超高清晰度显示UHDTV复合测试方法

摘要

本发明涉及新型数字显示技术,显示设备测量技术。为填补现有UHDTV复合测试方法的空白，本发明的目的是提供一种可以对UHDTV综合、便捷、快速进行评价的复合测试图以及测试方法。为此，本发明采取的技术方案是，超高清晰度显示UHDTV复合测试方法，包括如下步骤：利用设置有重显率、水平清晰度、垂直清晰度、斜向清晰度、21灰阶、色度可视角测试单元、色域测试单元、线性扫频波、多波群等多种测试单元，并叠加动态随机运动单元的复合测试图，测试UHDTV。本发明主要应用于显示设备测量场合。

说明书

技术领域

本发明涉及新型数字显示技术,显示设备测量技术。具体讲，涉及超高清晰度显示(UHDTV) 复合测试方法。

背景技术

高清晰度显示(HD)已在许多国家得到实际应用。国际上，显示领域、数字电视领域研发 热点已转移至超高清晰度显示(UHDTV)。UHD显示能提供更高分辨率图像，如4K(3840×2160) 和8K(7680x4320)，更大的可视角度，具有更大色域覆盖率，能给用户带来更具临场感、逼 近真实场景的感官体验。因此被认为是HD之后最有希望的下一代显示技术。

目前，主流电视企业均已推出具有超高清显示效果的产品，如海信、TCL、创维、康佳、 三星、LG、索尼(SONY)、夏普(Sharp)等。可以预见在不久的将来，UHD显示产品将成为显 示器、电视市场的主流，迫切需要对UHDTV产品的性能指标进行规范化的测试与标定。

数字电视复合测试图已被证明是一种综合、便捷、快速的直观观测手段，在数字标准清 晰度电视(SDTV)、数字高清晰度电视(HDTV)测试中得到广泛应用。因此，本发明根据UHDTV 的特点与性能指标要求，设计并生成了UHDTV复合测试图，并给出对应测试方法。

发明内容

为克服技术的不足，填补现有UHDTV复合测试方法的空白，本发明的目的是提供一种可 以对UHDTV综合、便捷、快速进行评价的复合测试图以及测试方法。为此，本发明采取的技 术方案是，超高清晰度显示UHDTV复合测试方法，包括如下步骤：利用设置有重显率、水平 清晰度、垂直清晰度、斜向清晰度、21灰阶、色度可视角测试单元、色域测试单元、线性扫 频波、多波群等多种测试单元，并叠加动态随机运动单元的复合测试图，测试UHDTV。

复合测试图设置有灰底白格背景：背景为50％白电平；背景格尺寸为112×112像素； 背景格线宽、高均为2像素，整幅图中背景水平方向有32个背景格，垂直方向有18个背景 格，用来检查几何失真、非线性失真及会聚、色纯性能。

重显率测试单元：在复合测试图的上下、左右均设有白色边框，上下边框高度为55像素， 左右边框宽度为97像素；且分别在上下边框处各给出2处99％、97％、95％、91％重显率标志， 在左右边框处各给出1处99％、97％、95％、91％重显率标志。

连续清晰度测试单元：本单元为复合测试图中央大圆内6组楔形线簇，用来测试700-2160 电视线范围内的任何水平、垂直清晰度值，以及800-3055电视线范围内的任何斜向清晰度值；

其中，连续水平清晰度测试单元为大圆内上下2簇楔形线。上方楔形线簇的清晰度从700 到1300连续变化，下方楔形线簇的清晰度从1200到2160连续变化；在700-2160电视线范 围内连续测量水平清晰度；

连续垂直清晰度测试单元为大圆内左右2簇楔形线，左侧楔形线簇的清晰度从700到1300 连续变化，右侧楔形线簇的清晰度从1200到2160连续变化，可在700-2160电视线范围内连 续测量垂直清晰度。

连续斜向清晰度测试单元为大圆内45°和135°楔形线簇，45°楔形线簇的清晰度从800 到1270连续变化，135°楔形线簇的清晰度从1270到3055连续变化，在800-3055电视线范 围内连续测量斜向清晰度。

