LED顯示屏逐點(diǎn)校正精度探討

1、 LED顯示屏逐點(diǎn)校正精度探討韓周1,袁勝春1,楊城1摘要:LED顯示屏逐點(diǎn)校正技術(shù)的關(guān)鍵在于高效精確的亮色度測(cè)量方式,而評(píng)價(jià)亮色度測(cè)量方式優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)最終取決于人眼,所以本文首先通過理論和實(shí)驗(yàn)分析了人眼視覺精度,從而論證了基于設(shè)備的逐點(diǎn)校正測(cè)量方式的精度均低于人眼視覺精度。目前,在對(duì)同一生產(chǎn)批次LED顯示屏的逐點(diǎn)校正中,彩色數(shù)碼相機(jī)和工業(yè)相機(jī)的測(cè)量精度并沒有本質(zhì)區(qū)別,均能滿足逐點(diǎn)校正領(lǐng)域的要求,但對(duì)于多生產(chǎn)批次LED顯示屏逐點(diǎn)校正,現(xiàn)有設(shè)備的測(cè)量精度均不能滿足要求,所以LED顯示屏逐點(diǎn)校正技術(shù)中的亮色度測(cè)量精度還有待于進(jìn)一步提升,以徹底解決LED顯示屏行業(yè)內(nèi)的多批次問題。關(guān)鍵詞:LED顯示屏,

2、逐點(diǎn)校正,人眼視覺中圖分類號(hào):TN312+.8; TN873+.92 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:AABSTRACT: The key to the LED display calibration by pixel is the efficient and accurate way which measures the degree of brightness and chromaticity, however, the standard of evaluating that way depends on human eye. So this essay analyzes the human visual a

3、ccuracy through theory and experiment, which demonstrates the precision of pixel by pixel calibration based measurement equipment is lower than the human eye. At present, when calibrating the LED display which is on the same production batch, there is no essential difference between the color digita

4、l camera and industrial camera, both of them can meet the requirements of the calibration in pixel by pixel level. But for multiple batches LED display calibration, measurement accuracy of the existing equipment cannot meet the requirements, so the measurement accuracy of brightness and chromaticity

5、 in the LED display calibration technology needs to be further improved, in order to solve the problem of multiple batches of LED display industry.Keywords: LED display, Pixel by pixel calibration, Human visual1.引言LED顯示屏色彩鮮艷、可視性高、功耗小且環(huán)保節(jié)能,已應(yīng)用于城市廣場(chǎng)、商業(yè)中心等眾多場(chǎng)合。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展,人們對(duì)LED顯示屏的顯示效果也有了更高要求,然而由于 國(guó)內(nèi)制造工

6、藝水平有限,使得LED燈自身差異性比較大,從而導(dǎo)致LED顯示屏亮色度不能達(dá)到高度均勻一致性,所以目前LED顯示屏仍然維持著按單生產(chǎn)的模式。LED顯示屏逐點(diǎn)校正系統(tǒng)利用測(cè)量設(shè)備逐點(diǎn)采集LED亮色度值,并通過調(diào)節(jié)LED發(fā)光強(qiáng)度來改善顯示屏亮色度均勻性【1】。LED顯示屏逐點(diǎn)校正技術(shù)的關(guān)鍵在于高效精確的亮色度測(cè)量方式,而目前校正行業(yè)內(nèi)主要有基于分光型色度儀、工業(yè)相機(jī)、彩色數(shù)碼相機(jī)等幾種設(shè)備的測(cè)量方式,這些測(cè)量設(shè)備的精度和效率各有優(yōu)劣?？紤]到LED顯示屏最終使用對(duì)象是人,而且基于這些測(cè)量設(shè)備的顯示屏逐點(diǎn)校正效果也需要由人眼視覺來評(píng)判,所以本文首先通過理論和實(shí)驗(yàn)分析了人眼視覺精度,闡述了現(xiàn)有設(shè)備的亮色度

