逐點校正

標籤: 暫無標籤

103

更新時間: 2013-12-04

廣告

逐點校正,是一項用於提升LED顯示屏亮色均勻度和色彩保真度的技術。

逐點校正 -概述

  逐點校正是一項用於提升LED顯示屏亮色均勻度和色彩保真度的技術,即通過對LED顯示屏上的每個像素(或每一個基色子像素)區域的亮度(和色度)數據進行採集,給出每個基色子像素的校正係數或每個像素的校正係數矩陣,將其反饋給顯示屏的控制系統,由控制系統應用校正係數,實現對每個像素(或每一個基色子像素)的差異性驅動,讓LED顯示屏的畫面純凈細膩,色彩得到真實還原。

逐點校正 -為什麼要使用逐點校正

  因為沒有校正的LED顯示屏的均勻度無法達到理想水平,畫質與其他平板顯示技術相比存在明顯差距。導致LED顯示屏均勻度不佳的因素非常多,如:

  天生缺陷――LED本身的離散性天生缺陷--LED恆流驅動晶元的電流離散性光軸的離散性導致的LED燈誤差:顯示屏製造過程中引入的其他眾多因素:

  (1)模塊拼裝的平整度

  (2)箱體拼裝的平整度

  (3)面罩的平整度,以及墨色的離散性

  (4)模塊內部熱量分佈的不均勻性

  ………因此,所有LED屏出廠時都在一定程度上存在著均勻度不理想問題。

  而當LED顯示屏使用一段時間以後,由於LED個體光衰的差異,以及其他外部原因影響,均勻度必將進一步惡化,表現出來就是顯示畫面上出現大量麻點、亮暗斑甚至馬賽克等,俗稱「花屏」現象。

  目前顯示屏的投資動輒數百萬上千萬,多用於商業廣告與演出等場合,對顯示屏的圖像質量要求很高。LED顯示屏的理論壽命有10萬個小時,但實際上,一塊顯示屏在運行約5000~10000小時以後就會均勻度惡化,開始變花,商業價值降低,在15000~20000小時以後,商業價值幾乎喪失殆盡,造成極大的社會資源浪費。

  無論是在出廠前還是使用一段時間后,逐點校正技術都可以讓用戶以非常短的時間、和非常低的成本大幅提升顯示屏的均勻度,顯著改善圖像質量。應用於出廠前,逐點校正是一種品質提升手段,意味著競爭力的提升和利潤空間的拓展;應用於使用一段時間后,逐點校正可以延長LED顯示屏的「悅眼壽命」,為用戶創造出更多商業價值,減少資源浪費。

廣告

逐點校正 -逐點校正的技術組成

  逐點校正技術可以分解為以下五個部分:

  1)原始數據採集;

  2)校正數據生成;

  3)校正數據應用(驅動控制);

  4)校正各環節的交互方式;

  5)逐點校正後的維護

  下面將逐一對五大技術組成部分加以分析說明。

逐點校正 -逐點校正採集設備

  原始數據採集是逐點校正的第一步,是最基礎的一步,也是發展最緩慢最艱難的一步。

  按照採集參數看,可分為亮度數據和色度數據兩種;

  按照採集對象分,可分為模塊級採集,箱體級採集與全屏分區域採集;

  按照採集環境分,可分為工廠模式採集與現場模式採集;

  從採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:

  ⒈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採集每顆燈點的數據。早期的實驗裝置曾經是屏體垂直於地面放置,用機架等間距移動亮度計逐點測量。後來逐漸發展為機台形式,模塊或單元板水平放置,探頭垂直採集數據。為提高效率,單個機台可裝置多個探頭,筆者見聞中單機台最多探頭數為16個,以箱體為單位進行採集。

  這種採集方法的優點在於精度高,但也有著致命的缺陷:效率低。難以實現大規模工業化應用。此外,無法實現現場校正。近年來,隨著技術進步,這種機台式採集方法正漸漸地淡出歷史舞台。

  ⒉數碼相機:利用數碼相機對燈點的成像灰度數據,來實現逐點校正,可說是當前最廉價的採集解決方案。08年以來,幾大顯示屏控制系統廠商均陸續大力投入研發力量,開發自己的相機採集系統,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。

