CN103713407B - Lcd屏色彩分析仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LCD屏色彩分析仪，包括AD采集单元、信号处理单元、控制运算单元和图形发生器模块，AD采集单元用于采集光信号，并将光信号转换为电压信号，经过放大、滤波处理后发送给信号处理单元；信号处理单元用于将电压信号分离，并经过滤波处理后送入控制运算单元；控制运算单元中的控制模块根据设置控制Gamma‑Flicker综合调校模块对LCD屏的Gamma电压值和Flicker现象进行调校，并控制Flicker调节模块对Flicker现象进行调节，并控制白平衡测量模块对LCD屏进行白平衡测量，并控制色温‑色调‑色坐标处理模块对色温、色调和色坐标进行处理，图形发生器模块根据图像发生指令向LCD屏发出图像。本发明装置集多种LCD调校功能于一体，产品自动化程度高，大幅度提高LCD屏的生产检测效率。

Description

LCD屏色彩分析仪

技术领域

本发明涉及液晶模组领域，具体地指一种LCD屏色彩分析仪。

背景技术

随着科技的发展，人们对显示屏的显示效果提出了越来越高的要求，为此针对显示屏的各种性能指标如Flicker、Gamma、图形坏点，开发了一些专用的测试设备，但没有一款能够综合色彩分析与Pattern Generator（图像发生器）的设备，用户在使用时只能根据功能需求搭配使用，但这些独立的测试设备之间在测试参数时交互复杂，可控性差，且成本比较高，也不利于后期的维护和功能拓展。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种带有PatternGenerator功能的LCD色彩分析仪，集色温、色调、色坐标、白平衡测量以及Gamma-Flicker调节和Pattern Generator出图于一体，能快速对LCD进行色彩分析及Gamma-Flicker调节。

为实现上述目的，本发明所设计的LCD屏色彩分析仪，包括AD采集单元、信号处理单元、控制运算单元和图形发生器模块，其特殊之处在于，所述AD采集单元用于采集LCD屏的红光、绿光、蓝光和白光四种光信号，并将光信号转换为电压信号，经过放大、滤波处理后发送给信号处理单元；所述信号处理单元用于将所述电压信号中红光、绿光、蓝光和白光信号进行分离，并将分离后的信号经过滤波处理后送入控制运算单元；所述控制运算单元包括Gamma-Flicker综合调校模块、Flicker调节模块、白平衡测量模块、色温-色调-色坐标处理模块和控制模块，所述控制模块根据功能选择的设置控制Gamma-Flicker综合调校模块对LCD屏的Gamma电压值和Flicker现象进行调校，并控制Flicker调节模块对LCD屏的Flicker现象进行调节，并控制白平衡测量模块对LCD屏进行白平衡测量，并控制色温-色调-色坐标处理模块对LCD屏的色温、色调和色坐标进行处理，所述控制模块还向图形发生器模块发出图像发生指令；所述图形发生器模块根据所述图像发生指令向LCD屏发出图像。

进一步地，所述AD采集单元包括用于光学探头、多路复用开关、仪表运放模块和二阶低通滤波模块，所述用于光学探头用于采集LCD屏的红光、绿光、蓝光和白光信号、并将光信号转换为电压信号的光学探头；

所述多路复用开关用于根据控制模块的指令控制四通道开关并将电压信号传送至仪表运放模块；

仪表运放模块用于根据控制模块的指令将电压信号进行放大处理后传送至二阶低通滤波模块；

二阶低通滤波模块将经过放大处理后的电压信号进行滤波处理后将信号传送至信号处理单元。

更进一步地，所述信号处理单元包括信号分离模块和数字低通-陷波滤波模块，所述信号分离模块将送入的电压信号按照红光、绿光、蓝光和白光信号进行分离，所述数字低通-陷波滤波模块用于将分离后的信号滤波处理后送入控制运算单元。

更进一步地，所述控制运算单元还包括通信模块和人机界面模块，所述通信模块用于根据控制模块的指令向图形图形发生器模块发出图像发生指令，并根据控制模块的指令向LCD屏的Gamma IC写入Gamma IC电压值，所述人机界面模块用于功能选择和设置LCD屏的Gamma电压值。

