《现代电影技术》｜张尚乾等：LED电影放映屏监测方法研究

本文刊发于《现代电影技术》2025年第4期

专家点评

随着 LED 电影放映屏在影院中的广泛应用，对其放映质量的把控愈发关键，然而当前对 LED 电影放映屏各项技术指标缺乏有效监测手段是行业面临的实际问题。《LED电影放映屏监测方法研究》一文精准聚焦于此，选题具有现实针对性，能够切实满足当下影院对于保障放映质量、确保设备稳定运行的迫切需求，为行业发展提供了极具价值的研究方向。文中创新性地提出一种综合监测方法，将硬件信息监测和图像分析监测有机结合。这一多维度的监测思路，充分考虑了 LED 电影放映屏涉及的不同层面要素，能够全面覆盖从 LED 控制器到 LED 箱体等多方面的基本信息和状态信息监测，逻辑清晰且科学合理。该方法既可对 LED 箱体亮度色度偏差进行及时预警，又能对 LED 屏幕和箱体亮度趋势展开分析，全方位保障LED电影放映屏的正常使用，展现出方法设计上的科学性与严谨性。该研究成果明确指出所提供的监测手段可用于发现设备异常、预防放映事故，这对于影院的日常运营和放映管理具有重要意义。一旦推广应用，有望显著降低因LED电影放映屏相关问题导致的事故风险，提高LED电影放映服务的整体质量，为观影受众带来更好的视觉体验，具有非常可观的实用价值与广阔的应用前景。

—— 董强国

高级工程师

中国电影科学技术研究所（中央宣传部电影技术质量检测所）检测认证北方中心副主任

作 者 简 介

张尚乾

中国电影科学技术研究所（中央宣传部电影技术质量检测所）传输放映技术研究处工程师，主要研究方向：数字电影技术。

中国电影科学技术研究所（中央宣传部电影技术质量检测所）传输放映技术研究处副处长，主要研究方向：数字电影技术。

王木旺

摘要

顺应LED显示技术快速发展及放映质量要求的提高，LED电影放映屏在亮度、色度、均匀度等方面的性能优势显著提升了观影体验，但目前对LED电影放映屏各项技术指标缺乏监测手段，尚未建立动态监测体系。本文提出一种硬件-图像双模态综合监测方法，通过‌多维度数据采集‌实现对LED控制器参数、箱体信号状态及屏幕光学性能的‌全要素监测‌。经过试验证明，该方法可实时获取LED电影放映屏设备基础信息，有效监测亮度、色度偏差并实现‌趋势预警功能‌。研究表明，该方法提供的监测手段可用于发现设备异常，预防放映事故发生，为LED电影放映屏的运维提供技术支撑。

关键词

数字电影；电影放映；LED电影放映屏；LED箱体

1引言

为推动我国电影产业高质量发展，实现从电影大国向电影强国的转变，《“十四五”中国电影发展规划》中明确指出，我国将积极建立完善电影科技自主创新体系，在关键技术与装备研发等方面实现重点突破。在国家政策层面的大力支持下，近两年，我国LED电影放映系统从研制到影院落地发展不断提速。截至2024年底，国内已有10家企业40余款产品通过数字电影倡导组织（DCI）检测认证，15个城市100余个影厅安装了LED电影放映系统。随着国产LED电影放映系统在国内外市场的成功应用，其未来有望在全球电影放映市场中占据更加重要的地位。

LED电影放映系统是通过LED直显方式进行放映的电影系统，与传统投影放映系统相比，LED电影放映屏替换了投影和银幕部分[1-3]。LED电影放映屏是LED电影放映系统的核心，其构成复杂，一般由LED控制器和数十至数百个LED箱体组成，每个箱体包含LED模组和LED接收卡等元器件。随着设备使用时间延长，‌元器件性能衰减会导致亮度不均、色度漂移、模组灯珠损坏等问题，如未及时发现和维修，容易引发放映事故[4,5]。在影院的日常运营中，确保LED电影放映屏的正常运行至关重要，因此有效的监测方法对于及时发现设备异常、预防放映事故具有重要意义。

针对LED电影放映屏的监测需求，本文将从硬件信息监测和图像分析监测两个关键角度入手，研究并提出一种硬件-图像双模态综合监测方法。该方法旨在通过综合运用两种监测手段，实现对LED控制器参数、箱体信号状态及屏幕光学性能的‌全要素监测‌，进而及时发现设备异常并发出预警，确保放映质量和设备稳定运行[6-8]。

