显示特性（共5篇）
显示特性 篇1
引言
现代战争对战机的要求越来越高,不仅要保证机载武器性能强大,机动性好,攻击性强,还要有全天候作战的能力,并且夜战作战的水平和质量不亚于白天作战。随着夜视成像技术的发展,许多夜视设备将大量装备军队。目前,夜战能力成为夺取战争胜利的关键因素之一。所以,许多国家在飞机夜视成像系统的改进上花了很大的人力、物力和财力,以解决技术层面的短板。
显示器件作为飞机航电系统的终端显示设备,也要符合夜视兼容要求。但是,OLED显示技术作为未来新一代显示技术,某些产品已经陆续装备在军队上,但仍然没有很好的夜视问题解决方案。基于此,文章提出一种可行的夜视兼容解决方案。
1 夜视兼容原理
飞机在夜间航行时,飞行员需要佩戴微光夜视仪,来执行飞行、侦查等任务,将夜视兼容技术应用在飞机照明系统中,就可以防止照明系统发射出来的光和能量干扰微光夜视仪。一般情况下,微光夜视仪的工作光谱范围在630~940nm。传统光源均会发出该光谱范围的光,它们在红外和近红外区域有较高光谱能量辐射,而这个区域正好是夜视仪的光谱响应区域。所以,当飞行员佩戴上夜视仪后,这些高光谱能量辐射将对夜视仪产生较大的干扰,使其无法接收和识别机外景物的微光,使飞行员观察不到机外目标,导致飞行员视野不清和眩晕,造成飞行危险,无法满足夜间作战和飞行要求。研究并提升夜视兼容技术,可使光谱能量辐射区域与夜视仪的光谱能量响应区域不重叠,微光夜视仪就可以正常工作,飞机在夜间作战能力得以保证,不再受夜间环境的限制,为飞行员顺利完成任务提供有力的保障。
目前,航空夜视镜在国外军事航空领域应用广泛,并表现出明显优势。首先,佩带夜视镜可赢得有效的夜战时间;其次,有助于确立夜战的军事地位;第三,夜视镜等夜视装备与武器装备相结合,能够提高武器效能。
夜视成像系统(NVIS)即一种利用图像增强管产生增强景象图像的系统,它应用于夜间光线极弱以至于用目视无法正常导航和飞行的条件下。衡量一个发光体是否满足夜视兼容性的两个主要指标是NVIS的辐亮度(NR)和色度,其标准可参照GJB1394-92《与夜视成像系统兼容的飞机内部照明》。在该国军标中,与NVIS兼容的飞机内部照明的分类如表1所示[1]。
根据GJB1394-92,目前,OLED显示器件应用基本上归类为Ⅱ型B类照明,NVIS辐亮度要求、色度要求如表2、表3所示,响应函数曲线如图1所示。
2 AMOLED显示器件特性分析
OLED即有机发光二极管,是电流驱动的一种固态光源。根据驱动方式不同,OLED可以分为无源矩阵驱动(PMOLED)和有源矩阵驱动(AMOLED)。PMOLED因其成本低,工艺简单,主要用在如MP3手机等小尺寸显示屏、低附加值的产品中。AMOLED制作工艺则相对复杂,开口率低、成本高,但具有不串线、高亮度、低功耗、高像素等优势,适合制作大中尺寸显示器,主要用于高附加值电子产品的显示屏,是目前主要的发展方向。
由于AMOLED的各项指标特性都优于无源驱动的OLED,因此AMOLED显示器件必将越来越多地应用在军事领域的终端显示产品中。
2.1 AMOLED显示器件的光谱特性分析
采用分光光谱仪对某尺寸AMOLED显示器件的R、G、B、W各纯色场波长从380~930nm的光谱进行测试。测试数据曲线图如图2所示。
根据图2分析,AMOLED显示器件在红光光谱的半高宽为40nm,主波长为620nm,在650~700nm近红外部分的分量较大。在该波长范围内与B类设备NVIS相对光谱响应曲线(650~930nm)的交叠区域较大,不易实现夜视兼容。
2.2 AMOLED器件辐亮度、色度特性分析
根据夜视兼容理论,用白光光谱与夜视响应函数乘积,可得出夜视辐亮度曲线,曲线如下图3所示。
如图3所示,红色曲线为白场的辐亮度曲线,从630nm处开始,光谱辐亮度明显增大,660nm处达到最大,为2.3×10-8W/cm2·sr·nm。根据GJB1394-92,NVIS Class II型B类夜视标准要求NRb<2.2×10-9W/cm2·sr·nm。在夜视兼容模式下,AMOLED显示器件显示彩色画面,夜视辐亮度无法满足要求。