更进一步地，所述光学探头包括R探头、G探头、B探头和白光探头，分别用于采集LCD屏的红光、绿光、蓝光和白光信号，并将光信号转换为电压信号。

更进一步地，所述光学探头还包括参考探头，用于减小探头暗电流造成的误差。将参考探头放入黑暗的环境中可获得探头暗电流的值。

更进一步地，所述控制模块通过UART串口控制图形发生器模块，并向所述图形发生器模块提供给LCD屏测试所需的图形和电源信号。

更进一步地，所述功能选择是指通过人机界面模块设置Gamma-Flicker综合调校、Flicker调节、白平衡测量以及色温、色调和色坐标处理的功能。

与现有技术相比，本发明的有益之处是：本发明装置集色温、色调、色坐标、白平衡测量以及Gamma-Flicker调节和PatternGenerator出图于一体，产品成本小、自动化程度高，可大批量应用于LCD产线，大幅度提高LCD屏的生产检测效率。

附图说明

图1本发明LCD屏色彩分析仪的电路方框图；

图2为图1中AD采集单元的电路方框图；

图3为图1中信号处理单元的电路方框图；

图4为标准Gamma曲线示意图。

图中：1.AD采集单元，11.光学探头，11-1.R探头，11-2.G探头，11-3.B探头，11-4.白光探头，11-5.参考探头，12.多路复用开关，13.仪表运放模块，14.二阶低通滤波模块，2.信号处理单元，21.信号分离模块，22.数字低通-陷波滤波模块，3.控制运算单元，31.Gamma-Flicker综合调校模块，32.Flicker调节模块，33.白平衡测量模块，34.色温-色调-色坐标处理模块，35.控制模块，36.通信模块，37.人机界面模块，4.图形发生器模块，5.LCD屏，5-1.Gamma IC。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

如图1所示，本发明一种LCD屏色彩分析仪，包括AD采集单元1、信号处理单元2、控制运算单元3和图形发生器模块4。

AD采集单元1用于采集LCD屏5的红光、绿光、蓝光和白光四种光信号，并将光信号转换为电压信号，经过放大、滤波处理后发送给信号处理单元2；

AD采集单元1包括用于光学探头11、多路复用开关12、仪表运放模块13和二阶低通滤波模块14，用于光学探头11用于采集LCD屏5的红光、绿光、蓝光和白光信号、并将光信号转换为电压信号的光学探头11；

光学探头11包括R探头11-1、G探头11-2、B探头11-3和白光探头11-4，分别用于采集LCD屏5的红光、绿光、蓝光和白光信号，并将光信号转换为电压信号。光学探头11还包括参考探头11-5，用于减小探头暗电流造成的误差。

多路复用开关12用于根据控制模块35的指令控制四通道开关并将电压信号传送至仪表运放模块13。多路复用开关12采用CD4052芯片，分为两路四通道开关，一路供给R探头11-1、G探头11-2、B探头11-3和白光探头11-4，另一路供给参考探头11-5。

仪表运放模块13用于根据控制模块35的指令将电压信号进行放大处理后传送至二阶低通滤波模块14。仪表运放模块13包括差分运放电路和增益控制电路，差分运放电路基于AD620运放实现，用于增强共模抑制比和消除探头暗电流，增益控制电路基于X9313数控电位器实现，用于光信号的增益控制。

二阶低通滤波模块14将经过放大处理后的电压信号进行滤波处理后将信号传送至信号处理单元2。二阶低通滤波模块14基于AD705运放作为二阶低通滤波电路，带宽为3K。

信号处理单元2用于将电压信号中红光、绿光、蓝光和白光信号进行分离，并将分离后的信号经过滤波处理后送入控制运算单元3。

信号处理单元2包括信号分离模块21和数字低通-陷波滤波模块22，信号分离模块21将送入的电压信号按照红光、绿光、蓝光和白光信号进行分离，数字低通-陷波滤波模块22用于将分离后的信号滤波处理后送入控制运算单元3。

