CN103714791B - LCD屏Gamma-Flicker综合矫正仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种LCD屏Gamma-Flicker综合矫正仪，包括光学探头、多路复用开关、仪表运放模块、低通滤波模块、控制器和通讯接口模块，光学探头通过多路复用开关将电压信号传送至仪表运放模块，仪表运放模块根据控制器的指令将电压信号进行放大处理后传送至低通滤波模块，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传送至控制器，控制器对经过滤波处理的电压信号进行采集、处理，控制器向通讯接口模块发出灰阶图指令，并向通讯接口模块发出Gamma？IC电压控制指令；控制器对多路复用开关和仪表运放模块进行控制，通讯接口模块根据灰阶图指令向图形信号发生器发出灰阶图指令，并根据Gamma？IC电压控制指令向LCD屏的Gamma？IC写入Gamma？IC电压值。
Description
技术领域
本发明涉及液晶模组领域，具体地指一种LCD屏Gamma-Flicker综合矫正仪。
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，制约LCD屏显示效果的主要因素有色彩对比度Gamma和屏闪烁度Flicker。Gamma值是一种描述图像显示的亮度与灰阶非线性关系的度量参数，Flicker表征显示屏的闪烁情况。
人眼的Gamma标准为2.2，模组生产过程中需要将Gamma值调节到人眼范围。每个灰阶的亮度是由GammaIC的电压决定的。调节Gamma值实际上就是调节GammaIC。GammaIC会产生两组Gamma电压和一个Vcom电压。其中Vcom为两组Gamma电压的中间值。两组Gamma电压控制256阶灰阶电压。两组中每个灰阶电压和另一组中的一个灰阶电压在Vcom电压两边对称。这种对称程度决定了屏幕闪烁程度，所有灰阶电压对称性越高，则每一个灰阶的Flicker越小。通过Vcom电压和GammaIC电压的联合调节能够降低Flicker闪烁。
随着市场竞争日益激烈，LCD屏的上市时间成为制约产品市场销量的一个重要因素。目前市场上LCD屏Gamma-Flicker同步调校设备很少，LCD屏生产线上一般都是分开对屏的Gamma曲线、Flicker现象以及屏图像白平衡、色坐标和色温进行调校，这样导致生产线产品的生产效率不高、成本投入大，不利于产品的市场竞争。
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LCD屏Gamma-Flicker综合矫正仪，可以对LCD进行Gamma-Flicker同步矫正，同时还可以对屏图像白平衡、色坐标和色温进行调节。
为实现上述目的，本发明所设计的LCD屏Gamma-Flicker综合矫正仪，包括光学探头、多路复用开关、仪表运放模块、低通滤波模块、控制器和通讯接口模块，其特殊之处在于，所述光学探头包括分别用于采集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的R探头、G探头、B探头和白光探头四个探头，所述光学探头的四个探头分别通过多路复用开关中的四通道开关将电压信号传送至仪表运放模块，所述仪表运放模块用于根据控制器的指令将电压信号进行放大处理后传送至低通滤波模块，所述低通滤波模块用于将经过放大处理后的电压信号进行滤波处理后传送至控制器，所述控制器用于对经过滤波处理的电压信号进行采集、处理，所述控制器向通讯接口模块发出灰阶图指令，并根据电压信号的处理结果向通讯接口模块发出GammaIC电压控制指令；所述控制器对多路复用开关中的四通道开关和仪表运放模块的放大倍数进行控制，所述通讯接口模块用于根据灰阶图指令向图形信号发生器发出灰阶图指令，并根据GammaIC电压控制指令向LCD屏的GammaIC写入GammaIC电压值。
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，所述仪表运放模块包括差分运放电路和增益控制电路，所述差分运放电路基于AD620运放实现，用于增强共模抑制比和消除探头暗电流，所述增益控制电路基于X9313数控电位器实现，用于光信号的增益控制。
更进一步地，所述低通滤波模块基于AD705实现，将频率高于1000HZ的光信号滤除。低通滤波模块基于AD705运放作为二阶低通滤波电路，带宽为3K。
更进一步地，所述光学探头中的R探头、G探头、B探头、白光探头和参考探头均采用光敏二极管。光敏二极管的光电信号转换直线性能好，设备成本投入小。
更进一步地，所述多路复用开关采用CD4052芯片，分为两路四通道开关，一路供给R探头、G探头、B探头和白光探头，另一路供给参考探头。
与现有技术相比，本发明的有益之处是：
1）通过多路复用开关控制R探头、G探头、B探头和白光探头对LCD屏图像亮度信息进行分时采集，可以对LCD屏图像白平衡、色坐标和色温进行调节；
