智能手機顯示屏呈色性能的研究進展

馬永勝，關舒婷

（廣州科技職業技術學院 廣東 廣州 510550）

1 引言

近年來，智能手機憑借其強大的處理能力、開放式的操作系統、豐富的應用程序和便攜性吸引了越來越多消費者。然而在不同的環境下，人眼從手機顯示屏上看到的圖像色彩是不一致的，而且不同品牌智能手機以及手機個體之間，色彩再現能力也有很大差距。因此，智能手機顯示屏的呈色性能，成為當前眾多科技工作者研究的熱點。

2 智能手機呈色顯示技術

2.1 屏幕材質

對于智能手機顯示屏來說，屏幕材質在很大程度決定了手機的呈色效果，智能手機屏幕間也因為屏幕品質和研發技術不同而有所差異。在當前市場上，智能手機顯示屏的屏幕材質種類繁多，主流的屏幕都可歸結為液晶顯示屏（LCD，liquid crystal display）與有機發光二極管（OLED，organic light-emitting diode）兩大類。

LCD屏幕材質出現后，科技工作者根據圖像顯示技術的需求，對LCD屏幕自身技術進行完善和改進，先后研究出了富有代表性的超扭曲向列技術（STN，super twisted nematic）、薄膜場效應晶體管技術（TFT，thin film transistor）、超亮度技術（UFB，ultra fine bright）、薄膜二極管技術（TFD，thin film diode）、平面轉換技術（IPS，in-plane switching）、拼接專用液晶技術（SLCD，splice liquid crystal display）等屏幕系列。

OLED運用自體發光顯示器技術，完全不需要任何背光，并且由于其更輕更薄以及可視角度更大的特性，衍生出主動發光類型的有源矩陣有機發光二極管即AMOLED（Active Matrix/Organic Light Emitting Diode的簡稱）系列新型屏幕材質，如第一代AMOLED、第二代Super AMOLED和第三代Super AMOLED Plus等屏幕。

2.2 圖像顯示技術

圖像顯示技術又稱為信息顯示，是一種針對于圖象質量的技術，與顏色科學聯系緊密，它包括圖形、圖像、文本和字符等。為滿足人們對高分辨率、廣視角、大色域、高對比度、高亮度、無色偏以及更優秀的色彩還原性等顯示特性的迫切需求，圖像顯示行業不斷革新技術，發展研究出一系列的新型圖像顯示技術。目前，智能手機屏幕的圖像顯示技術包括超視覺顯示技術（ASV，advanced super view）、悅幕屏顯技術（CBD，clear black display）、視網膜成像顯示技術（Retina Display）、NOVA顯示技術和移動圖像處理引擎技術（Mobile Bravia Engine）等。

3 基于物理參數指標的呈色性能研究分析

近年來隨著眾多品牌手機廠商不斷發布新產品，造成手機行業對其呈色顯示性能的評價標準制定困難。目前，還沒有專門針對于智能手機屏幕呈色性能的測試標準，而由于其屬于顯示設備和顏色科學領域，手機顯示屏的制造商和相關研究學者都是借助顯示行業和印刷色彩行業相關標準來對其進行呈色性能的測試評價，例如國際電工委員會針對不同顯示技術的顯示屏制定了IEC62341-6-1、IEC61966-3、IEC61966-4等性能測試指標，國際標準組織對屏幕打樣制定了國際標準ISO12646:2008/Amd 1:2000(E)，我國也在早期制定了國內通信行業推薦標準YD/T1607-2007。參考這些標準，通過直接測量和比較一些物理參數對智能手機呈色性能進行評價，相關的物理參數指標主要有亮度及亮度均勻性、對比度及對比度均勻性、色域覆蓋率、清晰度、通道獨立性、階調再現特性和色品恒定性等。

目前國內外學者針對智能手機呈色性能的研究較少。在國內研究學者中，王亞軍針對移動終端主流平板顯示器的對比度及對比度均勻性的測試方法進行分析和研究，得出了具有良好的可操作性的移動終端平板顯示器對比度及對比度均勻性的測試方法；張茜、劉真等人對iPhone 4S手機屏幕的時間均勻性、空間均勻性、色品恒定性、通道獨立性、色域覆蓋率等顯色特性進行了定量測試研究，得出iPhone 4S的顯色穩定性較好但色域較小等結論，并提出一套系統的測試評價顯色性性能的方法，為智能手機色彩再現能力的研究開了先河；張建青、劉真等人為了明確iPad和iPhone是否具備專業顯示設備的顯示性能，從時間穩定性、色品恒定性、通道相加性、設備色域、不同亮度下不同顏色顯示的空間均勻性、不同亮度下色域覆蓋率6個方面的性能進行了系統的測試，研究證明iPad基本達到專業顯示設備的顯示性能要求，而iPhone色域覆蓋率較小不具備專業顯示設備的顯示性能要求；蔡圣燕和王姮根據移動終端用途對應的標準對6臺主流品牌的中高端移動終端顯示屏進行呈色性能評價，評價指標包括亮度、對比度、亮度均勻性、對比度均勻性和色域覆蓋率，得到的結論是主流品牌端移動終端大部分符合移動終端顯示屏呈色性能要求，個別能夠達到屏幕打樣國際標準的部分要求，為智能設備的色彩管理做了一些準備工作；宮睿博士對智能移動終端圖像顯示設備的性能評價方法進行了系統的分析研究，從物理參數測評、視覺感知評價和圖像質量建模三部分出發，提出了符合人眼視覺感知特性的智能移動終端設備圖像質量評價流程及完整算法，完成了由設備物理參數、圖像參數及照明環境參數對智能移動終端圖像呈色質量的預測流程，并對總體圖像質量進行了合理而有效的數學預測。

在國外，一些學者研究了智能手機圖像的視覺感知和色貌參數。學者Y.H.Ha對比研究了TFT和AMOLED兩種不同屏幕材質的智能手機顯示屏在色溫、色域、色品恒定性等物理特性上的顯示效果；Y.K.Park等人針對手機在使用過程中環境照度范圍的特殊性，研究了基于CIECAM02色貌模型中的三種環境參數設置對手機顯示色貌量預測的準確性，并給出了在高照度情況下對該模型環境參數的修改方案；Y.J.Kim等人對手機顯示屏進行了多次圖像質量視覺感知參量的測評研究，指出清晰度和自然性兩個參量對圖像質量的影響較大，并通過合理計算圖像像素點和設備物理參數指標建立了這兩組參量的數學預測模型；J.J.Yoo等學者以視覺感知評價的方式對以不同調控方法生成的圖像進行了視覺評價，并且對手機顯示圖像像素顏色在CIELab色空間內的計算量提出了基于自然性的差異指標。

總體說來，在上述智能手機顯示呈色的相關研究成果中，色彩信息與圖像質量的研究分析還不夠全面，僅基于顯示屏色域、對比度、亮度等物理參數指標的測試和比較，其給出的評價結果往往不能完全反映復雜外界環境下人眼對不同屏幕材質的視覺感受。再考慮到過去學者研究的局限性，以及智能手機發展迅猛、產品更新換代快的特點，智能手機顯示屏呈色性能的學術研究尚顯不足。

4 結語

當前，人們在享受智能手機各種優越性的同時，對其呈色顯示性能的要求也日趨提高。如何在復雜多變的外界環境下保證手機用戶獲得一致的視覺再現效果和最精確的色彩，需要更多的學者在顯示技術和顏色科學等領域對智能手機做進一步的研究。

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