中所规定的标准的测试条件进行测试。散斑对比度测试设备应记录如下参数：
a) LTV 工作模式;
b) 屏幕到 LTV 的相对位置;
c) 屏幕到 LMD 的相对位置;
d) 如果不是工厂默认模式，记录设备的特定工作状态;
e) LMD 的光学系统参数：
1) 成像镜头的 F 数;
2) 光学分辨率;
3) 光阑直径;
4) LMD 中滤光片的光谱特性(在应用到滤光片的情况)。
f) 二维成像器件的技术参数：
1) 像素尺寸;
2) 量化位数;
3) 光谱灵敏度;
4) 动态范围;
5) 信噪比;
6) 输入信号对数字信号转换的线性度;
7) 曝光时间。
g) 不论单纵模或者多纵模的激光器的光谱线宽都远窄于 LED，故基色的散斑测试需参照 LD 的光谱。如此线宽的光谱测试可以使用光谱仪或者光谱分析仪器进行测试，其波长范围应至少覆盖： 380-780nm，并且具有小于 2%的偏振灵敏度;
h) 应确保 LMD 具有足够的灵敏度和动态范围去完成所需的测试;
i) 所有测试设备的不确定度和重复性应该遵循设备供应商的推荐校准方案确定;
j) LTV 应该在其默认的图像刷新频率下工作。
5.5.4 单色散斑测试 LMD 的基本设计
本节规定了单色测试散斑 LMD 的基本设计。LMD 包含光阑，成像透镜与成像设备，要求 LMD 整体成像系统的光学 MTF(调制传递函数)与人眼相当。图 4 为单色散斑测试的 LMD 示例。
标引序号说明：
1——入射光;
2——光阑;
3——成像透镜;
4——成像设备。
图 4 单色散斑测试 LMD 的示例
5.5.5 彩色散斑测试 LMD 的基本设计
本节规定了彩色散斑测试 LMD 的基本设计。彩色散斑测试 LMD 与用于测试单色散斑测试 LMD相比，除了在光阑前增加滤光片之外，其他要求基本相同。在彩色散斑测试 LMD 中，若使用 XYZ 滤光片，添加滤光片后的 LMD 应具有与颜色匹配函数相同的光谱响应曲线。若采用 RGB 滤光片，则透过 RGB 滤光片后的 LMD 可精准测得 RGB 功率值。传感器像素应小于散斑颗粒尺寸的像，以适用于精确测试。此外，还应满足以下要求：
a) LMD 整体成像系统光学 MTF(调制传递函数)与人眼相当;
b) 传感器应具备与人眼相当的色度光学性能;
c) 应提供色度和光度的输出结果或计算结果。
图 5 给出了 LMD 的一个示例，它使用 XYZ 滤光片来进行彩色散斑测试。由于视觉匹配函数X(_) (λ)具有 2 个峰，在实际中难以在一个滤光片中同时实现，合理的做法是使用2 个滤光片Xr 和 Xb 滤光片，每个滤光片具有一个光谱透过率峰，LMD 的输出是三刺激值 X 、Y 、Z 的二维图。
标引序号说明：
1——入射光;
2——Xr 滤光片;
3——Y 滤光片;
4——Xb 滤光片;
5——Z 滤光片;
6——光阑;
7——成像透镜;
8——成像设备。
图 5 使用 XYZ 滤光片进行彩色散斑测试的 LMD 示例
依次旋转 X 、Y 、Z 滤光片到光轴的位置，以获得彩色散斑三刺激值 X 、Y 、Z 的二维空间分布。彩色散斑中散斑颗粒的色度坐标 u'，v'采用 X 、Y 、Z 值应用公式(4)计算得到。随后，依据 4.2 节计算彩色散斑的光度参数与色度参数。
图 6 给出了一个使用RGB 滤光片的 LMD 示例。对于每一个 RGB 颜色的输入光在任意色度点，包括参考白，该 LMD 的输出是投射功率的二维图，结合跟公式(3)计算出 X 、Y 、Z 三刺激值。随后，依据 4.2 节计算彩色散斑的光度参数与色度参数。
标引序号说明：
1——入射光;
2——R 滤光片;
3——G 滤光片;
4——B 滤光片;
5——光阑;
6——成像透镜;
7——成像设备。
图 6 使用 RGB 滤光片进行彩色散斑测试的 LMD 示例
5.6 屏幕
5.6.1 概述
屏幕是 LTV 的重要部件，在散斑测试中应使用该屏幕。
5.6.2 报告
