CN102376292B - 一种显示单元亮色度校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种显示单元亮色度校准方法，本发明包括：步骤S1，输出全白测试图，观察全白测试图；步骤S2，根据肉眼观察效果，调整红绿蓝三种颜色的边缘亮度衰减比例和中心点偏移位置；步骤S3，根据调整的红绿蓝的边缘衰减比例以及红绿蓝的中心点偏移生成观察图片；步骤S4，对比PC控制软件生成的观察图的效果与显示单元显示的效果是否一致。如果一致，则执行步骤五，否则，继续执行步骤二；步骤S5，求出每个像素点的补偿系数；步骤S6，根据补偿系数对输入信号进行每个像素点的值进行补偿。本发明克服了现有技术中显示单元亮色度校准调试成本高、而且工程人员携带仪器不方便、操作难、调试效果与人的肉眼观察效果有差异的缺点。

Description

一种显示单元亮色度校准方法

技术领域

本发明涉及图像显示处理技术领域，尤其涉及一种显示单元亮色度校准方法。

背景技术

在大屏幕拼接显示系统领域中，其组成的拼接显示单元所采用的显示技术通常为投影显示技术和平板显示技术。其中，在投影显示技术由于投射光源到屏幕每个像素点的光路不均匀性以及投射光源的红绿蓝三基色中心点不重合，会导致显示单元所显示的图像存在亮色度不均匀的问题，如暗边暗角、某个区域相对于其他区域偏色等现象；而在平板显示技术由于所采用的背景光源分布不均匀，也会导致显示单元所显示的图像存在亮色度不均匀的现象。如果在单个显示单元作为单体显示图像，这种亮色度不均匀性不易被人所察觉，但应用在大屏幕拼接显示系统领域，由于其组成大屏幕的显示单元较多，相互之间存在比较，则会显得非常明显，在每一个显示单元的周围与其他显示单元相邻处都会出现非常明显的亮色度不均匀的问题，从而影响整个大屏幕显示系统显示的画面效果。

以前调整校准显示单元的亮色度不均匀性，都是需要亮色度分析仪器，根据仪器采集的数据去调整，从而导致调试成本高、而且工程人员携带仪器不方便、操作难、调试效果与人的肉眼观察效果有差异。本发明所示的调整方法，只需要一台PC机以及根据调整方法所得到的PC控制软件即可实现。成本低、携带方便、操作简单、调整后的效果与肉眼观察效果一致。

发明内容

本发明克服了现有技术中显示单元亮色度校准调试成本高、而且工程人员携带仪器不方便、操作难、调试效果与人的肉眼观察效果有差异的缺点，提供了一种对大屏幕拼接显示系统内显示单元的亮色度均匀性校准方法。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现，一种显示单元亮色度校准方法，包括：

步骤S1，输出全白测试图，并对该全白测试图进行观察；

步骤S2，根据肉眼观察效果，分别通过调整红绿蓝三种颜色的边缘亮度衰减比例来解决暗边暗角现象，同时通过调整红绿蓝三种颜色的中心点偏移位置来解决区域偏色现象；

步骤S3，根据调整的红绿蓝的边缘衰减比例以及红绿蓝的中心点偏移，PC控制软件根据算法生成观察图片；

步骤S4，对比PC控制软件生成的观察图的效果与显示单元显示的效果是否一致。如果一致，则执行步骤五，如果不一致，继续执行步骤二进行微调，直到PC控制软件生成的观察图的效果与显示单元显示的效果一致；

步骤S5，根据算法和观察图片中每个像素点的值分别求出每个像素点的补偿系数；

步骤S6，根据补偿系数对输入信号进行每个像素点的值进行补偿。

其中，步骤S2中，根据观察显示单元显示全白测试图的显示效果，找到显示单元最暗的边角，根据该最暗边角与中心最亮的亮度相差比例，来调整红绿蓝三种颜色的边缘亮度衰减比例。

