CN100589583C - 一种多屏幕拼墙校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多屏幕数字拼墙的校正方法，包括步骤：选定基准显示单元；拍摄至少一张包含基准显示单元的当前校正区域内多个或全部显示单元的照片；逐个校正基准显示单元或已校正的显示单元周边的显示单元；重复以上步骤2至3，直到完成所有显示单元的校正。本发明结构简单、成本低、全自动调整，校正效率高，且对显示单元无特殊要求，对于尺寸较大的拼墙应用可采用分区的方式校正。

Description

一种多屏幕拼墙校正方法

技术领域

本发明是涉及一种显示设备的校正方法，特别是涉及一种多屏幕拼墙校正方法。

背景技术

随着计算机信息技术的发展，中国电信、电力、水利、公安、城市交通、道路运输和工业生产过程监控领域对多屏幕显示设备和技术的需求迅猛增长，多屏幕数字拼墙系统可以将各类计算机信号、视频信号在多屏幕拼接墙上显示，形成一套功能完善、技术先进的信息显示管理控制系统，为用户提供一个交互式的人机界面，完全可以满足调度指挥中心的实时、多画面显示需要。但是对于多屏幕拼墙系统的色彩、亮度的一致性校正成为各系统集成商一大难题。

目前大部分仍采用人力调整的方法，出厂前靠挑选机芯和灯泡保证亮度大体一致，然后靠人工操作再做精细调整，校正工作必须专业人员才能完成，需要大量时间，而且效果不好；而另一部分做法是利用颜色传感器或专业的色彩分析仪等测量各显示单元的光学参数，然后分析并作出校正，由于在同一显示单元上测量有限个点，操作复杂，且因屏幕亮度不均匀性，致使在同一显示单元中各点上测试结果差异较大，影响校正效果。还有些做法是采用专业的色彩分析仪器在屏幕取多点测量数据，并配合软件来调整色彩、亮度的一致性，同样存在测量结果差异大的问题，调整效果不理想。

如CN1658651A专利文献中公开了一种多通道投影显示系统的色彩校正方法，它采用每个投影通道分别将红、绿、蓝色彩从0-255投影256次，分别采集并建立映射数据，然后计算色彩的公共交集，在此基础上反复对单个修改校正系数修改输入图像，然后输入到投影机并测量色彩数据，直到校正后映射数据和目标色彩映射数据差异小于误差范围。过程复杂，其数据量非常大，单个显示单元建立映射数据的采集次数为3*256＝768次，而校正过程可能还需要多次反复过程，随着通道数目增加，校正耗时相应成倍数增加。并且系统需要色彩测量设备配合完成校正功能，使用专业的色彩测量设备价格昂贵，操作复杂，而且各个厂家的通用性不好，而一些其他通用型的摄像设备都是对原图像进行过色彩处理，应用于色彩校正中误差较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、使用方便、成本低、操作简单的多屏幕拼墙颜色、亮度校正的装置和方法，且对显示单元的材质、显示方式没有特定的要求，只需要显示单元具有可提供给用户调整的色彩、亮度参数。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种多屏幕拼墙的校正装置，它包括由提取屏幕颜色信息的摄像模块，图像数据缓存模块，接收及执行计算机命令的主控制模块，以及计算机。

摄像模块包括用于采集屏幕颜色信息的光学滤波器、固定焦距或可调焦的光学镜头及感光元件；图像数据缓存模块完成对摄像模块的读取，可选择压缩或不压缩数据、全部图像或部分图像读取；主控制模块完成拼墙显示单元的同步信号检测、与计算机之间拼墙图像数据的传送、接收数据并处理计算机发送的指令、控制多屏幕拼墙显示指定的画面、调整摄像模块的增益及曝光时间、调整各显示单元的色彩参数；显示单元可以采用LCD(LiquidCrystal Display液晶显示器)、DLP(Digital Light Processing数字光处理)、LCOS(Liquid Crystal on Silicon硅上液晶)或其他显示技术，只要各单元颜色参数具有可调节的特性即可，如RGB或CMY、亮度、对比度等。

