电视健康观影系统实现方法及系统

0   引言

随着生活水平、健康意识的提升，电视机健康观影也成为人们关注的重点。为实现电视机的健康观影，市面上已有防蓝光等技术^[1]。但对人眼而言，对人们健康的影响，除了蓝光，环境光跟画面显示的舒适感也是一个重要的健康关注点。虽然电视也采用了相关技术，但应用技术主要是根据图像内容调节屏幕和图像的亮暗程度，或仅仅根据亮度做调整。而人眼的实际观影体验是与外部光线密切相关的，包括色温、亮度等影响因素^[2]。电视系统在同样的背光、图像显示设置和不同光线环境下，观影主观体验是完全不一样的^[3]。本文论述的系统从色温、亮度等环境光影响角度出发，根据外部环境亮度对自动调节电视机屏幕亮度、色温等，实现健康观影。如在较亮的光线环境下，电视可以稍微调亮一些，在较暗的光线环境下，显示器可以调整较暗些；在晚上较暖的光线环境下，显示器可以调整为较暖些，这样既带给人们一个舒适健康的观影体验，又实现了动态节能，对整个健康观影生态都有很大的作用。

图1 系统框图

1   系统方案的实现

1.1 方案设计

本文所论述的健康观影系统实现方法及系统主要包括环境光采集感应模块、电视机自动色温及亮度控制模块、电视机显示等组成^[4]。图1 所示为本系统的主要环节框图。

环境光采集感应模块使用高精度数字色温、亮度传感器采集环境中的色温、亮度信息，并将相关信息实时传输给系统的控制处理模块。电视系统中的控制模块由电视处理集成芯片完成，主要包括对环境色温、亮度分析，建立色温、亮度映射关系，根据分析结果对电视机进行自动色温、亮度控制。电视显示模块结合自动色温、亮度控制情况显示舒适的电视画面。方案重点设计内容主要包括：光感应器数据采集与处理、自动色温、亮度控制、实施效果等，具体如下：

光感应器数据采集与处理：采用特殊设计的有色玻璃组成的带通滤色器和硅光电池组成3 个三刺激值探测器，针对不同光源的不同光谱分布采用不同波段的带通滤色器，以光电积分的方法实现对颜色（红、绿、蓝）的测量，以实现对不同光源的数据采集，如图2 所示，最终采集到红、绿、蓝的数据。

图2 数据图

色温数据：如下公式，获取的色温值为：T_IN = T₁×[B_E/（R_E+G_E）]a，其中，RE、GE、BE 为传感器采集到的经光电积分后得到的数据；T1 为基准调试色温，a 幂指数增益系数，根据传感器中滤色器所用材料的不同基准色温T1 和a 可实际调试。

照度数据：由于(λ ) 与光谱光视效率相一致，因此照度Lx = β ∗(λ )，β 为亮度增益系数，具体值可根据实际滤镜调整。

自动色温、亮度控制：得到外部环境的亮度和色温值后，控制器模块根据环境的色温和亮度值控制显示器具体的亮度和色温值，使之总体效果表现为当观看环境较暗时，自动降低显示器的亮度，并调节为暖色色温，避免太过刺眼，当为明亮冷色灯光时，显示器的亮度和色温也相应调整。

1.2 应用实例^[5]

如图3、图4 分别为亮度映射曲线和色温映射曲线，当前显示器的亮度为L，色温为Tout；把显示器的亮度显示L 分为最高（L_max）、高（L_max ～ L_H）、中（L_H ～ L_M）、低（L_M ～ L_min）、最低（L_min）共5 段。色温也分为5 段：最大色温（T_{out_max}）、冷色（T_{out_max} ～ T_{out_cool}）、标准（T_{out_cool} ～ T_{out_stand}）、暖色（T_{out_ stand} ～ T_{out_min}）、最小色温（T_{out_min}）。