2LED电影放映屏监测原理

LED电影放映屏的监测采用双模态数据融合架构，涉及硬件信息监测和图像分析监测两个方面，其监测原理如图1所示。

图1　LED电影放映屏监测原理图

硬件信息监测是LED电影放映屏监测的基础，本方法借鉴了传统电影放映机网络运维管理经验[9,10]，通过采用网络通讯技术和LED控制器指令的交互，实现对LED电影放映屏关键组件信号状态的实时监控，通过该类状态的变化以判断和评估设备运行是否正常。

图像分析监测采用高精度工业相机从合适位置正对LED放映屏采集图像，并对成像图片进行亮度、色度计算等[11-13]。分析各箱体亮度是否有衰减，检查色度值是否有变化，通过对长时间监测数据的比对和趋势分析，了解设备性能的变化趋势，提前发现潜在问题。

本文提出的架构设计通过‌设备状态-光学表现‌的关联分析，可准确识别‌LED设备元器件故障引发的光学异常‌，实现‌从信号源到显示终端的全链路监测‌。

3LED电影放映屏监测内容

本文调研影院监控需求并综合考虑多方面因素，确定LED电影放映屏的监测内容。首先要考虑监测内容的实用性，该内容必须能反映影院使用方和屏幕厂商最迫切关注的对象；其次是监测内容的可行性，该内容必须能直接从LED电影放映屏设备或额外增加少量低成本设备的情况下获得；最后是获取监测指标的经济性，该指标的获取必须以不增加或微量增加屏幕厂商生产成本或影院的使用成本为前提。

结合上述要求，通过梳理2023年11月颁布的《数字电影LED影厅技术要求和测量方法》（DY/T 8—2023）行业标准[14]，并结合实际安装LED电影放映系统影院的调研情况，整理出两类共5种监测内容。

3.1 硬件信息监测类

（1）控制器信息

LED控制器信息包括设备指纹信息和实时状态信息。设备指纹信息主要获取控制器厂商、型号、设备唯一编号、软件版本。实时状态信息需监测信号连接状态、信号输入源（如：IMB信号、HDMI信号等）、信号模式（如：2D信号、3D信号）。

（2）箱体信息

LED箱体信息是更细粒度的监测信息，通过LED显示系统中最小通信单位LED接收卡获取。箱体信息分为两部分，箱体矩阵坐标‌（I×J）及‌箱体链路状态‌信息。箱体矩阵坐标代表的是横向箱体个数I和纵向箱体个数J，并以此箱体拓扑关系为基准，建立屏幕空间映射模型，进行后续的图像分析监测；箱体链路状态信息可实时获取各箱体的在线状态。

3.2 图像分析监测类

（1）亮度

LED电影放映屏显示的一个重要评价指标是亮度，标准DY/T 8—2023要求，在播放SDR信号时，LED电影放映屏的全屏亮度平均值为(48.0±10.2) cd/m2。为能准确测量出LED电影放映屏的亮度值，根据标准DY/T 8—2023要求，其测量仪器为成像式亮度计。但由于其价格昂贵，且检测环境要求苛刻，按照本文的监测要求，所采用的监测设备不能额外增加过高的成本，故采用工业监测相机替代成像式亮度计[15,16]。

由于LED电影放映屏主动发光、均匀性较好的特性，理论上每个箱体的平均亮度值都应与全屏亮度平均值保持一致。本文结合以箱体为单位进行监测的要求，将箱体的亮度平均值参照全屏亮度平均值进行监测，使用工业监测相机对采集到的图像按照箱体为单位进行亮度分析，计算各箱体亮度均值与标准值的‌偏离度‌，并通过历史数据对比、单个箱体与全屏亮度对比，在时间和空间两个层面上评估出亮度是否超出标准范围，对于亮度异常的箱体，进行标记并预警。

（2）色度

LED电影放映屏显示的另外一个重要评价指标是色度，按照标准DY/T 8—2023要求，在播放SDR信号时，LED电影放映屏的中心点指标要求如表1所示，其中x，y为色度坐标。

表1　LED电影放映屏的中心点指标要求

与亮度指标测量存在相同问题，根据标准DY/T 8—2023要求，色度的测量仪器为分光辐射色度计，其价格也极其昂贵，且检测环境要求苛刻，参照亮度监测设备，本文依旧采用工业监测相机替代分光辐射色度计。

