Prometheus超低亮高精度色度計- HDR顯示計量領域的游戲規(guī)則改變者!
什么是 HDR？
高動態(tài)范圍（High-Dynamic Range,，簡稱 HDR）作為超高清音視頻產業(yè)的關鍵技術之一,，擁有更廣的色彩容積和更高的動態(tài)范圍，為圖像保留更多細節(jié),。通過豐富的圖像亮部和暗部細節(jié),，在對比度、灰度等維度上提升影像質量,，讓用戶眼中的影像更加細膩真實,，更富有感染力。
在HDR技術中,，動態(tài)范圍指的就是圖像的zui大亮度和zui小亮度的比值,。對比度有幾種不同的計算方法，其中重要的3種分別是：韋伯對比度（CW）,、麥克森對比度（CM）以及比率對比度（CR）,。定義為：
HDR相比SDR標準的優(yōu)勢：
標準動態(tài)范圍（Standard Dynamic Range，簡稱 SDR）,，是一種視頻技術,，它根據(jù)陰極射線管(CRT) 顯示器的亮度、對比度和顏色特性和限制來表示光強度,。SDR 視頻能夠表示視頻或圖片的顏色,，zui大亮度約為 100 cd/m²，黑電平約為 0.1 cd/m² 和Rec.709/sRGB色域。它使用伽馬曲線作為其電光傳遞函數(shù),。
一,、更高的動態(tài)范圍
人眼可以感知到的亮度范圍能達到1012 cd/m²，傳統(tǒng)的SDR顯示設備可以顯示的范圍能達到10³cd/m²,，而HDR可以達到 10? cd/m²,，是傳統(tǒng) SDR 的100倍，因此在HDR視頻里面我們可以看到更多的暗部和亮部細節(jié),。
HDR與傳統(tǒng)SDR亮度范圍對比
二,、更廣的色彩容積
SDR 視頻通常是8bit，也就是1670萬色,，HDR 支持10bit甚至更高的色深,，也就是你經常聽到宣傳的10.7億色，顯示的顏色越多,，色彩自然也就越細膩,，顏色之間的過度更加自然。
在可顯示的色彩范圍上,，HDR 的視頻的色彩會更加豐富,，SDR 支持的 rec.709 色彩空間，HDR 支持 rec.2020 色彩空間,，如下圖：
目前市場主流的HDR標準有哪些,？
1、HDR10
該標準由美國消費者技術協(xié)會（CTA）推出的,，是一個開源免費的標準,；HDR 的基礎標準，所有的 HDR 設備都支持,，也是目前應用支持廣泛的 HDR 標準,。
但是 HDR10 采用的“靜態(tài)元數(shù)據(jù)”技術，信號記錄的是亮度的絕對值,，就導致了如果你的設備達不到亮度就會進行削峰,，比如說一臺zui大亮度為1000cd/m²(nits)的顯示器，它如何處理高達4000cd/m²(nits)視頻中的高光,，那就只能裁掉1000cd/m²(nits)以上的部分,。
幾乎兼容所有4K HDR電視、藍光播放器,、游戲主機（如PS5/Xbox）及流媒體平臺（Netflix,、Amazon等）。
2,、DOLBY VISION（杜比視界）
杜比實驗室推出的Dolby Vision,，目前來說顯示效果好的HDR標準,。
與 HDR10 不同 Dolby Vision 采用了“動態(tài)元數(shù)據(jù)”的技術，使得每一幀都獲得了比較準確的z高和z低亮度,，對設備硬件的要求也是更為苛刻,，而且每臺設備廠商都需要向杜比視界支付授權費用，一個杜比設備大概需要支付3美元左右的費用,，就導致了支持杜比視界的設備普遍比較貴一些,。
要達到杜比shi界標準的播放要有三個必要條件：片源為杜比shi界相關格式，硬件設備有杜比shi界的認證,，包括處理器與顯示器播放軟件都要有杜比認證,，如果用沒有經過認證的設備來播放，就可能會出現(xiàn)應收錯誤,，無法正常解碼等問題,。