3 AMOLED显示产品测试分析
3.1 辐亮度特性分析
以11cm的AMOLED显示器件为例,针对AMOLED显示器件制成的显示产品,测试了其在不同亮度下的夜视辐亮度值[2]。其测试数据如表4所示。
由表4所示,随着亮度降低,绿场、白场的夜视辐亮度值都在上升。当白场亮度大于1.92cd/m2时,绿场亮度小于1×10-8W/cm2·sr·nm。参照GJB1394-92要求,满足对于彩色显示器最大夜视辐亮度的要求。当亮度继续减小时,夜视辐亮度值继续增大,无法满足要求。
3.2 色度特性分析
对11cm的AMOLED显示产品进行白场色偏测试,其测试数据见表5所示。
由表5所示,11cm的AMOLED显示产品的色坐标随着视角变化较大。同时,随着亮度的变化,同一视角下的色坐标也存在漂移现象。
导致AMOLED显示器件色坐标变化的可能原因有两个:第一,AMOLED屏红、绿、蓝三色子像素发出的光谱发生了变化。原因在于由于11cm AMOLED显示产品绿色像素发出的光谱峰值波长正常应为517nm,若波长变小,则颜色发青,若波长变大,则颜色变黄。第二,红、绿、蓝三色子像素发出的光谱没有变化,但是各自发出的光通量发生了相对变化。因此,测试AMOLED显示产品在不同视角下的色坐标和光谱,以及不同亮度下的色坐标和光谱,可用于研究色坐标随视角及亮度的变化情况。
4 AMOLED显示器件夜视解决方案
因此,归纳目前可实现OLED显示介质满足夜视兼容要求的手段,主要有以下四种。
第一,传统的加固型液晶显示模块。这种模块可以通过改变夜视状态下的发光源,将普通白色LED光源改变为可以满足NVIS的LED光源,通过两种状态LED光源的切换,实现夜视兼容[3]。由于AMOLED显示器件为有机材料主动发光器件,目前受技术和成本因素的制约,调整AMOLED显示器件的发光材料特性,可行性较小。
第二,通过加固型AMOLED前端贴膜方式。目前美国公司生产的夜视膜可贴敷在显示产品的前端,使其满足夜视指标要求,但透过率小于50%;国内也在研制同类型产品,但目前尺寸较小,只能贴敷在按键导光板上,没有大尺寸货架产品。
第三,通过对前端滤光片进行处理,采用吸收型滤光片,对红色波段光谱进行强制吸收,使之能满足夜视兼容要求,但红光光谱650~700nm吸收较大,对色坐标影响较大,容易造成夜视状态下颜色偏色严重。
第四,在夜视兼容模式下采用AMOLED显示器件,可以显示绿色画面,夜视辐亮度可以满足指标要求。“图像信息”的载体是亮度可控的像素点阵。一个像素由RGB三个子像素组成,通过独立寻址,控制RGB子像素,从而实现图像显示。
具体操作方式是在夜视兼容模式下,关闭红、蓝信号通道,图像画面显示为绿色信息,即关闭R、B像素,控制G像素。此方案是目前较为可行的方案,当然,这种方法在一定程度上会影响人眼视觉特性,但不影响信息显示内容。
综上所述,采用第四种方案是实现夜视兼容可行而简单的方案。但是,关闭红、蓝信号通道会对图像显示质量产生何种影响,需要进一步讨论。
5 结论
针对用于军用机载显示的AMOLED显示器件,分析其夜视兼容的若干手段,并测试了某尺寸系列的AMOLED显示器件的辐亮度特性和色度特性。通过理论分析和实测数据,得出AMOLED显示器件实现夜视兼容的解决方案,即选择关闭红、蓝信号通道,显示画面为绿色信息,可较为简便的实现AMOLED显示器件的夜视兼容。试验证明,采用夜视仪进行观察,由于夜视仪视野的背景色为绿色,响应波段为650~930nm不可见光部分,不会造成人眼误读、误判信息,此方案具有一定的实用价值。
参考文献
[1]国防科工委军标出版发行部.GJB1394—1992与夜视成像系统兼容的飞机内部照明[S].北京:国防科工委军标出版发行部,2003.
[2]CHI MEI EL COPORATION.P0430WQLC-TProduct Specification[M].CHINA:CHI MEI EL COPORATION,2009.
[3]总装备部军标出版发行部.GJB8123-2013有机发光二极管显示器通用规范[S].北京:总装备部军标出版发行部.2013.
