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LED顯示屏的技術(shù)校正
一、引言
由于LED發(fā)光管的離散性、衰減性和電路元器件的離散性等原因，LED顯示屏存在亮度和色度不一致的現(xiàn)象，嚴重地影響顯示質(zhì)量。為了克服LED顯示屏亮度、色度非均勻性問題，逐點校正技術(shù)應(yīng)運而生，且發(fā)展迅速，它可以顯著地提高LED顯示屏的均勻性，改善顯示質(zhì)量。
根據(jù)應(yīng)用場合的不同，逐點校正技術(shù)又可以分為兩種：一種是生產(chǎn)線上的逐箱校正（箱體校正）；另一種是現(xiàn)場的大屏校正（現(xiàn)場校正）。現(xiàn)場校正技術(shù)可以選擇合適的觀看地點進行校正，保證LED顯示屏在現(xiàn)場應(yīng)用環(huán)境中達到滿意的顯示效果，但復(fù)雜多變的現(xiàn)場環(huán)境和異地是限制現(xiàn)場校正面臨的難題。尤其是一些國外訂單現(xiàn)場校正的成本和難度都比較大。為了確保出廠LED屏體的均勻性，降低成本，箱體校正技術(shù)就體現(xiàn)出自己的*價值。箱體校正可以大幅度改善拼接后顯示屏的顯示質(zhì)量，且相對現(xiàn)場校正效率較高，不受時間和場地的限制，成本也較低。
因此，隨著LED顯示屏生產(chǎn)廠商的發(fā)展，箱體校正技術(shù)將成為LED顯示屏制造環(huán)節(jié)中*的一部分，具有良好的應(yīng)用前景。
二、箱體校正簡介
箱體校正是產(chǎn)線校正的一種，要求LED顯示屏生產(chǎn)廠商在生產(chǎn)流水線增加該環(huán)節(jié)。一般情況下，箱體校正是安排在出廠前的zui后一個環(huán)節(jié)，主要用以消除箱體內(nèi)部和箱體之間的亮度和色度差異，提高拼接后LED顯示屏的均勻性。
在生產(chǎn)環(huán)節(jié)中除了增加校正環(huán)節(jié)，廠商一般還需要跟進屏體出廠的校正效果。常用的做法有以下三種：一是將所有箱體拼接起來，觀察顯示效果，但拼接的工作量比較大，實現(xiàn)起來不方便；二是隨機地抽取部分箱體進行拼接，觀察校正效果；三是利用校正系統(tǒng)記錄的測量數(shù)據(jù)對所有箱體的校正效果進行仿真評估。
箱體校正需要在暗室中進行，需要配備面陣成像設(shè)備和色度計各一臺，用于測量各個箱體的亮度和色度信息。為了保證所有箱體的校正過程在不受外界環(huán)境條件的影響下進行，達到其亮度、色度一致性的目標，要求暗室*密封，且溫度和濕度為恒定值，在校正過程中，必須固定箱體和校正儀器的位置，箱體必須安放在底座之上，避免地面反光的影響。
與現(xiàn)場校正類似，對于每一個箱體來說，箱體校正的過程包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、目標值設(shè)定、校正系數(shù)計算以及系數(shù)上傳，同時也需要控制系統(tǒng)的配合。
三、關(guān)鍵技術(shù)與難點
箱體校正是提高LED顯示屏圖像質(zhì)量的有效途徑，其關(guān)鍵技術(shù)方面主要體現(xiàn)在以下兩個方面：一是箱體內(nèi)部的像素間均勻性，二是箱體之間的亮色度一致性。
1. 箱體內(nèi)部的像素間均勻性
箱體內(nèi)部的像素間均勻性校正和現(xiàn)場校正基本類似，比較成熟，包括亮色度均勻性校正和亮暗線修正：
（1）亮色度均勻性校正通過測量設(shè)備測量LED箱體中各LED燈管的亮度和色度信息，其測量方法涉及光度學(xué)、色度學(xué)以及數(shù)字圖像處理相關(guān)知識；在獲得逐點亮色度信息后再依據(jù)相應(yīng)的校正標準，計算出對應(yīng)的校正系數(shù)并發(fā)送給對應(yīng)箱體的接收卡；箱體點亮后，顯示屏控制系統(tǒng)將按照校正系數(shù)調(diào)節(jié)LED的電流，使得箱體內(nèi)所有LED的亮度和色度達到一致。