校正装置与多屏幕拼墙和计算机的通信连接采用有线或无线的方式，比如RS232、USB、红外、蓝牙等，但并不局限于以上通信连接方式。校正装置应放置在能拍摄到多屏幕拼墙的所有显示单元的范围为宜；或者在超大屏幕拼墙应用中，采取分区校正的方法，根据需要可以改变校正装置位置来拍摄多个校正分区，或者采用多个摄像模块对每个分区单独进行拍摄，两相邻的拍摄区域应至少重叠一行显示单元或一列显示单元。

计算机完成颜色分析及校正功能，对于图像的处理主要是对内存的要求，根据应用的需要，可以扩展校正装置里的主控制芯片的内存，在校正装置内即可完成显示单元的颜色分析及校正；或者在校正装置上搭建嵌入式平台，运行嵌入式操作系统LINUX，WIN CE等，在系统下运行颜色分析及校正软件，增强可移植性。

调整显示单元的RGB基色一致性以保证拼墙色彩一致性，调整显示单元的亮度及对比度参数以保证拼墙整屏亮度的一致性。各步调整可能需要多次反复调整。

首先测算出整个拼墙所能达到的基色一致性参数范围并且亮度较高的：计算机发送命令给校正装置设置拼墙各显示单元的RGB基色值(n，Rs，Gs，Bs)，并将其设定为最大值，计算机发送命令控制拼墙各显示单元分别显示指定基色纯色或分级色阶画面，如红、绿、蓝，拍摄拼墙屏幕图片并传回计算机，并分析各屏色彩显示状态，得出在显示红、绿、蓝单色情况下所能达到的颜色亮度Rr、Gr、Br，并综合得出各屏幕的RGB基色的实际值(n，Rr，Gr，Br)，建立各屏RGB基色设定的最大值与实际值的映射关系(n，Rr，Gr，Br)＝R(n，Rs，Gs，Bs)，其逆过程实际值到设定值的映射关系为(n，Rs，Gs，Bs)＝S(n，Rr，Gr，Br)。计算一个所有屏幕都能达到的最高颜色值MAX_RGB，如MAX_RGB＝(246，250，240)，考虑到留有调整的域度，设定拼墙所有显示单元的RGB基色为与MAX_RGB的90％所映射的值为设定的最大值：S(n，MAX_RGB*90％)，保证所有显示单元的一致性具有可调性。校正装置能够对颜色差异较大而无法调整的显示单元做出提示要求更换。

拼墙基色一致性校正方法：任意选定一个基准显示单元，一般以中心显示单元为准，逐步向周边调整基色的一致性，而周边的显示单元再以调整过的相邻显示单元为基准做调整，每次调整之前都会拍摄至少一张图片，分离出每个显示单元的图片，从每个图片中提取多组颜色数据，作为该显示单元的颜色测量值，作为下一步调整依据。

具体而言包括以下步骤：

选定基准显示单元

拍摄至少一张包含基准显示单元的当前校正区域内多个或全部显示单元的照片；

逐个校正基准显示单元或已校正的显示单元周边的显示单元；

重复以上步骤2至3，直到完成所有显示单元的校正。

以上步骤还可以进一步包括，调整前，测算整个拼墙所能达到的颜色一致性参数范围。

以上步骤1所述基准显示单元可以为拼接墙上任一显示单元，但以拼墙中心显示单元为佳。

以上所述的步骤3具体包括以下步骤：

a每次校正之前都会拍摄至少一张图片，分离出每个显示单元的图片，从每个图片中提取一组或多组颜色数据，作为该显示单元的颜色测量值；

b比对标准显示单元与其周边显示单元的颜色测量值，反复校正其周边的显示单元的颜色参数，直至标准显示单元周边的显示单元的颜色测量值与标准显示单元的颜色测量值之差小于指定误差。

