测量中影响银幕亮度系数主要因素的分析和研究

(中央宣传部电影技术质量检测所，北京 100086)

1 引言

近年来，随着数字电影技术的快速发展，电影放映端的新产品不断涌现，中国正在迈入从电影大国到电影强国的发展黄金时代。近年来，随着数字电影技术的快速发展，电影放映端的新产品不断涌现，中国正在迈入从电影大国到电影强国的发展黄金时代。2020年，全国银幕总数达到75581块，位居世界第一，数字影院在中国大地上遍地开花。观众在观看电影的同时，更加注重观影效果和体验。对于影院观众而言，银幕亮度是影响观众观影体验的关键指标。银幕亮度是指数字放映机投射到银幕上的光线经反射而形成的反射光的明亮程度，过亮会感觉刺眼，过暗会使眼睛感觉疲劳，且银幕亮度会对银幕对比度产生一定的影响，还会影响观众对影片细节和色彩的辨识度；对于电影技术从业者而言，合格的银幕亮度是需要影厅中数字放映机、银幕、光学玻璃等设备的合理配置。衡量银幕特性的两个基本参数为银幕亮度系数和有效散射角，且银幕亮度系数是影响影院合理配置的关键参数。银幕亮度系数是指在同一照明条件和规定的观察条件下，当入射光沿银幕法线方向时，在观察银幕一侧与银幕法线方向成5°夹角方向的银幕亮度与同等条件下理想漫反射幕的亮度的比值。以S型银幕(3D 电影银幕)为例(下同)，在相同环境下，银幕亮度系数越大，其银幕亮度会越高。在日常电影银幕的测量中，银幕亮度系数除了与自身特性有关之外，还会受其他因素的影响，我们从反射放映银幕的分类、测量条件、测量步骤和几个相关实验来分析和研究。

2 反射银幕分类

反射银幕按照其物理特性分为三大类：(1)D型银幕又称漫反射银幕，D 型银幕对入射光在2π立体角空间内产生漫反射，其亮度系数极坐标特性曲线接近理想漫反射半圆；(2)B型银幕又称入射角上增益反射银幕，B型银幕对入射光的反射在2π立体角空间内的光线入射角上具有集聚增益反射特性；(3)S型银幕又称反射角上增益反射银幕，S 型银幕对入射光的反射在2π立体角空间内的光线反射角上具有集聚增益反射特性，反射角的大小等于入射角大小。

3 反射银幕亮度系数的测量条件及测量步骤

银幕在框架上挂设应按正常放映方位与水平面垂直，表面平整。银幕尺寸建议不小于297mm×210mm。定位放映装置，使其物镜光轴垂直于银幕表面并通过其中心。放映装置投影光束的包容角不大于10°，且照亮整个银幕，放映距离应略大于亮度计的测量距离。测量时室内应遮黑，使环境干扰光在银幕上的照度不大于1lx。

如图1所示，将已知亮度系数βb 的漫反射标板置于银幕中心位置，并平行。开启放映装置并聚焦，在通过银幕中心的水平平面上，将亮度计置于其光轴与银幕表面中心法线成5°的观看角上测得标板的表面反射亮度L。移去漫反射标板，在同一条件下用亮度计测得银幕表面中心的反射亮度L。采用公式β=(L/L)·β计算该银幕的亮度系数β值。

图1 反射银幕亮度β系数测试示意图(水平平面内)

4 相关实验及分析

为了研究测量环境中可能影响银幕亮度系数的因素，我们选取放映装置光轴与银幕表面中心法线不同夹角、同一银幕上取不同的测量点、在同一放映装置的不同亮度下、同一个亮度计在不同焦距下四个因素来研究，并计算银幕亮度系数进行分析，最后找出影响亮度系数的因素。为保证数据的可靠性，避免实验误差和外界环境等因素对测量结果造成干扰，实验数据采用多次测量取平均值。测量时使用的是漫反射标板，其亮度系数特性曲线接近于理想漫反射的半圆。

4.1 放映装置与银幕表面中心法线不同夹角下的银幕亮度系数实验及分析

放映装置亮度与银幕测量点固定不变，放映装置与银幕距离为2.2米，其他条件都符合测量条件，逐步增大放映装置光轴与银幕表面中心法线夹角(即放映装置物镜光轴不垂直于银幕表面)进行银幕亮度系数的测量，采样点为8个。通过计算得出夹角在采样点1时银幕亮度系数数值最大值为2.635。夹角在采样点8 时银幕亮度系数数值最小值为1.725，差值为2.635-1.725=0.91，详细数据见表1。实验结果表明放映装置光轴与银幕表面中心法线夹角的大小会影响银幕亮度系数的测量结果。