用于测试的屏幕规格应被记录在报告中：
a) 视角特性;
b) 峰值增益;
c) 半角增益。
屏幕应该固定，否则测试结果会受到影响，特别是对于曝光时间长的测试设备。
6 单色散斑测试方法
6.1 单色散斑对比度测试 6.1.1 目的
测试目的是确定激光电视(LTV)的散斑对比度。该方法主要用于测试激光电视在屏幕上的散斑对比度。
6.1.2 测试条件
测试设备组成如下：
——信号产生设备;
——成像器件;
——成像透镜和光阑。
LMD 包括一个成像镜头、光阑和成像器件，其中LMD 整体成像系统是基于人眼视觉的MTF。成像器件采用CCD 或CMOS，输出信号对于去掉暗电流噪声的输入光信号应具有线性响应。CCD 或CMOS应具备足够的能力避免测试中散粒噪声的影响，信噪比应大于 40 dB。成像设备还应具有足够的分辨率以分辨出最小散斑颗粒。
6.1.3 单色散斑对比度的测试方法
测试应该按以下步骤：
a) 按照要求将 LTV 放到预设的投影位置;
b) 将 LMD 放置在如图7 所示的位置。测试位置应该与观察位置相同，测试距离很大程度上取决于 LTV，应为图像高度的 2-4 倍，成像器件应该放置于屏幕的共轭焦平面上;
c) LTV 的投影画面在空间上是均匀的 RGB 三基色图案。图像的尺寸应该大于 LMD 的视场;
d) 如果需要，可放置一片单色滤光片来滤掉不必要的光学噪声信号。单色滤光片应对主要的投影图像的基色光具有高透过率。对于不同基色的散斑测试，应使用相对应的单色滤光片;
e) 调节 LMD 的焦距，使投影画面在 LMD 上清晰成像;
f) 推荐将 LTV 和 LMD 成一定的角度，以避免屏幕的镜面反射到 LMD 上。然后将 LMD 调焦到屏幕上;
g) 拍摄图像，调整曝光时间以避免成像器件信号饱和，建议曝光时间设定在 30 至 200 毫秒之间;
h) 调整曝光时间后，若拍摄图像的信号仍然饱和，可添加中性滤光片降低采集亮度;
i) 利用公式(1)计算散斑对比度CS。
标引序号说明：
1——PPUT(屏幕);
2——镜面反射;
3——LTV;
4——NA(屏幕-光阑);
5——光学滤光片(可选);
6——光阑;
7——镜头;
8——NA(光阑-成像设备);
9——成像设备;
10——LMD。
图 7 激光电视散斑测试装置示意图
6.2 LMD 的校准和检验
6.2.1 概述
要完成精确地并且可重复地散斑对比度的测试，LMD 的检验和校准是非常重要的。应定期对 LMD进行检验和校准。
装置包含如下部分：
a) 工作在稳定单模状态下的连续、窄带、和线偏振的相干光源，如频谱宽度小于 20MHz 的稳频He-Ne 激光器，可用于高散斑对比度的校准;
b) 起偏器;
c) 光源应采用标准光源，如标准 A 光源或标准 D65 光源，用于测试散斑对比度的最低值;
d) 符合 GB/T 9086-2007 要求的标准漫反射屏幕。
6.2.2 最高散斑对比度的校准 可测试的 Cs最大值由近似完全相干光源来产生，如 6.2.1 定义的，它应该具有高散斑对比度的测试精度，可以认为它是完全散斑图样(Cs=1)。
a) 如图 8 放置 LMD;
b) 将相干光源放置于图 8 中“光源”的位置;
c) 投影光束应该对准测试区域，并且投影面积应该完全覆盖测试区域;
d) 将投影光束和 LMD 成一定的角度来避免镜面反射的影响;
e) 在成像镜头前面放置一个起偏器;
f) 将起偏器的偏振方向与相干光源一致;
g) 调节 LMD 的焦距，使投影画面在 LMD 上清晰成像;
h) 拍摄图像。调整曝光时间以避免成像器件信号饱和，曝光时间设定在 30 至 200 毫秒之间;
i) 调整曝光时间后，若所拍摄图像的图像信号仍然饱和，可添加中性滤光片降低采集亮度;
j) 计算方式计算散斑对比度;
k) 将计算的散斑对比度记录在报告中。
标引序号说明：
1——PPUT(屏幕); 2——镜面反射;
3——偏振镜;