[4]金诗玮,赵小珍,刘波,等.液晶显示器NVIS的高亮LED背光源研究[J].光电子技术,2014,34(3):172-175
超声波检测中缺陷显示特性的概述 篇2
在一次对于直径2000mm, 厚度为45mm压力容器封头环缝焊缝超声检测时, (V型坡口) 焊接工艺为氩弧焊打底, 埋弧自动焊填充。发现反射波幅高, 并且显示深度在42mm左右, 当探头沿焊缝平行移动时, 在较大范围内, 连续出现缺陷波且在荧光屏的同一位置上, 且幅度变化不大。探头沿焊缝垂直移动时, 缺陷波消失比较慢, 探头做环绕移动时, 缺陷波小幅度的降低。通过人孔进入设备后, 发现内壁一圈为未焊透情况。未焊透缺陷反射波形尖锐, 波幅也较高, 探头平行移动时, 波形虽变化不敏感, 在焊道两侧检测时都能检测到类似的反射波。此缺陷降低焊接部位的机械性能, 在未焊透处的缺口处造成应力集中的情况, 当容器投产使用后会有引发裂纹的风险, 是具有危险性质的严重缺陷。
防止措施有:合理设计焊接坡口的角度和尺寸、装配组对间隙、采用合理的焊接工艺等。
2 裂纹
在检测壁厚为40mm、直径1400mm、材质Q345R、筒体纵缝时, 发现有缺陷波形明显、尖锐、波峰陡峭。探头平行移动时, 波形在波峰高度和水平定位距离有变化, 探头移动到较长距离后, 才逐渐减幅, 直至消失。在零下的环境, 进行厚壁压力容器自动焊焊接, 若不按照焊接工艺要求, 进行焊前预热, 焊后保温工作, 易产生冷裂纹缺陷。分析裂纹缺陷:回波的高度明显, 波幅较宽, 有时会出现多个波幅, 超声波探头在做平行移时, 反射波会持续产生波幅起伏, 超声探头旋转时, 波峰有上下跳动情况。常见的裂纹分为:热裂纹、冷裂纹和再热裂纹三种。
热裂纹防控措施:控制母材及焊材中容易偏析的关键元素及危害性大的杂质的含量, 主要控制硫含量、镍元素, 提高锰含量;提高焊条或焊剂中的碱性, 以降低杂质含量, 改善偏析的情况;完善焊接的结构形式, 调整合理的焊接顺序, 控制好焊缝过程中, 收缩的自由度。
冷裂纹防控措施:焊接之前应控制预热温度, 焊后应做保温工作, 延迟降温。使热影响区有充足的温度, 进行奥氏体的消除, 从而规避淬硬组织的形成, 并且能消除焊接应力的影响。
再热裂纹防控措施:严格遵守焊接工艺规程。一般采用较小的线能量, 有利于焊接组织结晶, 并且减小回火脆化倾向。对于复合钢板焊接, 应该在板材的基层和复合层开不同角度坡口, 不同层次焊接工艺严格控制, 并且先对基层进行无损检测, 确保无超标缺陷, 避免返修。对于过渡层应优化焊接工艺, 控制由于渗透和稀释所导致的合金元素碳含量的上升或者铬、镍等元素的下降。做好焊前预热、焊后热处理的工作。
3 未熔合
在超声检测压力容器环焊缝时, 发现在焊缝与母材熔合处, 有起波尖锐, 波幅度高, 在焊缝单面双侧检测时, 显示两侧波幅高度有差异。经过返修发现为坡口未熔合缺陷。分析未熔合缺陷:探头沿焊道移动时, 回波的形状比较相似, 在焊道两侧检测时, 回波高度不一致, 在一侧检测反应敏感。其产生的原因:坡口清理不到位, 焊接速度过快。电流不稳定, 过小或过大, 焊接的角度不对, 电弧偏吹等。
防控措施:按制造工艺加工合理的坡口, 准确的控制电流、焊接速度等工艺参数。正确操作防止焊偏等现象。
4 气孔
在超声检测压力容器焊缝时, 经常会发现有缺陷波形敏锐、凸显、波形单一。当探头绕缺陷移动时, 缺陷波依然存在。当超声波探头沿焊缝水平转动时, 单个气孔缺陷波会消失, 连续气孔则会产生持续的缺陷波显示, 密集气孔则会出现多个此起彼落的缺陷波。当探头垂直焊缝移动时, 除针状气孔外, 缺陷波均很快消失。分析气孔缺陷:单个气孔回波高度低, 波形为单缝, 较稳定。从各个方向探测, 反射波大体相同, 但稍一动探头就消失, 密集气孔会出现一簇反射波, 波高随气孔大小而不同, 当探头作定点转动时, 会出现此起彼落的现象。
防控措施有:杜绝药皮开裂、剥落、变质及焊芯锈蚀的焊条, 有锈的焊丝需除锈后才能使用。所用焊接材料应按规定温度烘干, 坡口及其两侧清理干净, 并要选用合适的焊接电流、电弧电压和焊接速度等。
5 夹渣
反波信号多呈锯齿状连续波幅, 最高峰边缘上有小峰, 当平行移动探头时, 反射波会有变动, 从焊道两侧检测, 反射波幅不相同, 但是缺陷定位一致。经过返修后会看到是夹渣缺陷。分析夹渣缺陷:夹渣多为非金属杂质, 如熔渣。有线状连续、独立的、成簇的形状等。在相同条件下探测时, 其缺陷波幅比气孔、未焊透、裂纹、未熔合回波低、波型也相对较宽。探头平行移动时, 条状夹渣的回波具有连续性, 当近似树叉的形状时, 可判断疑似成堆或簇的缺陷群。探头做环绕移动时, 条状夹渣缺陷波会比较快消失, 但对于体积大的夹渣在较大的范围内都有缺陷波。在不同位置检测时, 呈现不同形状的回波, 这类缺陷产生的原因有:焊接电流过小, 速度过快, 焊接角度不合理等因素, 熔渣返出不及时, 焊接过程中对各层焊缝及边缘处清理不彻底, 对于焊材选择的化学成分不正确, 如含硫、磷较多等。
