逐點校正技術在LED大屏幕上的運用

　　LED顯示屏技術發(fā)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(yè)內(nèi)必須具備的一項技術。由于LED在使用過程中會出現(xiàn)光衰，在屏幕安裝應用后，畫面均勻度將會下降。因此，現(xiàn)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(chǎn)制程現(xiàn)狀，決定了即便是同批次生產(chǎn)出的LED芯片，其個體間發(fā)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(zhì)量，必須首先通過分光分色對光度、色度以及電參數(shù)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(xù)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(zhì)。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(zhì)量下降，出現(xiàn)“花屏”，這也是分光分色鞭長莫及的。

　　因此，業(yè)界嘗試從顯示屏制造的最后一道流程著手，通過對差異性的LED燈點采用差異性的驅(qū)動來解決該問題，這就是逐點校正。

　　20世紀90年代后期，國內(nèi)外出現(xiàn)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(shù)據(jù)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(xù)、不系統(tǒng)，自成一家缺乏交流的狀態(tài)，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(qū)域的亮度（和色度）數(shù)據(jù)進行采集，給出每個基色子像素的校正系數(shù)或每個像素的校正系數(shù)矩陣，將其反饋給顯示屏的控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)應用校正系數(shù)，實現(xiàn)對每個像素（或每一個基色子像素）的差異性驅(qū)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(shù)據(jù)采集；②校正數(shù)據(jù)生成；③驅(qū)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。

　?。ㄒ唬┰紨?shù)據(jù)采集

　　原始數(shù)據(jù)采集是逐點校正的第一步，是最基礎的一步，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；按照采集對象分，可分為模塊級采集，箱體級采集與全屏分區(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(shù)據(jù)。早期的實驗裝置曾經(jīng)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(fā)展為機臺形式，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(yōu)點在于精度高，但也有著致命的缺陷：效率低，難以實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化應用。此外，無法實現(xiàn)現(xiàn)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。

　?。?）數(shù)碼相機。利用數(shù)碼相機對燈點的成像灰度數(shù)據(jù)，來實現(xiàn)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(tǒng)廠商均陸續(xù)大力投入研發(fā)力量，開發(fā)自己的相機采集系統(tǒng)，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(shù)碼相機方案的優(yōu)點在于設備相對廉價，缺點在于精度低、穩(wěn)定度差，個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)碼相機方案多由控制系統(tǒng)廠商結合自身系統(tǒng)獨立開發(fā)，互不兼容。

　?。?）基于CCD的平面亮度/色度分布測量儀器。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，其利用成像亮度測量原理，可高效獲取成像平面上任意區(qū)域的亮度/色度值。

　　這類設備精度高，穩(wěn)定性好，校正效果佳，但價格相對昂貴。

　?。?）工業(yè)CCD采集方案。上述幾個方向之外，還有一些基于工業(yè)相機的解決方案，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，逐點校正的數(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，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。

　?。ǘ┬Ｕ龜?shù)據(jù)的生成

　　校正數(shù)據(jù)的生成可分解為3個部分，一是原始數(shù)據(jù)修正處理，二是校正目標值的設定，三是校正數(shù)據(jù)的計算生成。其中最重要的技術突破在于“原始數(shù)據(jù)修正處理”，尤其是現(xiàn)場校正環(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(qū)域作為單一的數(shù)據(jù)采集機位，對全屏分區(qū)域依次進行數(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；機位垂直方向暗，兩邊亮；偏離校正點觀看時，明暗出現(xiàn)失真。

　　而當屏體是外弧形或現(xiàn)場環(huán)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(xiàn)明顯的分界線。

　　上述問題導致很多屏無法進行現(xiàn)場校正。近來，有數(shù)碼相機方案采用鄰區(qū)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(shù)據(jù)進行后期統(tǒng)計分析處理實現(xiàn)數(shù)據(jù)修正的解決方案，徹底免除重復采集的環(huán)節(jié)。

　　此外還有現(xiàn)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(shù)據(jù)需要如何處理？這些都曾經(jīng)是現(xiàn)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(shù)碼相機校正方案，因為缺乏中間數(shù)據(jù)，都將目標值的設定環(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，尤其是色度校正，目標值設定的不合理，將直接導致校正失??！合理的目標值設定依賴采集數(shù)據(jù)的統(tǒng)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(shù)和圖線幫助用戶調(diào)整目標值應是更合理的方案。

　?。ㄈ?qū)動控制

　　有了校正數(shù)據(jù)，還需要控制系統(tǒng)的正確應用，才能實現(xiàn)逐點校正。

　　驅(qū)動控制的實現(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(qū)動控制實現(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。

　?。?）校正后帶載點數(shù)有待擴展。

　　此外，除了利用控制系統(tǒng)實現(xiàn)驅(qū)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(xiàn)校正。可分為硬件實現(xiàn)與軟件實現(xiàn)兩種。硬件實現(xiàn)即在視頻信號源與控制系統(tǒng)之間加一個信號處理器，內(nèi)部存儲校正數(shù)據(jù)，對輸入的視頻流信號應用校正數(shù)據(jù)進行實時運算后輸出給控制系統(tǒng)。軟件實現(xiàn)即截取電腦為信號源的