本文刊發(fā)于《現(xiàn)代電影技術(shù)》2025年第4期

專家點(diǎn)評(píng)

隨著 LED 電影放映屏在影院中的廣泛應(yīng)用，對(duì)其放映質(zhì)量的把控愈發(fā)關(guān)鍵，然而當(dāng)前對(duì) LED 電影放映屏各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)缺乏有效監(jiān)測(cè)手段是行業(yè)面臨的實(shí)際問題?！禠ED電影放映屏監(jiān)測(cè)方法研究》一文精準(zhǔn)聚焦于此，選題具有現(xiàn)實(shí)針對(duì)性，能夠切實(shí)滿足當(dāng)下影院對(duì)于保障放映質(zhì)量、確保設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的迫切需求，為行業(yè)發(fā)展提供了極具價(jià)值的研究方向。文中創(chuàng)新性地提出一種綜合監(jiān)測(cè)方法，將硬件信息監(jiān)測(cè)和圖像分析監(jiān)測(cè)有機(jī)結(jié)合。這一多維度的監(jiān)測(cè)思路，充分考慮了 LED 電影放映屏涉及的不同層面要素，能夠全面覆蓋從 LED 控制器到 LED 箱體等多方面的基本信息和狀態(tài)信息監(jiān)測(cè)，邏輯清晰且科學(xué)合理。該方法既可對(duì) LED 箱體亮度色度偏差進(jìn)行及時(shí)預(yù)警，又能對(duì) LED 屏幕和箱體亮度趨勢(shì)展開分析，全方位保障LED電影放映屏的正常使用，展現(xiàn)出方法設(shè)計(jì)上的科學(xué)性與嚴(yán)謹(jǐn)性。該研究成果明確指出所提供的監(jiān)測(cè)手段可用于發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常、預(yù)防放映事故，這對(duì)于影院的日常運(yùn)營(yíng)和放映管理具有重要意義。一旦推廣應(yīng)用，有望顯著降低因LED電影放映屏相關(guān)問題導(dǎo)致的事故風(fēng)險(xiǎn)，提高LED電影放映服務(wù)的整體質(zhì)量，為觀影受眾帶來更好的視覺體驗(yàn)，具有非?？捎^的實(shí)用價(jià)值與廣闊的應(yīng)用前景。

—— 董強(qiáng)國(guó)

高級(jí)工程師

中國(guó)電影科學(xué)技術(shù)研究所（中央宣傳部電影技術(shù)質(zhì)量檢測(cè)所）檢測(cè)認(rèn)證北方中心副主任

作 者 簡(jiǎn) 介

張尚乾

中國(guó)電影科學(xué)技術(shù)研究所（中央宣傳部電影技術(shù)質(zhì)量檢測(cè)所）傳輸放映技術(shù)研究處工程師，主要研究方向：數(shù)字電影技術(shù)。

中國(guó)電影科學(xué)技術(shù)研究所（中央宣傳部電影技術(shù)質(zhì)量檢測(cè)所）傳輸放映技術(shù)研究處副處長(zhǎng)，主要研究方向：數(shù)字電影技術(shù)。

王木旺

摘要

順應(yīng)LED顯示技術(shù)快速發(fā)展及放映質(zhì)量要求的提高，LED電影放映屏在亮度、色度、均勻度等方面的性能優(yōu)勢(shì)顯著提升了觀影體驗(yàn)，但目前對(duì)LED電影放映屏各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)缺乏監(jiān)測(cè)手段，尚未建立動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)體系。本文提出一種硬件-圖像雙模態(tài)綜合監(jiān)測(cè)方法，通過?多維度數(shù)據(jù)采集?實(shí)現(xiàn)對(duì)LED控制器參數(shù)、箱體信號(hào)狀態(tài)及屏幕光學(xué)性能的?全要素監(jiān)測(cè)?。經(jīng)過試驗(yàn)證明，該方法可實(shí)時(shí)獲取LED電影放映屏設(shè)備基礎(chǔ)信息，有效監(jiān)測(cè)亮度、色度偏差并實(shí)現(xiàn)?趨勢(shì)預(yù)警功能?。研究表明，該方法提供的監(jiān)測(cè)手段可用于發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常，預(yù)防放映事故發(fā)生，為L(zhǎng)ED電影放映屏的運(yùn)維提供技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞

數(shù)字電影；電影放映；LED電影放映屏；LED箱體

1引言

為推動(dòng)我國(guó)電影產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，實(shí)現(xiàn)從電影大國(guó)向電影強(qiáng)國(guó)的轉(zhuǎn)變，《“十四五”中國(guó)電影發(fā)展規(guī)劃》中明確指出，我國(guó)將積極建立完善電影科技自主創(chuàng)新體系，在關(guān)鍵技術(shù)與裝備研發(fā)等方面實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)突破。在國(guó)家政策層面的大力支持下，近兩年，我國(guó)LED電影放映系統(tǒng)從研制到影院落地發(fā)展不斷提速。截至2024年底，國(guó)內(nèi)已有10家企業(yè)40余款產(chǎn)品通過數(shù)字電影倡導(dǎo)組織（DCI）檢測(cè)認(rèn)證，15個(gè)城市100余個(gè)影廳安裝了LED電影放映系統(tǒng)。隨著國(guó)產(chǎn)LED電影放映系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的成功應(yīng)用，其未來有望在全球電影放映市場(chǎng)中占據(jù)更加重要的地位。

LED電影放映系統(tǒng)是通過LED直顯方式進(jìn)行放映的電影系統(tǒng)，與傳統(tǒng)投影放映系統(tǒng)相比，LED電影放映屏替換了投影和銀幕部分[1-3]。LED電影放映屏是LED電影放映系統(tǒng)的核心，其構(gòu)成復(fù)雜，一般由LED控制器和數(shù)十至數(shù)百個(gè)LED箱體組成，每個(gè)箱體包含LED模組和LED接收卡等元器件。隨著設(shè)備使用時(shí)間延長(zhǎng)，?元器件性能衰減會(huì)導(dǎo)致亮度不均、色度漂移、模組燈珠損壞等問題，如未及時(shí)發(fā)現(xiàn)和維修，容易引發(fā)放映事故[4,5]。在影院的日常運(yùn)營(yíng)中，確保LED電影放映屏的正常運(yùn)行至關(guān)重要，因此有效的監(jiān)測(cè)方法對(duì)于及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常、預(yù)防放映事故具有重要意義。

針對(duì)LED電影放映屏的監(jiān)測(cè)需求，本文將從硬件信息監(jiān)測(cè)和圖像分析監(jiān)測(cè)兩個(gè)關(guān)鍵角度入手，研究并提出一種硬件-圖像雙模態(tài)綜合監(jiān)測(cè)方法。該方法旨在通過綜合運(yùn)用兩種監(jiān)測(cè)手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)LED控制器參數(shù)、箱體信號(hào)狀態(tài)及屏幕光學(xué)性能的?全要素監(jiān)測(cè)?，進(jìn)而及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常并發(fā)出預(yù)警，確保放映質(zhì)量和設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行[6-8]。

2LED電影放映屏監(jiān)測(cè)原理

LED電影放映屏的監(jiān)測(cè)采用雙模態(tài)數(shù)據(jù)融合架構(gòu)，涉及硬件信息監(jiān)測(cè)和圖像分析監(jiān)測(cè)兩個(gè)方面，其監(jiān)測(cè)原理如圖1所示。

圖1　LED電影放映屏監(jiān)測(cè)原理圖

硬件信息監(jiān)測(cè)是LED電影放映屏監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)，本方法借鑒了傳統(tǒng)電影放映機(jī)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維管理經(jīng)驗(yàn)[9,10]，通過采用網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)和LED控制器指令的交互，實(shí)現(xiàn)對(duì)LED電影放映屏關(guān)鍵組件信號(hào)狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過該類狀態(tài)的變化以判斷和評(píng)估設(shè)備運(yùn)行是否正常。

圖像分析監(jiān)測(cè)采用高精度工業(yè)相機(jī)從合適位置正對(duì)LED放映屏采集圖像，并對(duì)成像圖片進(jìn)行亮度、色度計(jì)算等[11-13]。分析各箱體亮度是否有衰減，檢查色度值是否有變化，通過對(duì)長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的比對(duì)和趨勢(shì)分析，了解設(shè)備性能的變化趨勢(shì)，提前發(fā)現(xiàn)潛在問題。