LED电影放映屏的色度特性与亮度特性相同，理论上每个箱体的色度值都应符合中心点技术指标的要求。本文也采用通过工业监测相机对采集到的图像进行色度计算，分析RGB三原色色坐标偏移量，并通过历史数据对比、单个箱体与全屏亮度对比，在时间和空间两个层面上评估出箱体色度异常，并对异常的箱体进行标记并预警[17-20]。

（3）长期趋势监测

在对LED电影放映屏的亮度指标监测过程中，还需对其变化趋势进行监测，通过建立长期的监测数据库，存储并分析监测数据，比对历史数据和当前数据，预测设备性能的变化趋势。

4LED电影放映屏监测方法

4.1 硬件信息监测

硬件信息监测是通过制定一套针对LED电影放映屏硬件监测内容的网络管理接口协议，设计应用程序编程接口（API）规范，由外部监测软件通过网络接口定时获取各监测内容数据，该方法比较成熟，本文不再赘述，但需要说明的是目前行业内对LED电影放映屏幕管理缺乏统一的通信标准，实现过程中，需要LED电影放映屏厂商深度配合。

4.2 图像分析监测

本文对LED电影放映屏的亮度、色度进行监测所采用的方法是相对值比较分析法，即按照标准DY/T 8—2023要求，对校准完成的LED电影放映屏，通过工业监测相机采集LED电影放映屏播放各测试信号时的图像，并根据图像分别计算全屏及每个箱体的亮度和色度坐标值，记录并留作参照值。随后在每次LED电影放映屏开机使用时，依次播放各测试信号，并通过工业监测相机记录每个箱体的图像，再分别计算其亮度和色度坐标值后作为监测值。然后将各箱体的监测值分别与参照值进行比较，若偏差超过设置的预警值则提示预警，可按需设置偏差值。

4.3 监测单元设置

将LED电影放映屏按照箱体大小进行分组，每个箱体作为一个监测单元，箱体的横坐标记为

i

，纵坐标记为

j

，每个箱体编号记为

（i，j）

，如图2所示是一个由8×6=48个箱体组成的LED电影放映屏，则需测试48个单元。

图2　LED电影放映屏测试单元示意图

4.4 亮度参照值

按照标准DY/T 8—2023要求，LED电影放映屏播放白色测试信号（

X'

=3794,

Y'

=3960,

Z'

=3890），通过成像式亮度计测量校准，将LED电影放映屏的输出亮度值校准到48 cd/m 2 。

使用工业监测相机对LED电影放映屏成像，并按照监测单元划分图像块，在图像块内，循环获取所有像素的亮度值，并以图像块为单位计算出像素的平均亮度值，图像块的平均亮度计算公式为：

式（1）中，

C

(i,j)

为图像块的亮度；

B

k 为图像块内每个像素的亮度；

n

为图像块内的像素数量。

为避免误差，可通过多次成像来计算平均值的方式计算，并将该值作为该LED箱体在标准测试信号时的亮度标定值，用于后期LED电影放映屏亮度监测时的比对基准。

4.5 色度参照值

按照标准DY/T 8—2023要求，LED电影放映屏依次播放红色测试信号（

X'

=2901,

Y'

=2171,

Z'

=100）、绿色测试信号（

X'

=2417,

Y'

=3493,

Z'

=1222）、蓝色测试信号（

X'

=2014,

Y'

=1416,

Z'

=3816）。使用工业监测相机对LED电影放映屏成像，并按照监测单元划分图像块，在图像块内，按像素分别在播放红色、绿色、蓝色测试信号时，获取颜色值并分别记作

R

k

、G

k

、B

k 。

在图像块内，循环获取所有像素的红、绿、蓝色度值，并以图像块为单位计算出像素的平均色度值，图像块的红、绿、蓝平均色度计算公式分别为：

式（2）中，

R

(i,j)

、G

(i,j)

、B

(i,j) 分别为图像块的红、绿、蓝色度值；

R

k

、G

k

、B

k

分别为图像块内每个像素的红、绿、蓝色度值；

n

为图像块内的像素数量。

为避免误差，可通过多次成像计算平均值的方式计算，并将其作为该LED箱体在红色、绿色、蓝色测试信号时的红、绿、蓝色度标定值，用于后期LED电影放映屏色度监测时的比对基准。