表1 放映装置与银幕表面中心法线不同夹角下的银幕亮度系数

4.2 同一银幕上随机取测量点的银幕亮度系数实验及分析

放映装置亮度固定不变，放映装置光轴与银幕法线夹角为0°，放映装置与银幕距离为2.2米，其他条件都符合测量条件，选取银幕上7个不同的测量点进行实验数据采集。为了避免误差，每个测量点测量10次取算数平均值。通过计算得出其银幕亮度系数最大值为2.733，最小值为2.503，差值为2.733-2.503=0.23，详细数据见表2。由于银幕表面的涂层采用喷涂技术，涂层均匀性无法完全一致，幕面不同部位在相同照明条件下的亮度系数会有偏差，所以同一块银幕的亮度系数也会有所差别，导致测量结果会有所偏差。

表2 S型银幕(3D 电影银幕)上不同测量点的银幕亮度系数

4.3 在同一放映装置的不同亮度下银幕亮度系数实验及分析

银幕测量相关的国际及行标中没有规定放映装置的亮度数值，因此在银幕测量中，放映装置的亮度一般不是固定值。

银幕测量点固定不变，放映装置光轴与银幕法线夹角为0°，放映装置与银幕距离为2.2米，其他条件都符合测量条件，调节放映装置的亮度，采集10组不同亮度下的实验数据，通过计算得出其银幕亮度系数最大值为2.594，最小值为2.544，差值为2.594-2.544=0.050，详细数据见表3。因此同一放映装置的不同亮度，对银幕亮度系数的测量结果不会产生较大偏差。

表3 同一放映装置不同亮度下的银幕亮度系数

4.4 同一亮度计在不同焦距下的银幕亮度系数实验及分析

在日常测量中，亮度计需要进行对焦，使测量点成像最清晰，但是每次测量都需要根据银幕的不同，手工调节亮度计的对焦，且每个测量人员对清晰度的调节也会略有差异。

放映装置亮度和银幕测量点位置固定不变，放映装置光轴与银幕法线夹角为0°，放映装置与银幕距离为2.2米，其他条件都符合测量条件。调节亮度计的对焦，使测量点处于不同的清晰度，选取亮度计对焦环上7个不同的刻度进行实验数据采集，为了避免误差每个测量点测量10次取平均值。通过计算得出其银幕亮度系数最大值为2.558，最小值为2.545，差值为2.558-2.545=0.013，详细数据见表4。因此亮度计是否对焦，对银幕亮度系数的测量结果不会产生较大偏差。

表4 亮度计对焦环上不同刻度的S型银幕(3D 电影银幕)亮度系数

5 结论与思考

通过对放映装置光轴与银幕表面中心法线不同夹角、同一银幕上取不同的测量点、同一放映装置的不同亮度下、同一亮度计在不同焦距下四个影响银幕亮度系数的因素进行实验数据分析及对比，我们得出以下结论。

(1)对银幕亮度系数的检测结果产生较大偏差的因素

放映装置光轴与银幕表面中心法线夹角不同：在日常测量中，为了减小这个因素对测量结果带来的影响，测量人员会用一块放在银幕中心点正前方且平行于银幕的平面镜，来矫正各放映装置光轴的位置。当放映装置发出的光沿光轴方向照射到平面镜上，平面镜会产生镜面反射，把光全部反射回去。若放映装置光轴垂直于银幕表面，则平面镜反射的光会沿着光轴反射回放映装置。反之，则平面镜反射的光不会沿着光轴反射，此时需要调整放映装置光轴的角度，直到平面镜反射的光沿着光轴反射回放映装置为止。

同一银幕上取不同的测量点：为保证测量结果的一致性，日常测量中，测量人员会选择银幕的几何中心点进行测量。

(2)对银幕亮度系数的检测结果不会产生较大偏差的因素

同一放映装置的不同亮度下：检测实验室在银幕测量时，尽量使测量条件满足银幕的使用场所和放映质量标准的要求。例如GB/T 36617-2018《数字影院质量 银幕亮度、色度和均匀度》中规定，数字影院2D 放映时银幕中心亮度为48.0cd/m±10.2cd/m，因此测量人员在测量影院使用的反射银幕时，会将放映装置的亮度调节在48.0cd/m±10.2cd/m范围内，以体现该银幕在正常放映状态下的真实数值。

同一亮度计在不同焦距下：由于该因素不会对银幕亮度系数的结果产生较大偏差，测量人员只需要将亮度计手动对焦到清晰即可。

6 结束语

本文对上述四组实验数据进行对比和分析，掌握了测量中影响银幕亮度系数准确性的因素，确保在检测实验室环境下的测量数值更精准，更好地为设备生产厂家提供数据参考依据，为观众提供更加良好的观影体验。对提升放映质量做出保障，从而推动中国电影的高质量发展，加快实现我国由电影大国向电影强国迈进。