杜比shi界雖然是目前效果好的HDR格式，但是很多廠商都不愿意使用,，就是因為其高昂的授權費用，因此三星,、亞馬遜等聯(lián)合推出了 HDR10+ 的標準,。
3、HDR10+
三星,、松下與亞馬遜等聯(lián)合推出,，具有杜比視界優(yōu)于 HDR10 的大部分優(yōu)勢，并且它是免費的,。
為了對抗 Dolby Vision,，三星與松下、亞馬遜和二十世紀?？怂构餐瑒?chuàng)建了HDR10+聯(lián)盟,，推出 HDR10+ 標準，可以兼容 HDR10,。
HDR10+ 可以看做 HDR10 的升級,，添加了“動態(tài)源數(shù)據(jù)”技術，對于內容制作公司這項標準是免費的,，對于硬件制造公司需要支付年費【z高$10,000】,，不需要每個硬件去支付版稅，可以理解為免費的,。
4,、HLG
英國 BBC 和日本 NHK 聯(lián)合發(fā)起是的視頻電視信號標準，全稱是 Hybrid Log Gamma,。
使用這個標準突出的特點就是：可以同時兼容 HDR 電視,，和目前為普及的SDR電視,，兼容性特別好。
技術上的特點是：沒有元數(shù)據(jù),、電光傳遞函數(shù) HLG,，這是混合對數(shù)伽馬的一種形式，如果經常使用 sony 尼微單拍視頻,，應該會用到 HLG 這個PP值,，因此行業(yè)大佬 Sony 可以說已經支持了 HLG這種 HDR標準。
5,、Advanced HDR by Technicolor
Technicolor開發(fā),，專注于內容制作端的HDR優(yōu)化?？蓪DR內容轉換為HDR,，或優(yōu)化現(xiàn)有HDR內容，但終端設備支持較少,。
6,、HDR Vivid 中文名稱：菁彩HDR
超高清視頻產業(yè)聯(lián)盟聯(lián)合華為的廠商主導的HDR Vivid，中文名稱菁彩HDR,；
HDR Vivid 是中國超高清視頻產業(yè)聯(lián)盟,，以華為海思的技術為主導，推出的一個中國du創(chuàng)的HDR新標準,，也是一個免費的標準,，也是支持動態(tài)元數(shù)據(jù)，可以對畫面信息進行幀級調整,，從技術上來講已經是和杜比視界一個層次了,，但是由于起步較晚，之前的幾大 HDR 標準都已近形成了比較固定的市場,，同時各個標準背后的公司與顯示設備廠家之間的利益糾葛,，以及復雜的國際環(huán)境，HDR Vivid 的推廣普及并沒有那么簡單,。
總之,，HDR技術的核心目的是在圖像中表現(xiàn)更大的亮度范圍，從非常亮的區(qū)域到非常暗的區(qū)域都能清晰呈現(xiàn),。傳統(tǒng)標準動態(tài)范圍（SDR）的亮度范圍有限,，無法準確表現(xiàn)真實shi界中的高亮和低光場景。而HDR通過增加亮度范圍和色彩容積,，能夠在對比度,、灰度等維度上提升影像質量，使圖像更加細膩真實,，富有感染力,。
FF Pictures GmbH的InnoPQ系統(tǒng)憑借Prometheus色度計革新了HDR顯示器計量,！
高動態(tài)范圍(HDR)技術正在改變視覺體驗，提供深度,、對比度和色彩豐富度,。然而，HDR顯示器的復雜性給質量控制和校準帶來了挑戰(zhàn),。本案例研究深入探討了Admesy的Prometheus色度計如何無縫集成到FF Pictures GmbH的InnoPQ HDR測量系統(tǒng)中,，從而革新了顯示領域的質量控制、研究和開發(fā),。
挑戰(zhàn)：駕馭HDR的復雜性
ICDM HDR小組委員會主席兼FF Pictures GmbH執(zhí)行官Florian Friedrich一直處于HDR技術的前沿,。他關于先jin HDR測量的獲獎論文強調了HDR顯示計量中復雜的相互依賴性。