2）本发明装置可以同时控制图形信号发生器打图和LCD的GammaIC电压值的写入以实现Gamma-Flicker的同步矫正；
3）本发明由于采用光敏二极管探头进行图像亮度信号进行采集，光电信号转换直线性能好，设备成本投入小。
附图说明
图1为本发明LCD屏Gamma-Flicker综合矫正仪的电路方框图；
图2为本发明LCD屏Gamma-Flicker综合矫正仪的结构示意图；
图3为标准Gamma曲线示意图。
图中：1.光学探头，1-1.R探头，1-2.G探头，1-3.B探头，1-4.白光探头，1-5.参考探头，2.多路复用开关，3.仪表运放模块，3-1.差分运放电路，3-2.增益控制电路，4.低通滤波模块，5.控制器，6.通讯接口模块，7.LCD屏，7-1.GammaIC，8.图形信号发生器。
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Gamma-Flicker综合矫正仪，包括光学探头1、多路复用开关2、仪表运放模块3、低通滤波模块4、控制器5和通讯接口模块6。光学探头1包括分别用于采集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的R探头1-1、G探头1-2、B探头1-3和白光探头1-4，还包括用于减小探头暗电流造成的误差的参考探头1-5，所有探头均采用光敏二极管实现。光学探头1的探头分别通过多路复用开关2开关将电压信号传送至仪表运放模块3。多路复用开关2采用CD4052芯片，分为两路四通道开关，一路供给R探头1-1、G探头1-2、B探头1-3和白光探头1-4，另一路供给参考探头1-5。仪表运放模块3根据控制器5的指令将电压信号进行放大处理后传送至低通滤波模块4。仪表运放模块3包括差分运放电路3-1和增益控制电路3-2，差分运放电路3-1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3-2电路基于X9313数控电位器实现，用于光信号的增益控制。低通滤波模块4基于AD705运放作为二阶低通滤波电路，带宽为3K。低通滤波模块4将经过放大处理后的电压信号进行滤波处理后传送至控制器5。控制器5采用K60，里面继承了DSP指令集，可以提高数字滤波的效能，K60控制器5内部包括512K的内存为大量的数据采集和处理提供了存储空间。控制器5对经过滤波处理的电压信号进行采集、处理，控制器5向通讯接口模块6发出灰阶图指令，并根据电压信号的处理结果向通讯接口模块6发出GammaIC电压控制指令；控制器5对多路复用开关2中的四通道开关和仪表运放模块3的放大倍数进行控制。通讯接口模块6根据灰阶图指令向图形信号发生器8发出灰阶图指令，并根据GammaIC电压控制指令向LCD屏7的GammaIC7-1写入GammaIC电压值。通讯接口模块6采用USB串口、I2C通讯，所有外部接口都采用隔离元件进行光耦和变压器隔离，防止静电对控制电路的影响。
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屏红光、绿光、蓝光和白光进行分时探测。
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 |
通红光、绿光、蓝光和白光探头对LCD屏7采样获得红光、绿光、蓝光和白光的电信号IR、IG、IB和IW，分别对四个通道的数据IR、IG、IB和IW进行缓存和数字滤波。
由IR、IG、IB的比率关系可以确定液晶白平衡关系。由IR、IG、IB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IR、IG、IB和IW代入一次函数f（x），可得出色坐标x和y：
x=(2.7689IR+1.7517IG+1.1302IB)/(3.7689IR+7.3989IG+6.7846IB)
y=(1.0000IR+5.5907IG+0.0601B)/(3.7689IR+7.3989IG+6.7846IB)
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
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IR、IG、IB比值不是这个值，则提醒用户矫正红光、绿光、蓝光的光强。
如图2为LCD屏Gamma-Flicker综合矫正仪实例结构示意图。图3为使用本发明装置实现Gamma-Flicker综合矫正的控制方法的效果图。控制方法的具体流程如下：
1）LCD屏7显示灰度L255的灰阶图，白光探头1-4从LCD屏获取亮度信号I255，并计算闪烁度值K；
11）LCD屏7显示灰度L255的灰阶图，白光探头1-4从LCD屏获取光信号；
12）白光探头1-4将光信号进行光电转换、仪表运放模块3将信号放大、经过低通滤波模块4滤波，模数转换，转换为数字电压信号；
13）控制器5对数字电压信号的峰值进行采样和储存，