亮度校正就是將起伏變化的LED的亮度調(diào)整到一致的水平，在調(diào)節(jié)亮度過程中需要適當降低大部分LED的zui大亮度值。色度校正則是根據(jù)RGB顏色匹配原理，通過改變RGB三色的色坐標來解決色度偏差的問題。
（2）由于機械加工精度、拼裝精度等工藝原因的限制，拼接燈板的間距存在輕微的不一致現(xiàn)象，在經(jīng)過人眼視覺系統(tǒng)的低通濾波過程之后，在顯示時就會出現(xiàn)亮線或者暗線。小間距顯示屏由于現(xiàn)有的機械工藝限制，一般要求進行亮暗線修正后才能顯著提升箱體均勻性。
2. 不同箱體之間的亮色度一致性
箱體校正和現(xiàn)場校正有一個顯著的差異點，就是箱體在校正時是未拼接的，在校正時缺乏周圍區(qū)域作為參照物，而在校正后需要確保箱體任意拼接且不存在亮色度差異。更重要的是，人眼視覺系統(tǒng)作為一個帶通濾波器，對平緩漸變的亮度差異或角分辨率極小的細節(jié)差異并不敏感，而對于帶有中低頻成分的邊緣臺階信號卻極為敏感。應(yīng)用到LED顯示屏領(lǐng)域，體現(xiàn)為人眼只能夠分辨LED像素間4-5%以上的亮度差異，卻能夠輕易識別出1%的箱體亮色度差異。也就是說，人眼對箱體內(nèi)部像素的一致性要求較低，而對箱體之間的一致性要求較高。因此，箱體之間的亮色度一致性是箱體校正*的關(guān)鍵技術(shù)。
箱體之間的亮色度不一致主要體現(xiàn)在兩個方面：
（1）箱體之間的平均亮色度存在差異，當拼接箱體的時候，就會出現(xiàn)明顯的邊界線，這可以通過調(diào)整色域和設(shè)置合適的目標值來實現(xiàn)；必要時，需要配備精度更高的色度計來進行輔助測量。
（2）箱體的亮色度分布呈現(xiàn)為梯度漸變分布，這是由于箱體測量數(shù)據(jù)存在梯度分布現(xiàn)象導(dǎo)致的。由于視覺系統(tǒng)對于低頻即平滑漸變的亮度差異并不敏感，這種問題很難在單箱體校正時被發(fā)現(xiàn)。但將箱體拼接在一起的時候，拼接處的亮度就會發(fā)生較大的跳變，形成明顯的拼接線。這就要求校正系統(tǒng)能夠檢測并解決測量數(shù)據(jù)的梯度分布問題。
四、新的挑戰(zhàn)
隨著LED顯示屏行業(yè)的快速發(fā)展，顯示屏的應(yīng)用越來越廣泛，與此同時，人們對其顯示質(zhì)量的要求也越來越高，箱體校正將會面臨一些新的嚴峻挑戰(zhàn)：
（1）小間距顯示屏的發(fā)展速度飛快，箱體也將會朝著更高發(fā)光密度的方向發(fā)展，這就要求箱體校正支持大分辨率箱體的校正。在現(xiàn)有工藝條件下，大幅度提升相機的CCD或CMOS分辨率是較為困難的，成本過于昂貴。這就需要有新方法能夠同時確保LED亮色度測量數(shù)據(jù)的準確性和測量的性。
（2）直插式LED燈管在各個角度的亮度衰減一致性。某一型號LED發(fā)光二極管在水平方向和垂直方向光強分布，法線方向的光強達到zui大值，隨著偏離法線方向上的角度越大，光強衰減的越嚴重。如果由于燈歪、燈扭，或者LED配光曲線存在差異，那么，生產(chǎn)線上經(jīng)過箱體校正的顯示屏，在現(xiàn)場有可能因為觀看的角度不同而使得效果變差。現(xiàn)有的箱體校正技術(shù)一般都可以支持一定程度的仰角校正，但其主要局限還在于直插燈的工藝水平。
（3）在實際生產(chǎn)中，存在多批次箱體拼接形成LED顯示屏的情況，這就要求箱體校正支持多批次箱體校正，這對現(xiàn)有校正設(shè)備的亮色度測量精度有則*的要求。更為嚴峻的是，現(xiàn)有市面上的測量設(shè)備包括色度計提供的亮色度測量數(shù)據(jù)精度也是有限的，而人眼對箱體間的亮色度精度又極為敏感。如何較好的消除不同批次間的亮色度差異是行業(yè)內(nèi)的一大難題。
總而言之，箱體校正技術(shù)可以作為LED行業(yè)提升顯示質(zhì)量的核心利器，但也不是的。對于致力于提高顯示屏圖像質(zhì)量的LED顯示屏生產(chǎn)廠商來說，一方面需要改進顯示屏的生產(chǎn)工藝，另一方面需要有針對性地運用箱體校正技術(shù)來提高顯示屏的均勻性。