防控措施有:正确选用焊接电流, 合理选择运条角度, 焊接速度等。焊接件的坡口角度选择合理, 焊前坡口应清理干净。
摘要：在对于超声波检测压力容器焊缝过程中, 通过研究, 发现危害性缺陷的特征及仪器 (脉冲式超声仪器) 波形的特征形式, 由此对于缺陷的产生及预防的相关措施进行了概述。
显示特性 篇3
人眼是一个十分复杂的智能光学系统,人类接受自然界信息的70%来自于眼睛。现代光学与光电成像技术的研究中,为了研究与人眼视觉系统特性相匹配的光学仪器和图像技术,以得到好的观察效果,国内外对人眼视觉特性做了大量的研究[1,2,3,4,5,6,7,8]。
人眼的视觉特性包括许多方面,如非线性、对比度敏感、多通道结构、掩盖效应等,其中人眼对比度敏感视觉特性因其广泛的应用已成为近些年研究的热点[4,5,6]。人眼对比度敏感视觉特性一般用对比度敏感函数(Contrast Sensitivity Function,CSF)来进行描述,CSF是通过拟合测量不同空间频率的人眼对比度敏感阈值数据获得的反映二者之间函数关系的数学表达式;而人眼对比度敏感阈值到目前为止无法用仪器直接测量,一般根据人眼的生理与心理学特征用人眼光学调制度传递阈值即目标刚能为人眼觉察时所需要的最低调制度的倒数来定量表示[1,2,8,9],人眼光学调制度传递阈值在眼视觉光学中又称作人眼对比度觉察阈值,其数据的测量是一个生理和心理物理实验过程,测量的精确程度受到实验环境、显示仪器、观察者等许多外在条件的影响。自20世纪30年代,国外对其做了大量的研究,得出了一些CSF数学模型,但是其数据和模型只适合欧洲人的人眼特性,根本没有符合亚洲人或中国人的人眼视觉特性的数据和数学模型,而且在基于人眼视觉特性的图像处理技术中,常用的人眼视觉特性数学模型一般采用国外的拟合结果。在我国,1984年中国科学院心理研究所的邓述移等人用自制的三变仪显示目标光栅测量了8位青年的人眼亮度对比度觉察阈值,研究了人眼亮度的传递特性[8]。近些年,浙江大学的徐海松教授和北京理工大学的廖宁放教授等人做了一些研究,给出了相关的报告[10,11,12,13]。但是,以上的测量实验系统比较复杂且光栅的亮度不易控制,并且实验结果是在相同观察距离下的人眼视觉特性。随着多媒体和数字技术的发展,信息主要依赖于显示器来呈现,基于显示器的图像技术有着更广泛的应用,且在实验中用显示器显示的光栅的亮度和对比度较易控制,所以,显示器亮度范围和色度特性下的人眼CSF有重要的应用价值[10,11,12,13,14,15]。本文根据阴极射线管(CRT)显示器的显示亮度和色度的稳定性,通过CRT显示器显示不同空间频率的目标光栅,研究了观察者在不同距离观察时的人眼视觉特性。
1 实验设计与实施
1.1 实验装置及条件
实验采用21 in Sony-G520型阴极射线管显示器来显示光栅,显示器配备10 bit的Matrox Millennium P650型数字彩色图像采集卡,亮度可调节范围为0(176.8 cd/m2);色度计采用美国X-Rite公司生产的Color Monitor optimizer屏幕色度计;亮度计采用北京师范大学光电仪器厂生产的ST-86LA型亮度计,可测量范围为0.01～19 990 cd/m2。
显示器显示的光栅是明暗相间的矩形竖条纹光栅,光栅图片大小为8.5 cm×8.5 cm,光栅条纹的平均亮度为60 cd/m2;观察距离取值为0.5 m,1 m,2 m,4 m,依据观测距离的取值,条纹的空间频率取值为2.2 c/d(周/度),5.5 c/d,11.1 c/d;显示器显示条纹的背景为灰背景,其色品坐标接近于D65,即x=0.313 3,y=0.330 1,Y=27.6 cd/m2。实验室环境里,墙壁是标准灰的暗室, 只有显示器屏幕产生的亮度。测试者是4名男性和4名女性在校学生,年龄在20～30之间,视力正常或经过校正后均在1.2以上。
1.2 对比度定义
在光学中,明暗光栅的对比度一般采用Michelson提出的对比度定义,若取
1.3 光栅制作方法
用CRT显示器显示目标光栅来测量人眼CSF最大的困难是如何精确控制和实现光栅的对比度,为了解决这个问题,首先通过大量的实验获得显示器的亮度和色度的稳定性,稳定性结果如表1所示。数据表明:1) 显示器每次开机大约2 h后基本稳定,亮度变化非常小,变化的平均最大离均偏差为0.17 cd/m2,相对于稳定后的亮度百分误差只有0.17%,这样小的误差对于对比度的影响非常小,可以忽略;2) 显示器在不同的时间(不同天)开机,只要显示器设置一样,开机稳定后,在短期内,亮度在不同时间的大小变化非常小,平均最大离均偏差为0.48 cd/m2,而且,在不同时间开机,整个光栅的明暗条纹的亮度变化是同步的,则明暗条纹的亮度差值基本不变。若亮度差值基本不变,且平均亮度变化非常小,则对光栅的对比度影响就非常小。
基于显示器显示亮度的稳定性特征,光栅制作的方法如下:1) 首先确定需要的光栅的平均亮度