本文提出的架構(gòu)設(shè)計(jì)通過?設(shè)備狀態(tài)-光學(xué)表現(xiàn)?的關(guān)聯(lián)分析，可準(zhǔn)確識(shí)別?LED設(shè)備元器件故障引發(fā)的光學(xué)異常?，實(shí)現(xiàn)?從信號(hào)源到顯示終端的全鏈路監(jiān)測(cè)?。

3LED電影放映屏監(jiān)測(cè)內(nèi)容

本文調(diào)研影院監(jiān)控需求并綜合考慮多方面因素，確定LED電影放映屏的監(jiān)測(cè)內(nèi)容。首先要考慮監(jiān)測(cè)內(nèi)容的實(shí)用性，該內(nèi)容必須能反映影院使用方和屏幕廠商最迫切關(guān)注的對(duì)象；其次是監(jiān)測(cè)內(nèi)容的可行性，該內(nèi)容必須能直接從LED電影放映屏設(shè)備或額外增加少量低成本設(shè)備的情況下獲得；最后是獲取監(jiān)測(cè)指標(biāo)的經(jīng)濟(jì)性，該指標(biāo)的獲取必須以不增加或微量增加屏幕廠商生產(chǎn)成本或影院的使用成本為前提。

結(jié)合上述要求，通過梳理2023年11月頒布的《數(shù)字電影LED影廳技術(shù)要求和測(cè)量方法》（DY/T 8—2023）行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[14]，并結(jié)合實(shí)際安裝LED電影放映系統(tǒng)影院的調(diào)研情況，整理出兩類共5種監(jiān)測(cè)內(nèi)容。

3.1 硬件信息監(jiān)測(cè)類

（1）控制器信息

LED控制器信息包括設(shè)備指紋信息和實(shí)時(shí)狀態(tài)信息。設(shè)備指紋信息主要獲取控制器廠商、型號(hào)、設(shè)備唯一編號(hào)、軟件版本。實(shí)時(shí)狀態(tài)信息需監(jiān)測(cè)信號(hào)連接狀態(tài)、信號(hào)輸入源（如：IMB信號(hào)、HDMI信號(hào)等）、信號(hào)模式（如：2D信號(hào)、3D信號(hào)）。

（2）箱體信息

LED箱體信息是更細(xì)粒度的監(jiān)測(cè)信息，通過LED顯示系統(tǒng)中最小通信單位LED接收卡獲取。箱體信息分為兩部分，箱體矩陣坐標(biāo)?（I×J）及?箱體鏈路狀態(tài)?信息。箱體矩陣坐標(biāo)代表的是橫向箱體個(gè)數(shù)I和縱向箱體個(gè)數(shù)J，并以此箱體拓?fù)潢P(guān)系為基準(zhǔn)，建立屏幕空間映射模型，進(jìn)行后續(xù)的圖像分析監(jiān)測(cè)；箱體鏈路狀態(tài)信息可實(shí)時(shí)獲取各箱體的在線狀態(tài)。

3.2 圖像分析監(jiān)測(cè)類

（1）亮度

LED電影放映屏顯示的一個(gè)重要評(píng)價(jià)指標(biāo)是亮度，標(biāo)準(zhǔn)DY/T 8—2023要求，在播放SDR信號(hào)時(shí)，LED電影放映屏的全屏亮度平均值為(48.0±10.2) cd/m2。為能準(zhǔn)確測(cè)量出LED電影放映屏的亮度值，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)DY/T 8—2023要求，其測(cè)量?jī)x器為成像式亮度計(jì)。但由于其價(jià)格昂貴，且檢測(cè)環(huán)境要求苛刻，按照本文的監(jiān)測(cè)要求，所采用的監(jiān)測(cè)設(shè)備不能額外增加過高的成本，故采用工業(yè)監(jiān)測(cè)相機(jī)替代成像式亮度計(jì)[15,16]。

由于LED電影放映屏主動(dòng)發(fā)光、均勻性較好的特性，理論上每個(gè)箱體的平均亮度值都應(yīng)與全屏亮度平均值保持一致。本文結(jié)合以箱體為單位進(jìn)行監(jiān)測(cè)的要求，將箱體的亮度平均值參照全屏亮度平均值進(jìn)行監(jiān)測(cè)，使用工業(yè)監(jiān)測(cè)相機(jī)對(duì)采集到的圖像按照箱體為單位進(jìn)行亮度分析，計(jì)算各箱體亮度均值與標(biāo)準(zhǔn)值的?偏離度?，并通過歷史數(shù)據(jù)對(duì)比、單個(gè)箱體與全屏亮度對(duì)比，在時(shí)間和空間兩個(gè)層面上評(píng)估出亮度是否超出標(biāo)準(zhǔn)范圍，對(duì)于亮度異常的箱體，進(jìn)行標(biāo)記并預(yù)警。

