CN107507560A - 用于led显示装置的亮度校正方法及系统 - Google Patents

Abstract

公开了用于LED显示装置的亮度校正方法及系统。该亮度校正方法包括：在校正状态的每个显示周期中，提供灰阶数据，将选定颜色的LED点亮第一预定时间；测量LED显示装置的亮度；根据亮度的测量值，将所述第一预定时间校正为第二预定时间，使得亮度测量值接近预设值；以及在显示状态的每个显示周期中，根据灰阶数据与第二预定时间的关系控制选定颜色的LED的点亮时间。该方法通过亮度测量以校正各个颜色的LED的亮度曲线的非线性以及不同颜色的LED的亮度曲线之间的差异，从而改善显示质量。

Description

用于LED显示装置的亮度校正方法及系统

技术领域

本发明涉及LED显示技术，更具体地，涉及用于LED显示装置的亮度校正方法及系统。

背景技术

LED显示装置具有以下方面的优越性：高灰阶、宽可视角度、丰富的色彩以及可定制的屏幕形状。因此，LED显示装置被广泛应用于工业、交通、商业广告、信息发布、体育比赛等各个领域。

LED显示装置使用的像素元件是LED。为了实现彩色图像显示，每个像素元件可以包括多个发射不同颜色光的LED，或者可以包括多个具有不同颜色滤光片的LED。由于LED的物理特性，LED发光的亮度与驱动电流和点亮时间相关。例如，采用电流控制法和导通时间控制法来实现多级灰阶。在电流控制法中，通过调节LED中流过的电流大小来控制其灰阶。导通时间控制法是在恒流驱动的情形下，通过改变每个显示周期T中控制LED的点亮时间t来控制LED的灰阶。

在导通时间控制法中，如果采用脉宽调制(PWM)信号作为控制信号，则可以将PWM信号的占空比与灰阶相对应，占空比例如是高电平持续时间(对应于点亮时间t)与信号周期(对应于显示周期T)的比值。该显示周期T与刷新率成反比。当显示周期T减小使得刷新率达到每秒重复100多次以上时，就可以有效地减少闪烁效应。现在市面上的LED显示装置例如具有超过100赫兹的刷新率。

然而，在该方法中，控制时间的精确性和电流的稳定性以及LED的电容特性等都会影响到亮度控制的精确性。由于LED本身的电容特性、电路系统的电容特性和开关控制的精确性、以及为了抵消残影所做的专门的控制处理等等原因，致使实际亮度和控制所预期的亮度会有差异。控制信号的占空比与亮度之间的关系偏离线性，甚至不同颜色的LED在相同的占空比的控制下亮度也会出现差异，结果产生亮度和颜色失真的图像。

发明内容

本发明提出一种用于LED显示装置的亮度校正方法及系统，该方法通过亮度测量以校正各个颜色的LED的亮度曲线的非线性以及不同颜色的LED的亮度曲线之间的差异，从而改善显示质量。根据本发明的一方面，提供一种用于LED显示装置的亮度校正方法，所述LED显示装置包括多个像素单元，每个像素单元包括不同颜色的多个LED，所述LED显示装置根据灰阶数据显示图像，所述方法包括：在校正状态的每个显示周期中，提供灰阶数据，将选定颜色的LED点亮第一预定时间；测量LED显示装置的亮度；根据亮度的测量值，将所述第一预定时间校正为第二预定时间，使得亮度测量值接近预设值；以及在显示状态的每个显示周期中，根据灰阶数据与第二预定时间的关系控制选定颜色的LED的点亮时间，从而校正各个颜色的LED的亮度曲线的非线性以及不同颜色的LED的亮度曲线之间的差异。

优选地，将选定颜色的LED点亮第一预定时间的步骤包括在LED显示装置的所有区域中的选定颜色LED同时点亮达到所述第一预定时间。

优选地，将选定颜色的LED点亮第一预定时间的步骤包括在LED显示装置的选定区域中的选定颜色LED同时点亮达到所述第一预定时间。

优选地，测量LED显示装置的亮度包括测量LED显示装置的一个或多个位置的亮度值。

优选地，将所述第一预定时间校正为第二预定时间包括：根据亮度测量值与预设值的差异，相应地调整所述第一预定时间以减小所述差异，直至达到所述第二预定时间。

优选地，还包括：在LED显示装置中存储灰阶数据与第二预定时间的关系曲线或查找表，其中，在显示状态的每个显示周期中，根据所述关系曲线或查找表获得与灰阶数据相对应的第二预定时间。