由于不同的观察距离,光栅的频率、观察视角和光栅明暗条纹像素的个数w不相同,根据上面的方法,则观测距离L、空间频率f和光栅明暗条纹像素个数w之间的关系如表2所示。
1.4 阈值确定
在实验中,主要是采取以观察者的觉察为主,其确定阈值的方法和过程为:显示屏上每次显示的光栅包括4幅对比度依次减小的图片,每次显示光栅时人眼可对比觉察,找出其中最难分辨的图片,如果4幅图片均能较好地分辨,则再显示对比度均小一级的光栅,再让人眼觉察分辨,再找出其中最难分辨的图片,依次进行,直到人眼刚好能分辨而又分辨不清楚时,则这时人眼觉察的图片的对比度即为人眼对比度觉察阈值,则人眼对比度觉察阈值的倒数即为人眼对比度敏感阈值。实验中由于观察者的主观因素非常大,为了尽量降低主观因素的影响,实验每次针对同一观察者重复测量3次和在不同的日期重复测量3次,最后求得的平均值作为人眼对比度觉察阈值。
2 实验结果
通过对8位校正视力1.2以上、年龄在20～30岁的在校学生的实验测量,实验结果如图1所示。图1表明:1) 对于每个空间频率,随着观察距离的增加,人眼敏感程度的趋势是先增加后减小,而且增加的变化趋势比较快,表明人眼肯定有一个最佳观察距离,而且对不同空间频率的事物,最佳观察距离不同。采用最小二乘法对数据进行拟合,拟合结果如图2所示,可得3种空间频率的最佳观察距离分别为51.5 cm,103 cm,209 cm,表明最佳观察距离随着空间频率的增加而增加;2) 对于每一个空间频率,不同的观察者在最佳观察距离时的觉察结果波动较大,在最佳观察距离前后,随着距离最佳距离越远,波动幅度逐渐减小,表明在最佳观察距离时人眼视觉最敏感;3) 在0.5 m处观察时,人眼对不同频率的事物敏感程度明显不同,相差较大,随着距离的增加,人眼对不同频率的敏感程度趋近。表明人眼在观察较近的事物时,人眼对不同大小的事物敏感程度明显不同,适应性较差。在观察距离较远时,人眼对事物的分辨能力趋近相同;4) 在中频区域和观察距离为1 m和2 m时,人眼的敏感阈值非常趋近。
3 讨论
人眼是一个十分复杂的光学系统,为了在现代光学仪器和图像技术中结合人眼视觉特性,国内外做了大量的研究,其中研究不同距离的人眼视觉特性的到目前为止只有Peli在2001年为了研究图像识别时对实验结果作了部分的说明,结果如图3所示[1]。Peli的研究结果表明:1) CSF敏感曲线是由不同观察距离觉察阈值共同组合而成的,在频率较低时,观察者的观察距离为0.5 m;在中间频率,观察距离为1 m和2 m;在高频区域,观察距离为4 m和8 m;2) Peli认为生活中观察物体时一般2 m是最佳观察距离,所以对其觉察敏感数据进行了插值和拟合,如图3中的虚线所示;3) 在中频和观察距离为1 m和2 m时,人眼的敏感阈值几乎相等。
对比分析本实验结果和Peli的实验结果可得:1) 两实验的结果和人眼对比度敏感阈值都非常相似:Peli采取CSF是由不同观察距离觉察阈值共同组合形成,其本身说明人眼对不同频率的观察目标,最佳观察效果所对应的观察距离不同。观察距离为1 m和2 m时对于中频的观察目标,无论是人眼的敏感阈值还是变化规律都基本相同。2) 在眼视觉信息处理中,由于人眼生理物理特征数据无法直接测量,均是采用心理物理学来确定阈值,则实验者越多,数据越具有代表性。Peli的实验只对两个观察者进行实验,认为其结果能反映一部分规律,但其代表性不够。本实验是对8位在校学生进行的实验结果,其实验结果有一定的代表性。3) 实验环境、显示仪器、观察者等均对人眼视觉的生理物理实验测量结果有很大影响,由于Peli是为了研究图像识别,所以在其报道中没有给出任何研究人眼视觉特性的外在条件;本实验结果是用CRT显示器显示目标光栅,在暗环境条件下测量的结果,充分考虑了测量人眼视觉特性的外在条件的影响。
4 结论
根据10 bit的CRT显示器的显色特性及色度和亮度的稳定性特征,提出了一种精确控制CRT显示器显示光栅图片亮度和色度的方法,利用该方法制作了大量的不同空间频率和对比度值的亮度光栅,通过CRT显示器显示目标光栅,对站在0.5 cm,1 m,2 m,4 m观测距离的8名观察者进行实验,实验结果表明:随着观察距离的增加,人眼对比度敏感感知能力先增加后减小;不同空间频率的观察目标,人眼最佳观测距离各不相同,并且人眼在最佳观测距离处觉察时,不同的人眼对比度敏感程度有较大不同。实验结果与Peli的研究成果进行了对比,两者的结果基本相似,但由于Peli的实验的研究对象只有2名,本实验是对8名观察者进行了实验,本实验的数据更具有代表性。
人眼视觉特性的研究是近些年研究的热点,但由于其存在生理和心理视觉等多方面的因素,其研究是非常复杂的,到目前为止,相关内容的报道均只存在于生理视觉特性上,心理视觉方面的研究还没有完整的、详细的相关报道。但是随着工业技术的发展,其研究必将具有重大的理论和应用价值。
显示特性 篇4