（2）色度

LED電影放映屏顯示的另外一個(gè)重要評(píng)價(jià)指標(biāo)是色度，按照標(biāo)準(zhǔn)DY/T 8—2023要求，在播放SDR信號(hào)時(shí)，LED電影放映屏的中心點(diǎn)指標(biāo)要求如表1所示，其中x，y為色度坐標(biāo)。

表1　LED電影放映屏的中心點(diǎn)指標(biāo)要求

與亮度指標(biāo)測(cè)量存在相同問題，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)DY/T 8—2023要求，色度的測(cè)量?jī)x器為分光輻射色度計(jì)，其價(jià)格也極其昂貴，且檢測(cè)環(huán)境要求苛刻，參照亮度監(jiān)測(cè)設(shè)備，本文依舊采用工業(yè)監(jiān)測(cè)相機(jī)替代分光輻射色度計(jì)。

LED電影放映屏的色度特性與亮度特性相同，理論上每個(gè)箱體的色度值都應(yīng)符合中心點(diǎn)技術(shù)指標(biāo)的要求。本文也采用通過工業(yè)監(jiān)測(cè)相機(jī)對(duì)采集到的圖像進(jìn)行色度計(jì)算，分析RGB三原色色坐標(biāo)偏移量，并通過歷史數(shù)據(jù)對(duì)比、單個(gè)箱體與全屏亮度對(duì)比，在時(shí)間和空間兩個(gè)層面上評(píng)估出箱體色度異常，并對(duì)異常的箱體進(jìn)行標(biāo)記并預(yù)警[17-20]。

（3）長(zhǎng)期趨勢(shì)監(jiān)測(cè)

在對(duì)LED電影放映屏的亮度指標(biāo)監(jiān)測(cè)過程中，還需對(duì)其變化趨勢(shì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過建立長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)，存儲(chǔ)并分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，比對(duì)歷史數(shù)據(jù)和當(dāng)前數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)設(shè)備性能的變化趨勢(shì)。

4LED電影放映屏監(jiān)測(cè)方法

4.1 硬件信息監(jiān)測(cè)

硬件信息監(jiān)測(cè)是通過制定一套針對(duì)LED電影放映屏硬件監(jiān)測(cè)內(nèi)容的網(wǎng)絡(luò)管理接口協(xié)議，設(shè)計(jì)應(yīng)用程序編程接口（API）規(guī)范，由外部監(jiān)測(cè)軟件通過網(wǎng)絡(luò)接口定時(shí)獲取各監(jiān)測(cè)內(nèi)容數(shù)據(jù)，該方法比較成熟，本文不再贅述，但需要說明的是目前行業(yè)內(nèi)對(duì)LED電影放映屏幕管理缺乏統(tǒng)一的通信標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)過程中，需要LED電影放映屏廠商深度配合。

4.2 圖像分析監(jiān)測(cè)

本文對(duì)LED電影放映屏的亮度、色度進(jìn)行監(jiān)測(cè)所采用的方法是相對(duì)值比較分析法，即按照標(biāo)準(zhǔn)DY/T 8—2023要求，對(duì)校準(zhǔn)完成的LED電影放映屏，通過工業(yè)監(jiān)測(cè)相機(jī)采集LED電影放映屏播放各測(cè)試信號(hào)時(shí)的圖像，并根據(jù)圖像分別計(jì)算全屏及每個(gè)箱體的亮度和色度坐標(biāo)值，記錄并留作參照值。隨后在每次LED電影放映屏開機(jī)使用時(shí)，依次播放各測(cè)試信號(hào)，并通過工業(yè)監(jiān)測(cè)相機(jī)記錄每個(gè)箱體的圖像，再分別計(jì)算其亮度和色度坐標(biāo)值后作為監(jiān)測(cè)值。然后將各箱體的監(jiān)測(cè)值分別與參照值進(jìn)行比較，若偏差超過設(shè)置的預(yù)警值則提示預(yù)警，可按需設(shè)置偏差值。