4——光学滤光片(可选);
5——光阑;
6——光源;
7——镜头;
8——NA(光阑-成像设备);
9——成像设备;
10——LMD。
图 8 最高散斑对比度 Cs 校准及测试方法 所测试的最大散斑对比度应该大于 0.97 。否则，LMD 需要校准，使得散斑对比度大于 0.97。
6.2.3 最低散斑对比度的校准过程
最低散斑对比度测试可通过非相干光源获得，应使用标准 A 光源或标准 D65 光源，用于产生接近于 0 的散斑对比度，以获得散斑对比度的最小值。
a) 将 LMD 放置于图8 所示的位置;
b) 将非相干光源放置于图 8 中“光源”的位置;
c) 投影光束应该是准直的并且投影区域应该足够大来充满测试区域;
d) 将投影光束和 LMD 成一定的角度来避免镜面反射的影响;
e) 调节 LMD 的焦距，使投影画面在 LMD 上清晰成像;
f) 拍摄图像，调整曝光时间以避免成像器件信号饱和，曝光时间设定在 30 至 200 毫秒之间;
g) 调整曝光时间后，若拍摄图像仍信号饱和则添加中性滤光片减少采集亮度;
h) 计算方式计算散斑对比度;
i) 将计算的散斑对比度记录在报告中。
测试的最低散斑对比度数值应该小于 0.02 。否则应校准 LMD，使得散斑对比度小于 0.02。
7 彩色散斑测试方法
7.1 概述
本节规定了直接测试彩色散斑的方法。
7.2 采用 XYZ 滤光片的 LMD 的彩色散斑测试方法
使用 XYZ 滤光片的 LMD 用于激光电视彩色散斑测试的几何结构参照图5。除非另有说明，彩色散斑测试的程序按以下进行：
a) 将 LTV 放置在屏幕前方。投影距离应与产品设计标称值相同;
b) 将使用 XYZ 滤光片的 LMD 按照图7 所示放置。测试距离应与目标受众可视距离相同，成像装置应放置在屏幕的共轭面上;
c) 调整 LTV 以投射目标色度的图像;
d) 投射一个均匀图案的图像，图像尺寸应大于 LMD 的视场;
e) 将 LMD 调焦以对准屏幕上的投影图像。建议将 LTV 和 LMD 保持适当的角度，以避免与 LMD形成镜面反射。将 LMD 对焦到屏幕上;
f) 拍摄图像。调整曝光时间以避免使成像器件饱和，曝光时间设定在 30 至 200 毫秒之间;
g) 调整曝光时间后，若拍摄图像仍信号饱和则添加中性滤光片减少采集亮度;
h) 依次切换 X 、Y 、Z 滤光片，以获取三刺激值 X 、Y 、Z 的二维图;
i) 根据获取的二维图中每个点计算色度坐标u ′，v ′;
j) 在 CIE 1976 的色度图上绘制彩色散斑的色坐标分布图，并绘制光度分布图，如直方图;
k)计算彩色散斑指标，光度散斑对比度ccs ，方差σv(2) ′σu(2) ′，协方差 μu′v′;
l)报告上述程序及结果。
为了提高测试的准确度，应考虑到 X 、Y 、Z 滤光片的实际光谱透射率与理想的颜色匹配函数之间的差异，并对其进行适当的校准。
7.3 采用 RGB 滤光片的 LMD 的彩色散斑测试方法
使用 RGB 滤光片的 LTV 彩色散斑测试的几何结构参照图 6，将光学滤光片换为 RGB 滤光片。除非另有说明，彩色散斑测试的程序按以下进行：
a) 将 LTV 放置在屏幕前方。投影距离应与产品设计的标称值相同; b) 按图 7 所示放置 LMD 。测试距离应与目标受众可视距离相同，成像器件应放置在屏幕的共轭面上;
c) 调整 LTV 以投射目标色度的图像(例如，参考白);
d) 投射一个空间均匀图案的图像。图像尺寸应大于 LMD 的视场;
e) 将 LMD 调焦以对准屏幕上的投影图像。建议将 LTV 和 LMD 保持适当的角度，以避免与 LMD形成镜面反射。将 LMD 对焦到屏幕上;
f) 捕获图像。应确定适当的曝光时间以避免使成像器件饱和，曝光时间设定在 30 至 200 毫秒之间;
g) 调整曝光时间后，若拍摄图像仍信号饱和则添加中性滤光片减少采集亮度;