7、測(cè)量精度均不能完全滿足逐點(diǎn)校正領(lǐng)域的要求,隨后本文針對(duì)目前校正行業(yè)中的測(cè)量設(shè)備精度和效率做出對(duì)比分析,指出并論證了目前更具優(yōu)勢(shì)的LED顯示屏逐點(diǎn)校正測(cè)量方式,為L(zhǎng)ED顯示屏非均勻性校正行業(yè)提供了實(shí)用的參考價(jià)值。2.人眼視覺精度LED顯示屏逐點(diǎn)校正的效果取決于人眼,因此首先有必要分析研究人眼視覺系統(tǒng)的精度,從而為后續(xù)分析基于設(shè)備的逐點(diǎn)校正測(cè)量方式的精度奠定基礎(chǔ)。人眼對(duì)比敏感度函數(shù)曲線【2】(Contrast Sensitivity Function描述了人眼恰能鑒別出時(shí)間或空間上兩相鄰視覺信號(hào)差別的能力。文獻(xiàn)2中的對(duì)比敏感度曲線表明,人眼感知亮度精度的理論閾值約0.15%,也就是說人眼最高能分辨

8、出LED顯示屏約0.15%的亮度差異。此外,通過實(shí)驗(yàn)分析人眼視覺敏感性的過程如下:1測(cè)試人員:10位顯示屏從業(yè)人員,視覺正常;2實(shí)驗(yàn)設(shè)備:某品牌分辨率768*256的P6全彩LED顯示屏;3實(shí)驗(yàn)環(huán)境:暗室;4觀測(cè)位置:位于屏幕中心法線的上下夾角小于30度、左右夾角小于60度,與LED 屏平行直線距離屏幕6米;5實(shí)驗(yàn)步驟:第一,對(duì)LED顯示屏進(jìn)行亮度校正使屏體亮度均勻一致,亮度調(diào)節(jié)過程中使用色度計(jì)測(cè)量控制屏體亮度和色溫保持在合理范圍內(nèi);第二,將LED屏體均分成左右兩部分(各部分的分辨率384*256,分別保持左邊屏體亮度30cd/m2、150cd/m2、500cd/m2并記錄左邊屏體灰度值(如表

9、1中灰度1數(shù)值,然后以1 個(gè)灰度級(jí)的改變量不斷調(diào)節(jié)右邊屏體的顯示灰度(如表1中灰度2數(shù)值,直至測(cè)試人員觀察到左右兩部分屏體亮度差異為止;第三,選取LED屏體中心位置32*32區(qū)域,分別保持該區(qū)域周圍亮度30cd/m2、150cd/m2、500cd/m2并記錄灰度值(如表1中灰度1數(shù)值,然后以1個(gè)灰度級(jí)的改變量不斷調(diào)節(jié)該區(qū)域的顯示灰度(如表1中灰度2數(shù)值,直至測(cè)試人員觀察到兩部分區(qū)域屏體亮度差異為止;第四,選取LED屏體中心位置3*3區(qū)域,分別保持該區(qū)域周圍亮度30cd/m2、150cd/m2、500cd/m2并記錄灰度值(如表1中灰度1數(shù)值,然后以1個(gè)灰度級(jí)的改變量不斷調(diào)節(jié)該區(qū)域的顯示灰度(如

10、表1中灰度2數(shù)值,直至測(cè)試人員觀察到兩部分區(qū)域屏體亮度差異為止。表1 人眼視覺敏感性分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 從表1數(shù)據(jù)看出,人眼視覺敏感性的亮度閾值為1.2%,而且人眼視覺系統(tǒng)對(duì)于不同亮度差異面積的分辨能力不同,隨著顯示屏亮度差異面積不斷增大,人眼識(shí)別精度會(huì)不斷提高。綜上,理論和實(shí)驗(yàn)兩方面數(shù)據(jù)都表明人眼對(duì)鑒別LED顯示屏亮度差異具有較高視覺精度。3.測(cè)量設(shè)備精度LED顯示屏逐點(diǎn)校正的測(cè)量設(shè)備主要有分光型色度儀、工業(yè)相機(jī)、彩色數(shù)碼相機(jī)等,以下分別分析這些測(cè)量設(shè)備的精度。1分光型色度儀分光型色度儀又稱為色彩分光輻射亮度計(jì),其亮色度測(cè)量原理:點(diǎn)光源發(fā)出復(fù)合光進(jìn)入分光輻射亮度計(jì)鏡頭,其前端的分光光柵將復(fù)合光分解