控制运算单元3包括Gamma-Flicker综合调校模块31、Flicker调节模块32、白平衡测量模块33、色温-色调-色坐标处理模块34和控制模块35，控制模块35根据功能选择的设置控制Gamma-Flicker综合调校模块31对LCD屏5的Gamma电压值和Flicker现象进行调校，并控制Flicker调节模块32对LCD屏5的Flicker现象进行调节，并控制白平衡测量模块33对LCD屏5进行白平衡测量，并控制色温-色调-色坐标处理模块34对LCD屏5的色温、色调和色坐标进行调节，控制模块35还向图形发生器模块4发出图像发生指令；控制运算单元3还包括通信模块36和人机界面模块37，通信模块36用于根据控制模块35的指令向图形图形发生器模块4发出图像发生指令，并根据控制模块35的指令向LCD屏5的Gamma IC7-1写入Gamma IC电压值。人机界面模块37用于功能选择。功能选择是指通过人机界面模块37设置Gamma-Flicker综合调校、Flicker调节、白平衡测量以及色温、色调和色坐标处理的功能。控制模块35控制多路复用开关12通道的选通和仪表运放模块13的增益倍数。

图形发生器模块4根据图像发生指令向LCD屏5发出图像。通信模块36通过UART串口控制图形发生器模块4，并向图形发生器模块4提供给LCD屏5测试所需的图形和电源信号。

如下表所示，多路复用开关2的控制管脚为A、B和hn，通过快速切换红光、绿光、蓝光和白光通道，可以对LCD屏5红光、绿光、蓝光和白光进行分时探测。通过R探头1-1、G探头1-2、B探头1-3和白光探头1-4对LCD屏5采样分别获得红光、绿光、蓝光和白光的电信号I_R、I_G、I_B和I_W，分别对四个通道的数据I_R、I_G、I_B和I_W进行缓存和数字滤波。由R、G、B的比率关系可以确定液晶白平衡关系。由R、G、B强度关系以及比率关系，可以确定R、G、B色坐标。通过R、G、B的关系，可以调节屏幕的色温。单通道采样的情况下，分析跟踪刷屏的波形，可以得出屏幕响应时间。

多路复用开关通道复用和AD采样对应表

HN	A	B	通道	Ad采样
					0	0	0	R	N
0	0	1	G	N+1
					0	1	0	B	N+2
0	1	1	白光	N+3
					1	*	*	Stop	Stop

