CN101510393A - 基于空间矢量的色度led全彩色显示屏校正方法 - Google Patents

Abstract

一种基于空间矢量的色度LED全彩色显示屏校正方法，该方法包括：a.采集LED显示屏的图像，并测试LED显示屏的每个像素的亮度和色度，得到LED显示屏上像素中单个LED灯的色度坐标及亮度的数据；b.将采集到的初始数据分别形成红、绿、蓝三个通道的影像场作为矢量校正的初始依据，并将BMP位图导入计算机，区分出每个像素而得到像素布局图；c.对每个像素的红，绿，蓝三个通道的值分别进行校正，得到每个LED的校正数据；d.重新合成纯净的红、绿、蓝三基色，再由这三个基色去表现色彩；e.通过LED显示控制器中的校正模块在由DVI信号解码得到图像的数据时，再针对每个具体坐标点的校正值，进行逐点的校正运算，在LED显示屏端，得到校正后的图像。本发明可有效提高LED显示屏的色彩纯净度及均匀性。

Description

基于空间矢量的色度LED全彩色显示屏校正方法

【技术领域】

本发明涉及LED全彩色显示屏，特别是涉及一种基于空间矢量的色度LED全彩色显示屏校正方法。

【背景技术】

LED显示屏是集微电子技术、光电子技术、计算机技术、信息处理技术于一体的大型显示系统。它以其色彩鲜艳，动态范围广，亮度高，寿命长，工作性能稳定而广泛应用于广告、证券、信息传播、新闻发布等方面，成为目前国际上最重要的显示媒体。LED显示屏是通过一定的控制方式，用于显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的器件阵列组成的显示屏幕。近年来，由于半导体的制作和加工工艺逐步成熟和完善，发光二极管(light emitting diode)已日趋在固体显示中占主导地位。其之所以受到广泛重视而得到迅速发展，是与它本身所具有的亮度高、工作电压低、功耗小、微型化易与集成电路匹配、驱动简单、寿命长、耐冲击、性能稳定等优点分不开的，且目前正朝着更高亮度、更高耐气候性、更高的发光均匀性、更高的可靠性及全色化方向发展。

另一方面，传统的白积灯具有耗电量大，寿命短等无法克服的缺陷。装有白积灯的霓虹灯、广告灯箱、平面招牌广告等虽色彩鲜丽，但变化单调，更不能播放视频图像广告。磁翻版虽可借电脑拼装简单图案，但自身不具备发光源，夜间使用效果差。近年来，随着微电子技术、自动化技术、计算机技术的迅速发展，生产工艺的更新及新材料的应用，使得LED芯片的亮度及寿命得到了突飞猛进的发展，从而使其应用领域日益宽广，LED显示屏市场得到长足的发展。九十年代中，随着超高亮蓝色、红色、绿色发光管的出现，使得实现真彩色显示屏成为现实。室外显示屏日益受到人们的喜爱，特别是在体育场馆、广告、新闻等领域的应用日渐广泛。

然而，随着LED显示屏技术的发展，其内在缺陷也随之暴露出来。由于LED生产技术的限制，LED灯在亮度上存在20％的差异，即红、绿、蓝三颗灯在每个通道上都存在有20％的差异，从而造成LED屏整屏产生亮度不均匀及花屏的结果。

【发明内容】

本发明旨在解决上述问题，而提供一种通过色彩空间矢量校正及纯净三基色合成及空间补偿，动态地纠正色度差异，从而提高LED显示屏的色彩纯净度及均匀性的基于空间矢量的色度LED全彩色显示屏校正方法。