5 LED电影放映屏监测试验

5.1 硬件信息监测试验

试验按照4.1节的要求设计了一套LED电影放映屏监测软件，与2家LED电影放映屏厂商完成对接，在2套通过DCI检测认证的LED电影放映屏上进行验证，通过接口形式，可获取LED控制器信息（控制器品牌、控制器信号型号、设备唯一编号、软件版本、控制器状态、信号状态、信号输入源、2D/3D模式）和LED箱体信息（LED箱体基础信息行列、LED状态信息列表），并可发送简单指令（播放监测信号、调整亮度），进入图像监测模式，便于进行后续的图像分析监测。

5.2 图像分析监测试验

5.2.1 相机参数设定

本试验所用工业相机采用CMOS图像传感器，摄像头焦距为2 mm~16 mm可变焦距，其他重要技术指标如表2所示。

表2　相机技术指标参数

5.2.2 相机平场校正

平场校正的目的是消除图像中由于传感器不均匀响应、镜头渐晕效应及光照差异或其他因素引起的亮度和色度失真，其通过‌暗场-亮场双基准校正法‌实现‌像素级响应曲线线性化‌，可有效提升图像信噪比并抑制‌固定模式噪声‌，提高图像质量，使不同区域的亮度更加均匀，减少图像中的伪影、噪声。

平场校正需获取暗场、亮场基准图像，暗场图像为相机没有获取任何光信号时产生的噪声，记暗场图像矩阵为D；亮场图像为光照、反光材质均匀情况下相机拍出的数字图像，记亮场图像矩阵为F。

像素灰度值随光照线性变化，我们需对每个像素位置进行线性归一化，记待校正图像为R，归一化后的图像矩阵为C'，见式（3）。

将归一化后的图像调整回0~255的灰阶中，需要一个放大系数

m

m

为两张校正基准图像矩阵的差值均值，其中

N

为图像矩阵的像素个数，见式（4）。

记最终校正结果为C，则整个对R的校正过程如式（5）所示。

5.2.3 图像矫正

受限于影院建筑结构，监测设备安装位置有限等问题，无法确保监测位置在LED电影放映屏中心纵轴上，因此采集的监测图像会因位置关系和透视关系有不同程度的角度倾斜，导致成像存在‌投影畸变‌，需要用四点透视变换‌将采集的倾斜图像映射至‌标准矩形坐标系‌。LED电影放映屏设置为白场，监测设备采集监测图像，先提取LED电影放映屏矩形区域四个角的坐标，检测矩形并提取四角坐标需对图像进行预处理、边缘检测、提取轮廓、角点检测，再进行投影透视变换，将LED电影放映屏监测区域矫正为标准矩形。

预处理：监测图像中LED电影放映屏亮度高于周围环境，将图片阈值化，转化为灰度图，进行中值滤波，转化为二值图像，把屏幕与周围环境区分开。

边缘检测：采用Canny边缘检测算法进行检测，主要包括图像降噪、计算梯度幅值和方向 (使用Sobel算子)、非极大值抑制和滞后阈值判断四个主要步骤，本文不再赘述。

提取轮廓：检测监测图像边缘后，遍历图像中所有边缘形成的轮廓，取面积最大的轮廓。

角点检测：在得到矩形轮廓后，确定四个角点，获取左上、右上、左下、右下四个点的坐标。

投影透视变换：获取四个角点坐标后，在图像中截取四个点内的图像，将所截取的图像进行投影透视变换，转换为标准矩形。

5.2.4 亮度监测预警

按照4.4节的方法记录LED电影放映屏初始化设置时的标准亮度值，在屏幕亮度衰减至95%时，监测软件根据设定阈值5%对每个LED箱体亮度偏差进行了预警（图3）。

图3　亮度监测预警

5.2.5 亮度变化趋势监测

LED电影放映屏亮度降低，LED电影放映屏监测图像的灰度值也变小，各个箱体亮度监测值变化趋势相似，试验证明LED电影放映屏监测值有效，在屏幕亮度变化时，LED电影放映屏监测设备可监测各个箱体亮度变化趋势（图4）。

图4 　亮度趋势监测

5.2.6 色度监测预警

按照4.5节的方法在LED电影放映屏播放红色测试信号时记录标准红色值，在模拟LED电影放映屏模组故障时，监测软件根据设定阈值1%对色度偏差进行了预警。试验证明，色度监测可对更细粒度的LED模组故障进行预警，本文提出的色度监测方法可在5×5的LED灯珠区域故障时监测到色度偏差大于1%的情况，并实现预警（图5）。

