逐點校正技術在LED大屏幕上的運用
LED顯示屏技術發展日趨成熟,其中逐點校正技術是近年來興起技術之一,必將成為業內必須具備的一項技術。由于LED在使用過程中會出現光衰,在屏幕安裝應用后,畫面均勻度將會下降。因此,現場重新校正技術成為LED顯示屏制造商應該掌握的另一項重要技術.
一、逐點校正技術概念起源
當前LED芯片生產制程現狀,決定了即便是同批次生產出的LED芯片,其個體間發光強度與主波長依然存在相當大的差異性。對于LED顯示應用來說,這種差異性將嚴重影響顯示質量,必須首先通過分光分色對光度、色度以及電參數等指標進行分類篩選后,才能應用于同一張顯示屏上。
然而,用分光分色的方法來解決芯片個體光度色度不一致的問題,由于精度不足,后續工藝流程的影響,以及老化過程的光衰不一致等因素,并不能達到完美畫質。此外,已使用一段時間后的顯示屏也會因光衰不一致等因素顯示質量下降,出現“花屏”,這也是分光分色鞭長莫及的。
因此,業界嘗試從顯示屏制造的最后一道流程著手,通過對差異性的LED燈點采用差異性的驅動來解決該問題,這就是逐點校正。
20世紀90年代后期,國內外出現逐點校正的理論雛形,并開啟了這一技術的實踐探索。然而,由于缺乏適用的通用數據采集工具以及技術壁壘等因素,該技術的研究長期處于不連續、不系統,自成一家缺乏交流的狀態,逐點校正也缺乏一個公認的定義。在此嘗試著提出自己的理解,逐點校正定義如下:即通過對LED顯示屏上的每個像素(或每一個基色子像素)區域的亮度(和色度)數據進行采集,給出每個基色子像素的校正系數或每個像素的校正系數矩陣,將其反饋給顯示屏的控制系統,由控制系統應用校正系數,實現對每個像素(或每一個基色子像素)的差異性驅動,從而提高顯示屏的亮色均勻度和色彩保真度。
二、逐點校正技術組成
從上面的定義可以看到,逐點校正技術可以分解為四個部分:①原始數據采集;②校正數據生成;③驅動控制;④校正后的維護。以下就這四個方面分別進行分析闡述。
(一)原始數據采集
原始數據采集是逐點校正的第一步,是最基礎的一步,也是發展最緩慢艱難的一步。按照采集參數看,可分為亮度數據和色度數據兩種;按照采集對象分,可分為模塊級采集,箱體級采集與全屏分區域采集;按照采集環境分,可分為工廠模式采集與現場模式采集;
從采集的技術路線與工具的角度看,則大致可以分為以下幾個方向。
(1)機械裝置+光度探頭。即用機械傳動裝置控制光度探頭依次逐個采集每顆燈點的數據。早期的實驗裝置曾經是屏體垂直于地面放置,用機架等間距移動亮度計逐點測量。后來逐漸發展為機臺形式,模塊或單元板水平放置,探頭垂直采集數據。為提高效率,單個機臺可裝置多個探頭,以箱體為單位進行采集。
這種采集方法的優點在于精度高,但也有著致命的缺陷:效率低,難以實現大規模工業化應用。此外,無法實現現場校正。近年來,隨著技術進步,這種機臺式采集方法正漸漸地淡出歷史舞臺。
(2)數碼相機。利用數碼相機對燈點的成像灰度數據,來實現逐點校正,可說是當前最廉價的采集解決方案。2008年以來,幾大顯示屏控制系統廠商均陸續大力投入研發力量,開發自己的相機采集系統,開展逐點校正的實踐,大大促進了逐點校正技術的推廣和普及。
數碼相機方案的優點在于設備相對廉價,缺點在于精度低、穩定度差,個體間一致性差異也很大,難以滿足大規模工業生產的需求。此外,數碼相機方案多由控制系統廠商結合自身系統獨立開發,互不兼容。