优选地，针对不同颜色的LED分别存储各自的关系曲线或查找表，其中，在显示状态的每个显示周期中，不同颜色的LED根据各自的所述关系曲线或查找表获得与灰阶数据相对应的第二预定时间。

优选地，所述显示周期为LED显示装置的帧周期，所述选定颜色的LED的点亮时间为所述帧周期中在多个PWM信号控制下的累积点亮时间。

根据本发明的另一方面，提供一种用于LED显示装置的亮度校正系统，所述LED显示装置包括多个像素单元，每个像素单元包括不同颜色的多个LED，所述LED显示装置根据灰阶数据显示图像，所述系统包括：照度计，设置在所述LED显示装置前方，用于在LED显示装置的校正状态获得亮度测量值；以及测量控制装置，与所述照度计和所述LED显示装置相连接，用于在LED显示装置的校正状态提供灰阶数据，将选定颜色的LED点亮第一预定时间，以及根据亮度测量值，将所述第一预定时间校正为第二预定时间，使得亮度测量值接近预设值，其中，所述测量控制装置获得灰阶数据与第二预定时间的关系，在显示状态的每个显示周期中，所述LED显示装置根据灰阶数据与第二预定时间的关系控制选定颜色的LED的点亮时间。

优选地，所述灰阶数据与第二预定时间的关系存储为关系曲线或查找表。

优选地，所述测量控制装置测量所述LED显示装置的一个或多个位置的亮度值。

根据本发明实施例的亮度校正方法，在校正状态下，通过亮度测量获得灰阶数据与和二预定时间的关系。在显示状态下，根据灰阶数据与第二预定时间的关系控制选定颜色的LED的点亮时间，使得LED的实际亮度大致等于预设值。在每个显示周期T中，各个颜色的LED的点亮时间等于与灰阶值相对应的校正点亮时间，从而获得灰阶值与实际亮度之间大致线性的关系。该方法可以修正控制信号的占空比与实际亮度之间的非线性。由于可以分别针对不同颜色的LED获得校正点亮时间，因此，可以消除不同颜色的LED在相同的占空比的控制下的亮度差异。该方法可以改善亮度控制的线性，从而改善图像质量。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示出LED显示装置的示意性框图；

图2示出根据本发明实施例的亮度校正系统的示意性框图；

图3示出单一颜色的LED在不同点亮时间下的亮度曲线；

图4示出根据本发明实施例的亮度校正方法的流程图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。

图1示出LED显示装置100的示意性框图。LED显示装置100包括LED显示控制器110和n个串接的LED单元板120，其中n是大于等于1的整数。每一个LED单元板120包括A个LED驱动电路121，每个LED驱动电路121用于驱动B个LED 121，其中A和B分别是大于等于1的整数。因此，该LED显示装置100可以驱动总共n*A*B个LED 121。

LED显示控制器110向LED单元板1201提供灰阶数据DATA，并且分别向LED单元板120提供一组控制信号，包括时钟信号CLK、锁存信号LAT和使能信号EN。第一LED单元板1201上的第一LED驱动电路121从LED显示控制器110接收灰阶数据DATA，并且将灰阶数据DATA输出至该单元板120上的下一个LED驱动电路121。每一个LED驱动电路121根据灰阶数据DATA产生输出信号，例如逐位对应的输出信号。LED 121按照逐位分时显示的方式点亮或熄灭。

LED显示装置100例如是单色或全彩显示屏。在单色显示屏的情形下，每个LED 121的颜色是相同的。多个LED 121组成LED阵列。显示控制器110将原始的单色图像数据转换成灰阶数据DATA。LED阵列中的多个LED121根据灰阶数据DATA逐行点亮。在LED显示控制器110传送一帧单色的图像数据之后，实现一帧单色图像的显示。在全彩显示屏的情形下，LED阵列中包括红绿蓝三基色的LED 121，其中，每个像素单元可以包括彼此相邻的至少一个红色LED、至少一个绿色LED和至少一个蓝色LED。LED显示控制器110将原始的彩色图像数据分离成三基色的单色图像数据，以预定的顺序排列形成灰阶数据DATA。LED阵列中的多个LED121根据灰阶数据DATA逐行点亮，其中，每个像素单元的三基色LED按照预定的顺序点亮。在LED显示控制器110传送一帧全彩的图像数据之后，实现一帧彩色图像的显示。

