Prometheus超低亮高精度色度計- HDR顯示計量領域的游戲規則改變者!

什么是 HDR？

高動態范圍（High-Dynamic Range，簡稱 HDR）作為超高清音視頻產業的關鍵技術之一，擁有更廣的色彩容積和更高的動態范圍，為圖像保留更多細節。通過豐富的圖像亮部和暗部細節，在對比度、灰度等維度上提升影像質量，讓用戶眼中的影像更加細膩真實，更富有感染力。

在HDR技術中，動態范圍指的就是圖像的zui大亮度和zui小亮度的比值。對比度有幾種不同的計算方法，其中重要的3種分別是：韋伯對比度（CW）、麥克森對比度（CM）以及比率對比度（CR）。定義為：

HDR相比SDR標準的優勢：

標準動態范圍（Standard Dynamic Range，簡稱 SDR），是一種視頻技術，它根據陰極射線管(CRT) 顯示器的亮度、對比度和顏色特性和限制來表示光強度。SDR 視頻能夠表示視頻或圖片的顏色，zui大亮度約為 100 cd/m²，黑電平約為 0.1 cd/m² 和Rec.709/sRGB色域。它使用伽馬曲線作為其電光傳遞函數。

一、更高的動態范圍

人眼可以感知到的亮度范圍能達到1012 cd/m²，傳統的SDR顯示設備可以顯示的范圍能達到10³cd/m²，而HDR可以達到 10? cd/m²，是傳統 SDR 的100倍，因此在HDR視頻里面我們可以看到更多的暗部和亮部細節。

HDR與傳統SDR亮度范圍對比

二、更廣的色彩容積

SDR 視頻通常是8bit，也就是1670萬色，HDR 支持10bit甚至更高的色深，也就是你經常聽到宣傳的10.7億色，顯示的顏色越多，色彩自然也就越細膩，顏色之間的過度更加自然。

在可顯示的色彩范圍上，HDR 的視頻的色彩會更加豐富，SDR 支持的 rec.709 色彩空間，HDR 支持 rec.2020 色彩空間，如下圖：

目前市場主流的HDR標準有哪些？

1、HDR10

該標準由美國消費者技術協會（CTA）推出的，是一個開源免費的標準；HDR 的基礎標準，所有的 HDR 設備都支持，也是目前應用支持廣泛的 HDR 標準。

但是 HDR10 采用的“靜態元數據”技術，信號記錄的是亮度的絕對值，就導致了如果你的設備達不到亮度就會進行削峰，比如說一臺zui大亮度為1000cd/m²(nits)的顯示器，它如何處理高達4000cd/m²(nits)視頻中的高光，那就只能裁掉1000cd/m²(nits)以上的部分。

幾乎兼容所有4K HDR電視、藍光播放器、游戲主機（如PS5/Xbox）及流媒體平臺（Netflix、Amazon等）。

2、DOLBY VISION（杜比視界）

杜比實驗室推出的Dolby Vision，目前來說顯示效果好的HDR標準。

與 HDR10 不同 Dolby Vision 采用了“動態元數據”的技術，使得每一幀都獲得了比較準確的z高和z低亮度，對設備硬件的要求也是更為苛刻，而且每臺設備廠商都需要向杜比視界支付授權費用，一個杜比設備大概需要支付3美元左右的費用，就導致了支持杜比視界的設備普遍比較貴一些。

要達到杜比shi界標準的播放要有三個必要條件：片源為杜比shi界相關格式，硬件設備有杜比shi界的認證，包括處理器與顯示器播放軟件都要有杜比認證，如果用沒有經過認證的設備來播放，就可能會出現應收錯誤，無法正常解碼等問題。

杜比shi界雖然是目前效果好的HDR格式，但是很多廠商都不愿意使用，就是因為其高昂的授權費用，因此三星、亞馬遜等聯合推出了 HDR10+ 的標準。

3、HDR10+

三星、松下與亞馬遜等聯合推出，具有杜比視界優于 HDR10 的大部分優勢，并且它是免費的。

為了對抗 Dolby Vision，三星與松下、亞馬遜和二十世紀福克斯共同創建了HDR10+聯盟，推出 HDR10+ 標準，可以兼容 HDR10。

HDR10+ 可以看做 HDR10 的升級，添加了“動態源數據”技術，對于內容制作公司這項標準是免費的，對于硬件制造公司需要支付年費【z高$10,000】，不需要每個硬件去支付版稅，可以理解為免費的。