以上步骤所述从每个图片中提取多组颜色数据为每个图片的上端、左端、下端、右端中之任一端、两端、三端或四端各取一组颜色数据，校正时，进行相邻的两组颜色数据的比对。

颜色校正至少对三个基色通道进行校正。设定屏幕分别显示红、绿、蓝纯色或分级色阶画面，独立调节R、G、B通道，达到R、G、B基色一致性，然后设定屏幕显示一种或多种混合色，再微调色彩参数，达到在混合色时各个显示单元混合色一致，并要兼顾在红、绿、蓝纯色下颜色的一致性。单个显示单元的单个通道色彩调整方法：将实际测量得到的色彩数值与目标值差值的增量，反复调整，直到实际测量色彩值与目标值之差小于或等于一个预期的门限值。依次按照以中心为准向周边逐步调整的方式来完成整个屏幕的调整。相邻显示单元的RGB基色一致性并不要求其RGB的颜色完全相等，而允许他们之间有一定的人眼视觉所允许的数值差异，根据应用环境需要可随时调整已经调整完的显示单元的RGB参数。提取单色过程中根据需要可拍摄多张照片然后在同一像素点上求平均值。为减小拍摄角度及环境光干扰的引起的误差，单个显示屏的取色范围并不只取一组，而是取上下左右边界处共四组数据，而相邻显示单元的比较方式是以上下左右中相邻的两组测量数据作比较。

校正时，根据观察距离及观察角度不同，按照不同的亮度曲线将观察角度大的显示单元颜色饱和度和屏幕亮度适当提高，以获得最佳的观察效果。

在超大屏幕拼墙应用中，采取分区校正的方法，根据需要可以改变校正装置位置来拍摄多个校正分区，或者采用多个摄像模块对每个分区单独进行拍摄，两相邻的拍摄区域应至少重叠一行显示单元或一列显示单元。

校正各显示单元的RGB基色一致性，保证了整个拼墙色彩的一致性。

亮度调整：设定拼接墙各显示单元分别显示带有横向或纵向或任意角度的分级灰阶的画面，如16、32、64级灰阶等。同样按照校正屏幕颜色一致性的方法，选定一个基准显示单元向周边调整，并且相邻显示单元以调整过的显示单元做基准。用横向灰阶图片横向对比调整相邻显示单元，用竖向灰阶图片竖向对比调整相邻显示单元。

多屏幕拼墙可采用背投或前投方式，而前投方式受环境光影响及尺寸大小的限制，应用较少。调整时，根据观察距离及观察角度不同，按照不同的亮度曲线将观察角度大的显示单元颜色饱和度和屏幕亮度适当提高，以获得最佳的观察效果。

与现有技术相比，本发明有如下有益效果：

该多屏幕拼墙颜色校正装置结构简单、成本低、抗环境光干扰强，校正效果好。采用单次拍摄，多通道同时校正的方式，速度快。全自动调整，减少人工操作误差。对显示单元无特殊要求，只需要具备可调整的色彩参数接口。对需要校正的屏幕尺寸无限制，较大的拼墙应用可采用分区的方式校正。

下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的描述。

附图说明

图1是本发明实施例拼墙校正装置及背投单元的结构示意图；

图2是单个背投显示单元内部结构图；

图3是本发明实施例m×n多屏幕拼墙示意图；

图4是本发明实施例m×n多屏幕拼墙整屏校正原理图；

图5是本发明实施例m×n多屏幕拼墙分区校正原理图；

图6-图9是本发明实m×n多屏幕拼墙分区校正分解原理

图10是本发明实施例拼墙校正装置摄像模块视角误差曲线图；

图11是本发明实施例m×n多屏幕拼墙显示单元颜色亮度曲线图；

图12是本发明实施例拼墙校正装置最终拍摄颜色亮度曲线图；

图13是本发明实施例拼墙校正装置显示单元横向分级灰阶图片；

图14是本发明实施例拼墙校正装置显示单元纵向分级灰阶图片；

图15是本发明实施例拼墙校正装置显示单元横向和竖向分级灰阶图片；

图16是本发明实施例拼墙校正装置显示单元亮度及对比度调整方法示意图。

具体实施方式

如图1，101是多屏幕拼墙的显示屏幕；102是组成拼墙的单个背投显示单元，可以是DLP投影机、CRT或LCD等；103是对应显示单元的控制器；104是校正装置，置于多屏幕拼墙的前方能够拍摄到所需区域的范围内，比如对于小尺寸屏幕如图3，可以放在能拍摄到所有显示区域301的位置范围，对于超大屏幕的拼墙如图4应分区校正，校正装置放在能单独拍到各个分区的位置范围；105是主控制模块，可采用有线或无线的方式与拼墙和计算机连接；106是摄像模块；107是可自动调焦的光学镜头及感光元件；108是数据缓存模块，109是用于运行颜色校正软件的计算机。

