IEC 62906-5-72022 激光显示器.第5-7部分扫描激光显示器用受散斑影响的图像质量的测量方法标准立项发展报告

激光显示器第5-7部分：扫描激光显示器用受散斑影响的图像质量测量方法标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:LaserDisplays–Part5-7:MeasuringMethodsofImageQualityAffectedbySpeckleforScanningLaserDisplays摘要关键词：激光显示器；扫描激光显示；散斑；图像质量；测量方法；国际标准；IEC62906Keywords:Laserdisplays;Scanninglaserdisplay;Speckle;Imagequality;Measuringmethods;Internationalstandard;IEC62906一、引言激光显示技术以其色域广、亮度高、寿命长、能耗低等显著优势，被誉为继黑白显示、彩色显示、数字显示之后的第四代显示技术。近年来，随着蓝光半导体激光器、MEMS扫描振镜等核心器件的技术突破和成本下降，扫描激光显示方案在微型投影、智能穿戴、车载显示、工业检测等新兴应用场景中展现出巨大的市场潜力。然而，由于激光的高度相干性，激光光束经粗糙表面散射后会产生随机干涉图样，即所谓的"散斑"现象，导致投影画面出现颗粒状亮暗分布，严重劣化图像质量，成为制约激光显示技术推广应用的核心瓶颈之一。在国际标准化层面，IEC/TC110（平板显示器件技术委员会）下设的WG5工作组长期致力于激光显示器件及系统的标准化工作，已发布IEC62906系列标准框架，涵盖激光显示器件的基本规格、光学性能测量、图像质量评价等多个方面。然而，针对扫描激光显示器特有的散斑图像质量评价，此前尚无统一的国际标准可供遵循，各企业和检测机构只能依据内部方法进行测量和评价，导致测量结果缺乏可比性，严重阻碍了国际贸易和技术交流。在此背景下，IEC62906-5-7:2022应运而生。该标准由国际电工委员会平板显示器件技术委员会激光显示工作组（IEC/TC110/WG5）组织制定，于2022年1月27日正式发布实施。作为IEC62906系列标准中“第5部分：光学测量方法”的重要组成部分，该标准针对扫描激光显示的技术特点，建立了受散斑影响的图像质量测量方法体系。这一标准的发布，填补了扫描激光显示散斑评价领域的国际标准空白。二、标准立项背景与必要性（一）技术背景散斑现象是激光显示系统中固有的物理效应。当相干性极高的激光束照射到粗糙表面（如投影屏幕）时，表面上不同散射元散射的光在空间发生干涉，形成随机分布的亮暗斑纹，即散斑图样。在扫描激光显示系统中，激光束通过MEMS振镜或旋转多面镜进行逐点扫描成像，散斑对比度、散斑颗粒尺寸和散斑的时间动态特性与光束扫描速度、屏幕材质、光路结构等因素密切相关，其图像质量劣化机理与传统面阵照明激光投影系统存在显著差异。散斑对图像质量的影响主要体现在以下几个方面：一是降低图像的分辨率和清晰度；二是引入颗粒状噪声，影响图像的平滑度和均匀性；三是降低图像的对比度和色彩精度；四是在动态图像中产生闪烁感，引起视觉疲劳。因此，建立科学、统一的散斑图像质量评价方法是激光显示技术发展和产业化的迫切需求。（二）行业需求分析近年来，扫描激光显示技术在消费电子、汽车电子、医疗显示、军工装备等领域呈现爆发式增长态势。以激光扫描微型投影模组为例，其已被广泛集成于智能手机、智能音箱、笔记本电脑等消费电子产品中。车载激光抬头显示器（HUD）市场也进入快速增长期，宝马、奔驰、奥迪等主流车企已推出搭载激光HUD的车型。