逐點(diǎn)校正技術(shù)在LED大屏幕上的運(yùn)用

　　LED顯示屏技術(shù)發(fā)展日趨成熟，其中逐點(diǎn)校正技術(shù)是近年來(lái)興起技術(shù)之一，必將成為業(yè)內(nèi)必須具備的一項(xiàng)技術(shù)。由于LED在使用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)光衰，在屏幕安裝應(yīng)用后，畫面均勻度將會(huì)下降。因此，現(xiàn)場(chǎng)重新校正技術(shù)成為LED顯示屏制造商應(yīng)該掌握的另一項(xiàng)重要技術(shù).

　　一、逐點(diǎn)校正技術(shù)概念起源

　　當(dāng)前LED芯片生產(chǎn)制程現(xiàn)狀，決定了即便是同批次生產(chǎn)出的LED芯片，其個(gè)體間發(fā)光強(qiáng)度與主波長(zhǎng)依然存在相當(dāng)大的差異性。對(duì)于LED顯示應(yīng)用來(lái)說(shuō)，這種差異性將嚴(yán)重影響顯示質(zhì)量，必須首先通過(guò)分光分色對(duì)光度、色度以及電參數(shù)等指標(biāo)進(jìn)行分類篩選后，才能應(yīng)用于同一張顯示屏上。

　　然而，用分光分色的方法來(lái)解決芯片個(gè)體光度色度不一致的問題，由于精度不足，后續(xù)工藝流程的影響，以及老化過(guò)程的光衰不一致等因素，并不能達(dá)到完美畫質(zhì)。此外，已使用一段時(shí)間后的顯示屏也會(huì)因光衰不一致等因素顯示質(zhì)量下降，出現(xiàn)“花屏”，這也是分光分色鞭長(zhǎng)莫及的。

　　因此，業(yè)界嘗試從顯示屏制造的最后一道流程著手，通過(guò)對(duì)差異性的LED燈點(diǎn)采用差異性的驅(qū)動(dòng)來(lái)解決該問題，這就是逐點(diǎn)校正。

　　20世紀(jì)90年代后期，國(guó)內(nèi)外出現(xiàn)逐點(diǎn)校正的理論雛形，并開啟了這一技術(shù)的實(shí)踐探索。然而，由于缺乏適用的通用數(shù)據(jù)采集工具以及技術(shù)壁壘等因素，該技術(shù)的研究長(zhǎng)期處于不連續(xù)、不系統(tǒng)，自成一家缺乏交流的狀態(tài)，逐點(diǎn)校正也缺乏一個(gè)公認(rèn)的定義。在此嘗試著提出自己的理解，逐點(diǎn)校正定義如下：即通過(guò)對(duì)LED顯示屏上的每個(gè)像素（或每一個(gè)基色子像素）區(qū)域的亮度（和色度）數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，給出每個(gè)基色子像素的校正系數(shù)或每個(gè)像素的校正系數(shù)矩陣，將其反饋給顯示屏的控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)應(yīng)用校正系數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)像素（或每一個(gè)基色子像素）的差異性驅(qū)動(dòng)，從而提高顯示屏的亮色均勻度和色彩保真度。

　　二、逐點(diǎn)校正技術(shù)組成

　　從上面的定義可以看到，逐點(diǎn)校正技術(shù)可以分解為四個(gè)部分：①原始數(shù)據(jù)采集；②校正數(shù)據(jù)生成；③驅(qū)動(dòng)控制；④校正后的維護(hù)。以下就這四個(gè)方面分別進(jìn)行分析闡述。

　?。ㄒ唬┰紨?shù)據(jù)采集

　　原始數(shù)據(jù)采集是逐點(diǎn)校正的第一步，是最基礎(chǔ)的一步，也是發(fā)展最緩慢艱難的一步。按照采集參數(shù)看，可分為亮度數(shù)據(jù)和色度數(shù)據(jù)兩種；按照采集對(duì)象分，可分為模塊級(jí)采集，箱體級(jí)采集與全屏分區(qū)域采集；按照采集環(huán)境分，可分為工廠模式采集與現(xiàn)場(chǎng)模式采集；