清晰度典型值测试单元。本单元为中央大圆外左上、右上、左下、右下共20个方格；

其中，中央大圆外左上的5个方格内分别为2160和1440线水平、垂直清晰度测试单元， 以及3055线斜向清晰度测试单元。

中央大圆外右上的5个方格内分别为1080和720线水平、垂直清晰度测试单元，以及 2040线斜向清晰度测试单元；

中央大圆外左下的5个方格内分别为865和620线水平、垂直清晰度测试单元，以及1530 线斜向清晰度测试单元；

中央大圆外右下的5个方格内分别为2160和540先水平、垂直清晰度测试单元，以及 1220线斜向清晰度测试单元。

色度可视角与肤色测试单元，为中央大圆左右两侧对称、垂直分布的彩色块；

其中，色度可视角测试单元为从上至下的8个彩色块，它们的红R、绿G、蓝B色度值依

次为：

序号(从上至下) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 R 115 194 56 70 175 231 187 8 122 G 82 150 61 148 54 199 86 133 122 B 68 130 150 73 60 31 149 161 121

肤色测试单元为此单元内下方、左右两侧各3个肤色块，它们的色空间坐标xyY值依次为：

序号(从上至下) 1 2 3 x 0.37 0.37 0.37 y 0.35 0.35 0.35 Y 19 22 25

21灰阶单元位于中央大圆正下方，为灰度从0％-100％、按5％等间隔变化的21个灰度块， 根据相邻灰度块是否有可分辨灰度变化，测试显示器的灰度分辨力。

多波群单元位于复合测试图左上角，由叠加在50％灰度电平、峰-峰幅度为40％的7个分立 波群组成，7个波群的频率分别为30MHz、60MHz、90MHz、120MHz、150MHz、180MHz、 240MHz。

线性扫频波单元由叠加在50％灰度电平，峰-峰值幅度40％，频率自左到右线性提高的正 弦波组成。频率变化范围为100kHz-240MHz。

色域测试单元由位于测试图四角的4组彩色块组成；

其中，左上角单元由分别在三维设备无关均匀色空间Luv空间的饱和紫-饱和红、饱和红- 饱和黄、饱和黄-白、白-饱和紫、白-饱和红5条色域边界线上均匀取样的彩色块组成；

左下角单元由分别在三维设备无关均匀色空间Luv空间的黑-饱和绿、饱和绿-饱和黄、 饱和黄-饱和红、饱和红-黑、黑-饱和黄5条色域边界线上均匀取样的彩色块组成；

右上角单元由分别在三维设备无关均匀色空间Luv空间的饱和绿-白，白-饱和蓝、饱和 蓝-饱和青、饱和青-饱和绿、饱和青-白5条色域边界线上均匀取样的彩色块组成；

右下角单元由分别在三维设备无关均匀色空间Luv空间的饱和蓝-饱和青、饱和青-黑、 黑-饱和紫、饱和紫-饱和蓝、饱和蓝-黑5条色域边界线上均匀取样的彩色块组成；

该色域测试单元在三维设备无关均匀色空间Luv空间的18条色域边界线上分别均匀取6 点；

彩色块用来进行显示设备彩色分辨力主观评价与三维色域客观测试，在进行显示设备彩 色分辨力主观评价时，观察相邻色块之间的色彩差异程度；由于相邻色块是在均匀色空间上 均匀取点得到的，因此相邻色块之间色彩差异越大表示该显示设备色域越宽，在进行三维色 域客观测试时，用此测试数据在三维设备无关均匀色空间画出散点图，构建三维色域立体， 计算色域体积，比较色域大小。