h) 依次切换 RGB 滤波器，获取每个 RGB 颜色的投射功率的二维图;
i) 利用理想的颜色匹配函数和测试的 RGB 光谱，按照 4.2.3 中所述的方法计算二维图上的每个点的色度坐标u ′，v ′;
j) 在 CIE 1976 的色度图上绘制彩色散斑的色坐标分布图，并绘制光度分布图，如直方图;
k) 计算彩色散斑指标，光度散斑对比度ccs,方差σv(2) ′σu(2) ′，协方差 μu ′v ′;
l) 报告上述程序及结果。
8 与空间变化有关的测试方法
8.1 概述
本节规定了在投影平面(屏幕)点上与空间变化相关的测试方法。
8.2 角度彩色散斑变化
在物理散斑测试过程中，散斑测试结果与角度变化的关系，应按照 5.3 节中定义的极坐标系(φ , θ)的角度(0° , 0°) ，(θ , 0°) ，(θ , 90°) ，(θ , 180°)和(θ , 270°)测试。
8.3 散斑对比度均匀性/非均匀性
散斑对比度非均匀性NUps是一个关于在投影平面(屏幕)的图像区域上散斑对比度保持恒定程度的参数。
散斑对比度非均匀性NUps通常用下面的等式来计算：
NUps ………………………… (10)
式中：
ccs(a)——物理散斑对比度的平均值。
ccs(a)计算式为:
ccs … … … … … … … … … … (11)
式中：
N ——测试点的个数，Ccs(i)是第 i 个测试点的散斑对比度。
若采用其他的公式，用于获得NUps 的公式应当被记录。
典型的测试程序如下:
a) 散斑对比度是在图 10 中(投影图像活动区域)的标准位置处测试，这些测试点在大多数显示设备的测试中是常见的;
b) 屏幕活动区域划分为 9 个等大小的小区域，测试区域为每个小区域的中心，由相应的编号 标识;
c) 每个小区域的宽度(H)和高度(V)均为图像活动区域的 1/3;
d) 屏幕中心的测试位置在 P5 处;
e) 任何偏离上述标准位置的情况应在报告中说明。
测试通常以正常角度进行。但是，对于一些特定的目的，其他角度也应考虑到，并予以报告。
图 9 投影活动图像区域的 9 个等间距标准测试位置
8.4 彩色散斑方差/协方差非均匀性
彩色散斑方差/协方差非均匀性NUcsu’ ，NUcsV’，NUcsu’V’应该基于 CIE 1976 的在中心和图像投影区域的其他点之间的色度来测试，使用以下计算式：
式中：
i ——图 9 中第 i 个测试点。
若采用其他的公式，用于获得彩色散斑方差/协方差非均匀性的公式应报告。应使用图 10 所示的相同测试点。 附 录 A (资料性)
LD 的光谱特性
A.1 单纵模 LD 的光谱特性
单纵模激光器通常为非常窄的单光谱线，如图 A.1 所示。
图 A.1 单纵模激光器光谱特性举例
A.2 多纵膜 LD 的特性
多纵膜 LD 通常表现为多个分支的线光谱，如图 A.2 所示。
图 A.2 多纵模 LD 光谱特性
附 录 B
(资料性)
CCD 的像素大小
最小的主观散斑颗粒尺寸有如下公式给出
Ssu …………………………(B.1)
式中：
λ ——相干光束波长;
θsubj ——像空间成像透镜有效直径反向边的两束相干光的半角。
θsubj 可以表示成以下公式：
…………………………(B.2)
式中：
D ——光阑直径;
f ——透镜焦距。
假定f 为 50 mm ， λ为 532 nm ， Ssubj 随 D 变化如表格 B.1 所示：
表 B.1
表 B.1 Ssubj随 D 变化
D/mm ssubj/μm 0.4 66.5 0.8 33.3 1.2 22.2 1.6 16.6 2.0 13.3 2.4 11.1 2.8 9.5 3.2 8.3 3.6 7.4 4.0 6.7 为了计算散斑，根据取样理论[8]，要求 CCD 的像素尺寸至少为最小主观散斑颗粒(Ssubj)大小的一半。
Ssubj(um) 70
60
50
40
30
20
10
0
