LED显示屏箱体校正技术

1、LED 显示屏箱体校正技术杨城一、引言由于 LED 发光管的离散性、衰减性和电路元器件的离散性等原因, LED 显示屏存在亮度 和色度不一致的现象, 严重地影响显示质量。 为了克服 LED 显示屏亮度、 色度非均匀性问题, 逐点校正技术应运而生, 且发展迅速, 它可以显著地提高 LED 显示屏的均匀性, 改善显示质 量。根据应用场合的不同, 逐点校正技术又可以分为两种:一种是生产线上的逐箱校正 (箱 体校正 ; 另一种是现场的大屏校正 (现场校正 。 现场校正技术可以选择合适的观看地点进 行校正, 保证 LED 显示屏在现场应用环境中达到满意的显示效果, 但复杂多变的现场环境和 异地技术支持是

2、限制现场校正面临的难题。 尤其是一些国外订单现场校正的成本和难度都比 较大。 为了确保出厂 LED 屏体的均匀性, 降低技术支持成本, 箱体校正技术就体现出自己的 特有价值。箱体校正可以大幅度改善拼接后显示屏的显示质量,且相对现场校正效率较高, 不受时间和场地的限制,成本也较低。因此, 随着 LED 显示屏生产厂商的发展, 箱体校正技术将成为 LED 显示屏制造环节中不 可或缺的一部分,具有良好的应用前景。二、箱体校正简介箱体校正是产线校正的一种, 要求 LED 显示屏生产厂商在生产流水线增加该环节。 一般 情况下, 箱体校正是安排在出厂前的最后一个环节, 主要用以消除箱体内部和箱体之间的亮

3、度和色度差异,提高拼接后 LED 显示屏的均匀性。在生产环节中除了增加校正环节, 厂商一般还需要跟进屏体出厂的校正效果。 常用的做 法有以下三种:一是将所有箱体拼接起来,观察显示效果,但拼接的工作量比较大,实现起 来不方便; 二是随机地抽取部分箱体进行拼接, 观察校正效果; 三是利用校正系统记录的测 量数据对所有箱体的校正效果进行仿真评估。增加了箱体校正和仿真评估 /抽检环节的 LED 生产流水线示意图如图 1所示。 图 1 增加箱体校正环节的 LED 生产流水线箱体校正需要在暗室中进行, 需要配备面阵成像设备和色度计各一台, 用于测量各个箱 体的亮度和色度信息。 为了保证所有箱体的校正过程在

4、不受外界环境条件的影响下进行, 达 到其亮度、 色度一致性的目标, 要求暗室完全密封, 且温度和湿度为恒定值, 在校正过程中, 必须固定箱体和校正仪器的位置,箱体必须安放在底座之上,避免地面反光的影响。与现场校正类似,对于每一个箱体来说, 箱体校正的过程包括数据采集、数据分析、目 标值设定、校正系数计算以及系数上传,同时也需要控制系统的配合,其工作过程如图 2所示。 图 2 箱体校正流程三、关键技术与难点箱体校正是提高 LED 显示屏图像质量的有效途径, 其关键技术方面主要体现在以下两个 方面:一是箱体内部的像素间均匀性,二是箱体之间的亮色度一致性。1. 箱体内部的像素间均匀性箱体内部的像素间

5、均匀性校正和现场校正基本类似, 比较成熟, 包括亮色度均匀性校正 和亮暗线修正:(1亮色度均匀性校正通过测量设备测量 LED 箱体中各 LED 灯管的亮度和色度信息, 其测量方法涉及光度学、 色度学以及数字图像处理相关知识; 在获得逐点亮色度信息后再依 据相应的校正标准, 计算出对应的校正系数并发送给对应箱体的接收卡; 箱体点亮后, 显示 屏控制系统将按照校正系数调节 LED 的电流,使得箱体内所有 LED 的亮度和色度达到一致。 亮度校正就是将起伏变化的 LED 的亮度调整到一致的水平, 在调节亮度过程中需要适当降低大部分 LED 的最大亮度值。 色度校正则是根据 RGB 颜色匹配原理, 通