为实现上述目的，本发明提供一种基于空间矢量的色度LED全彩色显示屏校正方法，该方法包括如下步骤：

a、通过CCD成像采集LED显示屏的无校正时全灰度图像，，并通过CCD影像色度计测试LED显示屏的每个像素的亮度和色度，得到LED显示屏上像素中单个LED灯的色度坐标及亮度的数据；

b、将采集到的初始数据分别形成红、绿、蓝三个通道的影像场作为矢量校正的初始依据，并将CCD成像所得到的数据导入计算机，由图像识别程序识别出像素的边缘，区分出每个像素而得到像素布局图；

c、对所得到的LED色坐标数据与标准光源作对比，对每个像素的红，绿，蓝三个通道的值分别进行校正，并通过空间补偿，动态地纠正色度差异，以得到每个LED的校正数据；

d、分别通过红，绿，蓝三个通道的校正系数对三种基色的LED进行校正，重新合成纯净的红、绿、蓝三基色，再由这三个基色去表现色彩；

e、通过LED显示控制器中的校正模块在由DVI信号解码得到图像的数据时，再针对每个具体坐标点的校正值，进行逐点的校正运算，在LED显示屏端，得到校正后的图像。

步骤a中，所述CCD影像色度计为PM-1400系列CCD影像色度计。

步骤c中，所述空间补偿是在单独通道的单一颜色中加入其他颜色分量，每个通道的颜色数据是按一定比例的红、绿、蓝进行混色；所述动态地纠正色度差异是依据发光材料批次的不同以及环境要求不同进行动态调整。所述校正数据是如下所述的校正系数矩阵：

1，1，.8062，.0038，.0005，.0132，.9775，.0053，.0172，.0006，.8973

1，2，.8684，.0015，.0091，.0210，.8706，.0082，.0153，.0084，.9928

1，3，.9185，.0283，.0316，.0038，.9535，.0067，.0037，.0258，.9504

1，4，.8600，.0005，.0053，.0172，.9476，.0258，.0000，.0316，.8574

1，5，.7732，.0091，.0006，.0000，.9952，.0000，.0037，.0000，.9023

1，6，.8322，.0153，.0210，.0000，.8834，.0000，.0000，.0084，.9936

以上系数输出到指定的文本文件中，其系数格式如下：

X，Y，D_RL_R，D_GL_R，D_BL_R，D_RL_G，D_GL_G，D_BL_G，D_RL_B，D_GL_B，D_BL_B

其中X、Y为像素坐标、D_？L_？为对应像素的系数矩阵。

步骤d中，所述纯净的红、绿、蓝三基色按下列动态校正公式合成：

Red_out＝Red_in*D_RL_R+Grn_in*D_GL_R+Blu_in*D_BL_R

Grn_out＝Red_in*D_RL_G+Grn_in*D_GL_G+Blu_in*D_BL_G

Blu_out＝Red_in*D_RL_B+Grn_in*D_GL_B+Blu_in*D_BL_B

步骤e中，所述LED显示控制器的控制流程为：

(1)、LED显示控制器接收三基色的视频数据，并将所述校正程序存储在存储器RAM中；

(2)、通过所述校正程序对视频数据进行Gamma校正和交织处理，得到12位的校正数据，并存入同步动态随机存取存储器SDRAM中；

(3)、由LED显示控制器将不同权重的数据显示信号按显示有效时间的不同决定发出锁存信号及显示信号的有效时间。

本发明的贡献在于，它有效克服了现有LED显示屏技术存在的整屏亮度不均匀及花屏等缺陷。本发明通过CCD成像，图像识别，色彩空间矢量校正、纯净三基色合成及空间补偿等措施，可动态地纠正LED灯的色度及亮度差异，从而有效提高了LED显示屏的色彩纯净度及均匀性。

【附图说明】

图1是本发明的方法示意图。

图2是本发明的可视化的校正系数区域示意图。

图3是本发明的各像素的区域分布与颜色通道的变量系数示意图。

图4是红，绿，蓝三个通道的修正前的可视化的校正系数示意图。

图5是红，绿，蓝三个通道的修正后的可视化的校正系数示意图。

【具体实施方式】

本发明的基于空间矢量的色度LED全彩色显示屏校正方法如图1所示，该方法包括：所需校正的LED显示屏(步骤1)、CCD成像(步骤2)、图像识别(步骤3)、色彩空间校正(步骤4)、颜色特性输入(步骤5)、FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)(步骤6)、LED显示屏控制系统(步骤7)。