4、HLG

英國 BBC 和日本 NHK 聯合發起是的視頻電視信號標準，全稱是 Hybrid Log Gamma。

使用這個標準突出的特點就是：可以同時兼容 HDR 電視，和目前為普及的SDR電視，兼容性特別好。

技術上的特點是：沒有元數據、電光傳遞函數 HLG，這是混合對數伽馬的一種形式，如果經常使用 sony 尼微單拍視頻，應該會用到 HLG 這個PP值，因此行業大佬 Sony 可以說已經支持了 HLG這種 HDR標準。

5、Advanced HDR by Technicolor

Technicolor開發，專注于內容制作端的HDR優化。可將SDR內容轉換為HDR，或優化現有HDR內容，但終端設備支持較少。

6、HDR Vivid 中文名稱：菁彩HDR

超高清視頻產業聯盟聯合華為的廠商主導的HDR Vivid，中文名稱菁彩HDR；

HDR Vivid 是中國超高清視頻產業聯盟，以華為海思的技術為主導，推出的一個中國du創的HDR新標準，也是一個免費的標準，也是支持動態元數據，可以對畫面信息進行幀級調整，從技術上來講已經是和杜比視界一個層次了，但是由于起步較晚，之前的幾大 HDR 標準都已近形成了比較固定的市場，同時各個標準背后的公司與顯示設備廠家之間的利益糾葛，以及復雜的國際環境，HDR Vivid 的推廣普及并沒有那么簡單。

總之，HDR技術的核心目的是在圖像中表現更大的亮度范圍，從非常亮的區域到非常暗的區域都能清晰呈現。傳統標準動態范圍（SDR）的亮度范圍有限，無法準確表現真實shi界中的高亮和低光場景。而HDR通過增加亮度范圍和色彩容積，能夠在對比度、灰度等維度上提升影像質量，使圖像更加細膩真實，富有感染力‌。

FF Pictures GmbH的InnoPQ系統憑借Prometheus色度計革新了HDR顯示器計量！

高動態范圍(HDR)技術正在改變視覺體驗，提供深度、對比度和色彩豐富度。然而，HDR顯示器的復雜性給質量控制和校準帶來了挑戰。本案例研究深入探討了Admesy的Prometheus色度計如何無縫集成到FF Pictures GmbH的InnoPQ HDR測量系統中，從而革新了顯示領域的質量控制、研究和開發。

挑戰：駕馭HDR的復雜性

ICDM HDR小組委員會主席兼FF Pictures GmbH執行官Florian Friedrich一直處于HDR技術的前沿。他關于先jin HDR測量的獲獎論文強調了HDR顯示計量中復雜的相互依賴性。

任何現代HDR消費顯示器都利用一套復雜的規則來根據其自身能力和輸入信號之間的差異來調整視覺結果。除了現有的色調映射或色彩映射之外，靜態和動態HDR元數據正在影響HDR顯示器的色調映射。其中一些每秒鐘發生多次，甚至精確到幀，跟隨源的幀速率，其中一些是與能量消耗和熱量分布相關的長期調整。

要真正掌握現代HDR技術的復雜性，快速準確地測量顯示器對輸入信號的響應絕對至關重要。為了實現這一目標，InnoPQ HDR測量系統將不同的補丁信號值和補丁大小與動態電影背景相結合，同時巧妙地同步每次測量的時間，以捕捉短暫的時間效果。

該系統需要一個快速準確的色度計，以滿足其嚴格的要求。FF Pictures的Florian Friedrich說：“我們需要一種解決方案，能夠精確測量HDR信號再現的重要參數，精確到單幀，并且即使在低于0.1 cd/m²的陰影區域也能夠精確測量顏色。市場上只有少數幾個色度計能夠滿足我們的要求，但是看到Admesy 的Prometheus colorimeter，我對將其應用到我們的測量工具中非常感興趣”。

Prometheus色度計是工程學的奇跡。尤其是低至0.000025 cd/m²的超低亮度值的高測量速度，使其成為市場上的快色度計。它與InnoPQ系統的整合具有變革性。FF Pictures的Florian Friedrich說：“Prometheus色度計的測試速度和精度結合得非常出色。這是一款非常優的色度計，極大地增強了我們的測量能力。”

多功能性：色度計

Prometheus色度計不僅速度快。它的用途廣泛。它每秒可以執行高達60萬個甚至80萬個樣本，并支持多種軟件平臺，包括Visual Studio、Labview、Matlab和Python。這種適應性使其成為InnoPQ系統的理想選擇，InnoPQ系統需要高度的定制化來處理其復雜的測量序列。