叠加动态随机运动单元为运动位置、速度、方向完全随机的彩色小球，其运动属性不能 预测，因此可以最大限度地测量待测显示设备的运动处理能力；

运动单元设计2个半径为40像素的实心圆，且只在大圆外出现；

2个运动小球的初始位置分别在静态复合测试图的左右两部分、大圆外，随机产生；左右

两个小球的初始位置互相独立，互不相关；

在小球开始运动后，每个小球的运动方向分别由程序在0°-360°范围内随机选择，左右

两个小球的运动方向互相独立，互不相关；

小球按照直线路径、以用户输入的运动速度运动；在小球运动期间，遇到测试图边缘、以

及中央大圆边缘，将会按照镜面反射规律改变路径；

根据随机产生的初始位置和运动方向，初始位置在左侧的小球有进入右侧运动的可能，初

始位置在右侧的小球也有进入左侧运动的可能。

与已有技术相比，本发明的技术特点与效果：

本发明是面向下一代数字电视UHDTV的复合测试图，根据4K格式UHDTV标准计算了各种 测试指标要求，将多种测试内容有序整合进一张测试图，不但能够测试某些典型的水平、垂 直、斜向清晰度值，还能测试700-2160电视线范围内任何水平、垂直清晰度值，以及800-3055 电视线范围内任何斜向清晰度值。能够测试显示设备的5％灰度分辨力、可视角以及肤色显示 是否正常。还能够测试得到显示设备的三维设备无关均匀色空间Luv空间的18条色域边界样 点数据，这些数据可用来进行显示设备彩色分辨力主观评价与三维色域客观测试。

此外，能够在进行常规UHDTV静态性能指标测试的基础上，提供一种评价显示设备任意 位置随机运动处理能力的方法。序列中的运动单元的初始位置、运动方向均为程序随机产生， 运动速度由用户输入确定，对于显示设备来说也是随机的。因此可以最大限度地测量待测显 示设备的运动处理能力。

附图说明

图1静态超高清晰度显示(UHDTV)复合测试图。

图2对应红基色的静态超高清晰度显示(UHDTV)复合测试图。

图3对应绿基色的静态超高清晰度显示(UHDTV)复合测试图。

图4对应蓝基色的静态超高清晰度显示(UHDTV)复合测试图。

图5叠加动态测试单元的超高清晰度显示(UHDTV)复合测试图。

图中：

1.灰底白格背景；

2.重显率测试单元；

3.连续水平清晰度测试单元；

4.连续垂直清晰度测试单元；

5.连续斜向清晰度测试单元；

6.清晰度典型值测试单元；

7.色度可视角测试单元；

8.肤色测试单元；

9.21灰阶单元；

10.多波群单元；

11.线性扫频波单元；

12.色域测试单元；

13.对应红基色的连续清晰度测试单元；

14.对应绿基色的连续清晰度测试单元；

15.对应蓝基色的连续清晰度测试单元；

16.动态测试单元。

具体实施方式

标准4K格式的UHDTV分辨率为3840×2160，水平、垂直清晰度极限值为2160，斜向清 晰度极限值为3055。

本发明根据4K格式UHDTV标准，测算了各种测试指标要求。在一幅图中设计了重显率、 水平清晰度、垂直清晰度、斜向清晰度、21灰阶、色度可视角测试单元、色域测试单元、线 性扫频波、多波群等多种测试单元，并叠加动态随机运动单元，满足多种测试需要。

1.灰底白格背景：背景为50％白电平；背景格尺寸为112×112像素；背景格线宽、高均为 2像素。整幅图中背景水平方向有32个背景格，垂直方向有18个背景格(水平方向格数： 垂直方向格数＝16:9)。背景格可用来检查几何失真、非线性失真及会聚、色纯性能。

2.重显率测试单元。考虑到待测电视或显示器的重显率不一定能达到100％，在复合测试图 的上下、左右均设计了白色边框。上下边框高度为55像素，左右边框宽度为97像素。且 分别在上下边框处各给出2处99％、97％、95％、91％重显率标志，在左右边框处各给出1 处99％、97％、95％、91％重显率标志。

3.连续清晰度测试单元。本单元为测试图中央大圆内6组楔形线簇。可用来测试700-2160 电视线范围内的任何水平、垂直清晰度值，以及800-3055电视线范围内的任何斜向清晰 度值。

