灰阶响应时间测量不确定度的评定

2014-09-18韩杨飞

电视技术 2014年13期

韩东，韩杨飞

(1.国家广播电视产品质量监督检验中心，北京 100015;2.武警通信总站，北京 100089)

液晶显示器的响应时间的典型测量是在黑白和白黑之间切换的时间。然而这种情况下的响应时间并非最长的响应时间，灰阶之间切换的响应时间可能是黑白之间响应时间的数倍之长。测量灰阶时间响应和测量黑白变换的时间响应的主要区别是，灰阶响应时间测量要求测量非常小的亮度变化(尤其在测量一个或两个灰度级变化的响应时间时)，而且这些亮度变化伴随着大量的噪声，所以正确的测量方法和滤波技术变得尤为重要。而由于测量方法和滤波等信号处理技术而带来的对测量结果可靠程度的影响是必须考虑的问题［1］。

1 测量方法简述

灰阶响应时间在测量小亮度变化范围时，对测量方法和设备的要求比测量黑白响应时间更高。正确测量灰阶响应时间需要适当的信号发生器和测量装置，以及适当的测量技术及自动化的数据处理方法。

如图1所示，视频信号发生器产生在两个灰阶之间变换的信号，来驱动被测的显示设备。快速的测光装置把显示器发出的光转换成模拟电压信号来表示被测设备的响应时间变化。一个数据采集卡采集时间变化信号并将其数字化，响应时间的定义是信号在两个阈值电压之间变化所用的时间。典型的阈值电压是信号幅度的10%和90%，当然阈值是可以改变的。确定响应时间首先用软件确认脉冲的基线和顶线(即脉冲幅度的0%和100%)，然后根据这个值来确定响应时间的阈值，进而计算出两个阈值之间的变化时间，并用上升时间和下降时间表示。

图1 灰阶响应时间测量框图

2 测量不确定度的来源

1)噪声。在进行灰阶响应时间测量时一个主要的问题就是如何处理好噪声对测量的影响，灰阶响应时间要求测量出存在于大量噪声之中的亮度的微小变化。被测量的信号常常存在于噪声电平的下方。在LCD显示器的测量中有两种典型的噪声存在。一种是随机噪声，主要由亮度闪烁噪声和热暗噪声组成。另一种是显示器的闪烁，这是一种由于显示器自动刷新引起的周期性波动。随机性的噪声可以通过波形的多次平均或低通滤波器或二者的结合进行滤除。

2)亮度测量装置的响应时间。亮度测量装置里的一个重要元器件是光电转换管，它的响应时间直接影响测量结果的准确性。笔者曾看到过一款国外生产的灰阶响应时间测量系统，其本身的光电转换时间大概在40 μs。这对典型的灰阶响应时间来说，基本可以忽略。当然也有针对更小的毫秒级的响应时间测量的光电转换器。

3)脉冲信号底值和顶值的测量不确定度。如图2所示，测量亮度变化引起的脉冲信号的上升时间首先要确定信号的底部和顶部的准确值，然后才能确定最大幅度值的10%和90%点的位置，进而读出两点间的时间差。显然，整个信号的底值和顶值测量存在不确定度，该不确定度必然传递到阈值，使得10%到90%之间的变化时间有所偏差。