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复杂现场外弧形显示屏的逐点校正
深圳中科维优科技有限公司 朱俊

通过逐点校正来大幅提升LED 显示屏的显示均匀度，正在逐渐普及化的进程中，终将成为显示屏交付前的常规标准工序。逐点校正根据应用场合可分为工厂校正和现场校正（参见2010.8 《屏显世界》：逐点校正的工厂模式与现场模式）。户外显示屏因为安装现场的视角条件与工厂内不同，通常现场的校正效果更理想，效率也更高。对于已使用一段时间的显示屏的均匀性提升，现场校正也是最经济快捷的解决方案。
然而，由于现场环境条件的复杂性，现场校正存在着各种各样的实际困难，包括树木、电线遮挡，校正机位选择困难，多机位数据融合，环境条件恶劣等等。尤其对于外弧形显示屏的现场校正，更是难题中的难题。
在我司最近的一次现场外弧形显示屏的校正实例中，集中了各种现场校正可能遭遇的难题，是难得的典型校正案例，因此，特加以总结、分析，与业界分享。

1. 被校正显示屏概况
显示屏类型：PH16全彩户外直插外弧形
安装高度：显示屏底部距离地面10m
全屏像素组成：1024 X 288，75.5m2
弧度：65°
控制系统：DBT-Q2009 16bit版
恒流IC：MBI5042
像素组成：1R1G1B
LED芯片：CREE
RGB芯片波长区间：R:±2.5nm; G:±2.5nm; B:±1.5nm
LED分光比：1:1.4
二次防水遮挡：左右各2列，上2行下4行
2. 校正现场环境
空间环境：显示屏立于繁华十字路口段大楼弧形外墙，朝向西南，整屏可观看视野达270°以上；
光线条件：白天约9:00至17:00后均有阳光直射，夜晚两只高压钠灯近距离直接照射，周围路灯彻夜照明，一块全彩显示屏位于待校屏正下方，朝向相同并且通宵点亮；
校正可用时间段：该显示屏是12月9日进行现场校正，时间只能处于下半夜的2点至天亮前，以避开校正时的汽车和行人遮挡以及白天环境光污染和夜间车灯；
温湿度：校正时气温12℃、相对湿度约60%RH。
风力：风力3级，无持续风向，已影响灯点亮度采集工作。
3. 采集机位选择
弧形屏的理想采集机位设定应遵循以下原则：
1）各机位可视范围之和可以覆盖全屏；
2）每个机位距离显示屏的法线距离相等；
3）沿显示屏各箱体水平投影的法线方向进行采集；
如下图一所示意：校正采集的工作是在显示屏每列箱体的等距法线位置上，分别采集各列箱体灯点亮度。
（图一）
然而，在本校正案例中，由于屏所处为繁华商业区的十字路口，可选择的机位十分有限，最终机位只能设为3个，由于无法规避，在1号机位上右下角一箱体依然被交通指示牌遮挡了一个角。
机位位置与各自采集屏体区域如下图所示：

（图二）1号机位：距离显示屏1号采集区域中心点62m

（图三）2号机位：距离显示屏2号采集区域中心点64.5m。

（图四）3号机位：距离显示屏3号采集区域中心点62m。
（图五）显示屏现场环境和现场校正全局示意图
4. 采集过程与用时
现场可用的采集时间十分紧张，必须在3小时内完成三个机位，96个箱体的采集。我们去除边缘被二次防水遮挡的部分，左右各2列，上2行下4行，将全屏分为3行10列共30个区域，每区域102×94像素，分别进行采集。
采集时用我司的LEDGridShow软件对显示屏进行显示控制，快速进行红绿蓝及区域间的切换。
第一机位采集3行×3列个区域，用时：2:45-3:40，共55分钟；
第二机位采集3行×4列个区域，用时：4:07-4:39，共32分钟；
第三机位采集3行×3列个区域，用时：4:55-5:13，共18分钟；
需要特别指出的是，由于该显示屏采集一号位时风力、接电、行人等原因造成校正采集时间拉长。

5. 数据处理
5.1 灯点定位难题：
灯点的正确定位，是保证逐点校正测量精度的重要前提条件。没有准确的灯点定位，就无法从采集的原始图像中正确计算出每颗灯点的亮度数据。
而现场校正必然要解决采集原始图像的倾斜、透视问题，正确还原灯点实际亮度值。我公司的SV-1逐点校正测量系统可以全自动完成图像的倾斜、透视校正，自动定位灯点位置与行列数，行列号，计算出灯点亮度。
然而，弧形屏的透视校正与灯点定位，相对平面屏来说，复杂得多，难度更高。可从以下两张示意图中看到二者的区别：