其中，连续水平清晰度测试单元为大圆内上下2簇楔形线。上方楔形线簇的清晰度从700 到1300连续变化，下方楔形线簇的清晰度从1200到2160连续变化。可在700-2160电视 线范围内连续测量水平清晰度。

连续垂直清晰度测试单元为大圆内左右2簇楔形线。左侧楔形线簇的清晰度从700到1300 连续变化，右侧楔形线簇的清晰度从1200到2160连续变化。可在700-2160电视线范围 内连续测量垂直清晰度。

连续斜向清晰度测试单元为大圆内45°和135°楔形线簇。45°楔形线簇的清晰度从800 到1270连续变化，135°楔形线簇的清晰度从1270到3055连续变化。可在800-3055电 视线范围内连续测量斜向清晰度。

4.清晰度典型值测试单元。本单元为中央大圆外左上、右上、左下、右下共20个方格。

其中，中央大圆外左上的5个方格内分别为2160和1440线水平、垂直清晰度测试单元， 以及3055线斜向清晰度测试单元。

中央大圆外右上的5个方格内分别为1080和720线水平、垂直清晰度测试单元，以及2040 线斜向清晰度测试单元。

中央大圆外左下的5个方格内分别为865和620线水平、垂直清晰度测试单元，以及1530 线斜向清晰度测试单元。

中央大圆外右下的5个方格内分别为2160和540先水平、垂直清晰度测试单元，以及1220 线斜向清晰度测试单元。

5.色度可视角与肤色测试单元。本单元为中央大圆左右两侧对称、垂直分布的彩色块。

其中，色度可视角测试单元为从上至下的8个彩色块，它们的红(R)、绿(G)、蓝(B) 色度值依次为：

序号(从上至下) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 R 115 194 56 70 175 231 187 8 122 G 82 150 61 148 54 199 86 133 122 B 68 130 150 73 60 31 149 161 121

肤色测试单元为此单元内下方、左右两侧各3个肤色块。它们的色空间坐标xyY值依次为：

序号(从上至下) 1 2 3 x 0.37 0.37 0.37 y 0.35 0.35 0.35 Y 19 22 25

6.21灰阶单元。本单元位于中央大圆正下方，为灰度从0％-100％、按5％等间隔变化的21个 灰度块。根据相邻灰度块是否有可分辨灰度变化，测试显示器的灰度分辨力。

7.多波群单元。本单元位于测试图左上角，由叠加在50％灰度电平、峰-峰幅度为40％的7个 分立波群组成。7个波群的频率分别为30MHz、60MHz、90MHz、120MHz、150MHz、180 MHz、240MHz。

8.线性扫频波单元。本单元由叠加在50％灰度电平，峰-峰值幅度40％，频率自左到右线性提 高的正弦波组成。频率变化范围为100kHz-240MHz。

9.色域测试单元。本单元由位于测试图四角的4组彩色块组成。

其中，左上角单元由分别在三维设备无关均匀色空间Luv空间的饱和紫-饱和红、饱和红- 饱和黄、饱和黄-白、白-饱和紫、白-饱和红5条色域边界线上均匀取样的彩色块组成。

左下角单元由分别在三维设备无关均匀色空间Luv空间的黑-饱和绿、饱和绿-饱和黄、饱 和黄-饱和红、饱和红-黑、黑-饱和黄5条色域边界线上均匀取样的彩色块组成。

右上角单元由分别在三维设备无关均匀色空间Luv空间的饱和绿-白，白-饱和蓝、饱和蓝 -饱和青、饱和青-饱和绿、饱和青-白5条色域边界线上均匀取样的彩色块组成。

右下角单元由分别在三维设备无关均匀色空间Luv空间的饱和蓝-饱和青、饱和青-黑、黑 -饱和紫、饱和紫-饱和蓝、饱和蓝-黑5条色域边界线上均匀取样的彩色块组成。

这样，该色域测试单元在三维设备无关均匀色空间Luv空间的18条色域边界线上分别均 匀取6点。

这些彩色块可用来进行显示设备彩色分辨力主观评价与三维色域客观测试。在进行显示设 备彩色分辨力主观评价时，观察相邻色块之间的色彩差异程度。由于相邻色块是在均匀色 空间上均匀取点得到的，因此相邻色块之间色彩差异越大表示该显示设备色域越宽。在进 行三维色域客观测试时，用此测试数据在三维设备无关均匀色空间画出散点图，构建三维 色域立体，计算色域体积，比较色域大小。

