关于LED显示屏可视距离的判断

LED显示屏可视距离的计算

LED显示屏的应用越来越广泛，正被大量应用在机场、火车站、体育场馆、展厅、会议厅等等。现在显示屏的点间距逐渐缩小，观看距离越来越近。但是究竟如何设计和选用显示屏，才能满足使用现场的空间条件，需要精确的计算论证。下面详细介绍其计算方法。
首先简单介绍几个下面用到的显示屏常用的光学术语，因为很多人对于这几个光学参数比较模糊。
1、光强度（luminous intensity）：
单位：坎德拉，符号：Cd
1Cd=1Lm/SR  式中Lm/SR是流明/球面度
1Cd=12.57 lm
2、光通量 (luminous flux )：
单位：流明，  符号：Lm
流明是一个导出单位，即具有均匀光强度1cd的点光源在单位立体角(1球面度)内发射的光通量为1Lm。
3、照度 (illuminance)：
被光源均匀照亮的物体表面上，每平方米面积上均匀分布的光通量称为该面积上的照度。
单位：勒克斯，符号：Lx， 1Lx=1Lm/m2。
4、亮度（luminance）：
光源在某一方向的光亮度，是光源在该方向上的单位投影面在单位立体角中发射的光通量。即光源在给定方向上的光亮度，是它在该方向的单位投影面上的光强度。亮度等于照度乘以反射率。L=R×E / p        cd/m2  式中L为亮度,R为反射系数,E为照度。
单位：尼特，符号：nt，  现常用1cd/m2这个单位。1cd/m2=1Lm/（m2.Sr）。
下面介绍显示屏可视距离的计算方法。
一、由人的视角分辨力计算近视和远视距离。
人眼分辨图象的细节能力称为分辨力，可用分辨角来衡量，用θ表示，因为实际的θ很小，它大致和可分辨的紧邻的两点间距成正比，和观看距离L成反比，即θ≈d/L（弧度）＝3438d/L (分)。
分辨角的倒数为分辨力。分辨力还和照度及对比度有关。正常视力的人，在中等亮度和对比度下，θ=1'-1.5'。在观看距离一定的情况下，若两相邻像素点的视角小于分辨角，人眼不能分辨，若大于分辨角，会有颗粒状的感觉，影响视觉效果。我们知道假如一个人眼能分辨的最小视角为1分，则物体在距离瞳孔25厘米处（即明视距离）时，物体上两个物点之间的距离为0.1毫米。
运用上面的理论，我们可以轻易的得到显示屏的理想的视距，计算公式如下：(d为点间距，单位为米)
L > (3438×d) /θ
以一块20mm点间距800×600点的全彩屏，发光管均匀分布为例，计算它的最佳近视距离；和采用主观评价（采用目视观察和主观感觉评价图像的质量）的方法来评价达到中等图像时的远视距离。
主观评价的全优度尺度：
      非常好图像        5分
      好图像            4分
      中等图像          3分
      差图像            2分
      非常差图像        1分
1、最佳近视距离：
L > (3438×d) /θ=( 3438×0.01) /1.5 =22.9米
由于发光管均匀分布d可以取10毫米。
2、中等图像的远视距离（假设图像的分辨率下降到200×150）：
L< (3438×d) /θ=( 3438×0.08) /1.5 = 183.5米
从上面的计算可知，均匀分布发光管和缩小像素点间距可以拉近近视距离，同样分辨率前提下扩大点间距可以延长远视距离。
二、由人的视野角度计算显示屏的具有临场感的视距。
视野角度是指人眼到画面左右两边沿视线的夹角。视野角度的顶点是人眼,可视角度的顶点是画面的中心。实际的视野角度是由视距和画面宽度决定的：α=2×arctg(画面宽度的一半/视距)。
人的视觉范围，10°～15°以内是视力敏锐区，即中心视野，对图像的颜色及细节部分的分辨能力最强；20°以内能正确识别图形等信息，为有效视野；20°～30°虽然视力及色辨别能力开始降低，但对活动信息比较敏感；30°之外视力就下降很多。传统电视系统在最佳观看距离时的水平视角大约是10°，仅覆盖中心视野，给人的感觉是一种看照片的体验；而图像要给人一种临场感，则要达到20°～30°的视角。
L=360×M/2×p×θ,这里M是屏的宽度，θ是视野角度取20°则：
L=9×M/p
同样以上面的20mm点间距显示屏为例计算具有临场感的视距。
L=9×0.02×800/3.14=45.9米
三、由人的视觉适应分析显示屏亮度的可视距离。
视觉适应是视觉器官的感觉随着接收的亮度和颜色的刺激而变化的过程或它的最终状态。它有两种状态：
明适应，视觉系统适应高于3.4cd／m2亮度的变化过程及最终状态。可以分辨色彩。
暗适应，视觉系统适应低于0.034cd／m2亮度的变化过程及最终状态。不能识别色彩，看到的是单色影像。
由光学知道，亮度与距离的平方成反比，显示屏的亮度按照距离的平方衰减，达到暗适应条件以下时，将无法识别色彩影像。由于受到很多因素的影响，如环境照度，对比度，反射率等等，视亮度的量化计算很复杂。总的来说，屏幕越大，亮度越高，可视距离越远。
结束语
上面的三个人眼视觉特性，分别反映不同的观看条件。显示屏看不出构成图像的像素点，图像就均匀自然，分辨力决定显示屏在这种画质条件下的最近观看距离，有效视角反映了要达到临场感的显示效果所要达到的显示屏宽度。视觉适应反映了亮度和颜色，亮度高画面清亮通透，色彩饱满，层次丰富。可以根据上述算法和图像质量计算出LED显示屏的有效辐射和受众半径，设计显示屏的点间距和尺寸，最大化利用LED显示屏的传播优势。

利用LED显示屏的传播优势

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