环境测量数据为：照度为L_x，色温为T_IN。相应的环境亮度也最亮（＞ L_{x_max}），还有明亮（L_{x_max} ～ L_{x_H}）、中（L_{x_H} ～ L_{x_M}）、低（L_{x_M} ～ L_{x_min}）、最暗（<L_{x_min}）共5 段。色温也分为5 段：最冷色温（＞ T_{IN_max}）、冷色（T_{IN_max} ～ T_{IN_cool}）、标准（T_{IN_ cool} ～ T_{IN_stand}）、暖色（T_{IN_stand} ～ T_{IN_min}）、最小色温（＜ T_{IN_min}）

图3 亮度映射曲线图

图4 色温映射曲线图

●   色温设定

当环境色温T_IN ≤ T_{IN_min} 时，显示器色温设定为；

T_out= T_{out_min}；

当环境色温为T_{IN_min} ≤ T_IN ≤ T_{IN_stand} 时，显示器色温设定为；

T_out = T_{out_min} +（T_{out_stand}- T_{out_min}）×（T_IN - T_{IN_min}）/（T_{IN_stand}- T_{IN_min}）；

当环境色温为T_{IN_stand} ≤ T_IN ≤ T_{IN_cool} 时，显示器色温设定为；

T_out= T_{out_stand}+（T_{out_cool} - T_{out_stand}）×（T_IN - T_{IN_stand}）/T_{IN_cool} - T_{IN_stand}）；

当环境色温为T_{IN_cool} ≤ T_IN ≤ T_{IN_max} 时，显示器色温设定为；

T_out= T_{out_cool} +（T_{out_max}- T_{out_cool}）×（T_IN - T_{IN_cool}）/（TIN_max- TIN _cool）；

当照度为TIN ≥ TIN_max 时，显示器亮度设定为；

Tout= Tout_max

● 亮度设定

当照度Lx ≤ Lx_min 时，显示器亮度设定为；

L = Lmin；

当照度为Lx_min ≤ Lx ≤ Lx_M 时，显示器亮度设定为；

L = Lmin+（LM-Lmin）×（Lx-Lx_min）/（Lx_M-Lx_min）；

当照度为Lx_M ≤ Lx ≤ Lx_H 时，显示器亮度设定为；

L = LM+（LH-LM）×（Lx-Lx_M）/（Lx_H-Lx_M）；

当照度为Lx_H ≤ Lx ≤ Lx_max 时，显示器亮度设定为；

L = LH+（Lmax-LH）×（Lx-Lx_H）/（Lx_max-Lx_H）；

当照度为Lx ≥ Lx_max 时，显示器亮度设定为；

L = L_max

显示效果：白天亮度较高时，图像亮度和色温值相应也会较高，整体感觉较亮丽；晚上家居为暖色灯光时，环境亮度较低，色温较暖，图像色温也会相应地调节为较暖，图像亮度也会降低，如图5 所示。这样，随着观看环境的不同，整体显示效果符合人眼健康。

图5 显示效果图

2   结束语

通过本文方案的实施，可使得电视机根据环境的亮度和色温自动调节显示器的亮度和色温，使观影效果最为健康舒适，解决了固定显示设定观看，随着环境变化而造成观看不适的问题。

参考文献：

[1] 杨远礼.可调光调色LED灯具蓝光危害的测量与分析[J].照明工程学报,2021(2):75-79.

[2] 李昌禄.提高HDR显示器观看效果的环境光发生器:中国,CN109448664A[P],2019.

[3] 满志金.液晶电视的显示原理及技术特点[J].中国新通信,2017(19):147-148.

[4] 余明火,侯亚荣,王德闯.一种调整显示参数的方法和计算机设备:中国,202010490358.2[P].2020.

[5] 全晓荣,朱健文,洪文生,等.一种调整显示器的图像的方法、显示器及存储介质:中国,202010255820.0[P].2020.

（本文来源于《电子产品世界》杂志2021年12月期）