4.3 監(jiān)測(cè)單元設(shè)置

將LED電影放映屏按照箱體大小進(jìn)行分組，每個(gè)箱體作為一個(gè)監(jiān)測(cè)單元，箱體的橫坐標(biāo)記為

i

，縱坐標(biāo)記為

j

，每個(gè)箱體編號(hào)記為

（i，j）

，如圖2所示是一個(gè)由8×6=48個(gè)箱體組成的LED電影放映屏，則需測(cè)試48個(gè)單元。

圖2　LED電影放映屏測(cè)試單元示意圖

4.4 亮度參照值

按照標(biāo)準(zhǔn)DY/T 8—2023要求，LED電影放映屏播放白色測(cè)試信號(hào)（

X'

=3794,

Y'

=3960,

Z'

=3890），通過成像式亮度計(jì)測(cè)量校準(zhǔn)，將LED電影放映屏的輸出亮度值校準(zhǔn)到48 cd/m 2 。

使用工業(yè)監(jiān)測(cè)相機(jī)對(duì)LED電影放映屏成像，并按照監(jiān)測(cè)單元?jiǎng)澐謭D像塊，在圖像塊內(nèi)，循環(huán)獲取所有像素的亮度值，并以圖像塊為單位計(jì)算出像素的平均亮度值，圖像塊的平均亮度計(jì)算公式為：

式（1）中，

C

(i,j)

為圖像塊的亮度；

B

k 為圖像塊內(nèi)每個(gè)像素的亮度；

n

為圖像塊內(nèi)的像素?cái)?shù)量。

為避免誤差，可通過多次成像來計(jì)算平均值的方式計(jì)算，并將該值作為該LED箱體在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試信號(hào)時(shí)的亮度標(biāo)定值，用于后期LED電影放映屏亮度監(jiān)測(cè)時(shí)的比對(duì)基準(zhǔn)。

4.5 色度參照值

按照標(biāo)準(zhǔn)DY/T 8—2023要求，LED電影放映屏依次播放紅色測(cè)試信號(hào)（

X'

=2901,

Y'

=2171,

Z'

=100）、綠色測(cè)試信號(hào)（

X'

=2417,

Y'

=3493,

Z'

=1222）、藍(lán)色測(cè)試信號(hào)（

X'

=2014,

Y'

=1416,

Z'

=3816）。使用工業(yè)監(jiān)測(cè)相機(jī)對(duì)LED電影放映屏成像，并按照監(jiān)測(cè)單元?jiǎng)澐謭D像塊，在圖像塊內(nèi)，按像素分別在播放紅色、綠色、藍(lán)色測(cè)試信號(hào)時(shí)，獲取顏色值并分別記作

R

k

、G

k

、B

k 。

在圖像塊內(nèi)，循環(huán)獲取所有像素的紅、綠、藍(lán)色度值，并以圖像塊為單位計(jì)算出像素的平均色度值，圖像塊的紅、綠、藍(lán)平均色度計(jì)算公式分別為：

式（2）中，

R

(i,j)

、G

(i,j)

、B

(i,j) 分別為圖像塊的紅、綠、藍(lán)色度值；

R

k

、G

k

、B

k

分別為圖像塊內(nèi)每個(gè)像素的紅、綠、藍(lán)色度值；

n

為圖像塊內(nèi)的像素?cái)?shù)量。

為避免誤差，可通過多次成像計(jì)算平均值的方式計(jì)算，并將其作為該LED箱體在紅色、綠色、藍(lán)色測(cè)試信號(hào)時(shí)的紅、綠、藍(lán)色度標(biāo)定值，用于后期LED電影放映屏色度監(jiān)測(cè)時(shí)的比對(duì)基準(zhǔn)。

5 LED電影放映屏監(jiān)測(cè)試驗(yàn)

5.1 硬件信息監(jiān)測(cè)試驗(yàn)

試驗(yàn)按照4.1節(jié)的要求設(shè)計(jì)了一套LED電影放映屏監(jiān)測(cè)軟件，與2家LED電影放映屏廠商完成對(duì)接，在2套通過DCI檢測(cè)認(rèn)證的LED電影放映屏上進(jìn)行驗(yàn)證，通過接口形式，可獲取LED控制器信息（控制器品牌、控制器信號(hào)型號(hào)、設(shè)備唯一編號(hào)、軟件版本、控制器狀態(tài)、信號(hào)狀態(tài)、信號(hào)輸入源、2D/3D模式）和LED箱體信息（LED箱體基礎(chǔ)信息行列、LED狀態(tài)信息列表），并可發(fā)送簡(jiǎn)單指令（播放監(jiān)測(cè)信號(hào)、調(diào)整亮度），進(jìn)入圖像監(jiān)測(cè)模式，便于進(jìn)行后續(xù)的圖像分析監(jiān)測(cè)。