(3)基于CCD的平面亮度/色度分布測量儀器。此類儀器的研發伴隨著全球平板顯示產業的高速增長,其利用成像亮度測量原理,可高效獲取成像平面上任意區域的亮度/色度值。
這類設備精度高,穩定性好,校正效果佳,但價格相對昂貴。
(4)工業CCD采集方案。上述幾個方向之外,還有一些基于工業相機的解決方案,多為顯示屏制造商自行開發,僅供內部使用。
工欲善其事,必先利其器。隨著采集工具的效率提高,功能增強,逐點校正的數據采集有了更廣泛的空間和可能性,從工廠延伸到了現場,從新屏延伸到了老屏,從平面屏擴展到了弧形屏乃至異形屏。
(二)校正數據的生成
校正數據的生成可分解為3個部分,一是原始數據修正處理,二是校正目標值的設定,三是校正數據的計算生成。其中最重要的技術突破在于“原始數據修正處理”,尤其是現場校正環境下的數據修正。
1)原始數據修正處理
現場校正最簡單的一種情況是:平面屏,選擇顯示屏的最佳觀眾區域作為單一的數據采集機位,對全屏分區域依次進行數據采集。這樣采集到的數據必然帶有因觀察視角不同引入的系統誤差。采集數據呈現:垂直法線方向亮度高,偏離法線方向亮度下降,偏離角度越大,亮度越低的現象。
如果不加以修正,校正后的顯示屏必然將下部暗,上部亮;機位垂直方向暗,兩邊亮;偏離校正點觀看時,明暗出現失真。
而當屏體是外弧形或現場環境限制,必須多機位才能完成采集時,由于不同機位采集視角不同,如不加修正,其接縫處必將出現明顯的分界線。
上述問題導致很多屏無法進行現場校正。近來,有數碼相機方案采用鄰區對比反饋的方式,也有設備采用拍攝全屏圖像做參考的方式進行修正。2010年推出的對原始采集數據進行后期統計分析處理實現數據修正的解決方案,徹底免除重復采集的環節。
此外還有現場樹木、電線乃至交通信號設置等的遮擋問題,不完整的圖像,缺失的燈點數據需要如何處理?這些都曾經是現場校正難以逾越的障礙,如今已有成熟簡便的實用解決方案。
2)校正目標值的設定
校正目標值的設定也是逐點校正技術值得深入探討的一部分。眾所周知,亮度校正損失亮度,色度校正既損失亮度也會損失色域空間和色彩飽和度。那么如何設定合理的校正目標亮度和色度值,結合客戶需求,在亮度、色域和均勻度之間找到最佳平衡點呢?
當前,很多數碼相機校正方案,因為缺乏中間數據,都將目標值的設定環節放在采集之前,然而不同的顯示屏有著不同的最佳平衡點,尤其是色度校正,目標值設定的不合理,將直接導致校正失敗!合理的目標值設定依賴采集數據的統計分析,因此,將目標值的設定放在采集完成之后,并提供各種輔助參數和圖線幫助用戶調整目標值應是更合理的方案。
(三)驅動控制
有了校正數據,還需要控制系統的正確應用,才能實現逐點校正。
驅動控制的實現有兩種途徑:一為電流幅度控制,二為脈沖寬度控制(PWM方式)。由于電流幅度與亮度并不是嚴格的線性關系,且電流的增減會引起LED芯片主波長的偏移,因此,電流控制應用得越來越少,當前逐點校正驅動控制實現的主要方式為調節脈寬。
(2)目前具備色度校正功能的系統尚為數不多。
(3)校正后帶載點數有待擴展。
此外,除了利用控制系統實現驅動控制外,還有一種技術思路是通過對前端視頻流進行實時處理,從信號源的層面實現校正。可分為硬件實現與軟件實現兩種。硬件實現即在視頻信號源與控制系統之間加一個信號處理器,內部存儲校正數據,對輸入的視頻流信號應用校正數據進行實時運算后輸出給控制系統。軟件實現即截取電腦為信號源的
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