6、过改变 RGB 三色的 色坐标来解决色度偏差的问题, 图 3所示为校正前后的色域对比图, 大三角形为校正前显示 屏的色域, RGB三色的色坐标离散分布; 小三角形为校正后的显示屏色域, RGB 三色色坐标 一致性较好。 图 3校正前后的色域对比图(2由于机械加工精度、拼装精度等工艺原因的限制,拼接灯板的间距存在轻微的不 一致现象, 在经过人眼视觉系统的低通滤波过程之后, 在显示时就会出现亮线或者暗线。 小 间距显示屏由于现有的机械工艺限制,一般要求进行亮暗线修正后才能显著提升箱体均匀 性。2. 不同箱体之间的亮色度一致性箱体校正和现场校正有一个显著的差异点, 就是箱体在校正时是未拼接的, 在校

7、正时缺 乏周围区域作为参照物, 而在校正后需要确保箱体任意拼接且不存在亮色度差异。 更重要的 是, 人眼视觉系统作为一个带通滤波器, 对平缓渐变的亮度差异或角分辨率极小的细节差异 并不敏感, 而对于带有中低频成分的边缘台阶信号却极为敏感。 应用到 LED 显示屏领域, 体 现为人眼只能够分辨 LED 像素间 4-5%以上的亮度差异,却能够轻易识别出 1%的箱体亮色度 差异。 也就是说, 人眼对箱体内部像素的一致性要求较低, 而对箱体之间的一致性要求较高。 因此,箱体之间的亮色度一致性是箱体校正特有的关键技术。箱体之间的亮色度不一致主要体现在两个方面:(1箱体之间的平均亮色度存在差异,当拼接箱体

8、的时候,就会出现明显的边界线, 这可以通过调整色域和设置合适的目标值来实现; 必要时, 需要配备精度更高的色度计来进 行辅助测量。(2箱体的亮色度分布呈现为梯度渐变分布,这是由于箱体测量数据存在梯度分布现 象导致的。 由于视觉系统对于低频即平滑渐变的亮度差异并不敏感, 这种问题很难在单箱体 校正时被发现。 但将箱体拼接在一起的时候, 拼接处的亮度就会发生较大的跳变, 形成明显 的拼接线。这就要求校正系统能够检测并解决测量数据的梯度分布问题。四、新的挑战随着 LED 显示屏行业的快速发展, 显示屏的应用越来越广泛, 与此同时, 人们对其显示 质量的要求也越来越高,箱体校正将会面临一些新的严峻挑战

9、:(1小间距显示屏的发展速度飞快,箱体也将会朝着更高发光密度的方向发展,这就 要求箱体校正支持大分辨率箱体的校正。 在现有工艺条件下, 大幅度提升相机的 CCD 或 CMOS 分辨率是较为困难的, 成本过于昂贵。 这就需要有新方法能够同时确保 LED 亮色度测量数据 的准确性和测量的高效性。(2直插式 LED 灯管在各个角度的亮度衰减一致性。图 4所示是某一型号 LED 发光二 极管在水平方向和垂直方向光强分布, 法线方向的光强达到最大值, 随着偏离法线方向上的 角度越大,光强衰减的越严重。如果由于灯歪、灯扭,或者 LED 配光曲线存在差异,那么, 生产线上经过箱体校正的显示屏, 在现场有可能因为观看的角度不同而使得效果变差。 现有 的箱体校正技术一般都可以支持一定程度的仰角校正, 但其主要局限还在于直插灯的工艺水 平。 图 4 LED发光管亮度分布(3在实际生产中,存在多批次箱体拼接形成 LED 显示屏的情况,这就要求箱体校正 支持多批次箱体校正, 这对现有校正设备的亮色度测量精度有则极高的要求。 更为严峻的是, 现有市面上的测量设备包括高端色度计提供的亮色度测量数据精度也是有限的, 而人眼对箱 体间的亮色度精度又极为敏感。 如何较好的消除不同批次间的