電視健康觀影系統實現方法及系統

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注的重點。為實現電視機的健康觀影，市面上已有防藍光等技術^[1]。但對人眼而言，對人們健康的影響，除了藍光，環境光跟畫面顯示的舒適感也是一個重要的健康關注點。雖然電視也采用了相關技術，但應用技術主要是根據圖像內容調節屏幕和圖像的亮暗程度，或僅僅根據亮度做調整。而人眼的實際觀影體驗是與外部光線密切相關的，包括色溫、亮度等影響因素^[2]。電視系統在同樣的背光、圖像顯示設置和不同光線環境下，觀影主觀體驗是完全不一樣的^[3]。本文論述的系統從色溫、亮度等環境光影響角度出發，根據外部環境亮度對自動調節電視機屏幕亮度、色溫等，實現健康觀影。如在較亮的光線環境下，電視可以稍微調亮一些，在較暗的光線環境下，顯示器可以調整較暗些；在晚上較暖的光線環境下，顯示器可以調整為較暖些，這樣既帶給人們一個舒適健康的觀影體驗，又實現了動態節能，對整個健康觀影生態都有很大的作用。

圖1 系統框圖

1   系統方案的實現

1.1 方案設計

本文所論述的健康觀影系統實現方法及系統主要包括環境光采集感應模塊、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 所示為本系統的主要環節框圖。

環境光采集感應模塊使用高精度數字色溫、亮度傳感器采集環境中的色溫、亮度信息，并將相關信息實時傳輸給系統的控制處理模塊。電視系統中的控制模塊由電視處理集成芯片完成，主要包括對環境色溫、亮度分析，建立色溫、亮度映射關系，根據分析結果對電視機進行自動色溫、亮度控制。電視顯示模塊結合自動色溫、亮度控制情況顯示舒適的電視畫面。方案重點設計內容主要包括：光感應器數據采集與處理、自動色溫、亮度控制、實施效果等，具體如下：

光感應器數據采集與處理：采用特殊設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對顏色（紅、綠、藍）的測量，以實現對不同光源的數據采集，如圖2 所示，最終采集到紅、綠、藍的數據。

圖2 數據圖

色溫數據：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光電積分后得到的數據；T1 為基準調試色溫，a 冪指數增益系數，根據傳感器中濾色器所用材料的不同基準色溫T1 和a 可實際調試。

照度數據：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，具體值可根據實際濾鏡調整。

自動色溫、亮度控制：得到外部環境的亮度和色溫值后，控制器模塊根據環境的色溫和亮度值控制顯示器具體的亮度和色溫值，使之總體效果表現為當觀看環境較暗時，自動降低顯示器的亮度，并調節為暖色色溫，避免太過刺眼，當為明亮冷色燈光時，顯示器的亮度和色溫也相應調整。

1.2 應用實例^[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}）、標準（T_{out_cool} ～ T_{out_stand}）、暖色（T_{out_ stand} ～ T_{out_min}）、最小色溫（T_{out_min}）。

環境測量數據為：照度為L_x，色溫為T_IN。相應的環境亮度也最亮（＞ 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}）、標準（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

●   色溫設定

當環境色溫T_IN ≤ T_{IN_min} 時，顯示器色溫設定為；

T_out= T_{out_min}；

當環境色溫為T_{IN_min} ≤ T_IN ≤ T_{IN_stand} 時，顯示器色溫設定為；

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

當環境色溫為T_{IN_stand} ≤ T_IN ≤ T_{IN_cool} 時，顯示器色溫設定為；

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

當環境色溫為T_{IN_cool} ≤ T_IN ≤ T_{IN_max} 時，顯示器色溫設定為；

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

當照度為TIN ≥ TIN_max 時，顯示器亮度設定為；

Tout= Tout_max

● 亮度設定

當照度Lx ≤ Lx_min 時，顯示器亮度設定為；

L = Lmin；

當照度為Lx_min ≤ Lx ≤ Lx_M 時，顯示器亮度設定為；

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

當照度為Lx_M ≤ Lx ≤ Lx_H 時，顯示器亮度設定為；

L = LM+（LH-LM）×（Lx-Lx_M）/（Lx_H-Lx_M）；

當照度為Lx_H ≤ Lx ≤ Lx_max 時，顯示器亮度設定為；

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

當照度為Lx ≥ Lx_max 時，顯示器亮度設定為；

L = L_max

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

圖5 顯示效果圖

2   結束語

通過本文方案的實施，可使得電視機根據環境的亮度和色溫自動調節顯示器的亮度和色溫，使觀影效果最為健康舒適，解決了固定顯示設定觀看，隨著環境變化而造成觀看不適的問題。

參考文獻：

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[5] 全曉榮,朱健文,洪文生,等.一種調整顯示器的圖像的方法、顯示器及存儲介質:中國,202010255820.0[P].2020.

（本文來源于《電子產品世界》雜志2021年12月期）