如图1所示，步骤1中，所述的LED显示屏包括构建露天运动场的巨型显示屏、舞台、户外广告或大型室内显示器等由LED器件阵列组成的显示屏幕。

步骤2中，所述CCD成像为LED显示屏的图像采集步骤，其中的CCD是指电荷耦合器件，它是一种半导体装置，能够把光学影像转化为数字信号。本实施例中，首先通过PM-1400系列CCD影像色度计采集LED显示屏的图像，并通过CCD影像色度计测试LED显示屏的每个像素的亮度和色度，即对每个像素进行逐点测试，得到LED显示屏上像素中单个LED灯的色座标及亮度的数据。上述CCD影像色度计具有ActiveX界面。它可使用户通过应用像T LabView、Matlab、VBA、VBScript、Javascript、Cand C++等软件来拓展自己的意图和自动检测。CCD影像色度计可测试LED面板每个像素的亮度和色度，自动调节每个LED的校正系数，达到整个面板的亮度和色度均匀分布。实施该图像采集步骤时，由CCD影像色度计对显示屏在白平衡状态下进行拍摄，形成数据。其数据格式可分为四个部分：位图文件头、位图信息头、彩色板、图像数据阵列。具体如下：

一、图像文件头

1)1：图像文件头。424Dh＝’BM’，表示是Windows支持的数据格式。

2)2-3：整个文件大小。46900000，为00009046h＝36934。

3)4-5：保留，必须设置为0。

4)6-7：从文件开始到位图数据之间的偏移量。46000000，为00000046h＝70，上面的文件头就是35字＝70字节。

5)8-9：位图图信息头长度。

6)10-11：位图宽度，以像素为单位。80000000，为00000080h＝128。

7)12-13：位图高度，以像素为单位。90000000，为00000090h＝144。

8)14：位图的位面数，该值总是1。0100，为0001h＝1。

二、位图信息头

9)15：每个像素的位数。有1(单色)，4(16色)，8(256色)，16(64K色，高彩色)，24(16M色，真彩色)，32(4096M色，增强型真彩色)。T408支持的是16位格式。1000为0010h＝16。

10)16-17：压缩说明：有0(不压缩)，1(RLE8，8位RLE压缩)，2(RLE4，4位RLE压缩，3(Bitfields，位域存放)。RLE简单地说是采用像素数+像素值的方式进行压缩。T408采用的是位域存放方式，用两个字节表示一个像素，位域分配为r5b6g5。图中0300 0000为00000003h＝3。

11)18-19：用字节数表示的位图数据的大小，该数必须是4的倍数，数值上等于位图宽度×位图高度×每个像素位数。0090 0000为00009000h＝80×90×2h＝36864。

12)20-21：用象素/米表示的水平分辨率。A00F 0000为0000 0FA0h＝4000。

13)22-23：用象素/米表示的垂直分辨率。A00F 0000为0000 0FA0h＝4000。

14)24-25：位图使用的颜色索引数。设为0的话，则说明使用所有调色板项。

15)26-27：对图象显示有重要影响的颜色索引的数目。如果是0，表示都重要。

三、彩色板

16)28-35：彩色板规范。对于调色板中的每个表项，用下述方法来描述RGB的值：

1字节用于蓝色分量

1字节用于绿色分量

1字节用于红色分量

1字节用于填充符(设置为0)

对于24-位真彩色图像就不使用彩色表，因为位图中的RGB值就代表了每个象素的颜色。但是16位r5g6b5位域彩色图像需要彩色表。

位图中彩色板为00F8 0000 E007 0000 1F00 0000 0000 0000，其中：

00FB 0000为FB00h＝1111100000000000(二进制)，是红色分量的掩码。

E007 0000为07E0h＝0000011111100000(二进制)，是绿色分量的掩码。

1F0 00000为001Fh＝0000000000011111(二进制)，是红色分量的掩码。

0000 0000总设置为0。

将掩码跟像素值进行“与”运算再进行移位操作就可以得到各色分量值。事实上在每个像素值的两个字节16位中，按从高到低取5、6、5位分别就是r、g、b分量值。取出分量值后把r、g、b值分别乘以8、4、8就可以补齐第个分量为一个字节，再把这三个字节按rgb组合，放入存储器(同样要反序)，就可以转换为24位标准数据格式了。