（图六）平面屏透视示意图 （图七）弧形屏透视示意图
平面屏通过透视校正后，可得到一个等行列距的矩形点阵；然而弧形屏常规透视校正后，只能得到与图六类似的一个曲线边缘，且变列距的点阵图像，这给灯点行列数、行列号的计算带来非常大的困扰。
为此，我们全面改进了灯点定位算法，以适应弧形屏的变列距透视图像的灯点定位问题，正确识别每颗灯所在的行列号，画面中部分区域死灯也不会影响我们的定位与识别。
下图为一张本案例中实拍图像的灯点定位模板图。

（图八）实拍图像的灯点定位模板图

5.2 被遮挡区域数据处理难题：
如图二现场照片中可看到，红绿灯挡住了1号采集区域的右下角部分；
实拍原始图像如图九：

（图九）
遮挡住的部分虽阻碍不了我们的灯点定位，但由于该部分数据没有采集到，如果不做识别与处理，校正后，遮挡住的部分灯点将比全屏亮度高出一截，严重影响校正后的观看效果。
为解决这个问题，以及现场校正经常会遇到的电线、电线杆、树木等小面积遮挡问题，我们再次改进了软件功能，让程序可以自动识别出校正工程中的被遮挡区域，并对该区域数据相对全屏做趋同处理。成功解决了该难题。

5.3 视角修正与数据融合难题：
现场校正中，分机位采集数据时，因LED的固有视角特性，必然会出现数据的失真。原本亮度一致的显示屏，在不同机位采集的数据携带着各机位的视角信息，分成了几部分。本次校正案例也面临同样问题。下图为实测数据模拟图（右下角三角形色块区域为校正采集被遮挡部分）。

（图十）视角修正前原始数据模拟图
如果不做修正直接使用原始数据做校正，必然造成不同机位采集区域间的亮度差。SV-1系统软件LEDChecker具备全自动视角修正功能，经过软件视角修正后，数据模拟图如下：

（图十一）视角修正后原始数据模拟图
可以看到，视角修正后的数据，成功实现了多机位的数据融合，保证校正后不会出现不同机位采集区域之间的亮度差。多机位数据融合的实现，使得现场校正的灵活性大大提高。
LEDChecker软件可以提供灯点亮度的数理统计数据，提取亮度比与均方差两项做对比，可以看到，数据经过融合修正后得出的新数据符合显示屏厂家提供的显示屏参数：
项 目
红色
绿色
蓝色
原始数据
LED亮度比
1:1.64
1:1.50
1:1.51
均方差
12.191%
9.990%
10.169%
数据融合修正后
LED亮度比
1:1.42
1:1.37
1:1.40
均方差
8.748%
7.866%
8.341%

6. 校正结果
6.1 校正后效果：
1） 校正后显示屏整体均匀度得到大幅提升，画面质量得到很大改善；
2） 不同机位采集区域之间平稳过渡，成功实现多机位数据融合，没有出现亮度差；
3） 被遮挡区域的部分屏体与周边无亮度分界；
6.2 校正效果瑕疵与原因分析
然而，本次现场校正也存在不完美的地方，如下：
1） 分别在显示屏三个采集机位附近观看单色画面，会发现该机位采集区域校正效果很好，而其他机位采集区域会表现出轻微的模组级块状；
这种现象正是由于现场条件限制，采集机位不够多引起，如有条件按照理想机位设置去采集，相信可以得到更完美的效果。
2） 被遮挡区域与周边虽无亮度差，但因为该区域没有采集到数据，均匀度没有得
到改善，如仔细观察，可以观察到由于均匀度的差异产生的分界线。
7. 结束语
现场大弧度外弧形屏的校正从来就是逐点校正中的难题，面对复杂的现场时空环境，如何快速、高质量、最大限度地完成校正，还需要大量的实践去摸索经验，完善工具，规范流程。
本案例中，我们为应对弧形透视图像中的灯点定位问题，全面更新了自动定位算法，以解决弧形屏校正中出现的变行列距的灯点矩阵定位问题；为解决无法规避的交通指示牌遮挡问题，开发了新的功能模块，最终成功完成校正。
谨以此文与业界的朋友们分享我们的经验，分享逐点校正技术的每一步成长。