在一次对于直径2000mm, 厚度为45mm压力容器封头环缝焊缝超声检测时, (V型坡口) 焊接工艺为氩弧焊打底, 埋弧自动焊填充。发现反射波幅高, 并且显示深度在42mm左右, 当探头沿焊缝平行移动时, 在较大范围内, 连续出现缺陷波且在荧光屏的同一位置上, 且幅度变化不大。探头沿焊缝垂直移动时, 缺陷波消失比较慢, 探头做环绕移动时, 缺陷波小幅度的降低。通过人孔进入设备后, 发现内壁一圈为未焊透情况。反射波表现为尖锐型, 在探头平行移动时, 波形不敏感, 波幅度比较高, 在焊道两边可以检测到类似情况。此缺陷降低焊接部位的机械性能, 在未焊透处的缺口处造成应力集中的情况, 当容器投产使用后会有引发裂纹的风险, 是具有危险性质的严重缺陷。预防措施为 (1) 优化合理焊接工艺; (2) 合理装配组对间隙, 确定焊接坡口的尺寸和角度。
2 裂纹
在检测壁厚为40mm、直径1400mm、材质Q345R、筒体纵缝时, 发现有缺陷波形明显、尖锐、波峰陡峭。探头平行移动时, 波形在波峰高度和水平定位距离有变化, 探头移动到较长距离后, 才逐渐减幅, 直至消失。在零下的环境, 进行厚壁压力容器自动焊焊接, 若不按照焊接工艺要求, 进行焊前预热, 焊后保温工作, 易产生冷裂纹缺陷。分析裂纹缺陷:回波的高度明显, 波幅较宽, 有时会出现多个波幅, 超声波探头在做平行移时, 反射波会持续产生波幅起伏, 超声探头旋转时, 波峰有上下跳动情况。常见的裂纹分为:热裂纹、冷裂纹和再热裂纹三种。 (1) 热裂纹预防措施:控制焊接材料中如硫含量、镍元素等等危害较大的杂质和容易偏析的关键元素, 提高锰元素的含量, 提高焊剂或焊条中的碱性, 通过降低有害杂质的含量来改变偏析状况, 通过调整焊接顺序, 调整焊接结构, 控制好焊接中的收缩自由度预防热裂纹的产生; (2) 冷裂纹预防措施:实施焊接前必须控制好预热温度, 焊接后加强保温, 避免温度下降过快, 通过保留影响区足够的温度, 消除奥氏体避免形成淬硬组织, 并且能消除焊接应力的影响; (3) 再热裂纹预防措施:严格按照焊接工艺规程操作。一般采用较小的线能量, 有利于焊接组织结晶, 并且减小回火脆化倾向。对于复合钢板焊接, 应该在板材的基层和复合层开不同角度坡口, 不同层次焊接工艺严格控制, 并且先对基层进行无损检测, 确保无超标缺陷, 避免返修。对于过渡层应优化焊接工艺, 控制由于渗透和稀释所导致的合金元素碳含量的上升或者铬、镍等元素的下降。做好焊前预热、焊后热处理的工作。
3 未熔合
在超声检测压力容器环焊缝时, 发现在焊缝与母材熔合处, 有起波尖锐, 波幅度高, 在焊缝单面双侧检测时, 显示两侧波幅高度有差异。经过返修发现为坡口未熔合缺陷。分析未熔合缺陷:探头沿焊道移动时, 回波的形状比较相似, 在焊道两侧检测时, 回波高度不一致, 在一侧检测反应敏感。其产生的原因:坡口清理不到位, 焊接速度过快。电流不稳定, 过小或过大, 焊接的角度不对, 电弧偏吹等。防控措施:按制造工艺加工合理的坡口, 准确的控制电流、焊接速度等工艺参数。正确操作防止焊偏等现象。
4 气孔
在超声检测压力容器焊缝时, 经常会发现有缺陷波形敏锐、凸显、波形单一。当探头绕缺陷移动时, 缺陷波依然存在。当超声波探头沿焊缝水平转动时, 单个气孔缺陷波会消失, 连续气孔则会产生持续的缺陷波显示, 密集气孔则会出现多个此起彼落的缺陷波。当探头垂直焊缝移动时, 除针状气孔外, 缺陷波均很快消失。分析产生气孔缺陷的原因有 (1) 气孔波形为单缝状, 稳定性好, 单个气孔的回波高度幅度小; (2) 从多个方向探测可以知道, 虽然反射波大体形状相当, 但是探头稍微以活动, 反射波就会消失, 密集气孔会出现一簇反射波, 波高随气孔大小而不同, 当探头作定点转动时, 会出现此起彼落的现象。防控措施有:杜绝药皮开裂、剥落、变质及焊芯锈蚀的焊条, 有锈的焊丝需除锈后才能使用。所用焊接材料应按规定温度烘干, 坡口及其两侧清理干净, 并要选用合适的焊接电流、电弧电压和焊接速度等。
5 夹渣
反波信号一般呈锯齿状连续波幅, 最高峰边缘上有小峰, 当平行移动探头时, 反射波会有出现变动, 从焊道两侧检测, 反射波幅出现不相同, 但是缺陷定位一致。经过返修后会看到是夹渣缺陷。分析夹渣缺陷原因:夹渣多为非金属杂质, 如熔渣。有线状连续、独立的、成簇的形状等。在相同条件下探测时, 其缺陷波幅比气孔、未焊透、裂纹、未焊透回波低、波型也相对较宽。探头平行移动时, 条状夹渣的回波具有连续性, 当近似树叉的形状时, 可判断疑似成堆或簇的缺陷群。探头做环绕移动时, 条状夹渣缺陷波会比较快消失, 但对于体积大的夹渣在较大的范围内都有缺陷波。在不同位置检测时, 呈现不同形状的回波, 这类缺陷产生的原因有:焊接电流过小, 速度过快, 焊接角度不合理等因素, 熔渣返出不及时, 焊接过程中对各层焊缝及边缘处清理不彻底, 对于焊材选择的化学成分不正确, 如含硫、磷较多等。防控措施有:正确选用焊接电流, 合理选择运条角度, 焊接速度等。焊接件的坡口角度选择合理, 焊前坡口应清理干净。
参考文献
[1]李广波.全自动超声波检测应用于西部管道施工[J].油气田地面工程, 2010 (08) .
