電視健康觀影系統(tǒng)實現(xiàn)方法及系統(tǒng)

作者：洪文生,余明火,侯亞榮(深圳創(chuàng)維-RGB電子有限公司,深圳 518108) 時間：2021-12-23 來源：電子產(chǎn)品世界

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編者按：本文對環(huán)境光、電視屏幕顯示對人健康觀影的影響等進行了簡單的分析，對基于色溫傳感器的電視健康觀影系統(tǒng)做了論述，重點闡述了實現(xiàn)健康觀影的實現(xiàn)方法、算法及系統(tǒng)。

本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/202112/430504.htm

0 引言

隨著生活水平、健康意識的提升，電視機健康觀影也成為人們關(guān)注的重點。為實現(xiàn)電視機的健康觀影，市面上已有防藍(lán)光等技術(shù)^[1]。但對人眼而言，對人們健康的影響，除了藍(lán)光，環(huán)境光跟畫面顯示的舒適感也是一個重要的健康關(guān)注點。雖然電視也采用了相關(guān)技術(shù)，但應(yīng)用技術(shù)主要是根據(jù)圖像內(nèi)容調(diào)節(jié)屏幕和圖像的亮暗程度，或僅僅根據(jù)亮度做調(diào)整。而人眼的實際觀影體驗是與外部光線密切相關(guān)的，包括色溫、亮度等影響因素^[2]。電視系統(tǒng)在同樣的背光、圖像顯示設(shè)置和不同光線環(huán)境下，觀影主觀體驗是完全不一樣的^[3]。本文論述的系統(tǒng)從色溫、亮度等環(huán)境光影響角度出發(fā)，根據(jù)外部環(huán)境亮度對自動調(diào)節(jié)電視機屏幕亮度、色溫等，實現(xiàn)健康觀影。如在較亮的光線環(huán)境下，電視可以稍微調(diào)亮一些，在較暗的光線環(huán)境下，顯示器可以調(diào)整較暗些；在晚上較暖的光線環(huán)境下，顯示器可以調(diào)整為較暖些，這樣既帶給人們一個舒適健康的觀影體驗，又實現(xiàn)了動態(tài)節(jié)能，對整個健康觀影生態(tài)都有很大的作用。

圖1 系統(tǒng)框圖

1 系統(tǒng)方案的實現(xiàn)

1.1 方案設(shè)計

本文所論述的健康觀影系統(tǒng)實現(xiàn)方法及系統(tǒng)主要包括環(huán)境光采集感應(yīng)模塊、電視機自動色溫及亮度控制模塊、電視機顯示等組成^[4]。圖1 所示為本系統(tǒng)的主要環(huán)節(jié)框圖。

環(huán)境光采集感應(yīng)模塊使用高精度數(shù)字色溫、亮度傳感器采集環(huán)境中的色溫、亮度信息，并將相關(guān)信息實時傳輸給系統(tǒng)的控制處理模塊。電視系統(tǒng)中的控制模塊由電視處理集成芯片完成，主要包括對環(huán)境色溫、亮度分析，建立色溫、亮度映射關(guān)系，根據(jù)分析結(jié)果對電視機進行自動色溫、亮度控制。電視顯示模塊結(jié)合自動色溫、亮度控制情況顯示舒適的電視畫面。方案重點設(shè)計內(nèi)容主要包括：光感應(yīng)器數(shù)據(jù)采集與處理、自動色溫、亮度控制、實施效果等，具體如下：

光感應(yīng)器數(shù)據(jù)采集與處理：采用特殊設(shè)計的有色玻璃組成的帶通濾色器和硅光電池組成3 個三刺激值探測器，針對不同光源的不同光譜分布采用不同波段的帶通濾色器，以光電積分的方法實現(xiàn)對顏色（紅、綠、藍(lán)）的測量，以實現(xiàn)對不同光源的數(shù)據(jù)采集，如圖2 所示，最終采集到紅、綠、藍(lán)的數(shù)據(jù)。

圖2 數(shù)據(jù)圖

色溫數(shù)據(jù)：如下公式，獲取的色溫值為：T_IN = T₁×[B_E/（R_E+G_E）]a，其中，RE、GE、BE 為傳感器采集到的經(jīng)光電積分后得到的數(shù)據(jù)；T1 為基準(zhǔn)調(diào)試色溫，a 冪指數(shù)增益系數(shù)，根據(jù)傳感器中濾色器所用材料的不同基準(zhǔn)色溫T1 和a 可實際調(diào)試。

照度數(shù)據(jù)：由于(λ ) 與光譜光視效率相一致，因此照度Lx = β ?(λ )，β 為亮度增益系數(shù)，具體值可根據(jù)實際濾鏡調(diào)整。