步骤S3中，PC控制软件对于观察图片的数据生成算法是根据郎伯辐射体的余弦四次方定律，红绿蓝三基色值的计算模型为：

$f_{(x,y)}=\frac{L^4\×\mathrm{MAX}\×\mathrm{MIN}}{{\left\{\right[L^2-{(x-X)}^2-{(y-Y)}^2]\×\sqrt{\mathrm{MIN}}+[{(x-X)}^2+{(y-Y)}^2]\×\sqrt{\mathrm{MAX}}]\}}^2}$

其中f_(x，y)是基色值，L是中心点到最边缘的距离，中心点最大值设为MAX，这个最大值是显示设备所能显示的基色最大值，为255，边缘最小值设为MIN，其由红色边缘亮度衰减比例求出来，假设设置的红色边缘亮度衰减比例为a，则MIN＝MAX×(1-a)，x，y是像素的坐标，X，Y是中心点坐标位置；

步骤S5中，补偿系数的计算，首先遍历所有像素点，求出基色的最小值设为MIN_PC，则每个像素点基色值的补偿系数的计算模型为：

$f_{\mathrm{PC}(x,y)}=\frac{{\mathrm{MIN}}_{\mathrm{PC}}}{f_{(x,y)}}$

上式中，f_PC(x，y)为补偿系数，f_(x，y)为像素点的基色值。

本发明所示的显示单元亮色度校准方法具有兼容性高、易于实现、携带方便、操作简单、调整后的效果与肉眼观察效果一致等优点，能很好的解决当前大屏幕拼接墙显示系统显示单元内亮色度不均与性、暗边暗角、区域偏色问题。同时，本发明提供的校准方法，有效保持了亮色度校准的最优化，并亮度损失小。

附图说明

图1为显示单元亮色度校准方法流程图。

图2为中心点到最边缘的距离示意图。

图3为投射光源到中心点的距离L_Max示意图。

具体实施方式

本发明方法主要为算法控制，主要方法为图片生成的数据算法、根据显示单元显示的全白测试图与生成的图片对比效果调整边缘亮度下降比例以及投影光源的红绿蓝中心点位置。其核心思想是根据算法模拟显示单元显示效果(包括光路不均匀、投射光源红绿蓝中心点的不统一并会产生偏移)，并生成观察图，以观察图为参考通过算法生成每个像素点的补偿系数。同时由于模拟显示效果的观察图片生成，使用的数据生成算法是郎伯辐射体的余弦四次方定律，而且精确到显示单元的每个显示像素点。

本发明算法步骤详细说明如下：

步骤1，由于白色是由红绿蓝三基色组成，同理，显示单元输出全白测试图的时候，其每个像素点所组成的的三基色红绿蓝已经达到其能显示范围最大值。这样，如果校准好全白测试图，相对应的其他测试图片也会校准好。其原因是校准好全白测试图也就校准好红(或者绿、或者蓝)色所有像素点之间的比例，而每一种颜色都是由三基色所组成。

首先，显示单元输出全白测试图片，并观察该图片的特征效果。如：哪个边角变暗，其暗的程度如何(也就是其相对于中心点最亮处亮度下降比例)；哪个边角偏色，其偏色的程度如何(也就是其偏色的那种颜色中心点该往该边角偏移的程度)。

步骤2，由于PC端显示器亮色度都属于理想一致的状态，这样就可以根据算法生成的观察图片在PC端显示器的观察效果与显示单元输出的全白测试图的观察效果进行比对。输入显示单元分辨率，以便PC控制软件确定生成的观察图片分辨率。观察显示单元显示全白测试图的显示效果，找到显示单元最暗的边角，根据该最暗边角与中心最亮的亮度相差比例(根据观察效果估算)来调整红绿蓝边缘亮度衰减比例。同时，根据观察的偏色效果来调整红绿蓝最亮中心点的偏移位置。