四、图像数据阵列

17)17-...：每两个字节表示一个像素。阵列中的第一个字节表示位图左下角的象素，而最后一个字节表示位图右上角的象素。

按照前述r5g6b5彩色板规范，在系统中定义可视化的校正系数区域，参见图2。

02F1为F102h

r＝(F102 AND FB00)/800×8h＝F0h＝240

g＝(F102 AND 07E0)/20×4h＝20h＝32

b＝(F102 AND 001F)×8h＝10h＝16

rgb＝F02010h，放在存储器中为1020F0h。

步骤3中，将采集到的初始数据分别形成红、绿、蓝三个通道的影像场作为矢量校正的初始依据，并将CCD成像所得到的上述数据导入计算机，由图像识别程序识别出像素的边缘，区分出每个像素而得到像素布局图。在像素布局图中，需要再做细化的工作。图像识别程度在区分出像素的基础上，将对颜色及LED外形进行测定(专业CCD成像)，从而得到像素组成中，每个LED的外型、位置及在白平衡下的颜色和每种单色的颜色，各像素的区域分布与颜色通道的变量系数如图3所示。

步骤4中，由于每个像素由红，绿，蓝三个通道组成，对步骤2中所得到的LED色座标数据与标准光源作对比，对每个像素的红，绿，蓝三个通道的值分别进行校正，并通过空间补偿，动态地纠正色度差异，以得到每个LED的校正数据，因而可得到真正意义上的纯红，纯绿，纯蓝。然后，再对单像素的亮度值进行校正，以最低亮度为参考，减低超标的亮度值，从而在色坐标一致的基础上，达到一致的亮度，消除斑块。

通常，可视化的数据图象所体现的图案是随机分布、无规律的(原因在于LED屏上各LED灯亮度分布的随机性)。如前所述，由于在分区拍摄时，由于多种因素会影响分区数据，以至于在各分区交界处有明显差异，如图3所示，其中，上下两个分区间有明显的分界线。由于显示屏原本在这里没有这种差异，因此两个分区的数据是需要进行修正的。由此可见数据的图形化显示，非常有助于对数据进行判断。

为解决分区数据的差异，必需对数据进行必要的修正。数据修正的基本原理是：若显示屏上LED灯的差异是随机分布的，则某一区域的系数平均值与另一区域的平均值应相近，且区域内像素越多，则平均值越相近。

为此，软件通过计算特定区域的系数平均值，找出不同分区的差异系数，然后将原始系数与差异系数进行运算，从而得到整体的平衡。

步骤5中，分别通过红，绿，蓝三个通道的校正系数(通过分析比较CCD测得的影像数据，采用专业软件算法)对三种基色的LED进行校正，在电脑中重新合成纯净的红、绿、蓝三基色，再由这三个基色去表现色彩。具体地说，所述纯净的红、绿、蓝三基色按下列动态校正公式合成：

Red_out＝Red_in*D_RL_R+Grn_in*D_GL_R+Blu_in*D_BL_R

Grn_out＝Red_in*D_RL_G+Grn_in*D_GL_G+Blu_in*D_BL_G

Blu_out＝Red_in*D_RL_B+Grn_in*D_GL_B+Blu_in*D_BL_B

通过修正后的数据如图5所示。图4中，数据修正前，分区交界处的明显差异，图5中，数据修正后，分区交界处已不明显。通过图3与图4对比可见，原来由于分区造成的分界线在修正后已消失。

步骤6、7中，通过LED显示控制器中的校正模块在由DVI信号解码得到图像的数据时，再针对每个点的校正值，进行逐点的校正运算，在LED显示屏端，得到校正后的图像。所述LED显示控制器可采用通用LED显示控制器，其内设有随机存储器RAM和校正程序模块，LED显示控制器的控制流程为：