图2是单个背投显示单元内部结构图，201是观察者的视角方向，202是显示单元的屏幕，203是光束方向，204是反射镜，205是光投影机和控制器，206是箱体。

校正主要分为两大步骤：首先校正屏幕颜色的一致性，然后校正屏幕亮度的一致性。

实施例1：

m×n(m：组成多屏幕拼墙行数，n：组成多屏幕拼墙的列数)多屏幕拼墙颜色校正方法示意图如图4，将校正装置置于屏幕前方能够拍摄到整个显示区域401的位置，控制显示屏幕显示指定颜色的画面，拍摄屏幕照片，从图片中提出显示单元颜色信息，以中心显示单元402为基准，向四个方向403、404、405、406同步调整，之后在各个小区域内沿由里向外的方式调整，如407、408、409、410等。未调整的显示单元以已整过的显示单元为基准做逐步调整，根据需要可以适当调整已调整过的显示单元。

计算机发送命令给校正装置，控制拼墙显示纯红颜色，拍摄至少一张图片，并传回给计算机，根据环境光和拼墙显示的颜色的亮暗程度不同，要适当调整摄像模块的颜色增益和曝光时间，使所拍摄的照片不会整体偏暗，而且不会在照片中间区域出现颜色饱和现象，并最终达到拍摄的照片每个显示单元的颜色亮度均匀。

将拍摄的图片分解成独立显示单元的图片，分析各个显示单元的颜色，得出上下左右共四组颜色参数，相邻显示单元比较时，以相邻的参数做比较。

得出调整数值，可能需要几次反复调整才能达到一致，如图4中以402为基准沿403，404，405，406，407，408，409等方向向周边逐步调整。

将拼墙红色调整完后用同样的方法调整绿色、蓝色，然后调整白色，白色为红绿蓝混合色，调整时应兼顾到纯色的一致性。

拼墙亮度调整，设定拼接墙各显示单元分别显示带有横向的分级灰阶的画面和/或带有竖向的分级灰阶的画面，如图13和图14或图15。拍摄拼墙图片，分析并对比相邻显示单元的亮度层次，如图16中，1601，1602，1603为基准屏幕n拍摄的颜色层次图形，1601、1602、1603分别为红色、绿色、蓝色亮度曲线，1604、1605、1606为拍摄需要校正的显示单元n+1的红、绿、蓝亮度曲线，从图中可以判断待校正的显示单元红色对比度偏低，绿色亮度偏高，蓝色亮度偏低，以此来作为下一步调整显示单元n+1屏幕亮度方案。以图4中402显示单元为基准，逐步向周边调整各显示单元，并最终达到整屏的亮度一致。

实施例2：

分区校正m×n的多屏幕拼墙颜色方法示意图如图5，将屏幕分成四个501、502、503、504或更多校正区域，每两个相邻校正区域都重叠一行或一列显示单元。分四区域校正方法如下：

第一区域校正：在图6中601为第一校正区域，602为基准显示单元，沿602所在的行向左逐步校正，沿602所在的列向上校正，将已校正的显示单元作为新的基准，逐步校正其相邻显示单元，并最终校正601整个显示区域。

第二区域校正：在图7中701为第二校正区域，而702所在列的显示单元是701与图6中的601校正区域的重叠区域，该列的显示单元在第一区域的校正中已达到了一致，在第二区域校正中，应以702所在列的显示单元为基准，向右逐步校正各显示单元，并应兼顾上下显示单元的一致性，最终达到校正701整个显示区域。