0 50 100 150 F-number
图 B.1 最小主观散斑粒度随 F 数变化关系
附 录 C
(资料性)
散班对比度基本公式和可测变量的影响
C.1 基本公式
Goodman 给出了散斑对比度公式[ 1] ，散斑对比度 Cs可以表达成如下形式：
cS …………………………(C.1)
式中：
M ——时间多样性;
K ——空间多样性。
如果 M >K >1 ，公式可以近似表达为以下形式：
cS …………………………(C. 2)
式中:
NADUT-Screen ——投影照明镜头的数值孔径;
NAScreen-Iris ——成像镜头的数值孔径(参见图 2)。
公式(C.2) 揭示 Cs 与投影距离、观察距离和其他测试变量有关。因此，当 Cs 测试确定后，这些参量应该仔细考量。
这些参量之间的关系如 C.2.所示。
C.2 观察距离和虹膜半径的影响
NAScreen-Iris 可用用虹膜直径 D 和观察距离 Lobs 重新定义，如下：
NAScreen__Iris ………………………… (C. 3)
图 C.1 给出激光投影 Cs测试结果的一个范例，Cs随着观察距离和虹膜半径变化曲线如图 C.1 所示。水平轴归一化，NAscreen-Iris 重新定义如公式(C.3)
图 C.1 Cs 随 NAscreen-Iris 变化的测试结果 附 录 D
(资料性)
可能的错误及其来源
尽管执行了标准中描述的测试方法，仍然可能会产生测试错误，以下是一些可能存在错误的地方：
a) LMD 线性操作，有些机器视觉相机默认进行 gamma 操作;
b) 使用单色传感 LMD，特别是商用相机上的彩色传感器会引入空间亮度等人为因素，由于传感器上彩色滤色阵列模式，这会被当做散斑进行测试;
c) 亮度均匀性，如果没有校准的话，显示器件亮度任何非均匀性会被当作散斑进行测试;
d) 传感器信噪比 SNR 包含测试低散斑数值的能力，建议使用 12 位以上来测试 1%的散斑;
e) 屏幕表面的非均匀性，包含增强声音穿透的齿孔都将会被当作散斑进行测试;
f) 成像器件像素结构将会影响散斑对比度;
g) 积分时间较长时(>=40 ms)需要更严格测试系统。 附 录 E
(资料性)
彩色散斑分布举例
E.1 彩色散斑分布 (一个 RGB 散斑对比度为:90%，其他为 1%)
彩色散斑分布和光度散斑分布举例，在此例中其中一种基色的散斑对比度为 90%，而其他颜色为1%。
图 E.1 给出了 CIE 1976 色度图中彩色散斑分布，cS-B = 90% ， cS-G = 1% ，cS-R = 1%(使用 1%的散斑对比度而不是 0%的散斑对比度，是为了直观地观察散斑分布本身。当cS-G = 0% ，cS-R = 0%时，散斑完全分布在 B-GR 线上)。使用蓝色相干光源激发的荧光粉的混合 LTVs 的情况下，色度图的散斑分布与图 E. 1 相似。图 E.2 的直方图表示光度散斑分布。光度的分布并不广泛。图 E.3 给出了cS-B = 1% ， cS-G = 90% ，cS-R = 1%的 CIE 1976 色度图中的彩色散斑分布。该分布几乎与 G-BR 线一致。图 E.4的直方图显示该情况下的光度散斑分布。光度分布比图 E.2 更分散，这是因为彩色散斑分布向高光度敏感度的 G 点扩散，决定性影响光度分布。图 E.5 给出了cS-B = 1% ， cS-G = 1% ，cS-R = 90%。的 CIE 1976 色度图中一个彩色散斑分布。在 R-BG 线上的分布几乎是一致的，图 E.6 的直方图显示光度散斑分布。图 E.2 和图 E.4 之间的光度分布是分散的，这取决于基色的光度敏感度。
图 E.1 cS-B = 90% ，cS-G = 1% ，cS-R = 1%的彩色散斑分布
图 E.2 cS-B = 90% ，cS-G = 1% ，cS-R = 1%的光度散斑分布
图 E.3 cS-B = 1% ，cS-G = 90% ，cS-R = 1%的彩色散斑分布