假设四个边角都偏暗，只是偏暗的程度不一，同时假设左上角偏得最暗，估算其与中心最亮的亮度相差比例为15％。这时，把红绿蓝的边缘亮度衰减比例都调为15％。

假设左上角偏红，由于显示单元的投射特性，也就是其投射的红色中心点往左上角偏移。这样必然会导致左上角的红色多、右下角的红色少，显示出来的效果就是左上角偏红、右下角偏青色(白色-红色＝青色)。这时，就该调整红色中心点的偏移位置往左上角偏移。

步骤3，根据调整的红绿蓝的边缘衰减比例以及红绿蓝的中心点偏移，PC控制软件根据算法生成图片。其实在每次执行步骤二的时候，步骤三都会同时的执行。

PC控制软件对于观察图片的数据生成算法是根据郎伯辐射体的余弦四次方定律。

余弦四次方定律为：与镜头光轴平行的入射光，聚集在画面中心部分成像，假设它的照度为I₀，与光轴不平行的斜光线，与光轴成任意角θ入射，这时的像面照度为I_θ，则有下列关系：I_θ＝I₀×COS⁴θ。即斜光线成像的亮度与这个斜角的余弦四次方成正比。因此与画面中心部分相比，越向边缘，影像越暗。

由于全白测试图每个像素点都是有红绿蓝三基色组成，所以在算法模拟生成的观察图其组成的红绿蓝三基色算法都是一样。

以红色基色为例子说明，同时假设显示单元的分辨率为S×C(也就是生成的观察图的分辨率大小)。如图2所示，由显示单元的分辨率知道中心点到最边缘的距离为

设为L；同时知道中心点最大值设为MAX，这个最大值是显示设备所能显示的基色最大值，为255；边缘最小值设为MIN，其由红色边缘亮度衰减比例求出来，假设设置的红色边缘亮度衰减比例为a，则MIN＝MAX×(1-a)；红色原来中心点的位置是出于图片的中心位置，即其坐标为(S/2，C/2)，但经过调整后，其中心点位置一般会改变，假设为(X，Y)。

这样，就可以得到一切可知条件

$L=\frac{\sqrt{S^2{+C}^2}}{2}---\left(1\right)$

MAX＝255(2)

MIN＝MAX×(1-a)(3)

首先，求出投射光源到中心点的距离L_Max，由余弦四次方定律I_θ＝I₀×COS⁴θ可以知道：

MIN＝MAX ×COS⁴θ(4)

${\mathrm{COS}}^4\mathrm{\θ}={\left(\frac{L_{\mathrm{Max}}}{\sqrt{{L^2}_{\mathrm{Max}}+L^2}}\right)}^4---\left(5\right)$

由公式4、公式5可以得到

$L_{\mathrm{Max}}=L\×\sqrt{\frac{\sqrt{\mathrm{MIN}}}{\sqrt{\mathrm{MAX}}-\sqrt{\mathrm{MIN}}}}---\left(6\right)$

针对每个像素点，可以知道，其坐标为(x，y)，则其到调整后的中心点(X，Y)距离为：

$l=\sqrt{{(x-X)}^2+{(y-Y)}^2}---\left(7\right)$

假设每个像素点其三基色的红色值为f_(x，y)，则由余弦四次方定律可以知道：

$f_{(x,y)}=\mathrm{MAX}\×{\left(\frac{L_{\mathrm{Max}}}{\sqrt{L_{\mathrm{Max}}^2+l^2}}\right)}^4---\left(8\right)$

由公式6、公式7、公式8，可以得到

$f_{(x,y)}=\frac{L^4\×\mathrm{MAX}\×\mathrm{MIN}}{{\left\{\right[L^2-{(x-X)}^2-{(y-Y)}^2]\×\sqrt{\mathrm{MIN}}+[{(x-X)}^2+{(y-Y)}^2]\×\sqrt{\mathrm{MAX}}]\}}^2}---\left(9\right)$