  數碼相機方案的優點在於設備相對廉價,缺點在於精度低、穩定度差,個體間一致性差異也很大,難以滿足大規模工業生產的需求。此外,數碼相機方案多由控制系統廠商結合自身系統獨立開發,互不兼容。

  ⒊基於CCD的平面亮度/色度分佈測量儀器:此類儀器的研發伴隨著全球平板顯示產業的高速增長,其利用成像亮度測量原理,可高效獲取成像平面上任意區域的亮度/色度值。自06年以來,日本、美國、丹麥、法國、德國以及中國均有相關產品陸續問世,但能滿足LED逐點校正實用化特殊要求的卻寥寥無幾。目前全球範圍內,實用型設備僅有美國Radiant Imaging公司的Visual CAL 系統,與中國中科維優09年推出的SV-1 系統。

  這類設備精度高,穩定性好,校正效果佳,但價格相對昂貴。

  ⒋工業CCD採集方案:上述幾個方向之外,還有一些基於工業相機的解決方案,如Barco公司自行開發的工業相機模組校正流水線方案;再如逐點校正的先驅長春希達,他們自主研發並持續完善的工業CCD校正方案,是國內首創的亮色一體校正解決方案。

廣告

逐點校正 -校正數據生成

  校正數據的生成可分解為3個部分,

  1) 原始數據修正處理

  2) 校正目標值的設定

  3) 校正數據的計算生成。

  其中「原始數據修正」與「校正目標值設定」2個環節對最終校正效果至關重要。

  原始數據修正處理

  工廠逐箱體校正時,因為周邊燈點光干擾不均勻,箱體邊緣燈點採集到的亮度數據會比中間燈點小一些,如果不加修正,校正後拼成大屏,必然會出現箱體邊緣亮線。

  現場校正通常選擇顯示屏的最佳觀眾區域作為單一的數據採集機位,對全屏分區域依次進行數據採集。這樣採集到的數據必然帶有因觀察視角不同引入的系統誤差。採集數據呈現: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,亮度越低的現象。

  如果不加以修正,校正後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,明暗出現失真。

  而當屏體是外弧形或現場環境限制,必須多機位才能完成採集時,由於不同機位採集視角不同,如不加修正,其接縫處必將出現明顯的分界線。如下圖:

廣告

逐點校正修正前


  因此採集到的原始數據必須加以修正才能得到好的校正效果。

逐點校正修正後


  近年來,有數碼相機方案採用鄰區對比反饋的方式來解決上述問題,而美國Radiant設備則是採用拍攝全屏圖像做參考的方式進行修正,以上方式均需要重複採集,且有時會受現場環境的限制,無法實現。

  中科維優的SV-1系統是通過對原始採集數據進行後期統計分析處理實現原始數據修正,徹底免除重複採集的環節,操作簡便,靈活高效。

  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。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。那麼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,很多數碼相機校正方案,因為缺乏中間數據,都將目標值的設定環節放在採集之前,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,將直接導致校正失敗!合理的目標值設定依賴採集數據的統計分析,因此,將目標值的設定放在採集完成之後,並提供各種輔助參數和圖線幫助用戶調整目標值應是更合理的方案。
逐點校正 -校正數據應用模式

  有了校正數據,還需要控制系統的正確應用,才能實現逐點校正。

  驅動控制的實現有兩種途徑:一為電流幅度控制,二為脈衝寬度控制(PWM方式)。由於電流幅度與亮度並不是嚴格的線性關係,且電流的增減會引起LED晶元主波長的偏移,因此,電流控制應用得越來越少,當前逐點校正驅動控制實現的主要方式為調節脈寬。

  國內主要控制系統供應商早已實現逐點的LED燈點差異性驅動控制,只是由於通用採集設備的缺失,直到2008年,逐點校正仍是少數自有控制系統的行業領軍企業的獨享技術優勢。隨著採集設備的突破進展,08年還大部分停留在宣傳賣點上,無法實用起來的控制系統逐點校正功能,到2010年已逐漸成為控制系統入市的必備利器。到今天,市場上的全彩顯示屏控制系統,不具備亮度逐點校正能力的已寥寥無幾。

  但是,逐點校正的驅動控制方面,也還存在有待完善的地方,表現在以下幾個方面:

