逐点亮度校正与逐点色度校正.doc

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逐点亮度校正与逐点色度校正
袁胜春，杨城，宗靖国
由于原材料以及生产工艺的局限，LED显示屏亮色度的非均匀性一直是行业内的一大难题。作为解决显示屏非均匀性的有效手段，逐点校正先后经历了亮度校正和色度校正两个阶段。

图1：LED显示屏逐点校正原理框图
逐点校正需要“控制系统”和“逐点校正系统”两个系统配合才能完成，其中逐点校正系统负责“生成校正系数”，控制系统负责“应用校正系数”，二者缺一不可。
一、 逐点亮度校正的基本原理
显示屏是由像素阵列组成的，每一个像素都有红绿蓝三基色LED组成的，LED的亮暗是由控制系统的脉宽来控制的，不同亮度的红绿蓝LED组合成了我们所需要的各种亮度和颜色。
如果一块显示屏上所有的LED只有亮度差异（这是理想情况），那么通过逐点亮度校正可以解决。下图2示例了某块显示屏某行绿色LED灯逐点校正前呈离散性分布。在设定目标之后，对于亮度高于目标值的LED灯，通过适当压缩其控制脉宽可以降低其亮度，达到目标值。从而使得显示屏获得了比较好的亮度均匀性。

图2：某LED显示屏某行绿色LED校正前后亮度分布图
不幸的是，每一颗LED灯不只存在着亮度的不一致性，也存在着颜色（波长）的不一致性，而通过脉宽调节亮度是无法调整其颜色的，这就只能通过逐点色度校正技术来解决了。
二、 逐点色度校正的基本原理
逐点色度校正基于色度补偿的基本原理，通过另外两种基色补偿该种基色，通过混色从而实现颜色的调节。举个例子，如果某个像素的红灯太红（也就是说波长太长）的时候，我们可以让该像素红灯亮的时候，让本不该亮的绿灯和蓝灯都带一点点亮（具体绿和蓝带多少亮，是通过图像采集、图像识别、图像处理和运算得出来的结果）。这样，通过混色以后，人眼就感觉这颗红灯就没有这么红了。
也就是说，针对每一个像素，依据其亮度和色度，都可以计算出一个3×3的系数矩阵，在显示图像的时候，这个矩阵与需要显示的图像数据进行相乘，就可以完成色度和亮度校正了。

如下图3所示，在逐点色度校正前，这块显示屏的每一颗LED灯的颜色都呈离散性分布，逐点色度校正后，无论是红绿蓝LED灯都能够收缩于一个很小的点，这说明，基于三基色补偿的逐点色度校正技术能够让显示屏获得很高的亮色度一致性。

图3：逐点校正后红绿蓝LED色坐标都收缩于很小的一点
值得注意的是，逐点色度校正时，在通过另外两种基色补偿该种基色的过程中，除了通过混色调整其颜色外，无形中也补进去了一部分亮度。所以逐点色度校正时，亮度的损失相对于逐点亮度校正要小了很多。
三、 逐点亮度校正 VS 逐点色度校正
通过上述基本原理的介绍和分析，逐点色度校正相对于逐点亮度校正的优势如下：
1. 逐点色度校正可以取得更高的亮色度均匀性（逐点亮度校正无法解决色度非均匀性问题）；
2. 在逐点色度校正可以获得更小的亮度牺牲。对于一般的显示屏，逐点亮度校正大约需要牺牲15％～20％的亮度，而逐点色度校正则仅需要牺牲5％～8％的亮度。这对于那些使用了多年，亮度已经衰减得比较低的显示屏来说，这个优势显得尤为关键。
四、 全屏色域转换 VS逐点色度校正
全屏色域转换的概念是对该显示屏上的每一个像素都乘以一个相同的3×3系数矩阵，从而达到该显示屏的色域转移的目的。