[2]于喜元, 楼俊君, 杨平.管道超声波检测器的应用与发展趋势[J].油气储运, 2003 (04) .
多元色液晶电视显示器色重显特性 篇5
目前扩展平板显示器颜色重显范围有两类方法:将三基色色度坐标向谱色延拓和采用多元色显示屏。
向谱色延拓基色色度坐标意味着使基色更纯,即其光谱分布更窄。对LCD显示屏,可通过改善冷阴极荧光灯(CCFL)背光源光谱分布,采用发光二极管(LED)背光源,使用色纯度更高的滤色膜等实现。对PDP显示屏,可使用色纯度更高的荧光粉。改善CCFL光谱分布或采用LED背光源是扩大重显色域、提高光源利用率行之有效的方法,已得到实用。采用色纯度更高的滤色膜或荧光粉扩大色域的实际效果不够明显,且会降低透光率或发光效率,单独用于平板电视机还不是优选方法,往往与前者共用。
在一个像素由RGB三个基色像元组成的三基色显示屏基础上,增加视觉敏感颜色,或光谱能量集中分布颜色的像元,对扩大重显色域或提高光源利用率,原理上更加有效。目前,增加黄色像元并使绿色更纯的四元色(RGBYe)LCD显示器已商品化,更多元色LCD显示器已可实用[2]。
本文对四元色LCD显示器色度特性实测结果进行了分析,重点指出测试三维色度特性的重要意义。
1 色域
LCD电视显示器发光强度分布I(λ)如式(1)所示,主要由背光源分光分布B(λ)、液晶板分光特性L(λ)和滤色膜分光透过率特性F(λ)之积在可见光波长范围(380~780 nm)内的积分决定,即
LCD电视显示器能重显的颜色范围称为重显色域。对RGB三基色LCD电视显示器,在国际照明委员会CIE1976 UCS均匀色空间u′v′坐标系色度图上,重显色域限定在RGB三角形内,其面积占可见光谱色轨迹包围面积(0.195 2)的百分比称为色域覆盖率[3],为
图1a、图1b分别示出了目前采用较广的CCFL和LED背光源LCD电视显示屏的典型光谱分布。两者均呈带状,RGB都不是谱色,前者除主峰外还有副峰,而使基色更加偏离谱色,缩窄了重显色域。
图2示出了CIE 1931标准色度观察者光谱三刺激值曲线。
由图1和图2可知,为提高LCD电视显示器的亮度效率,应尽量使显示器绿基色的谱峰与观察者刺激值yˉ(λ)的峰一致。此外,为获得较宽的重显色域,应缩窄显示器三基色特别是绿基色的谱。但缩窄基色的光谱范围,对LCD电视显示器,会降低光源能源利用率,对阴极射线管(CRT)和PDP电视显示器,会降低荧光粉发光效率。另如下节所述,因自然界并不多见高饱和基色,通过提高三基色纯度扩展重显色域,不会产生明显的实际效果。为此,近年来出现了多元色电视显示器。
2 色域拓展
图3和图4分别在u′v′色度图上示出了Pointer色域和Munsell色域。为对比,图中还示出了按ITU-R BT.709-4(GY/T 155—2000)构建的现行电视系统常规色域及计算机、印刷、数码摄像等领域广泛应用的Adobe RGB宽色域色空间的色域。
Pointer色域是Pointer从4 089种色样中选出576种物体真实表面色界定的自然界和人工生成彩色的最大色域[4],并成为国际电信联盟ITU-R BT.1361,ITU-R BT.709-4和中国GY/T 155—2000扩展色域高清晰度电视(HDTV)系统的目标色域[5,6,7]。
Munsell色域是按视觉等距原则,在CIE标准C光源照明下,标识纺织品、塑料制品、染料、涂料、医药和化学制品等非荧光表面色的数千种色样集的色域[8]。
表1列出了由图3和图4计算的色域覆盖情况。
图3、图4和表1表明,常规色域电视系统只能覆盖宽色域电视目标色域的71.33%,主要靠延拓三基色(主要是绿),色度坐标点的Adobe RGB色域只能覆盖Pointer色域的83.3%。这说明拓宽现行重现颜色色域、研制宽色域电视显示器很有必要。为此,拓展三基色色度点虽可提升色域覆盖率,但因自然界或人工生成的饱和度很高的基色并不多见,所以这对提高物体表面色的覆盖率不一定有效。拓宽色域的另一途径是除向谱色方向拓展三基色色度坐标外,再增加元色数量。
3 多元色LCD电视显示器
