什麼是成像輝度計？ 應用與特性

簡介

什麼是成像輝度計？

成像輝度計，例如 UPRtek 成像輝度計，是一種專門的光學量測裝置，結合了高解析度相機與精確的光度濾光片，用以量測整個影像的空間亮度與色彩分佈。此裝置可擷取每個像素的詳細資料，因此非常適合評估顯示器、LED 和照明系統的均勻度、亮度和色彩一致性。

成像輝度計的準確度如何？

它可同時測量多個點及整個發光面，因此適用於評估顯示器或大型照明系統的均勻度、瑕疵和色彩一致性。
透過使用分光輻射輝度計進行多點校準，成像輝度計可以解決與相機的視場有關的問題，並增強平場均勻性。

1. 什麼是成像輝度計？
2. 成像輝度計的準確度如何？
3. 成像輝度計的應用有哪些？
4. 如何使用成像輝度計？
5. 成像輝度計與分光輻射輝度計的差異是什麼？
6. UPRtek 成像輝度計的特點
7. 成像輝度計常見問答 (FAQ)
8. 成像輝度計的挑戰

成像輝度計的應用有哪些？

它可同時測量多個點及整個發光面，因此適用於評估顯示器或大型照明系統的均勻度、瑕疵和色彩一致性。 成像輝度計在測量效率和測量速度方面表現較佳。

成像輝度計廣泛應用於：

顯示器測試：

針對 LCD、OLED、miniLED 和 microLED 等技術，評估亮度、均勻度和色彩一致性。

照明系統：

評估 LED、汽車照明和數位看板的亮度與色彩分佈。

品質控制：

確保均勻性並辨識生產線上的瑕疵。

光學檢驗：

分析虛擬成像系統 (例如 AR 眼鏡) 和 microLED 顯示器等小型裝置。

車用顯示器及智慧座艙顯示：

均一性、MURA 與 Black Mura 測試，用於汽車顯示器光學量測。

成像輝度計與分光輻射輝度計的差異是什麼？

分光輻射輝度計

透過高精度的光譜分析進行單點光源測量，適用於研究與校正。

成像輝度計

可針對整個畫面進行測量，更適合用於評估均勻度、缺陷及大範圍區域，相較於單點測量更加高效。

UPRtek MA 系列成像輝度計代表最先進的成像測量技術，兼顧了速度、精確度與多功能性的平衡，適合生產線上與研究環境。

UPRtek 成像輝度計的特點

1. 先進演算法：
   透過計算方法分析光學感測數據，提供自動對焦、MURA（不均勻性）分析及待測區域（ROI）量測等功能。
2. 空間光與色彩量測：
   成像輝度計擷取影像中每個像素的資料，可詳細分析亮度、色彩均勻度和亮度分佈。
3. 高精度校準:
   這些裝置通常使用分光輻射輝度計做為校正光度濾光片的參考工具，以確保量測的準確性。 我們的演算法亦結合訊號處理技術，以提升量測精度。
4. 動態亮度範圍:
   配備中性密度 (ND) 濾光片，成像輝度計能處理從低到極高強度的各種亮度等級。 65MP規格支援最高可至 1億尼特，適用於microLED等超高亮度測量需求。
5. 快速有效的分析:
   我們開發演算法與感測技術，以提升量測速度並加快數據處理時間。 相較於其他成像輝度計，UPRtek 的成像輝度計量測時間可達 1 至 2 秒，特別適用於高產量的生產環境。

成像輝度計常見問答 (FAQ)

1. 成像輝度計可以測量哪些項目？

• 亮度（Luminance）
• 色度（色彩座標，通常以 CIE 色彩空間表示）
• 對比度
• Gamma 曲線
• 顯示器均勻度
• MURA（顯示器的不均勻現象）

2. 成像輝度計能偵測 MURA 嗎？

是的，成像輝度計常用於顯示器的 MURA 分析。 成像輝度計可識別並量化缺陷，例如暗斑、亮度不均或色彩不均勻等問題。

3. 成像輝度計可用於車用顯示器與車用照明嗎？

當然可以啊！ 成像輝度計常用於評估車輛的儀表板顯示器、HUD（抬頭顯示器）及車內環境照明。

4. 選購成像輝度計時應考量哪些因素？

• 量測精度與速度
• 感測器解析度
• 支援的顯示器類型，包括應對調光問題的能力
• 軟體功能與自動化相容性
• 成本與廠商的技術服務

成像輝度計的挑戰

成像輝度計設計上配置了相機模組與光度濾光片，用來擷取整個空間區域的亮度與色彩資料，但由於存在固有的挑戰，因此必須使用分光輻射輝度計進行校正。 以下是詳細的技術分析，說明為何此一校正是至關重要的：

1. 平場校正與均勻性

• 挑戰:
  成像輝度計可測量整個影像感測器（例如 CMOS 或 CCD 感測器）的光強度和顏色。 這些感測器表面的感光度可能不均勻，導致測量資料出現亮度和顏色梯度等不準確現象。
• 解決方案:
  使用分光輻射輝度計進行校正，可確保成像輝度計補償像素與像素之間的靈敏度差異，產生「平場」反應。 此修正可確保在整個視場 (FOV) 內進行一致的測量。