10.为测试超高清显示设备的彩色分辨能力,本发明分别生成了分别对应红、绿、蓝三基色的 连续清晰度测试单元(中央大圆内6组楔形线簇)。如图2-图4所示。

11.为测量超高清显示设备处理高数据率运动图像清晰程度的能力，本发明设计了运动位置、 速度、方向完全随机的彩色小球，叠加于具有上述测试单元的静态UHDTV复合测试图上。 其运动属性不能预测，因此可以最大限度地测量待测显示设备的运动处理能力。

运动单元设计2个半径为40像素的实心圆，如图5所示。由于该测试图中央大圆内分布 有连续清晰度测试单元，是整个测试图中最重要的测试单元，出于准确读取清晰度线数的 需要，运动单元被设计为只在大圆外出现。

2个运动小球的初始位置分别在静态复合测试图的左右两部分、大圆外，由程序随机产生。 左右两个小球的初始位置互相独立，互不相关。

在小球开始运动后，每个小球的运动方向分别由程序在0°-360°范围内随机选择，左右 两个小球的运动方向互相独立，互不相关。

小球按照直线路径、以用户输入的运动速度(像素/帧)运动。在小球运动期间，遇到测 试图边缘、以及中央大圆边缘，将会按照镜面反射规律改变路径。 根据随机产生的初始位置和运动方向，初始位置在左侧的小球有进入右侧运动的可能，初 始位置在右侧的小球也有进入左侧运动的可能。

下面结合附图和具体实施方式进一步详细说明本发明。

将BMP格式的无损测试图显示于待测UHDTV显示设备。调整位置使其位于屏幕中央。

1.测试重显率：观察测试图四边与待测显示设备的屏幕边界的重合位置，根据测试图上重显 率标记与数值测得重显率。

2.测试清晰度典型值：观察清晰度典型值测试单元。根据各清晰度典型值块是否能清晰显示 一黑一白2个相邻像素，确定该显示设备的空间分辨率是否达到各块标称清晰度值。

3.测试清晰度极限值：观察中央大圆内连续清晰度测试单元。根据楔形线簇能够清晰分辨出 一黑一白2个相邻像素的半径位置，结合各半径位置所对应的清晰度线数，确定待测显示 设备的水平、垂直、斜向清晰度极限值。

4.测试灰度分辨力：观察21灰阶测试单元，根据是否所有相邻灰度块之间都有可察觉的灰 度差异，判断待测显示器的灰度分辨力是否达到要求。

5.测试彩色分辨力：观察色域测试单元中相邻色块之间的色彩差异程度。相邻色块之间色彩 差异越大表示该显示设备在此处色域越宽。

6.测算三维色域体积：用色度计分别测得色域测试单元中各色块的色度坐标，用此测试数据 在三维设备无关均匀色空间画出散点图，构建三维色域立体，计算色域体积，比较色域大 小。

7.测试超高清显示设备的彩色分辨能力:分别将基于红、绿、蓝三基色的静态超高清晰度显 示UHDTV复合测试图显示于待测显示设备,测试重显率、静态彩色清晰度。

8.测试显示器的运动处理能力：在运动序列生成程序中读入UHDTV复合测试图，设置运动速 度以及想要生成的帧数，程序会在约定范围内为初始位置和运动方向生成随机数，产生具 有2个运动单元的测试序列，存成BMP格式的硬盘文件。在测试时，通过信号发生器将所 生成的测试序列按顺序显示于待测显示设备上，观察测试序列中的运动单元是否在连续播 放时仍能清晰显示，是否出现模糊、拖尾现象，对待测显示器的运动处理能力进行评价。