(1)、LED显示控制器接收24Bits三基色(RGB)的视频数据，并将所述校正程序存储在存储器RAM中。

(2)、通过所述校正程序对视频数据进行Gamma(咖玛)校正和交织处理，所述交织是在单通道数据信号混有其他颜色分量，得到16位的校正数据，并存入同步动态随机存取存储器SDRAM中。

(3)、由LED显示控制器将不同权重的数据显示信号按显示有效时间的不同决定发出锁存信号及显示信号的有效时间。控制输出模块和写入模块采用先来先得的算法，而校正和交织过程的读写，则优先级最低，可以在前面二者申请时被挂起，只有当前二者不再需要总线时，才可以分配到总线的使用权。

Claims (6)

1、基于空间矢量的色度LED全彩色显示屏校正方法，其特征在于，它包括如下步骤：

a、通过CCD成像采集LED显示屏的无校正时全灰度图像，并通过CCD影像色度计测试LED显示屏的每个像素的亮度和色度，得到LED显示屏上像素中单个LED灯的色度坐标及亮度的数据；

b、将采集到的初始数据分别形成红、绿、蓝三个通道的影像场作为矢量校正的初始依据，并将CCD成像所得到的数据导入计算机，由图像识别程序识别出像素的边缘，区分出每个像素而得到像素布局图；

c、对所得到的LED色坐标数据与标准光源作对比，对每个像素的红，绿，蓝三个通道的值分别进行校正，并通过空间补偿，动态地纠正色度差异，以得到每个LED的校正数据；

d、分别通过红，绿，蓝三个通道的校正系数对三种基色的LED进行校正，重新合成纯净的红、绿、蓝三基色，再由这三个基色去表现色彩；

e、通过LED显示控制器中的校正模块在由DVI信号解码得到图像的数据时，再针对每个具体坐标点的校正值，进行逐点的校正运算，在LED显示屏端，得到校正后的图像。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(a)中，所述CCD影像色度计为PM-1400系列CCD影像色度计。

3、如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(c)中，所述空间补偿是在单独通道的单一颜色中加入其他颜色分量，每个通道的颜色数据是按一定比例的红、绿、蓝进行混色；所述动态地纠正色度差异是依据发光材料批次的不同以及环境要求不同进行动态调整。

4、如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(c)中，所述校正数据是如下所述的校正系数矩阵：

1，1，.8062，.0038，.0005，.0132，.9775，.0053，.0172，.0006，.8973

1，2，.8684，.0015，.0091，.0210，.8706，.0082，.0153，.0084，.9928

1，3，.9185，.0283，.0316，.0038，.9535，.0067，.0037，.0258，.9504

1，4，.8600，.0005，.0053，.0172，.9476，.0258，.0000，.0316，.8574

1，5，.7732，.0091，.0006，.0000，.9952，.0000，.0037，.0000，.9023

1，6，.8322，.0153，.0210，.0000，.8834，.0000，.0000，.0084，.9936

以上系数输出到指定的文本文件中，其系数格式如下：

X，Y，D_RL_R，D_GL_R，D_BL_R，D_RL_G，D_GL_G，D_BL_G，D_RL_B，D_GL_B，D_BL_B

其中X、Y为像素坐标、D_？L_？为对应像素的系数矩阵。

5、如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(d)中，所述纯净的红、绿、蓝三基色按下列动态校正公式合成：

Red_out＝Red_in*D_RL_R+Grn_in*D_GL_R+Blu_in*D_BL_R

Grn_out＝Red_in*D_RL_G+Grn_in*D_GL_G+Blu_in*D_BL_G

Blu_out＝Red_in*D_RL_B+Grn_in*D_GL_B+Blu_in*D_BL_B

6、如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(e)中，所述LED显示控制器的控制流程为：

(1)、LED显示控制器接收三基色的视频数据，并将所述校正数据存储在存储器RAM中；

(2)、通过所述校正程序对视频数据进行Gamma校正和交织处理，得到16位的校正数据，并存入同步动态随机存取存储器SDRAM中；

(3)、由LED显示控制器将不同权重的数据显示信号按显示有效时间的不同决定发出锁存信号及显示信号的有效时间。

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