图5　色度监测预警

6 结论和展望

本文提出的硬件-图像双模态综合监测方法，通过多维度数据采集‌实现对LED控制器参数、箱体信号状态及屏幕光学性能的‌全要素监测，有效填补了LED电影放映屏动态监测的技术空白，为影院智能化升级提供了可行路径。硬件信息监测可对LED控制器和LED箱体基础信息和状态信息进行监测。图像分析监测可对LED电影放映屏和箱体亮度、色度偏差进行预警，可对LED电影放映屏和箱体亮度趋势进行分析。其中亮度监测可按百分比进行预警，色度偏差可在较细粒度的模组故障时预警，但受限于工业相机图像采样的分辨率、位深等性能限制，当前方案暂时无法对坏点进行预警，后续可开展LED电影放映屏更细粒度色度和亮度的监测方法研究。目前，对于硬件信息监测仍需与LED电影放映屏厂商单独进行对接，而传统放映机的硬件信息是统一接入影院网络运营中心（NOC）系统中，后续LED电影放映屏的状态等信息应统一规范后纳入影院网络运营中心管理。图像分析监测方法在进一步验证后，可投入到实际监测中。

参考文献

（向下滑动阅读）

[1] 谢辛.LED影院屏幕的技术分析与理论刍议[J].现代电影技术,2019(6)：38⁃41.

[2] 张海悦.新一代信息技术在影院智能化升级中的应用探讨[J].现代电影技术,2021(8)：38⁃41.

[3] 董强国,龚波,董志刚.数字电影LED放映透声技术研究[J].现代电影技术,2023(10)：10⁃15, 45.

[4] 陈洁昌.基于彩色图像传感器的LED显示模组亮度与色度测量研究[D],2020.

[5] 李维.浅谈影响电影放映质量的主要因素[J].现代电影技术,2019(12)：36⁃41.

[6] 高五峰,张鑫,王惠.基于智能网络传感器的影院综合质量监测系统的研究和应用探索[J].现代电影技术,2019(7)：4⁃12.

[7] 冯子成.从人眼视觉特性角度提升放映质量[J].现代电影技术, 2020(9)：4⁃7.

[8] 董强国,张辉,李娜,等. 提升专业数字影院光学放映质量应用研究[J].现代电影技术,2018(7)：4⁃11.

[9] 沈虎荣.NOC在数字影院放映环节的创新实践[J].现代电影技术,2020(10)：56⁃59.

[10] 田增顺.现代数字影院智能化管理系统的探索——“智慧放映系统”在中影影院的应用[J].中国电影市场,2020(6)：48⁃51.

[11] 田会娟,郝甜甜,张辉,等.基于高动态范围图像的亮度测量方法[J].激光与光电子学进展,2019(6)：188⁃193.

[12] 杨立彬,熊显能,张文涛,等.基于摄像机图像的实时亮度测量方法[J].桂林电子科技大学学报,2017(3)：223⁃227.

[13] 龚波,李娜,高峰,等.数字影厅放映标准技术演进与技术协调[J].现代电影技术,2019(5)：4⁃9.

[14] 国家电影局. 数字电影LED影厅技术要求和测量方法: DY/T 8—2023[S]. 北京: 国家电影局, 2023.

[15] 张玉杰,陈志磊.基于CMOS图像传感器的亮度测量系统设计[J].电子技术应用,2016(1)：48⁃50,57.

[16] 张鑫.一种银幕亮度测量新方法的研究[J].现代电影技术,2018(3)：16⁃20,44.

[17] 曹欣,李战明,胡文瑾.一种彩色图像质量评价方法[J].应用科学学报,2019(3)：398⁃406.

[18] 胡猛,张文胜,李维善,等.新一代激光投影显示的色彩还原评价方法[J].电视技术,2023(9)：20⁃22.

[19] 张波,胡勇军.平面视觉图像舒适色度范围测量算法研究[J].计算机仿真,2022(3)：462⁃465.

[20] 逯龙.环境亮度与LED显示屏亮度调整方案的设计[J].现代显示,2012(9)：320⁃322.

【项目信息】中国电影科学技术研究所（中央宣传部电影技术质量检测所）基本科研业务费项目“LED电影放映屏监测技术研究”（2023⁃DKS⁃11）。