Gamma-Flicker综合调校

用户使用本发明进行Gamma-Flicker综合调校时，在人机界面模块37的功能选择中选择Gamma-Flicker综合调校功能，其控制方法的具体流程如下：

1）通信模块36向图形发生器模块4发出图像发生指令，LCD屏5显示灰度L255的灰阶图，白光探头11-4从LCD屏5获取光信号；

2）白光探头11-4将光信号进行光电转换、仪表运放模块12将信号放大、经过二阶低通滤波模块13滤波，模数转换，转换为数字电压信号；

3）控制模块35对数字电压信号的峰值进行采样和储存，

4）每连续16个数字电压信号的峰值的平均值为亮度信号I255的值；

I₂₅₅=（A₁+A₂+A₃+A₄+A₅+A₆+A₇+A₈+A₉+A₁₀+A₁₁+A₁₂+A₁₃+A₁₄+A₁₅+A₁₆）/16

5）将每连续16个数字电压信号的峰值两两分组分为8组，求出每组电压差绝对值，求出8组电压差绝对值的平均值即为闪烁度值K。

K=（｜A₁-A₂｜+｜A₃-A₄｜+｜A₅-A₆｜+｜A₇-A₈｜+｜A₉-A₁₀｜+｜A₁₁-A1₂｜+｜A₁₃-A₁₄｜+｜A₁₅-A₁₆｜）/8

6）通信模块36根据控制模块35的指令调节LCD屏5的GammaIC的电压值，使亮度信号I₂₅₅的值最大；

7）调节V-COM值，同时观察闪烁度值K的变化，在K最小时固定V-COM值；

8）提取此时的亮度值为亮度最大值I_max。

9）通信模块36向图形发生器模块4发出图像发生指令，LCD屏5显示灰度L0的灰阶图；

10）白光探头11-4将光信号进行光电转换、仪表运放模块13将信号放大、经过二阶低通滤波模块14滤波，模数转换，转换为数字电压信号；

11）控制模块35对数字电压信号的峰值进行采样和储存，

12）每连续16个数字电压信号的峰值的平均值为亮度信号I0的值。

13）调节Gamma IC的电压值，使亮度信号I0的值最小；

14）调节Gamma IC的电压值，同时观察闪烁度值K的变化，使K值最小；

15）提取此时的亮度值为亮度最小值I_min。

16）将亮度最大值I_max、亮度最小值I_min代入亮度—灰阶公式：

I_i=I_min+(I_max-I_min)*(i/256)^Gamma（i=0,1,…255），

其中Gamma值为2.2，得到的曲线即为标准Gamma曲线G。

17）控制模块35控制通信模块36向图形发生器模块4发出图像发生指令，使LCD屏5依次显示灰度L1～L254的灰阶图，并依次调节Gamma IC的电压值，使每一个区域灰度的实际亮度值与该区域灰度的标准亮度值相等，调节完成。图2为使用本发明装置实现Gamma-Flicker综合调校的控制方法的效果图。

Flicker调节：

用户使用本发明进行Flicker调节时，在人机界面模块37的功能选择中选择Flicker调节功能，其控制方法的具体流程如下：

a）控制模块35控制通信模块36向图形发生器模块4向LCD屏5发送全白信号，将LCD屏5的背光调至最大；

b）LCD屏5显示Flicker调节画面，将白光探头11-4对准LCD屏5的Flicker测试区域；

c）白光探头11-4从LCD屏5的测试区域接收光信号。

d）白光探头11-4将光信号进行光电转换、仪表运放模块13将信号放大、经过二阶低通滤波模块14滤波处理，模数转换，转换为数字电压信号。

e）采样：控制模块35在LCD屏5的V-COM芯片的RAM中按照V-COM的有效范围依次写入V-COM值，每写入一个V-COM值时，对数字电压信号采样。

f）数据处理：控制模块35对采样数据中的每8个值取平均值作为一个有效数据a，将采样数据的所有有效数据ai(i=1,2.....n)做均方根运算，得到一个Flicker值，将该Flicker值与当前V-COM值对应，直到所有V-COM的值都得到对应的Flicker值。均方根的运算公式为：

$\stackrel{\‾}{a}=\frac{a_1+a_2+\·\·\·+a_n}{n}$

$\mathrm{Flicker}=\sqrt{\frac{\mathrm{\Σ}(a_i-\stackrel{\‾}{a})}{n}}$

g）控制模块35根据得到的所有Flicker值，取其中最小Flicker值对应的V-COM值控制通信模块36写入LCD屏5的V-COM芯片的ROM中，完成调校。

白平衡测量：

用户使用本发明进行白平衡测量时，在人机界面模块37的功能选择中选择白平衡测量功能，其控制方法的具体流程如下：

通过R探头1-1、G探头1-2、B探头1-3和白光探头1-4对LCD屏5采样分别获得红光、绿光、蓝光和白光的电信号I_R、I_G、I_B和I_W，分别对四个通道的数据I_R、I_G、I_B和I_W进行缓存和数字滤波。

由I_R、I_G、I_B的比率关系可以确定液晶白平衡关系。

白平衡RGB光通量的比值，也就是等时间光强的比值：

R1：G1：B1＝1：4.5907：0.0601

若获取的I_R、I_G、I_B比值不是这个值，则提醒用户矫正红光、绿光、蓝光的光强。

色温-色调-色坐标处理

用户使用本发明进行色温-色调-色坐标处理时，在人机界面模块37的功能选择中选择色温-色调-色坐标处理功能，其控制方法的具体流程如下：

由I_R、I_G、I_B强度关系以及比率关系，可以确定R、G、B色坐标。通过R、G、B的关系，可以调节屏幕的色温。单通道采样的情况下，分析跟踪刷屏的波形，可以得出屏幕响应时间。

由于放大电路是线性的，电信号和光强的转换是一次函数f（x），将红光、绿光、蓝光和白光的电信号I_R、I_G、I_B和I_W代入一次函数f（x），可得出色坐标x和y：

x=(2.7689I_R+1.7517I_G+1.1302I_B)/(3.7689I_R+7.3989I_G+6.7846I_B)

y=(1.0000I_R+5.5907I_G+0.0601B)/(3.7689I_R+7.3989I_G+6.7846I_B)