11、為不同波長(zhǎng)的相對(duì)光譜,再離散到線陣CCD感光元上,而線陣CCD數(shù)目足夠多,能夠以離散的形式比較完整地采集待測(cè)光的相對(duì)光譜分布值,后端微處理器利用相對(duì)光譜分布值計(jì)算出CIE-XYZ值輸出,所以分光輻射亮度計(jì)能夠相對(duì)準(zhǔn)確地采集點(diǎn)光源亮色度值。分光輻射亮度計(jì)的測(cè)量原理【3】如圖1: 圖1 分光型測(cè)量原理分光輻射亮度計(jì)一般為國(guó)外進(jìn)口,而且產(chǎn)品出廠后都在計(jì)量局用標(biāo)準(zhǔn)A光源標(biāo)定過,所以能夠很好的符合CIE標(biāo)準(zhǔn)。美能達(dá)CS2000是一款高精度的色彩分光輻射亮度計(jì),其亮度測(cè)量精度為±2%,色度測(cè)量精度為±0.0015。從精度數(shù)據(jù)可看出,其測(cè)量精度要比人眼視覺精度低,所以它并不能完全滿足LE

12、D顯示屏逐點(diǎn)校正的要求。2工業(yè)相機(jī)工業(yè)相機(jī)可分為帶XYZ分光濾色片和不帶XYZ分光濾色片兩種,其中帶XYZ分光濾色片的工業(yè)相機(jī)的亮色度測(cè)量精度相對(duì)較高,其亮色度測(cè)量原理:面光源發(fā)出復(fù)合光進(jìn)入工業(yè)相機(jī)鏡頭,其前端配備的XYZ濾色片可直接將復(fù)合光分解為XYZ三通道單色光,再離散到面陣CCD感光元上,XYZ三通道單色光經(jīng)后端微處理器計(jì)算出CIE-XYZ值輸出。帶XYZ濾色片的工業(yè)相機(jī)測(cè)量原理【3】如圖2: 圖2 XYZ三刺激值法測(cè)量原理帶XYZ濾色片的工業(yè)相機(jī)由于其CCD感光元數(shù)目相對(duì)較多,甚至能達(dá)到上萬個(gè),所以單次能夠采集LED的數(shù)量龐大,但是這要求其XYZ濾色片的測(cè)量值盡可能接近或完全匹配CIE

13、-XYZ標(biāo)準(zhǔn),而高精度XYZ濾色片制作工藝復(fù)雜,所以其價(jià)格相當(dāng)昂貴。另外最重要的一點(diǎn)是:盡管工業(yè)相機(jī)單次采集LED數(shù)目龐大,在一定程度上能夠解決LED顯示屏逐點(diǎn)校正技術(shù)中的效率問題,但是單顆LED所能占有的CCD感光元并不會(huì)太多,故其亮色度測(cè)量精度要稍低于分光輻射亮度計(jì)。工業(yè)相機(jī)制冷機(jī)制是指消除由于相機(jī)長(zhǎng)時(shí)間工作導(dǎo)致溫度升高所產(chǎn)生的暗電流對(duì)圖像數(shù)據(jù)的影響,由暗電流隨溫度變化曲線(如圖3可知,暗電流只有到零下23攝氏度才能趨 于平穩(wěn),而工業(yè)相機(jī)只能到 1攝氏度左右,所以說只能是有所改善并不能完全消除。 圖3 暗電流隨溫度變化曲線對(duì)LED顯示屏逐點(diǎn)校正來說,不帶XYZ濾色片就沒有價(jià)值,而即使配備X