图 E.4 cS-B = 1% ，cS-G = 90% ，cS-R = 1%的光度散斑分布
图 E.5 cS-B = 1% ，cS-G = 1% ，cS-R = 90%的彩色散斑分布
图 E.6 cS-B = 1% ，cS-G = 1% ，cS-R = 90%的光度散斑分布
E.2 彩色散斑分布 (两个 RGB 散斑对比度为90% 其他为 1%)
当两种基色的散斑对比度为 90%，另一种为 1%时，彩色散斑分布和光度散斑分布举例如下。
图E.7 为cS-B = 90% ，cS-G = 1% ，cS-R = 90%情况下在CIE 1976 色度图中显示了彩色散斑分布。该分布远离散斑对比度高达 90%的 B 点和 R 点，向几乎不相干的 G 点偏移。颜色 G 几乎是不相干的，只平均值附近轻微变化。图 E. 8 的直方图显示该情况下的光度散斑分布。与上节中只有一路散斑对比度较高的情况相同，光度分布强烈地依赖于基色的光度敏感度。
图 E.9 给出了cS-B = 1% ，cS-G = 90% ，cS-R = 90%情况下在CIE 1976 色度图中彩色散斑分布。该分布远离散斑对比度高达 90%的 G 点和 R 点，向几乎不相干的 B 点偏移。图 E.10 的直方图显示该情况下的光度散斑分布。
图E. 11 为cS-B = 90% ，cS-G = 90% ，cS-R = 1%情况下在 CIE 1976 色度图中说明了彩色散斑分布。该分布远离散斑对比度高达 90%的 G 点和 B 点，向几乎不相干的 R 点偏移。图 E.12 的直方图显示该情 况下的光度散斑分布。
图 E.7 cS-B = 90% ，cS-G = 1% ，cS-R = 90%的彩色散斑分布
图 E.8 cS-B = 90% ，cS-G = 1% ，cS-R = 90%的光度散斑分布
图 E.9 cS-B = 1% ，cS-G = 90% ，cS-R = 90%的彩色散斑分布
图 E.10 cS-B = 1% ，cS-G = 90% ，cS-R = 90%的光度散斑分布
图 E.11 cS-B = 90% ，cS-G = 90% ，cS-R = 1%的彩色散斑分布
图 E.12 cS-B = 90% ，cS-G = 90% ，cS-R = 1%的光度散斑分布 附 件 F (资料性)
XYZ 误差校准
F.1 总述
XYZ 滤波器的设计是为了匹配理想的颜色匹配函数。然而，它们与理想的颜色匹配函数有轻微的不匹配。这种微小的不匹配对使用窄谱线宽光源的 LTV 测试误差的影响比传统的宽谱光源更大。
F.2 XYZ 不匹配的表述
对于窄 RGB 光谱，方程(5)可以近似地简化如下：
如果 XYZ 滤波器与颜色匹配函数没有完全匹配，则获得的 X、Y 和 Z 的测试值与真实值略有不同。测试值可利用每个颜色的失配系数(aB, aG, aR, bB, bG, bR, CB, CG ,CR)矫正：
XM = aBX(__)BrBEB + aGX(__)GrGEG + aRX(__)RrRER
YM = bBY(__)BrBEB +bGY(__)GrGEG + bRY(__)RrRER
ZM = CBZ(__)BrBEB + CGZ(__)GrGEG + cRZ(__)RrRER (F.2)
测试的色度坐标，XM ，YM表示失配误差，值给出如下：
YM …………………………(F. 3)
例如，计算每种颜色的颜色匹配函数(B: 449nm ，G:520nm ，R: 636nm)的偏差。在图 F.1 中，将偏离的值与理想的颜色匹配函数一起绘制为标记点。方程(F.2)中的失配系数如表 F.1 所示。图 F.2 给出了原始的正确的色域三角形和偏离的色域三角形。
表 F.1 失配系数
aB aG aR bB bG bR cB cG cR 1.0 1.2 1.2 0.9 1.1 1.3 1.0 0.9 1.0