5.2 圖像分析監(jiān)測(cè)試驗(yàn)

5.2.1 相機(jī)參數(shù)設(shè)定

本試驗(yàn)所用工業(yè)相機(jī)采用CMOS圖像傳感器，攝像頭焦距為2 mm~16 mm可變焦距，其他重要技術(shù)指標(biāo)如表2所示。

表2　相機(jī)技術(shù)指標(biāo)參數(shù)

5.2.2 相機(jī)平場(chǎng)校正

平場(chǎng)校正的目的是消除圖像中由于傳感器不均勻響應(yīng)、鏡頭漸暈效應(yīng)及光照差異或其他因素引起的亮度和色度失真，其通過?暗場(chǎng)-亮場(chǎng)雙基準(zhǔn)校正法?實(shí)現(xiàn)?像素級(jí)響應(yīng)曲線線性化?，可有效提升圖像信噪比并抑制?固定模式噪聲?，提高圖像質(zhì)量，使不同區(qū)域的亮度更加均勻，減少圖像中的偽影、噪聲。

平場(chǎng)校正需獲取暗場(chǎng)、亮場(chǎng)基準(zhǔn)圖像，暗場(chǎng)圖像為相機(jī)沒有獲取任何光信號(hào)時(shí)產(chǎn)生的噪聲，記暗場(chǎng)圖像矩陣為D；亮場(chǎng)圖像為光照、反光材質(zhì)均勻情況下相機(jī)拍出的數(shù)字圖像，記亮場(chǎng)圖像矩陣為F。

像素灰度值隨光照線性變化，我們需對(duì)每個(gè)像素位置進(jìn)行線性歸一化，記待校正圖像為R，歸一化后的圖像矩陣為C'，見式（3）。

將歸一化后的圖像調(diào)整回0~255的灰階中，需要一個(gè)放大系數(shù)

m

m

為兩張校正基準(zhǔn)圖像矩陣的差值均值，其中

N

為圖像矩陣的像素個(gè)數(shù)，見式（4）。

記最終校正結(jié)果為C，則整個(gè)對(duì)R的校正過程如式（5）所示。

5.2.3 圖像矯正

受限于影院建筑結(jié)構(gòu)，監(jiān)測(cè)設(shè)備安裝位置有限等問題，無法確保監(jiān)測(cè)位置在LED電影放映屏中心縱軸上，因此采集的監(jiān)測(cè)圖像會(huì)因位置關(guān)系和透視關(guān)系有不同程度的角度傾斜，導(dǎo)致成像存在?投影畸變?，需要用四點(diǎn)透視變換?將采集的傾斜圖像映射至?標(biāo)準(zhǔn)矩形坐標(biāo)系?。LED電影放映屏設(shè)置為白場(chǎng)，監(jiān)測(cè)設(shè)備采集監(jiān)測(cè)圖像，先提取LED電影放映屏矩形區(qū)域四個(gè)角的坐標(biāo)，檢測(cè)矩形并提取四角坐標(biāo)需對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理、邊緣檢測(cè)、提取輪廓、角點(diǎn)檢測(cè)，再進(jìn)行投影透視變換，將LED電影放映屏監(jiān)測(cè)區(qū)域矯正為標(biāo)準(zhǔn)矩形。

預(yù)處理：監(jiān)測(cè)圖像中LED電影放映屏亮度高于周圍環(huán)境，將圖片閾值化，轉(zhuǎn)化為灰度圖，進(jìn)行中值濾波，轉(zhuǎn)化為二值圖像，把屏幕與周圍環(huán)境區(qū)分開。

邊緣檢測(cè)：采用Canny邊緣檢測(cè)算法進(jìn)行檢測(cè)，主要包括圖像降噪、計(jì)算梯度幅值和方向 (使用Sobel算子)、非極大值抑制和滯后閾值判斷四個(gè)主要步驟，本文不再贅述。