14、YZ濾色片,其測(cè)量精度也要稍低于分光型測(cè)量設(shè)備,更低于人眼視覺精度,所以工業(yè)相機(jī)也不能完全滿足LED顯示屏逐點(diǎn)校正的要求。3彩色數(shù)碼相機(jī)彩色數(shù)碼相機(jī)測(cè)量機(jī)理與工業(yè)相機(jī)類似,都是基于CCD感光元的測(cè)量方式【4】,測(cè)量過程如圖4所示: 圖4 基于CCD的相機(jī)測(cè)量過程彩色數(shù)碼相機(jī)測(cè)量原理:面光源發(fā)出復(fù)合光進(jìn)入彩色數(shù)碼相機(jī)鏡頭,其前端配備的Bayer濾色片(如圖5能夠?qū)?fù)合光分解為RGB三通道單色光,再離散到面陣CCD感光元上, RGB三通道單色光經(jīng)后端微處理器計(jì)算出相對(duì)RGB值輸出。 6 www.novastar- 圖 5 Bayer 濾色片 彩色數(shù)碼相機(jī)的面陣 CCD 感光元數(shù)目與工業(yè)相機(jī) CCD

15、 感光元數(shù)目相當(dāng)， 所以單次可采集 LED 數(shù)目與工業(yè)相機(jī)相當(dāng)，但是彩色數(shù)碼相機(jī)自帶的 Bayer 濾色片精度不如工業(yè)相機(jī)的 XYZ 濾色片，而且 Bayer 濾色片測(cè)量值是相對(duì)值，基于 RGB 色彩空間但并非嚴(yán)格符合 CIE-RGB 標(biāo)準(zhǔn)， 故彩色數(shù)碼相機(jī)的測(cè)量精度要低于帶 XYZ 濾色片的工業(yè)相機(jī)， 也更低于人眼視覺精度， 無法完全滿足 LED 顯示屏逐點(diǎn)校正的要求。 彩色數(shù)碼相機(jī)的 Bayer 濾色片相比工業(yè)相機(jī)的 XYZ 濾光片制作工藝相對(duì)較易， 而且彩色 數(shù)碼相機(jī)已民用生產(chǎn)化， 所以其價(jià)格要遠(yuǎn)低于基于 XYZ 濾色片的工業(yè)相機(jī)。 如果要將彩色數(shù) 碼相機(jī)應(yīng)用于 LED 顯示屏逐點(diǎn)校正，

16、 必須配有較好的修正算法， 使相機(jī)測(cè)量值盡可能的接近 CIE-XYZ 標(biāo)準(zhǔn)。 4.逐點(diǎn)校正 從前面分析可知， 現(xiàn)有測(cè)量設(shè)備的亮色度測(cè)量精度均無法完全滿足 LED 顯示屏逐點(diǎn)校正 的要求， 然而針對(duì)目前 LED 顯示屏校正行業(yè)存在的單批次均勻性和多批次均勻性問題， 業(yè)內(nèi) 可以采取不同措施進(jìn)行改善處理。 1）單批次校正 單批次 LED 顯示屏是指 LED 燈從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、材料加工、焊接、組裝等一系列過程都是同 一生產(chǎn)批次生產(chǎn)出來的。 單批次 LED 自身相對(duì)光譜分布差異較小， 亮色度差異主要包括如亮 暗塊、色斑等均勻性問題。 目前，LED 顯示屏逐點(diǎn)校正行業(yè)針對(duì)單批次 LED 顯示屏主要有兩種校正方式：一是使用 帶 XYZ 濾色片的工業(yè)相機(jī)，二是使用帶 Bayer 濾色片的彩色數(shù)碼相機(jī)配上較好的修正算