　　從采集的技術(shù)路線與工具的角度看，則大致可以分為以下幾個(gè)方向。

　?。?）機(jī)械裝置+光度探頭。即用機(jī)械傳動(dòng)裝置控制光度探頭依次逐個(gè)采集每顆燈點(diǎn)的數(shù)據(jù)。早期的實(shí)驗(yàn)裝置曾經(jīng)是屏體垂直于地面放置，用機(jī)架等間距移動(dòng)亮度計(jì)逐點(diǎn)測(cè)量。后來(lái)逐漸發(fā)展為機(jī)臺(tái)形式，模塊或單元板水平放置，探頭垂直采集數(shù)據(jù)。為提高效率，單個(gè)機(jī)臺(tái)可裝置多個(gè)探頭，以箱體為單位進(jìn)行采集。

　　這種采集方法的優(yōu)點(diǎn)在于精度高，但也有著致命的缺陷：效率低，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。此外，無(wú)法實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)校正。近年來(lái)，隨著技術(shù)進(jìn)步，這種機(jī)臺(tái)式采集方法正漸漸地淡出歷史舞臺(tái)。

　?。?）數(shù)碼相機(jī)。利用數(shù)碼相機(jī)對(duì)燈點(diǎn)的成像灰度數(shù)據(jù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)逐點(diǎn)校正，可說(shuō)是當(dāng)前最廉價(jià)的采集解決方案。2008年以來(lái)，幾大顯示屏控制系統(tǒng)廠商均陸續(xù)大力投入研發(fā)力量，開發(fā)自己的相機(jī)采集系統(tǒng)，開展逐點(diǎn)校正的實(shí)踐，大大促進(jìn)了逐點(diǎn)校正技術(shù)的推廣和普及。

　　數(shù)碼相機(jī)方案的優(yōu)點(diǎn)在于設(shè)備相對(duì)廉價(jià)，缺點(diǎn)在于精度低、穩(wěn)定度差，個(gè)體間一致性差異也很大，難以滿足大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的需求。此外，數(shù)碼相機(jī)方案多由控制系統(tǒng)廠商結(jié)合自身系統(tǒng)獨(dú)立開發(fā)，互不兼容。

　?。?）基于CCD的平面亮度/色度分布測(cè)量?jī)x器。此類儀器的研發(fā)伴隨著全球平板顯示產(chǎn)業(yè)的高速增長(zhǎng)，其利用成像亮度測(cè)量原理，可高效獲取成像平面上任意區(qū)域的亮度/色度值。

　　這類設(shè)備精度高，穩(wěn)定性好，校正效果佳，但價(jià)格相對(duì)昂貴。

　?。?）工業(yè)CCD采集方案。上述幾個(gè)方向之外，還有一些基于工業(yè)相機(jī)的解決方案，多為顯示屏制造商自行開發(fā)，僅供內(nèi)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(qiáng)，逐點(diǎn)校正的數(shù)據(jù)采集有了更廣泛的空間和可能性，從工廠延伸到了現(xiàn)場(chǎng)，從新屏延伸到了老屏，從平面屏擴(kuò)展到了弧形屏乃至異形屏。

　　（二）校正數(shù)據(jù)的生成

　　校正數(shù)據(jù)的生成可分解為3個(gè)部分，一是原始數(shù)據(jù)修正處理，二是校正目標(biāo)值的設(shè)定，三是校正數(shù)據(jù)的計(jì)算生成。其中最重要的技術(shù)突破在于“原始數(shù)據(jù)修正處理”，尤其是現(xiàn)場(chǎng)校正環(huán)境下的數(shù)據(jù)修正。