提取輪廓：檢測(cè)監(jiān)測(cè)圖像邊緣后，遍歷圖像中所有邊緣形成的輪廓，取面積最大的輪廓。

角點(diǎn)檢測(cè)：在得到矩形輪廓后，確定四個(gè)角點(diǎn)，獲取左上、右上、左下、右下四個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)。

投影透視變換：獲取四個(gè)角點(diǎn)坐標(biāo)后，在圖像中截取四個(gè)點(diǎn)內(nèi)的圖像，將所截取的圖像進(jìn)行投影透視變換，轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)矩形。

5.2.4 亮度監(jiān)測(cè)預(yù)警

按照4.4節(jié)的方法記錄LED電影放映屏初始化設(shè)置時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)亮度值，在屏幕亮度衰減至95%時(shí)，監(jiān)測(cè)軟件根據(jù)設(shè)定閾值5%對(duì)每個(gè)LED箱體亮度偏差進(jìn)行了預(yù)警（圖3）。

圖3　亮度監(jiān)測(cè)預(yù)警

5.2.5 亮度變化趨勢(shì)監(jiān)測(cè)

LED電影放映屏亮度降低，LED電影放映屏監(jiān)測(cè)圖像的灰度值也變小，各個(gè)箱體亮度監(jiān)測(cè)值變化趨勢(shì)相似，試驗(yàn)證明LED電影放映屏監(jiān)測(cè)值有效，在屏幕亮度變化時(shí)，LED電影放映屏監(jiān)測(cè)設(shè)備可監(jiān)測(cè)各個(gè)箱體亮度變化趨勢(shì)（圖4）。

圖4 　亮度趨勢(shì)監(jiān)測(cè)

5.2.6 色度監(jiān)測(cè)預(yù)警

按照4.5節(jié)的方法在LED電影放映屏播放紅色測(cè)試信號(hào)時(shí)記錄標(biāo)準(zhǔn)紅色值，在模擬LED電影放映屏模組故障時(shí)，監(jiān)測(cè)軟件根據(jù)設(shè)定閾值1%對(duì)色度偏差進(jìn)行了預(yù)警。試驗(yàn)證明，色度監(jiān)測(cè)可對(duì)更細(xì)粒度的LED模組故障進(jìn)行預(yù)警，本文提出的色度監(jiān)測(cè)方法可在5×5的LED燈珠區(qū)域故障時(shí)監(jiān)測(cè)到色度偏差大于1%的情況，并實(shí)現(xiàn)預(yù)警（圖5）。

圖5　色度監(jiān)測(cè)預(yù)警

6 結(jié)論和展望

本文提出的硬件-圖像雙模態(tài)綜合監(jiān)測(cè)方法，通過多維度數(shù)據(jù)采集?實(shí)現(xiàn)對(duì)LED控制器參數(shù)、箱體信號(hào)狀態(tài)及屏幕光學(xué)性能的?全要素監(jiān)測(cè)，有效填補(bǔ)了LED電影放映屏動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的技術(shù)空白，為影院智能化升級(jí)提供了可行路徑。硬件信息監(jiān)測(cè)可對(duì)LED控制器和LED箱體基礎(chǔ)信息和狀態(tài)信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)。圖像分析監(jiān)測(cè)可對(duì)LED電影放映屏和箱體亮度、色度偏差進(jìn)行預(yù)警，可對(duì)LED電影放映屏和箱體亮度趨勢(shì)進(jìn)行分析。其中亮度監(jiān)測(cè)可按百分比進(jìn)行預(yù)警，色度偏差可在較細(xì)粒度的模組故障時(shí)預(yù)警，但受限于工業(yè)相機(jī)圖像采樣的分辨率、位深等性能限制，當(dāng)前方案暫時(shí)無法對(duì)壞點(diǎn)進(jìn)行預(yù)警，后續(xù)可開展LED電影放映屏更細(xì)粒度色度和亮度的監(jiān)測(cè)方法研究。目前，對(duì)于硬件信息監(jiān)測(cè)仍需與LED電影放映屏廠商單獨(dú)進(jìn)行對(duì)接，而傳統(tǒng)放映機(jī)的硬件信息是統(tǒng)一接入影院網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)中心（NOC）系統(tǒng)中，后續(xù)LED電影放映屏的狀態(tài)等信息應(yīng)統(tǒng)一規(guī)范后納入影院網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)中心管理。圖像分析監(jiān)測(cè)方法在進(jìn)一步驗(yàn)證后，可投入到實(shí)際監(jiān)測(cè)中。

參考文獻(xiàn)

（向下滑動(dòng)閱讀）

[1] 謝辛.LED影院屏幕的技術(shù)分析與理論芻議[J].現(xiàn)代電影技術(shù),2019(6)：38?41.