现行常规色域电视系统基于RGB三基色相加混色原理构建,其色度参数列于表2左列,色域覆盖率理论值为33.24%。目前重显电视图像多用LCD或PDP显示器,每个像素由RGB三个基色像元组成,分别由常规色域电视信号解码的RGB信号激励。图5a为一种三基色LCD电视显示屏的局部放大照片,其实测色度参数列于表2第2列。图5b为四元色LCD电视显示屏样品的局部放大照片,实测的色度参数列于表2右列,相对功率谱分布如图6所示。图5a与图5b、表2右侧两列相比,四元色较三基色LCD电视显示屏增加了黄色像元(Ye),并向谱色延拓了绿元色色度坐标,绿、青和黄附近的颜色重显范围有所扩大(见4,5节)。图6表明,新加黄色像元可充分利用背光源中能量较高的黄光,加上青色亦为高亮度敏感颜色,对改善重显图像的主观效果和提高背光源利用率有利。
按图7所示原理,可构造元色数更多的六元色LCD显示屏。它采用两组色度参数不同的RGB像元,轮流切换,共同组成一个像素。
多元色显示器重显现行常规色域电视图像,需由解码的RGB信号变换为各像元的激励信号,利用映射中存在的冗余度,可得不同主观感受图像,改善视觉效果。
4 二维色度图重显特性
同等条件下,实测第3节所述四元色和三基色LCD样品屏的色度参数,依之绘制的xy坐标系二维色度图如图8所示。图中,最外围实线对应谱色可见光,它限定了人类视觉可识别的颜色光范围;圆圈实线三角形界定了ITU-R BT.709常规色域;方块实线三角形内部为三基色LCD样品屏的重显色域;虚线三角形内部对应四元色LCD样品屏的重显色域。
图8表明,在xy坐标系,四元色LCD样品屏的重显色域明显超出了常规色域和三基色LCD样品屏的色域,红-绿连线和绿-蓝连线区超出更多。图9是图8中红-绿(黄)和绿-蓝(青)部分的局部放大。图8、图9表明,由于黄元色的引入,四元色LCD屏的重显色域实际上由三角形变成了四边形,利于提升重显色域。
由同一组实测色度参数绘制的u′v′坐标系二维色度图如图10所示,其中各标记的含义与图8相同,图11是图10中红-绿和绿-蓝部分的局部放大。图10、图11也表明,四元色LCD样品屏的重显色域总体上大于常规色域和三基色LCD样品屏色域,红-蓝(品)和红-绿(黄)区较明显。
将图10、图11与图8、图9相比,四元色LCD样品屏色域对常规色域和三基色LCD样品屏色域的拓宽,在u′v′坐标系不如在xy坐标系明显。这是由于两者分别绘制于均匀色空间和XYZ色空间。这种对比表明,四元色LCD样品屏在xy坐标系色度图上对重显色域的显著扩大,对人类视觉的贡献并不那么大。按相关标准[3],色域用色域覆盖率衡量,它按u′v′色空间计算(式(2)),由实测样品值计算的色域覆盖率已列于表2。
5 三维色空间重显特性
三维色空间增加了明度(亮度)信息,体现了颜色的三重属性,对色域的色度学描述更全面。本文测量了四元色LCD样品屏重显877个颜色的色度数据,这些颜色分布于RGB色空间色立体的表面,可依之界定该屏的三维色域。以这877个实测值在CIE LAB均匀色空间绘制的三维色域图如图12中的实心点所示。为了对比,图12以星形散点形式,同时绘出了Pointer三维色域。
由图12可见,四元色LCD样品屏的三维重显色域远大于作为宽色域电视系统目标色域的Pointer色域[4,5]。虽因Pointer只给出了明度L*≤90的实测值[4],不能比较全部明度色域的情况,但图12还是清楚地表明,四原色LCD样品屏特别是在明度维度上更加显著地扩大了重显色域,再次说明黄元色的引入,更易重显明度高的颜色,并提高了背光源利用率。
6 结束语
本文通过实测不同类型LCD样品屏重显RGB色空间众多色样的色度参数,分析和研究了它们的色重显性能。
由实测的色度参数,在不同坐标系绘制的二维色度图和计算的色域覆盖率表明,增加了黄元色的RGBYe四元色LCD样品屏,较ITU-R BT.709常规色域HDTV系统、ITU-R BT.1361宽色域HDTV系统和RGB三基色LCD样品屏的重显色域有明显扩大。
由实测的色度参数,在CIE LAB均匀色空间绘制的三维散点图表明,在三维色空间,RGBYe四元色LCD样品屏扩展重显色域的效果更加明显,特别是在高明度区更加显著,这意味着黄元色的引入,不仅改善了色重显,而且对利用背光源中的高亮度区能量有显著效果。
参考文献
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