　　1）原始數(shù)據(jù)修正處理

　　現(xiàn)場(chǎng)校正最簡(jiǎn)單的一種情況是：平面屏，選擇顯示屏的最佳觀眾區(qū)域作為單一的數(shù)據(jù)采集機(jī)位，對(duì)全屏分區(qū)域依次進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。這樣采集到的數(shù)據(jù)必然帶有因觀察視角不同引入的系統(tǒng)誤差。采集數(shù)據(jù)呈現(xiàn)：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(xiàn)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(jī)位垂直方向暗，兩邊亮；偏離校正點(diǎn)觀看時(shí)，明暗出現(xiàn)失真。

　　而當(dāng)屏體是外弧形或現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境限制，必須多機(jī)位才能完成采集時(shí)，由于不同機(jī)位采集視角不同，如不加修正，其接縫處必將出現(xiàn)明顯的分界線。

　　上述問題導(dǎo)致很多屏無(wú)法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)校正。近來(lái)，有數(shù)碼相機(jī)方案采用鄰區(qū)對(duì)比反饋的方式，也有設(shè)備采用拍攝全屏圖像做參考的方式進(jìn)行修正。2010年推出的對(duì)原始采集數(shù)據(jù)進(jìn)行后期統(tǒng)計(jì)分析處理實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)修正的解決方案，徹底免除重復(fù)采集的環(huán)節(jié)。

　　此外還有現(xiàn)場(chǎng)樹木、電線乃至交通信號(hào)設(shè)置等的遮擋問題，不完整的圖像，缺失的燈點(diǎn)數(shù)據(jù)需要如何處理？這些都曾經(jīng)是現(xiàn)場(chǎng)校正難以逾越的障礙，如今已有成熟簡(jiǎn)便的實(shí)用解決方案。

　　2）校正目標(biāo)值的設(shè)定

　　校正目標(biāo)值的設(shè)定也是逐點(diǎn)校正技術(shù)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(huì)損失色域空間和色彩飽和度。那么如何設(shè)定合理的校正目標(biāo)亮度和色度值，結(jié)合客戶需求，在亮度、色域和均勻度之間找到最佳平衡點(diǎn)呢？

　　當(dāng)前，很多數(shù)碼相機(jī)校正方案，因?yàn)槿狈χ虚g數(shù)據(jù)，都將目標(biāo)值的設(shè)定環(huán)節(jié)放在采集之前，然而不同的顯示屏有著不同的最佳平衡點(diǎn)，尤其是色度校正，目標(biāo)值設(shè)定的不合理，將直接導(dǎo)致校正失??！合理的目標(biāo)值設(shè)定依賴采集數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，因此，將目標(biāo)值的設(shè)定放在采集完成之后，并提供各種輔助參數(shù)和圖線幫助用戶調(diào)整目標(biāo)值應(yīng)是更合理的方案。

　　（三）驅(qū)動(dòng)控制

　　有了校正數(shù)據(jù)，還需要控制系統(tǒng)的正確應(yīng)用，才能實(shí)現(xiàn)逐點(diǎn)校正。

　　驅(qū)動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)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(yán)格的線性關(guān)系，且電流的增減會(huì)引起LED芯片主波長(zhǎng)的偏移，因此，電流控制應(yīng)用得越來(lái)越少，當(dāng)前逐點(diǎn)校正驅(qū)動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)的主要方式為調(diào)節(jié)脈寬。

　?。?）目前具備色度校正功能的系統(tǒng)尚為數(shù)不多。

　?。?）校正后帶載點(diǎn)數(shù)有待擴(kuò)展。

　　此外，除了利用控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)控制外，還有一種技術(shù)思路是通過(guò)對(duì)前端視頻流進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，從信號(hào)源的層面實(shí)現(xiàn)校正?？煞譃橛布?shí)現(xiàn)與軟件實(shí)現(xiàn)兩種。硬件實(shí)現(xiàn)即在視頻信號(hào)源與控制系統(tǒng)之間加一個(gè)信號(hào)處理器，內(nèi)部存儲(chǔ)校正數(shù)據(jù)，對(duì)輸入的視頻流信號(hào)應(yīng)用校正數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)運(yùn)算后輸出給控制系統(tǒng)。軟件實(shí)現(xiàn)即截取電腦為信號(hào)源的