光譜靈敏度：設定新標準

光譜響應匹配：

Prometheus 色度計采用 CIE 1931/1976 標準色匹配函數（如 x?(λ), ?(λ), z?(λ)），確保測量結果與人眼視覺感知一致。通過硬件校準+軟件算法修正傳感器的光譜響應偏差，提高測量精度。

色度與亮度計算：

電信號經模數轉換（ADC）后，計算 CIE XYZ 三刺激值，再轉換為 色坐標（x, y）、色溫（CCT）、色純度等參數。

其中E(λ)為光譜功率分布，x?(λ)為CIE標準觀察者函數。

色度計出廠針對傳感器非線性、溫度漂移等進行補償。并且部分型號支持自動校準（如黑電平校正、增益調整），確保長期穩定性。

Prometheus色度計設計的光譜靈敏度與CIE 1931 “2°標準觀察者”非常接近，非常適合測量各種顯示器，包括寬色域(WCG)顯示器。這一特性對于InnoPQ系統來說是無價的，該系統要求各種顯示器類型具有高精度，例如帶磷光背光的傳統LCD或更先jin的帶LED背光和量子點濾色片的LCD顯示器，以及OLED、QD-OLED。

Admesy的Prometheus色度計和FF Pictures的InnoPQ HDR測量系統的合作為HDR顯示計量樹立了新的標準。為了克服測量HDR電視和HDR后期制作顯示器或監視器的挑戰，FF Pictures開發了InnoPQ HDR測量系統，在傳統系統面臨限制的情況下，該系統可以自動完成復雜的測量任務。

在這種情況下，Prometheus色度計的速度、精度和多功能性已被證明在解決現代HDR技術所帶來的復雜挑戰方面具有不可估量的價值，這些挑戰包括各種復雜的相互依賴關系。隨著行業的不斷進步，像Prometheus這樣的工具將在確保視覺體驗與技術進步保持同步方面發揮至關重要的作用。

特別地，Admesy推出了全新一代Prometheus色度計 - PCM2X系列：

PCM2X-271超低亮高精度色度計特點：

• 亮度低至0.000025 cd/m²情況下可在1s內完成測量；

• Flicker亮度（X、Y和Z）高速采樣功能：內部采樣率高達60萬次/秒，提供多種采樣輸出速率功能；

• 接收角為±5°，適用于各種顯示技術；

• 強大的MCU支持所有基于FFT的閃爍計算（Fma、Jeita、用戶自定義）；

• 可通過FIR濾波器進行基于時間的Fma閃爍計算，例如變刷新率（VRR）顯示器flicker測量；

• 多功能軟件支持：Visual Studio、Labview、Matlab、Python；

• 光譜靈敏度：符合CIE 1931 2°標準觀察者；

• 附加功能：改進的濾光片、閃爍和波形測量、準直或聚焦透鏡、光纖連接能力、機械快門。

以上這些特點充分證明了為什么Prometheus色度計是HDR顯示計量領域的游戲規則改變者！

Admesy是一家專注于光測量設備的荷蘭公司，由前飛利浦工程師創立于2006年，總部位于荷蘭的Ittervoort。基于在顯示制造業的深厚和專業知識背景，Admesy公司能成為顯示測量應用領域的領xian者。該公司致力于為工業、科研和顯示領域提供高精度的光譜輻射度、色度和亮度測量解決方案，尤其在LED照明生產、顯示測量（如OLED、Mini-LED、Q-LED、Micro-LED）、顯示制造與集成等領域具有較強的影響力。

上海吳量光電設備有限公司作為荷蘭Admesy在中國地區授權的一級代理商，負責其所有產品在國內的銷售、服務，以及售后技術支持等等，昊量強大的技術支持團隊可以為客戶提供完整的設備安裝，培訓，硬件開發，軟件開發，系統集成等工作；昊量光電產品涉足領域涵蓋材料加工、光通訊、生物醫療、科學研究與國防等。近年來，我們也專注于前沿的細分市場，為量子光學、生物顯微、物聯傳感、精密加工、激光制造等領域的客戶提供系統解決方案。如有任何問題，歡迎隨時聯系我們!

參考文獻

"Utilizing advanced spatio-temporal backgrounds with dynamic test signals for high dynamic range dISPlay metrology" by Timo Kunkel and Florian Friedrich

關于昊量光電：

上海昊量光電設備有限公司是光電產品專業代理商，產品包括各類激光器、光電調制器、光學測量設備、光學元件等，涉及應用涵蓋了材料加工、光通訊、生物醫療、科學研究、國防、量子光學、生物顯微、物聯傳感、激光制造等；可為客戶提供完整的設備安裝，培訓，硬件開發，軟件開發，系統集成等服務。