14）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
15）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
2）调节GammaIC的电压值和V-COM值，使亮度信号I255的值最大，闪烁度值K最小，提取此时的亮度最大值Imax；
21）调节GammaIC的电压值，使亮度信号I255的值最大；
22）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；
23）提取此时的亮度值为亮度最大值Imax。
3）LCD屏7显示灰度L0的灰阶图，白光探头1从LCD屏获取亮度信号I0；
31）白光探头1-4将光信号进行光电转换、仪表运放模块3将信号放大、经过低通滤波模块4滤波，模数转换，转换为数字电压信号；
32）控制器5对数字电压信号的峰值进行采样和储存，
33）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。
4）调节GammaIC的电压值，使亮度信号I0的值最小，闪烁度值K最小，提取此时的亮度最小值Imin；
41）调节GammaIC的电压值，使亮度信号I0的值最小；
42）调节GammaIC的电压值，同时观察闪烁度值K的变化，使K值最小；
43）提取此时的亮度值为亮度最小值Imin。
5）根据亮度最大值Imax和亮度最小值Imin得到Gamma标准曲线G，根据Gamma标准曲线G得到L0～L255每个灰度的亮度标准值；
51）将亮度最大值Imax、亮度最小值Imin代入亮度—灰阶公式：
Ii=Imin+(Imax-Imin)*(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。
6）LCD屏依次显示灰度L1～L254的灰阶图，依次调节GammaIC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。
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 (6)
1.一种LCD屏Gamma-Flicker综合矫正仪，包括光学探头（1）、多路复用开关（2）、仪表运放模块（3）、低通滤波模块（4）、控制器（5）和通讯接口模块（6），其特征在于：所述光学探头（1）包括分别用于采集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的R探头（1-1）、G探头（1-2）、B探头（1-3）和白光探头（1-4）四个探头，所述光学探头（1）的四个探头分别通过多路复用开关（2）中的四通道开关将电压信号传送至仪表运放模块（3），所述仪表运放模块（3）用于根据控制器（5）的指令将电压信号进行放大处理后传送至低通滤波模块（4），所述低通滤波模块（4）用于将经过放大处理后的电压信号进行滤波处理后传送至控制器（5），所述控制器（5）用于对经过滤波处理的电压信号进行采集、处理，所述控制器（5）向通讯接口模块（6）发出灰阶图指令，并根据电压信号的处理结果向通讯接口模块（6）发出GammaIC电压控制指令；所述控制器（5）对多路复用开关（2）中的四通道开关和仪表运放模块（3）的放大倍数进行控制，所述通讯接口模块（6）用于根据灰阶图指令向图形信号发生器（8）发出灰阶图指令，并根据GammaIC电压控制指令向LCD屏（7）的GammaIC（7-1）写入GammaIC电压值。
2.根据权利要求1所述的LCD屏Gamma-Flicker综合矫正仪，其特征在于：所述光学探头（1）还包括参考探头（1-5），用于减小探头暗电流造成的误差。
3.根据权利要求2所述的LCD屏Gamma-Flicker综合矫正仪，其特征在于：所述仪表运放模块（3）包括差分运放电路（3-1）和增益控制电路（3-2），所述差分运放电路（3-1）基于AD620运放实现，用于增强共模抑制比和消除探头暗电流，所述增益控制（3-2）电路基于X9313数控电位器实现，用于光信号的增益控制。
4.根据权利要求2所述的LCD屏Gamma-Flicker综合矫正仪，其特征在于：所述低通滤波模块（4）基于AD705实现，将频率高于1000HZ的光信号滤除。
5.根据权利要求2所述的LCD屏Gamma-Flicker综合矫正仪，其特征在于：所述光学探头（1）中的R探头（1-1）、G探头（1-2）、B探头（1-3）、白光探头（1-4）和参考探头（1-5）均采用光敏二极管。
6.根据权利要求3所述的LCD屏Gamma-Flicker综合矫正仪，其特征在于：所述多路复用开关（2）采用CD4052芯片，分为两路四通道开关，一路供给R探头（1-1）、G探头（1-2）、B探头（1-3）和白光探头（1-4），另一路供给参考探头（1-5）。
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