第三区域校正：在图8中801为第三校正区域，而802所在行的显示单元是801与图7中的701校正区域的重叠区域，该行的显示单元在第二区域的校正中已达到了一致，在第三区域校正中，应以802所在行的显示单元为基准，向下逐步校正各显示单元，并应兼顾左右显示单元的一致性，最终达到校正801整个显示区域。

第四区域校正：在图9中901为第四校正区域，而902所在列的显示单元是901与图8中的801校正区域的重叠区域，该行的显示单元在第三区域的校正中已达到了一致，902所在行的显示单元是901与图6中的601校正区域的重叠区域，该行的显示单元在第二区域的校正中已达到了一致，在第四区域校正中，应以902所在行和列的显示单元为基准，向下和向左逐步校正各显示单元，并应兼顾各相邻显示单元的一致性，最终达到校正901整个显示区域。

屏幕亮度调整按照实例1中的方法对各区进行校正。

从实施例1和实施例2可知，由于各个显示单元的拍摄视角不同，同等亮度下屏幕边缘的显示单元比中间区域显示单元的亮度稍暗其变化曲线如图10所示，并且由于各种显示单元和屏幕材料的不同其亮度变化曲线也有所不同。在调整时，按照用户选择的颜色饱和度曲线将周围区域显示单元的颜色亮度调整比中间区域的高些如图11，以弥补拍摄视角误差，并得到最终观察的颜色一致性。最终拍摄的整个多屏幕拼墙显示单元颜色饱和度曲线如图12。

基色调整保证了拼墙颜色的一致性。调整各显示单元亮度与对比度来保证整个多屏幕拼墙亮度一致性。计算机发送命令给校正装置，设定拼接墙各显示单元分别显示图13、图14的分级灰阶图片，拍摄并提取屏幕图片，得到各显示单元实际的亮度、对比度，及颜色参数，调整各显示单元的亮度对比度使所拍摄的灰阶图片变化均匀，且各显示单元R∶G∶B比例为1∶1∶1。调整的方法同样是由中心向周边逐步调整的方式。

Claims (4)

1、一种多屏幕拼墙校正方法，设定多屏幕拼墙的显示屏幕(101)各显示单元分别显示指定画面，由摄像模块(106)拍摄至少一张图片存储在图像数据缓存模块(108)，计算机(109)从图片中提取各显示单元的颜色信息，根据各显示单元颜色差异作校正；其特征在于包括以下步骤：

(a)选定基准显示单元；

(b)拍摄至少一张包含基准显示单元的当前校正区域内多个或全部显示单元的照片；

(c)逐个校正基准显示单元或已校正的显示单元周边的显示单元；

所述步骤(c)具体包括以下步骤：

(i)每次校正之前都会拍摄至少一张图片，分离出每个显示单元的图片，从每个图片中提取一组或多组颜色数据，作为该显示单元的颜色测量值；

(ii)比对标准显示单元与其周边显示单元的颜色测量值，反复校正其周边的显示单元的颜色参数，直至标准显示单元周边的显示单元的颜色测量值与标准显示单元的颜色测量值之差小于指定误差；校正时，根据观察距离及观察角度不同，按照不同的亮度曲线将观察角度大的显示单元颜色饱和度和屏幕亮度适当提高，以获得最佳的观察效果；

所述的一组或多组颜色数据为每个图片的上端、左端、下端、右端中之任一端、两端、三端或四端各取一组颜色数据，校正时，进行相邻显示单元的对应两组颜色数据的比对。

2、根据权利要求1所述的一种多屏幕拼墙校正方法，其特征在于：指定画面为特定颜色的纯色或其分级色阶；或者白色或者其分级灰阶。

3、根据权利要求1所述的一种多屏幕拼墙校正方法，其特征在于：在所述步骤(a)进行之前，先测算整个拼墙所能达到的颜色一致性参数范围。

4、根据权利要求1所述的一种多屏幕拼墙校正方法，其特征在于：所述步骤(b)拍摄两个或以上校正分区，或者采用两个或以上摄像模块对每个分区单独进行拍摄，两相邻的拍摄区域应至少重叠一行显示单元或一列显示单元。

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