任何現(xiàn)代HDR消費顯示器都利用一套復雜的規(guī)則來根據(jù)其自身能力和輸入信號之間的差異來調整視覺結果,。除了現(xiàn)有的色調映射或色彩映射之外,，靜態(tài)和動態(tài)HDR元數(shù)據(jù)正在影響HDR顯示器的色調映射。其中一些每秒鐘發(fā)生多次,，甚至精確到幀,，跟隨源的幀速率，其中一些是與能量消耗和熱量分布相關的長期調整,。
要真正掌握現(xiàn)代HDR技術的復雜性,，快速準確地測量顯示器對輸入信號的響應絕對至關重要。為了實現(xiàn)這一目標,，InnoPQ HDR測量系統(tǒng)將不同的補丁信號值和補丁大小與動態(tài)電影背景相結合，同時巧妙地同步每次測量的時間,，以捕捉短暫的時間效果,。
該系統(tǒng)需要一個快速準確的色度計，以滿足其嚴格的要求,。FF Pictures的Florian Friedrich說：“我們需要一種解決方案,，能夠精確測量HDR信號再現(xiàn)的重要參數(shù)，精確到單幀,，并且即使在低于0.1 cd/m²的陰影區(qū)域也能夠精確測量顏色,。市場上只有少數(shù)幾個色度計能夠滿足我們的要求，但是看到Admesy 的Prometheus colorimeter,，我對將其應用到我們的測量工具中非常感興趣”,。
Prometheus色度計是工程學的奇跡。尤其是低至0.000025 cd/m²的超低亮度值的高測量速度,，使其成為市場上的快色度計,。它與InnoPQ系統(tǒng)的整合具有變革性。FF Pictures的Florian Friedrich說：“Prometheus色度計的測試速度和精度結合得非常出色,。這是一款非常優(yōu)的色度計,，極大地增強了我們的測量能力,。”
多功能性：色度計
Prometheus色度計不僅速度快。它的用途廣泛,。它每秒可以執(zhí)行高達60萬個甚至80萬個樣本,，并支持多種軟件平臺，包括Visual Studio,、Labview,、Matlab和Python。這種適應性使其成為InnoPQ系統(tǒng)的理想選擇,，InnoPQ系統(tǒng)需要高度的定制化來處理其復雜的測量序列,。
光譜靈敏度：設定新標準
光譜響應匹配：
Prometheus 色度計采用 CIE 1931/1976 標準色匹配函數(shù)（如 x?(λ), ?(λ), z?(λ)），確保測量結果與人眼視覺感知一致,。通過硬件校準+軟件算法修正傳感器的光譜響應偏差,，提高測量精度。
色度與亮度計算：
電信號經模數(shù)轉換（ADC）后,，計算 CIE XYZ 三刺激值,，再轉換為 色坐標（x, y）、色溫（CCT）,、色純度等參數(shù),。
其中E(λ)為光譜功率分布，x?(λ)為CIE標準觀察者函數(shù),。
色度計出廠針對傳感器非線性,、溫度漂移等進行補償。并且部分型號支持自動校準（如黑電平校正,、增益調整）,，確保長期穩(wěn)定性。
Prometheus色度計設計的光譜靈敏度與CIE 1931 “2°標準觀察者”非常接近,，非常適合測量各種顯示器,，包括寬色域(WCG)顯示器。這一特性對于InnoPQ系統(tǒng)來說是無價的,，該系統(tǒng)要求各種顯示器類型具有高精度,，例如帶磷光背光的傳統(tǒng)LCD或更先jin的帶LED背光和量子點濾色片的LCD顯示器，以及OLED,、QD-OLED,。
Admesy的Prometheus色度計和FF Pictures的InnoPQ HDR測量系統(tǒng)的合作為HDR顯示計量樹立了新的標準。為了克服測量HDR電視和HDR后期制作顯示器或監(jiān)視器的挑戰(zhàn),，F(xiàn)F Pictures開發(fā)了InnoPQ HDR測量系統(tǒng),，在傳統(tǒng)系統(tǒng)面臨限制的情況下，該系統(tǒng)可以自動完成復雜的測量任務,。