图F .1 偏差值 (标记点)和理想颜色匹配函数
图F.2 误差色域图与矫正后的色域图
F.3 使用 RGB 的真实色度值来校准不匹配的 XYZ 误差
若得到每个颜色的失配系数，aB, aG, aR, bB, bG, bR, CB, CG, CR ，便可以进行误差校准。它们可以通过测试 XYZ 滤光片的光学特性来获得，这些滤光片使用的光源是 RGB 波长的窄谱线宽度。
然而，用正确的 RGB 色度值计算系数要容易得多。它们可以通过光谱仪、光谱分析仪或光谱辐射计来测试。
以蓝色色度值XMB ，YMB 的 XYZ 误差为例：
XMB =aBX(__)B，YMB =bBY(__)B ，ZMB =CBZ(__)B ………………………… (F. 4) 对于系数bB，CB可以用aB表示，测试得到的蓝色误差色度用XMB，YMB表示，正确的蓝色色度用XB， YB表示：
bB = aB … … … … … … … … … … (F. 5)
cB = aB X(_)B … … … … … … … … … … (F. 6)
对于 G 和 R 颜色也可以用类似的方式表达。
于是，我们得到 B 和 G 、R 每个颜色矫正系数间的关系。
如果我们能得到 BG 线XMBG ，YMBG上功率比为 B:G = 1:1 处的点，则 B 与 G 之间的关系可以用下式计算:
找到 BR 线上的点，同样的我们可以用下面的方程来计算 B 和 R 之间的关系。
参 考 文 献
[1] K. Kuroda, T. Ishikawa, M. Ayama, and S. Kubota, “Colour Speckle,” Opt. Rev., Vol.21, No.1, 83-89 (2014)
[2] J. Kinoshita, H. Aizawa, A. Takamori, K. Yamamoto, H. Murata, K. Tojo, “Angular
Dependence of Screen Speckle and Fiber Speckle of Coupled Output of Nine High Power Blue Laser Diodes through a Multimode Fiber ”, Opt. Rev., Vol. 23, No.1, 121- 132 (2016).
[3] J. Kinoshita, H. Aizawa, A. Takamori, K. Yamamoto, H. Murata, K. Kuroda, “Color Speckle Evaluation Using Monochromatic Speckle Measurements,” Digest of SID2016, 10.1, (2016)
[4] J. Kinoshita, H. Aizawa, A. Takamori, K. Yamamoto, H. Murata, K. Kuroda, “Statistical Effect of Color Speckle on Optical Measurement Errors for Laser Display and Laser Lighting Applications,” Digest of LDC2016, 9.2, (2016)
[5] K. Ochi, M. Kurashige, S. Kubota, K. Ishida, “Direct Measurement of Color Speckle Applying XYZ Filters ”, Digest of SID2016, 10.2, (2016)
[6] ELECTRONIC DISPLAY DEVICES – Part 2-1: Optical measuring methods (To be published in future. Current 110/745/NP)