这样，根据已知条件(显示单元的分辨率、最大值、红色边缘亮度衰减比例、红色中心点的偏移位置)就可以求出每个像素点的三基色红色的值。同理可以求出绿色与蓝色的值，这样就可以得到每个像素点组成的三基色值，从而可以生成观察图。

步骤4，当PC控制软件实时生成观察图的时候，也要对比PC控制软件生成的观察图的效果与显示单元显示的效果是否一致。如果一致，就可以执行步骤五，如果不一致，继续执行步骤二微调，直到PC控制软件生成的观察图的效果与显示单元显示的效果一致。

步骤5，当PC控制软件生成的观察图的效果与显示单元显示的效果一致时，就可以认为该观察图实际就是全白测试图的显示效果，即观察图的每个像素点组成的红绿蓝三基色就是全白测试图每个像素点的值。这样，就可以得到全白测试图每个像素点的数据，根据这些数据，就可以求出每个像素点的补偿系数。

每个像素点的补偿系数都是由红绿蓝三种基色的补偿系数组成，每个像素点的红色补偿系数为例说明：

首先，遍历所有像素点，求出其红色基色的最小值，设为MIN_RED，则每个像素点的红色基色的值为f_(x，y)，则其补偿系数

$f_{\mathrm{RED}(x,y)}=\frac{{\mathrm{MIN}}_{\mathrm{RED}}}{f_{(x,y)}}---\left(10\right)$

步骤6，求出每个像素点红绿蓝三基色的补偿系数后，根据每个像素点红绿蓝三基色的补偿系数对输入信号的每个像素点的红绿蓝值进行修正，从而解决显示单元暗边暗角以及某个区域偏色的问题。

Claims (3)

1.一种显示单元亮色度校准方法，其特征在于，包括如下步骤： 

步骤S1，输出全白测试图，并对该全白测试图进行观察； 

步骤S2，根据肉眼观察效果，分别通过调整红绿蓝三种颜色的边缘亮度衰减比例来解决暗边暗角现象，同时通过调整红绿蓝三种颜色的中心点偏移位置来解决区域偏色现象； 

步骤S3，根据调整的红绿蓝的边缘衰减比例以及红绿蓝的中心点偏移，PC控制软件根据算法生成观察图片； 

步骤S4，对比PC控制软件生成的观察图的效果与显示单元显示的效果是否一致 ；如果一致，则执行步骤S5，如果不一致，继续执行步骤S2进行微调，直到PC控制软件生成的观察图的效果与显示单元显示的效果一致； 

步骤S5，根据算法和观察图片中每个像素点的值分别求出每个像素点的补偿系数； 

步骤S6，根据补偿系数对输入信号进行每个像素点的值进行补偿； 

其中步骤S3，PC控制软件对于观察图片的数据生成算法是根据郎伯辐射体的余弦四次方定律，红绿蓝三基色值的计算模型为： 

其中f_(x,y)是色值，L是中心点到最边缘的距离，中心点最大值设为MAX，这个最大值是显示设备所能显示的基色最大值，为255，边缘最小值设为MIN,其由红色边缘亮度衰减比例求出来，假设设置的基色边缘亮度衰减比例为a，则MIN=MAX×(1-a)，x，y是像素的坐标，X，Y是中心点坐标位置。 

2.根据权利要求1所述的显示单元亮色度校准方法，其特征在于，其中步骤S2，根据观察显示单元显示全白测试图的显示效果，找到显示单元最暗的边角，根据该最暗边角与中心最亮的亮度相差比例，来调整红绿蓝三种颜色的边缘亮度衰减比例。 

3.根据权利要求1所述的显示单元亮色度校准方法，其特征在于，其中步骤S5，补偿系数的计算，首先遍历所有像素点，求出基色的最小值设为MIN_PC，则每个像素点基色值的补偿系数的计算模型为： 

其中，f_PC(x,y)为补偿系数，f_(x,y)为像素点的基色值。