图4：逐点亮度校正＋全屏色域转换 图5：逐点色度校正
上图4显示了两块色域不同的显示屏，通过各自的色域转换矩阵，转换到了一个公共的色域里（白色顶点的三角形）。
类似的应用在租赁场合会经常碰到。还有一个场合也有这样的要求，例如，一个客户做了一块屏，过了一段时间后，这个客户要求在以前做的这块屏的旁边加上一块或周围加上一圈，构成一块更大的屏，此时就需要对显示屏的颜色进行转换了。
但全屏的色域转换（即便是做完亮度校正后再加上色域转换），也存在的一个问题：这种做法只能整屏整体调节其色域，调节完后，LED显示屏内部每一颗LED灯的颜色的离散性还是很大（因为亮度校正无法校正每一颗LED灯的颜色）。从图中可以看出，色域转换以后，红绿蓝LED灯的色坐标还是呈离散性分布（白色三角形的三个顶点没有收敛，呈离散分布），这个缺点，使得该种做法在很多应用上受限。
其实，逐点色度校正可以对每一颗灯的色坐标进行调整（因为逐点色度校正针对每一个像素都有一个不同的3×3校正系数矩阵），可以很轻松地解决此问题。从图5中，我们可以看到，逐点色度校正，不仅能够使得两块屏的色域匹配，而且还转换每一颗灯的色坐标，使得原来离散性分布的红绿蓝LED灯的色坐标很好地收敛域很小的一点。在解决不同块显示屏色域匹配问题的同时，又提升了显示屏内每一颗灯的亮度和色度的非均匀性。
五、 逐点亮度校正VS逐点色度校正 实例分析
下图是某公司对某240平方的显示屏分别进行逐点亮度校正和逐点色度校正（请注意：逐点色度校正同时包括了亮度和色度的校正）的对比分析。

图6：校正之前
从图6中可以看出，该显示屏存在这比较严重的LED灯之间的不一致性，同时也有着严重的模块效应，同时在图中可以观察到局部严重偏色（例如人的额头部分，以及画面偏右部分混进去了不同批次的模块，导致严重偏红）。
在2010年的9月，某公司工程师对该显示屏进行了逐点亮度校正。效果见下图7：

图7：未校正之前白屏 图8：逐点亮度校正后白屏
从图8中我们可以看出，通过逐点亮度校正以后，显示屏的非均匀性有了较大的提高。但是，依然可以看到显示屏中局部偏色的地方依然存在，颜色的非均匀性依然没有得到改善。这一点很容易解释，因为逐点亮度校正无法校正LED灯的颜色。
为了彻底提升该显示屏的图像质量，此公司于2010年10月，对该显示屏进行了逐点色度校正，效果见下图：

图9：未校正前白屏 图10：逐点色度校正后白屏
从图中可以看出，逐点色度校正后，原来存在严重偏色的部分很好地被纠正了，该显示屏每一颗LED灯的颜色和亮度都获得了很高的均匀性。

图11：逐点校正前 图12：逐点色度校正后
由图12可以看出，逐点色度校正后，整个显示屏的画面均匀、细腻、富于表现力，宛如赋予了该显示屏崭新的生命！
六、 总结
通过以上分析，可以得出如下三个结论：
n 结论一：逐点亮度校正只能校正不同LED灯的亮度差异；逐点色度校正不仅能校正不同LED灯的亮度差异，还能校正不同LED灯的色度差异；
n 结论二：逐点亮度校正大约需要牺牲15%-20%的亮度，才能使得显示屏达到比较好的均匀性；逐点色度仅需要牺牲5%-8%的亮度，就可以使得显示屏达到非常好的均匀性；
n 结论三：逐点亮度校正+全屏色域转换，因为无法完成每一颗LED灯的颜色校正，应用受限；逐点色度可以校正每一颗LED灯的颜色，应用广泛。
综上所述，逐点色度校正技术相对于逐点亮度校正有着无可比拟的优势，是显示屏逐点校正技术发展的必然趋势。
来源：西安诺瓦电子科技有限公司