自動色溫、亮度控制：得到外部環(huán)境的亮度和色溫值后，控制器模塊根據(jù)環(huán)境的色溫和亮度值控制顯示器具體的亮度和色溫值，使之總體效果表現(xiàn)為當(dāng)觀看環(huán)境較暗時，自動降低顯示器的亮度，并調(diào)節(jié)為暖色色溫，避免太過刺眼，當(dāng)為明亮冷色燈光時，顯示器的亮度和色溫也相應(yīng)調(diào)整。

1.2 應(yīng)用實例^[5]

如圖3、圖4 分別為亮度映射曲線和色溫映射曲線，當(dāng)前顯示器的亮度為L，色溫為Tout；把顯示器的亮度顯示L 分為最高（L_max）、高（L_max ～ L_H）、中（L_H ～ L_M）、低（L_M ～ L_min）、最低（L_min）共5 段。色溫也分為5 段：最大色溫（T_{out_max}）、冷色（T_{out_max} ～ T_{out_cool}）、標(biāo)準(zhǔn)（T_{out_cool} ～ T_{out_stand}）、暖色（T_{out_ stand} ～ T_{out_min}）、最小色溫（T_{out_min}）。

環(huán)境測量數(shù)據(jù)為：照度為L_x，色溫為T_IN。相應(yīng)的環(huán)境亮度也最亮（＞ L_{x_max}），還有明亮（L_{x_max} ～ L_{x_H}）、中（L_{x_H} ～ L_{x_M}）、低（L_{x_M} ～ L_{x_min}）、最暗（<L_{x_min}）共5 段。色溫也分為5 段：最冷色溫（＞ T_{IN_max}）、冷色（T_{IN_max} ～ T_{IN_cool}）、標(biāo)準(zhǔn)（T_{IN_ cool} ～ T_{IN_stand}）、暖色（T_{IN_stand} ～ T_{IN_min}）、最小色溫（＜ T_{IN_min}）

圖3 亮度映射曲線圖

圖4 色溫映射曲線圖

● 色溫設(shè)定

當(dāng)環(huán)境色溫T_IN ≤ T_{IN_min} 時，顯示器色溫設(shè)定為；

T_out= T_{out_min}；

當(dāng)環(huán)境色溫為T_{IN_min} ≤ T_IN ≤ T_{IN_stand} 時，顯示器色溫設(shè)定為；

T_out = T_{out_min} +（T_{out_stand}- T_{out_min}）×（T_IN - T_{IN_min}）/（T_{IN_stand}- T_{IN_min}）；

當(dāng)環(huán)境色溫為T_{IN_stand} ≤ T_IN ≤ T_{IN_cool} 時，顯示器色溫設(shè)定為；

T_out= T_{out_stand}+（T_{out_cool} - T_{out_stand}）×（T_IN - T_{IN_stand}）/T_{IN_cool} - T_{IN_stand}）；

當(dāng)環(huán)境色溫為T_{IN_cool} ≤ T_IN ≤ T_{IN_max} 時，顯示器色溫設(shè)定為；

T_out= T_{out_cool} +（T_{out_max}- T_{out_cool}）×（T_IN - T_{IN_cool}）/（TIN_max- TIN _cool）；

當(dāng)照度為TIN ≥ TIN_max 時，顯示器亮度設(shè)定為；

Tout= Tout_max

● 亮度設(shè)定

當(dāng)照度Lx ≤ Lx_min 時，顯示器亮度設(shè)定為；

L = Lmin；

當(dāng)照度為Lx_min ≤ Lx ≤ Lx_M 時，顯示器亮度設(shè)定為；

L = Lmin+（LM-Lmin）×（Lx-Lx_min）/（Lx_M-Lx_min）；

當(dāng)照度為Lx_M ≤ Lx ≤ Lx_H 時，顯示器亮度設(shè)定為；

L = LM+（LH-LM）×（Lx-Lx_M）/（Lx_H-Lx_M）；

當(dāng)照度為Lx_H ≤ Lx ≤ Lx_max 時，顯示器亮度設(shè)定為；

L = LH+（Lmax-LH）×（Lx-Lx_H）/（Lx_max-Lx_H）；

當(dāng)照度為Lx ≥ Lx_max 時，顯示器亮度設(shè)定為；

L = L_max

顯示效果：白天亮度較高時，圖像亮度和色溫值相應(yīng)也會較高，整體感覺較亮麗；晚上家居為暖色燈光時，環(huán)境亮度較低，色溫較暖，圖像色溫也會相應(yīng)地調(diào)節(jié)為較暖，圖像亮度也會降低，如圖5 所示。這樣，隨著觀看環(huán)境的不同，整體顯示效果符合人眼健康。