然而，由于缺乏统一的散斑图像质量评价标准，各企业在产品研发中“各说各话”，不同厂商的产品性能难以横向比较，用户也无法客观评价产品质量。同时，第三方检测机构缺少统一的检测依据，制约了产品质量监督和市场准入体系的完善。此外，从国际贸易视角来看，新兴的显示技术往往需要借助统一的国际标准来消除技术壁垒、推动跨国合作。制定并推行IEC62906-5-7国际标准，有助于统一各国的测试方法和评价准则，促进全球激光显示产业链、供应链深度协作，也有助于中国等激光显示制造大国以标准化手段提升国际话语权。（三）标准化必要性根据IEC指南和ISO/IEC指令的相关要求，制定国际标准的前提之一是该领域尚无统一的国际规范或现有规范已无法满足技术发展需求。经IEC/TC110/WG5工作组的前期调研和论证，确认在IEC62906-5-7发布之前，尽管IEC62906系列已涵盖激光显示器件基本规格（第1部分）、光学性能测量方法（第3部分）等内容，但针对扫描激光显示器的散斑图像质量评价方法尚无对应标准。与此同时，商用投影仪、近眼显示等相邻领域虽有一些散斑测量的研究成果和行业规范（部分研究论文参考了ISO9241系列中关于图像质量主观评价的方法思路），但其测量装置、测量条件和评价指标不完全适用于扫描激光显示技术的特殊需求，无法直接引为技术依据。因此，制定一项专门适用于扫描激光显示器的受散斑影响的图像质量测量方法国际标准，在技术和产业两个层面均具有显著的必要性和紧迫性。三、标准编制过程与主要工作（一）标准编制组织与工作阶段IEC62906-5-7:2022的制定工作由IEC/TC110/WG5激光显示工作组具体承担。该工作组汇集了来自中国、韩国、日本、德国、美国等主要激光显示技术研发和制造国家的专家代表。标准编制过程严格遵循IEC标准制定程序，经历了以下主要阶段：1.提案阶段（NP阶段）：2018年初，由相关国家委员会提出新工作项目提案（NP），建议针对扫描激光显示器散斑图像质量测量方法制定国际标准。提案经过成员国投票，以绝对多数赞成获得通过，正式立项。2.工作组草案阶段（WD阶段）：成立标准编制项目组，指定项目负责人（ProjectLeader），组织起草工作草案。编制组先后召开多次线下和线上工作组会议，对标准框架、核心技术方案进行反复讨论和修改。3.委员会草案阶段（CD阶段）：在WD基础上形成委员会草案（CD），分发至各成员国征求意见。编制组对收集到的国际意见进行逐条处理和回复，对标准技术内容进行多轮修改完善。4.国际标准草案阶段（DIS阶段）：在CD获得多数赞同的基础上形成国际标准草案（DIS），进入正式投票程序。各国在DIS投票阶段提出了部分补充修改意见，编制组再次进行了相应的技术调整和文字修订。5.最终国际标准草案阶段（FDIS阶段）：DIS投票通过后形成最终国际标准草案（FDIS），各成员国进行最终投票，以高赞成率通过。6.正式出版阶段：2022年1月27日，IEC62906-5-7:2022正式出版发行，标准版本为1.0版。（二）标准编制核心议题在标准编制过程中，工作组围绕以下几个核心技术议题展开了深入研讨：1.散斑测量条件的确立：包括激光波长范围、扫描频率、投影图像类型（全白场、灰场等）、屏幕材质和观看距离等参数的选择和归一化设置；2.测量装置的标准化：规定了散斑对比度测量装置的构成要求，包括图像传感器（相机）的分辨率、动态范围、曝光时间，镜头的焦距、光圈和畸变要求，以及信号采集与处理系统的技术要求；3.散斑评价指标体系：明确了以散斑对比度为核心指标，同时引入散斑颗粒尺寸、散斑噪声功率谱密度等辅助评价参量，建立多维度图像质量评价体系；4.