[2] 張海悅.新一代信息技術(shù)在影院智能化升級(jí)中的應(yīng)用探討[J].現(xiàn)代電影技術(shù),2021(8)：38?41.

[3] 董強(qiáng)國(guó),龔波,董志剛.數(shù)字電影LED放映透聲技術(shù)研究[J].現(xiàn)代電影技術(shù),2023(10)：10?15, 45.

[4] 陳潔昌.基于彩色圖像傳感器的LED顯示模組亮度與色度測(cè)量研究[D],2020.

[5] 李維.淺談?dòng)绊戨娪胺庞迟|(zhì)量的主要因素[J].現(xiàn)代電影技術(shù),2019(12)：36?41.

[6] 高五峰,張?chǎng)?王惠.基于智能網(wǎng)絡(luò)傳感器的影院綜合質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究和應(yīng)用探索[J].現(xiàn)代電影技術(shù),2019(7)：4?12.

[7] 馮子成.從人眼視覺特性角度提升放映質(zhì)量[J].現(xiàn)代電影技術(shù), 2020(9)：4?7.

[8] 董強(qiáng)國(guó),張輝,李娜,等. 提升專業(yè)數(shù)字影院光學(xué)放映質(zhì)量應(yīng)用研究[J].現(xiàn)代電影技術(shù),2018(7)：4?11.

[9] 沈虎榮.NOC在數(shù)字影院放映環(huán)節(jié)的創(chuàng)新實(shí)踐[J].現(xiàn)代電影技術(shù),2020(10)：56?59.

[10] 田增順.現(xiàn)代數(shù)字影院智能化管理系統(tǒng)的探索——“智慧放映系統(tǒng)”在中影影院的應(yīng)用[J].中國(guó)電影市場(chǎng),2020(6)：48?51.

[11] 田會(huì)娟,郝甜甜,張輝,等.基于高動(dòng)態(tài)范圍圖像的亮度測(cè)量方法[J].激光與光電子學(xué)進(jìn)展,2019(6)：188?193.

[12] 楊立彬,熊顯能,張文濤,等.基于攝像機(jī)圖像的實(shí)時(shí)亮度測(cè)量方法[J].桂林電子科技大學(xué)學(xué)報(bào),2017(3)：223?227.

[13] 龔波,李娜,高峰,等.數(shù)字影廳放映標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)演進(jìn)與技術(shù)協(xié)調(diào)[J].現(xiàn)代電影技術(shù),2019(5)：4?9.

[14] 國(guó)家電影局. 數(shù)字電影LED影廳技術(shù)要求和測(cè)量方法: DY/T 8—2023[S]. 北京: 國(guó)家電影局, 2023.

[15] 張玉杰,陳志磊.基于CMOS圖像傳感器的亮度測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)應(yīng)用,2016(1)：48?50,57.

[16] 張?chǎng)?一種銀幕亮度測(cè)量新方法的研究[J].現(xiàn)代電影技術(shù),2018(3)：16?20,44.

[17] 曹欣,李戰(zhàn)明,胡文瑾.一種彩色圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法[J].應(yīng)用科學(xué)學(xué)報(bào),2019(3)：398?406.

[18] 胡猛,張文勝,李維善,等.新一代激光投影顯示的色彩還原評(píng)價(jià)方法[J].電視技術(shù),2023(9)：20?22.

[19] 張波,胡勇軍.平面視覺圖像舒適色度范圍測(cè)量算法研究[J].計(jì)算機(jī)仿真,2022(3)：462?465.

[20] 逯龍.環(huán)境亮度與LED顯示屏亮度調(diào)整方案的設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代顯示,2012(9)：320?322.

【項(xiàng)目信息】中國(guó)電影科學(xué)技術(shù)研究所（中央宣傳部電影技術(shù)質(zhì)量檢測(cè)所）基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目“LED電影放映屏監(jiān)測(cè)技術(shù)研究”（2023?DKS?11）。