智能手机显示屏呈色性能的研究进展

1 引言

近年来，智能手机凭借其强大的处理能力、开放式的操作系统、丰富的应用程序和便携性吸引了越来越多消费者。然而在不同的环境下，人眼从手机显示屏上看到的图像色彩是不一致的，而且不同品牌智能手机以及手机个体之间，色彩再现能力也有很大差距。因此，智能手机显示屏的呈色性能，成为当前众多科技工作者研究的热点。

2 智能手机呈色显示技术

2.1 屏幕材质

对于智能手机显示屏来说，屏幕材质在很大程度决定了手机的呈色效果，智能手机屏幕间也因为屏幕品质和研发技术不同而有所差异。在当前市场上，智能手机显示屏的屏幕材质种类繁多，主流的屏幕都可归结为液晶显示屏（LCD，liquid crystal display）与有机发光二极管（OLED，organic light-emitting diode）两大类。

LCD屏幕材质出现后，科技工作者根据图像显示技术的需求，对LCD屏幕自身技术进行完善和改进，先后研究出了富有代表性的超扭曲向列技术（STN，super twisted nematic）、薄膜场效应晶体管技术（TFT，thin film transistor）、超亮度技术（UFB，ultra fine bright）、薄膜二极管技术（TFD，thin film diode）、平面转换技术（IPS，in-plane switching）、拼接专用液晶技术（SLCD，splice liquid crystal display）等屏幕系列。

OLED运用自体发光显示器技术，完全不需要任何背光，并且由于其更轻更薄以及可视角度更大的特性，衍生出主动发光类型的有源矩阵有机发光二极管即AMOLED（Active Matrix/Organic Light Emitting Diode的简称）系列新型屏幕材质，如第一代AMOLED、第二代Super AMOLED和第三代Super AMOLED Plus等屏幕。

2.2 图像显示技术

图像显示技术又称为信息显示，是一种针对于图象质量的技术，与颜色科学联系紧密，它包括图形、图像、文本和字符等。为满足人们对高分辨率、广视角、大色域、高对比度、高亮度、无色偏以及更优秀的色彩还原性等显示特性的迫切需求，图像显示行业不断革新技术，发展研究出一系列的新型图像显示技术。目前，智能手机屏幕的图像显示技术包括超视觉显示技术（ASV，advanced super view）、悦幕屏显技术（CBD，clear black display）、视网膜成像显示技术（Retina Display）、NOVA显示技术和移动图像处理引擎技术（Mobile Bravia Engine）等。

3 基于物理参数指标的呈色性能研究分析

近年来随着众多品牌手机厂商不断发布新产品，造成手机行业对其呈色显示性能的评价标准制定困难。目前，还没有专门针对于智能手机屏幕呈色性能的测试标准，而由于其属于显示设备和颜色科学领域，手机显示屏的制造商和相关研究学者都是借助显示行业和印刷色彩行业相关标准来对其进行呈色性能的测试评价，例如国际电工委员会针对不同显示技术的显示屏制定了IEC62341-6-1、IEC61966-3、IEC61966-4等性能测试指标，国际标准组织对屏幕打样制定了国际标准ISO12646:2008/Amd 1:2000(E)，我国也在早期制定了国内通信行业推荐标准YD/T1607-2007。参考这些标准，通过直接测量和比较一些物理参数对智能手机呈色性能进行评价，相关的物理参数指标主要有亮度及亮度均匀性、对比度及对比度均匀性、色域覆盖率、清晰度、通道独立性、阶调再现特性和色品恒定性等。

目前国内外学者针对智能手机呈色性能的研究较少。在国内研究学者中，王亚军针对移动终端主流平板显示器的对比度及对比度均匀性的测试方法进行分析和研究，得出了具有良好的可操作性的移动终端平板显示器对比度及对比度均匀性的测试方法；张茜、刘真等人对iPhone 4S手机屏幕的时间均匀性、空间均匀性、色品恒定性、通道独立性、色域覆盖率等显色特性进行了定量测试研究，得出iPhone 4S的显色稳定性较好但色域较小等结论，并提出一套系统的测试评价显色性性能的方法，为智能手机色彩再现能力的研究开了先河；张建青、刘真等人为了明确iPad和iPhone是否具备专业显示设备的显示性能，从时间稳定性、色品恒定性、通道相加性、设备色域、不同亮度下不同颜色显示的空间均匀性、不同亮度下色域覆盖率6个方面的性能进行了系统的测试，研究证明iPad基本达到专业显示设备的显示性能要求，而iPhone色域覆盖率较小不具备专业显示设备的显示性能要求；蔡圣燕和王姮根据移动终端用途对应的标准对6台主流品牌的中高端移动终端显示屏进行呈色性能评价，评价指标包括亮度、对比度、亮度均匀性、对比度均匀性和色域覆盖率，得到的结论是主流品牌端移动终端大部分符合移动终端显示屏呈色性能要求，个别能够达到屏幕打样国际标准的部分要求，为智能设备的色彩管理做了一些准备工作；宫睿博士对智能移动终端图像显示设备的性能评价方法进行了系统的分析研究，从物理参数测评、视觉感知评价和图像质量建模三部分出发，提出了符合人眼视觉感知特性的智能移动终端设备图像质量评价流程及完整算法，完成了由设备物理参数、图像参数及照明环境参数对智能移动终端图像呈色质量的预测流程，并对总体图像质量进行了合理而有效的数学预测。

在国外，一些学者研究了智能手机图像的视觉感知和色貌参数。学者Y.H.Ha对比研究了TFT和AMOLED两种不同屏幕材质的智能手机显示屏在色温、色域、色品恒定性等物理特性上的显示效果；Y.K.Park等人针对手机在使用过程中环境照度范围的特殊性，研究了基于CIECAM02色貌模型中的三种环境参数设置对手机显示色貌量预测的准确性，并给出了在高照度情况下对该模型环境参数的修改方案；Y.J.Kim等人对手机显示屏进行了多次图像质量视觉感知参量的测评研究，指出清晰度和自然性两个参量对图像质量的影响较大，并通过合理计算图像像素点和设备物理参数指标建立了这两组参量的数学预测模型；J.J.Yoo等学者以视觉感知评价的方式对以不同调控方法生成的图像进行了视觉评价，并且对手机显示图像像素颜色在CIELab色空间内的计算量提出了基于自然性的差异指标。

总体说来，在上述智能手机显示呈色的相关研究成果中，色彩信息与图像质量的研究分析还不够全面，仅基于显示屏色域、对比度、亮度等物理参数指标的测试和比较，其给出的评价结果往往不能完全反映复杂外界环境下人眼对不同屏幕材质的视觉感受。再考虑到过去学者研究的局限性，以及智能手机发展迅猛、产品更新换代快的特点，智能手机显示屏呈色性能的学术研究尚显不足。

4 结语

当前，人们在享受智能手机各种优越性的同时，对其呈色显示性能的要求也日趋提高。如何在复杂多变的外界环境下保证手机用户获得一致的视觉再现效果和最精确的色彩，需要更多的学者在显示技术和颜色科学等领域对智能手机做进一步的研究。