数据处理与不确定度分析：规定了图像数据的采集帧数、统计分析方法和测量不确定度的评定要求，以保证测量结果的可靠性和可重复性。四、标准主要内容解析IEC62906-5-7:2022标准共分为若干章条，系统地规定了扫描激光显示器受散斑影响的图像质量的测量方法。以下是标准的主要技术内容概述：（一）范围标准适用于采用激光作为光源、以扫描方式成像的显示系统，包括但不限于：基于MEMS振镜的激光微型投影仪、激光扫描HUD、激光扫描近眼显示设备等。标准规定了在上述显示系统投影到漫反射屏幕上时，受散斑影响的图像质量（以散斑对比度为核心表征参数）的测量方法。（二）规范性引用文件标准引用了IEC62906系列相关标准中的术语定义、光学测量基础方法等内容，引用文件包括IEC62906-1（术语与基本规格）、IEC62906-3（光学性能测量方法）以及ISO9241系列（人机交互视觉显示的人体工效学要求）中与图像质量主观评价相关的参考方法。（三）术语和定义标准对以下关键术语进行了规范定义：散斑（speckle）、散斑对比度（specklecontrast，定义为散斑强度标准差与平均强度之比）、扫描激光显示器（scanninglaserdisplay）、散斑颗粒尺寸（specklegrainsize）、积分时间（integrationtime）等。（四）测量条件标准对测量的环境条件、电气条件和光学条件提出了明确要求：-环境条件：暗室环境，环境照度不大于1lx，环境温度（25±5）℃，相对湿度25%~75%；-电气条件：激光显示器应在额定工作电压和额定功率下工作，激光输出功率稳定；-光学条件：投影屏幕应选用标准漫反射白屏，屏幕增益系数为0.95~1.05，屏幕表面应均匀无缺陷。（五）测量装置标准规定了测量装置的组成和技术要求：-图像采集系统：推荐使用高动态范围（HDR）科学级CMOS或CCD相机，像素分辨率不低于100万像素，位深不低于12bit，镜头畸变小于1%；-信号分析系统：配备标准图像处理软件，具备散斑图像统计分析功能；-定位与固定装置：确保相机与屏幕的相对位置精确可调，测量距离按照标准规定的观看距离（一般为屏幕高度的2~3倍）设置。（六）测量步骤标准规定了详细的测量流程，包括：1.系统预热与稳定性检查；2.输出标准测试图像（全白场）；3.调节采集系统参数（曝光时间、增益等）至合适水平；4.连续采集不少于30帧图像；5.对每帧图像进行散斑对比度计算，并统计多帧结果的均值和标准差。（七）数据处理与结果报告标准规定了数据处理方法和报告要求：以多帧图像散斑对比度的算术平均值作为最终测量结果，同时报告测量不确定度（扩展不确定度，k=2）。结果报告中还应包含测量条件、设备信息、环境参数等完整信息，以保证测量结果的追溯性和可比性。（八）测量不确定度标准以附录形式给出了测量不确定度的来源分析和评定示例，主要不确定度来源包括：相机噪声、激光功率波动、屏幕散射特性差异和环境杂散光等。五、主要起草单位介绍IEC62906-5-7:2022汇集了来自多个国家和地区的企业和机构的力量，标准编制过程中凝聚了激光显示领域国际一流研究团队的技术经验和智慧。以下重点介绍标准编制中作出突出贡献的主要技术支撑单位之一——中国科学院理化技术研究所（以下简称"中科院理化所"）。中国科学院理化技术研究所成立于1999年，是中国科学院直属的综合性研究机构，其前身可追溯至1956年成立的中国科学院光学精密机械研究所部分研究室。理化技术研究所在激光技术领域拥有超过六十年的深厚积累，是中国激光显示技术研究和产业化的重要力量。在激光显示领域，中科院理化所是国内最早开展激光显示技术研究的机构之一，先后承担了国家"863"计划、国家重点研发计划等多项激光显示领域的重大科研项目。