通过色坐标公式计算出色温CCT：

n=(x-0.3320)/(0.1858-y)

CCT=437*n^3+3601*n^2+6831*n+5517

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以设计出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种LCD屏色彩分析仪，包括AD采集单元(1)、信号处理单元(2)、控制运算单元(3)和图形发生器模块(4)，其特征在于：

所述AD采集单元(1)用于采集LCD屏(5)的红光、绿光、蓝光和白光四种光信号，并将光信号转换为电压信号，经过放大、滤波处理后发送给信号处理单元(2)；

所述信号处理单元(2)用于将所述电压信号中红光、绿光、蓝光和白光信号进行分离，并将分离后的信号经过滤波处理后送入控制运算单元(3)；

所述控制运算单元(3)包括Gamma-Flicker综合调校模块(31)、Flicker调节模块(32)、白平衡测量模块(33)、色温-色调-色坐标处理模块(34)和控制模块(35)，所述控制模块(35)根据功能选择的设置控制Gamma-Flicker综合调校模块(31)对LCD屏(5)的Gamma电压值和Flicker现象进行调校，并控制Flicker调节模块(32)对LCD屏(5)的Flicker现象进行调节，并控制白平衡测量模块(33)对LCD屏(5)进行白平衡测量，并控制色温-色调-色坐标处理模块(34)对LCD屏(5)的色温、色调和色坐标进行处理，所述控制模块(35)还向图形发生器模块(4)发出图像发生指令；

所述图形发生器模块(4)根据所述图像发生指令向LCD屏(5)发出图像。

2.根据权利要求1所述的LCD屏色彩分析仪，其特征在于：所述AD采集单元(1)包括光学探头(11)、多路复用开关(12)、仪表运放模块(13)和二阶低通滤波模块(14)，所述光学探头(11)用于采集LCD屏(5)的红光、绿光、蓝光和白光信号、并将光信号转换为电压信号；

所述多路复用开关(12)用于根据控制模块(35)的指令控制四通道开关并将电压信号传送至仪表运放模块(13)；

仪表运放模块(13)用于根据控制模块(35)的指令将电压信号进行放大处理后传送至二阶低通滤波模块(14)；

二阶低通滤波模块(14)将经过放大处理后的电压信号进行滤波处理后将信号传送至信号处理单元(2)。

3.根据权利要求1所述的LCD屏色彩分析仪，其特征在于：所述信号处理单元(2)包括信号分离模块(21)和数字低通-陷波滤波模块(22)，所述信号分离模块(21)将送入的电压信号按照红光、绿光、蓝光和白光信号进行分离，所述数字低通-陷波滤波模块(22)用于将分离后的信号滤波处理后送入控制运算单元(3)。

4.根据权利要求2所述的LCD屏色彩分析仪，其特征在于：所述控制运算单元(3)还包括通信模块(36)和人机界面模块(37)，所述通信模块(36)用于根据控制模块(35)的指令向图形图形发生器模块(4)发出图像发生指令，并根据控制模块(35)的指令向LCD屏(5)的Gamma IC(5-1)写入Gamma IC电压值，所述人机界面模块(37)用于功能选择。

5.根据权利要求4所述的LCD屏色彩分析仪，其特征在于：所述光学探头(11)包括R探头(11-1)、G探头(11-2)、B探头(11-3)和白光探头(11-4)，分别用于采集LCD屏(5)的红光、绿光、蓝光和白光信号，并将光信号转换为电压信号。

6.根据权利要求5所述的LCD屏色彩分析仪，其特征在于：所述光学探头(11)还包括参考探头(11-5)，用于减小探头暗电流造成的误差。

7.根据权利要求5所述的LCD屏色彩分析仪，其特征在于：所述控制模块(35)通过UART串口控制图形发生器模块(4)，并向所述图形发生器模块(4)提供给LCD屏(5)测试所需的图形和电源信号。

8.根据权利要求4所述的LCD屏色彩分析仪，其特征在于：所述功能选择是指通过人机界面模块(37)设置Gamma-Flicker综合调校、Flicker调节、白平衡测量以及色温、色调和色坐标处理的功能。