  校正的低輝及線性表現有待改善;目前具備色度校正功能的系統尚為數不多;校正後帶載點數有待擴展;此外,除了利用控制系統實現驅動控制外,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校正。可分為硬體實現與軟體實現兩種。硬體實現即在視頻信號源與控制系統之間加一個信號處理器,內部存儲校正數據,對輸入的視頻流信號應用校正數據進行實時運算后輸出給控制系統。軟體實現即截取電腦為信號源的顯示數據流,加以校正數據運算后輸出到dvi埠。

  與控制系統實現校正相比較,由於DVI信號只有為8位,這種用前端視頻處理器實現校正的方法將嚴重損失灰度,其低輝與線性表現不佳將是必然結果,且應用色度校正時,也會因精度不足效果不理想。但對於無法通過控制系統實現校正的老屏,這種前端視頻校正則是一種提升顯示質量,延長「悅眼壽命」的高性價比技術方案。

廣告

逐點校正 -各環節交互方式

  09年前,採集系統多為控制系統自己開發,配合自己的控制系統使用。因此,無論是模塊級、箱體級還是全屏級校正,採集系統與控制系統之間大都使用自定義的控制介面協議互動完成。

  這種控制介面協議的結合方式自動化程度高,寫入數據的過程無需人工干預。對於一些數碼相機校正方案,因測量設備精度與穩定性原因,需要反覆採集、鄰區比對等才能保證區域間一致性,常常要求採集和顯示控制緊密互動,這種控制介面協議的結合方式是唯一選擇。然而,這也造成了採集系統與控制系統捆綁,互不兼容。

  LED屏廠商引進進口採集設備結合自有控制系統,有兩種情況,一是遵照採集系統的控制介面協議要求對控制系統進行改造,使用採集系統的軟體功能完成校正;二是自行開發軟體,實現顯示控制、採集系統採集與校正數據的生成與寫入。這2種情況都意味著技術導入難度高、成本高,也同樣地,不兼容,無法與市場通用的控制系統相結合。

  09年,中科維優公司將數據採集從逐點校正的過程中分解獨立出來,開創了全新的採集系統與控制系統的結合方式:數據介面協議。

  因為採集設備僅需一次數據採集即可完成校正,因此顯示控制的部分變得十分簡單,不需要與控制系統交互通信也可完成。而寫入控制系統的步驟,則可以使用數據文檔的形式,由控制系統自行完成讀取寫入相關存儲區域的工作。

  這樣,通用控制系統無需做任何改造,也無需公開任何控制介面命令,就可以通過讀取中科維優公開格式的校正數據文檔,實現逐點校正,系統對接的工作量壓縮到最低,採集系統也最小成本地實現了與層出不窮的控制系統之間的最大兼容。

  數據介面協議的結合方式實現簡易,靈活,兼容性好,但自動化程度低,未來行業內形成標準逐點校正控制介面協議,或採集系統廠商與控制系統廠商之間形成各自的專用控制介面協議,將是該環節的終極解決之道。

逐點校正 -校正後的維護

  逐點校正完成後,顯示屏的後續維護面臨著新的問題,如更換接收卡,更換模塊后的數據更新,以及顯示屏目標亮度與色域調整等等。

  目前,很多逐點校正解決方案中,缺乏原始數據和中間數據,也無法復現校正時的參數設置與校正目標值,校正後,保存下來可供後續維護的僅有校正數據文件。這種模式可以應對接收卡更換的情況,對於模塊更換等其他維護需求則無能為力,只能現場重新採集,甚至是全屏採集。

  也有進口校正系統通過提供一種遮光筒式的現場模塊測量裝置,近距離覆蓋新更換的模塊,與周邊的模塊數據相比較得到新模塊的校正係數,來解決模塊更換后的數據更新。

  上述的方法,都需要維護人員親臨現場,顯示屏的最終用戶無法自行完成維護工作。

  2010年,中科維優在SV-1系統中增加了工程管理與模塊數據管理的功能,接收卡更換也好,模組更換也好,色域變換也好,都可以通過遠程傳送一組新的數據給客戶來輕鬆實現。

  在該技術體系中,由於原始圖像、原始亮度數據、修正亮度數據等中間數據以及採集時的系統參數都得以保存,使得後續的維護工作有史可查、有據可依,並提供靈活的數據微調工具,幫助客戶解決新換上的備用模組因光衰和原屏不一致而出現亮塊補丁的問題,實現「修舊如舊」。

廣告