研究所在全固态激光器、激光显示光学引擎、散斑抑制技术等方面取得了一系列具有国际先进水平的研究成果，拥有数十项核心发明专利。在IEC62906-5-7:2022标准制定过程中，中科院理化所作为中国专家团队的核心技术力量，承担了以下关键工作：第一，牵头开展散斑测量方法的实验验证工作。依托研究所建设有完善的激光显示综合测试平台，配备了国际先进的散斑测量设备，先后开展了多轮次、多参数交叉对比实验，为标准的测量条件选择和数值指标确定提供了翔实的实验数据支撑。第二，主导标准框架和技术路线的设计论证。研究所专家在WG5工作组中提出了基于"多帧图像统计平均+散斑对比度计算"的评价方法框架，该方案经过多轮讨论和修改，最终被采纳为标准的核心技术路线。第三，承担标准草案的技术审核和验证比对工作。中科院理化所组织国内激光显示骨干企业和检测机构开展了标准方法验证试验（RoundRobinTest），验证了标准所规定测量方法的复现性和可操作性，为标准的技术完善提供了重要参考依据。此外，中科院理化所还积极推动标准成果的转化应用，建立了基于IEC62906-5-7的散斑测量服务能力，为国内多家激光显示企业提供第三方检测服务，有效促进了标准在产业界的推广应用。六、标准实施意义与行业影响（一）为产业提供统一的技术评价标尺IEC62906-5-7:2022的实施，实现了扫描激光显示器散斑图像质量测量方法的国际统一。对于激光显示研发制造企业而言，采用该标准可以有效评估产品的散斑抑制设计技术水平，指导光学系统优化和屏幕匹配设计，缩短产品开发周期，降低研发成本。对于下游应用企业而言，该标准提供了客观的产品选型和采购验收依据，有助于保障最终产品的图像质量。（二）促进国际贸易与产业协作国际标准的统一消除了各国在散斑评价方法上的技术壁垒，使不同国家和地区生产的扫描激光显示产品可以在同一把"标尺"下进行性能比较，为产品的国际贸易提供了便利条件。同时，统一的测量标准也使得产业链上下游企业（光源供应商、扫描器件供应商、屏幕制造商、整机厂商）能够在共同的技术语言下开展深度协作。（三）有力支撑市场监管与消费者保护标准的实施为第三方检测认证机构提供了权威的检测依据，有助于建立和完善激光显示产品的质量监督体系。政府监管部门可依据该标准开展产品质量监督抽查，消费者权益保护组织也可依据标准客观评价产品性能，有效防止虚假宣传和质量误导。（四）引领技术发展方向IEC62906-5-7:2022明确规定了散斑图像质量的关键评价参量和测量方法，为行业设定了技术发展的"基准线"。标准中确立的评价指标体系引导企业在散斑抑制技术方向上进行持续创新，推动散斑抑制技术的不断进步和产品性能的持续提升。七、结论与展望IEC62906-5-7:2022《激光显示器第5-7部分：扫描激光显示器用受散斑影响的图像质量测量方法》的发布实施，是国际激光显示标准化进程中的一个重要里程碑。该标准立足扫描激光显示的技术特征和产业需求，建立了系统完整、科学合理、操作性强的散斑图像质量测量方法体系，填补了该技术领域国际标准的空白。从全球视野来看，随着激光显示技术向更高亮度、更高分辨率、更广色域方向持续演进，以及车载显示、增强现实、全息显示等新型应用场景的不断涌现，散斑图像质量评价的需求将不断深化和拓展。IEC62906-5-7:2022的发布只是一个新的起点，未来该标准还需要根据技术发展和产业需求的变化适时进行修订和扩展，例如增加对彩色散斑测量、动态散斑评价、人眼视觉感知相关性验证等方面的内容。可以预见，随着IEC62906-5-7:2022标准在全球范围内的推广实施，扫描激光显示产品的质量评价体系将日臻完善，产业创新活力将进一步释放，激光显示技术必将