在這種情況下,，Prometheus色度計的速度,、精度和多功能性已被證明在解決現(xiàn)代HDR技術所帶來的復雜挑戰(zhàn)方面具有不可估量的價值，這些挑戰(zhàn)包括各種復雜的相互依賴關系,。隨著行業(yè)的不斷進步,，像Prometheus這樣的工具將在確保視覺體驗與技術進步保持同步方面發(fā)揮至關重要的作用。
特別地,，Admesy推出了全新一代Prometheus色度計 - PCM2X系列：
PCM2X-271超低亮高精度色度計特點：
• 亮度低至0.000025 cd/m²情況下可在1s內完成測量,；
• Flicker亮度（X、Y和Z）高速采樣功能：內部采樣率高達60萬次/秒,，提供多種采樣輸出速率功能,；
• 接收角為±5°，適用于各種顯示技術,；
• 強大的MCU支持所有基于FFT的閃爍計算（Fma,、Jeita、用戶自定義）,；
• 可通過FIR濾波器進行基于時間的Fma閃爍計算,，例如變刷新率（VRR）顯示器flicker測量；
• 多功能軟件支持：Visual Studio,、Labview,、Matlab、Python,；
• 光譜靈敏度：符合CIE 1931 2°標準觀察者,；
• 附加功能：改進的濾光片、閃爍和波形測量,、準直或聚焦透鏡,、光纖連接能力、機械快門,。
以上這些特點充分證明了為什么Prometheus色度計是HDR顯示計量領域的游戲規(guī)則改變者！
Admesy是一家專注于光測量設備的荷蘭公司,，由前飛利浦工程師創(chuàng)立于2006年,，總部位于荷蘭的Ittervoort?；谠陲@示制造業(yè)的深厚和專業(yè)知識背景,，Admesy公司能成為顯示測量應用領域的領xian者。該公司致力于為工業(yè),、科研和顯示領域提供高精度的光譜輻射度,、色度和亮度測量解決方案，尤其在LED照明生產,、顯示測量（如OLED,、Mini-LED,、Q-LED、Micro-LED）,、顯示制造與集成等領域具有較強的影響力,。
上海吳量光電設備有限公司作為荷蘭Admesy在中國地區(qū)授權的一級代理商，負責其所有產品在國內的銷售,、服務,，以及售后技術支持等等，昊量強大的技術支持團隊可以為客戶提供完整的設備安裝,，培訓,，硬件開發(fā)，軟件開發(fā),，系統(tǒng)集成等工作,；昊量光電產品涉足領域涵蓋材料加工、光通訊,、生物醫(yī)療,、科學研究與國防等。近年來,，我們也專注于前沿的細分市場,，為量子光學、生物顯微,、物聯(lián)傳感,、精密加工、激光制造等領域的客戶提供系統(tǒng)解決方案,。如有任何問題,，歡迎隨時聯(lián)系我們!
參考文獻
"Utilizing advanced spatio-temporal backgrounds with dynamic test signals for high dynamic range dISPlay metrology" by Timo Kunkel and Florian Friedrich
關于昊量光電：
上海昊量光電設備有限公司是光電產品專業(yè)代理商，產品包括各類激光器,、光電調制器,、光學測量設備、光學元件等,，涉及應用涵蓋了材料加工,、光通訊、生物醫(yī)療,、科學研究,、國防、量子光學,、生物顯微,、物聯(lián)傳感、激光制造等；可為客戶提供完整的設備安裝,，培訓,，硬件開發(fā)，軟件開發(fā),，系統(tǒng)集成等服務,。
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