資料來源：techtarget

2. 視角依賴性與光學像差

• 挑戰：
  成像輝度計會受到視角誤差的影響，因為
  • 相機光學（鏡頭）可能會產生空間扭曲、色差和暈影效應（邊緣顯得較暗）。
  • 以斜角度進入鏡頭的光線可能無法均勻地通過濾光片和鏡頭，導致色彩和亮度不準確。
• 解決方案:
  分光輻射計可在參考角度提供精確的單點測量，通常是被測面的法線角度。 將這個角度與成像輝度計的測量結果比較後，就可以進行修正，以計算視角關係和光學失真。

3. 彩色濾光片的光譜不匹配

• 挑戰:
  成像輝度計使用 RGB 或 XYZ 濾光片來模擬人眼的反應 (CIE 1931配色函數)。 但是
  • 這些濾光片都是近似值，可能無法完全且完美地符合 CIE 配色函數。
  • 任何偏差（光譜不匹配）都有可能會在色彩量測過程中產生誤差，尤其是在量測 OLED或 microLED等光譜複雜的光源時。
• 解決方案：
  分光輻射輝度計可直接量測光源的光譜功率分佈。 此資料可用於校準成像輝度計的彩色濾光片，補償錯配的情況，並確保準確的色度值 (例如 CIE XYZ、u’v’、CCT)。

4. 時間與空間校正

• 挑戰:
  由於感測器老化、環境條件或機械因素，成像輝度計一樣會隨時間漂移。 此外，在生產過程中也可能出現空間非線性現象（例如，整個 FOV 範圍內的反應差異）。
• 解決方案：
  使用分光輻射輝度計進行定期重新校正，可確保成像輝度計仍可追溯至出廠標準，長時間保持精確度。 包含了校準亮度響應等級的線性誤差。

小結：校正對於成像輝度計的重要性

成像輝度計使用數千萬或數百萬像素的空間資料，而分光輻射輝度計擅長於高光譜保真度的單點測量。 透過參考分光輻射輝度計的資料：

• 平場校正可修正整個影像感測器的不均勻性。
• 視角校正可減少相機光學的誤差。
• 光譜校正可補償濾光片的錯配或不匹配性。
• 可追蹤性與精確度可長時間保持，確保各種應用的可靠性。

這種相輔相成的關係可讓成像輝度計提供快速、空間解析度高的量測，同時維持與常被作為標準機使用的分光輻射輝度計相關的高準確度。

結論

UPRtek 成像輝度計是一款多功能的儀器，廣泛應用於品質控制、顯示測試和生產環境。 其先進的功能使其成為需要高效率、高速評估複雜視覺及照明系統的專業人士的不二之選。 與單點測量工具不同，成像輝度計一次擷取即可分析整個表面，是高通量評估最有效的解決方案。

我們開發了自有演算法來分析從光學感測獲得的資料，它涉及訊號處理技術，以提高量測準確度。

UPRtek 成像輝度計提供多種解析度選擇，以滿足不同應用場景的量測需求，包括 MA120S/MA120C（1200 萬像素）、MA310S（3100 萬像素）及 MA650S（6500 萬像素）。 最出色的成像輝度計。

從像素到極致完美：
UPRtek 成像輝度計重新定義色彩量測

參考文獻

1. Wuyi Ming, Shengfei Zhang, Xuewen Liu, Kun Liu, Jie Yuan, Zhuobin Xie, Peiyan Sun, Xudong Guo (2021). 基於機器視覺的液晶顯示器 MURA 缺陷檢測研究（Survey of Mura Defect Detection in Liquid Crystal Displays Based on Machine Vision） 中國液晶專刊（Special Issue Liquid Crystals in China）
   https://www.mdpi.com/2073-4352/11/12/1444?utm_source=chatgpt.com
2. Rahul Awati (2022). 視場 (FOV, Field of View)
   https://www.techtarget.com/whatis/definition/field-of-view-FOV
3. Li-Te Fang,1 Hsin-Chia Chen,1 I-Chieh Yin,1 Sheng-Jyh Wang,1 Chao-Hua Wen,2 Cheng-Hang Kuo3 (2006) Automatic mura detection system for liquid crystal display panels
   1National Chiao Tung Univ. (Taiwan) / 2Taiwan TFT-LCD Association (Taiwan) / 3Industrial Technology Research Institute (Taiwan) https://opticalengineering.spiedigitallibrary.org/conference-proceedings-of-spie/6070/60700G/Automatic-mura-detection-system-for-liquid-crystal-display-panels/10.1117/12.650686.short?utm_source=chatgpt.com
4. Xie, Bin & Hu, Run & Chen, Qi & Yu, Xingjian & Wu, Dan & Wang, Kai & Luo, Xiaobing. (2015). 適用於直下式 LED 背光的亮度增強膜自適應自由曲面透鏡設計，以提升整體性能。(Design of a brightness-enhancement-film-adaptive freeform lens to enhance overall performance in direct-lit light-emitting diode backlighting.) Applied Optics. 54. 5542. 10.1364/AO.54.005542. https://www.researchgate.net/figure/Spatial-luminance-distribution-of-the-backlight-system-including-a-diffuser-sheet_fig11_279210355
5. 螢幕顯示準確影像時均勻度的重要性。(The Importance of Uniformity in Presenting Accurate Images on Screen, BenQ, 2024.)
   https://www.benq.com/en-us/knowledge-center/knowledge/screen-uniformity.html
   
6. Mark Williamson. (2018). 高精度機器視覺光學技術。
   https://www.qualitymag.com/articles/94676-optics-for-high-accuracy-machine-vision