图2示出根据本发明实施例的亮度校正系统的示意性框图。该亮度校正系统包括与LED显示装置100相连接的照度计200和测量控制装置300。在该实施例中，LED显示装置100例如是LED显示屏，测量控制装置300例如是计算机，照度计200例如是可以购自柯尼卡美能达株式会社的CL-200型色彩照度计。

在LED显示装置100的亮度校正状态，将照度计200放置在LED显示装置100前方。测量控制装置300例如包括RS232接口和HDMI接口，分别与照度计200和LED显示装置100相连接。测量控制装置300向LED显示装置100提供灰阶信号，并且从照度计200获得相对应的亮度数据。在该实施例中，LED显示装置100的所有像素单元的选定颜色的LED可以同时点亮。采用照度计200获得LED显示装置100的多个位置的亮度，并且计算出亮度平均值，作为测量的亮度数据。进一步地，测量控制装置300通过分析测量数据获得校正模型和参数。该校正模型例如是灰阶数据与点亮时间的关系曲线或查找表。测量控制装置300将该关系曲线或查找表存储在LED显示装置100的存储器中。

在LED显示装置100的工作状态，LED显示控制器110向LED单元板1201提供灰阶数据DATA。该灰阶数据是理想灰阶数据。然而，如上所述，如果在每个显示周期T中，采用与理想灰阶数据相对应的点亮时间t，则由于LED的亮度曲线的非线性，实际亮度将偏离预设值。

根据本发明实施例的亮度校正系统，LED显示装置100中存储有灰阶数据与点亮时间的关系曲线或查找表。LED显示控制器110根据关系曲线或查找表，将灰阶数据DATA转换成校正点亮时间。在每个显示周期T中，LED单元板1201采用灰阶数据DATA控制LED的点亮时间，然而，在不同灰阶下LED的点亮时间等于校正后的数值，使得LED的实际亮度大致等于预设值。

图3示出单一颜色的LED在不同点亮时间下的亮度曲线。。

在亮度校正状态中，测量控制装置300向LED显示装置100提供灰阶数据DATA，使得LED显示装置100的所有像素单元的选定颜色的LED同时点亮，并且持续相同的点亮时间。LED显示装置100的工作原理是基于导通时间控制法，其中，在LED的点亮过程中，用于驱动LED的电流大致恒定。采用照度计200测量LED显示装置100的平均亮度，从而建立起LED显示装置100中LED的点亮时间t与测量亮度l之间的对应关系，如下表所示。

表1：LED的点亮时间t与测量亮度l之间的对应关系

点亮时间t(纳秒)	测量亮度l(毫勒克斯)
		8	0
16	0
		24	0
32	0.0152
		40	0.0631
48	0.1142
		56	0.1594
64	0.2027
		72	0.2487
80	0.2890
		88	0.3247
……	……

在图3中将上述表格所示的测量数据绘制成曲线。从上面的表和图可以看出，控制数据和实际测量到的亮度数据不仅有误差，而且还有些非线性。只要对LED的点亮时间进行校正，才能根据灰阶数据显示准确的亮度值。

图4示出根据本发明实施例的亮度校正方法的流程图。采用图2所示的亮度校正系统执行以下各个步骤。

在步骤S01中，将照度计200放置在LED显示装置100前方。

在步骤S02中，测量控制装置300选定预定颜色的LED，例如，例如红色LED。

在步骤S03中，测量控制装置300设置灰阶值，对于256级灰阶的红色LED，灰阶数据例如是(0，0，0)至(255，0，0)，即仅仅设置红色LED对应的红色分量的数值，而绿色分量和蓝色分量维持为零，

在步骤S04中，LED显示装置100根据灰阶值获得预定点亮时间和理想亮度。

LED显示装置100的驱动电路决定预定点亮时间。例如，针对灰阶数据(0，0，0)，红色LED的预定点亮时间例如是0纳秒，针对灰阶数据(1，0，0)，红色LED的预定点亮时间例如是8纳秒，针对灰阶数据(2，0，0)，红色LED的预定点亮时间例如是16纳秒，依次类推。

该理想亮度例如是LED线性响应预定点亮时间时的亮度值，例如，针对0纳秒的预定点亮时间，红色LED的理想亮度是0毫勒克斯，针对8纳秒的预定点亮时间，红色LED的理想亮度是0.028毫勒克斯，针对16纳秒的预定点亮时间，红色LED的理想亮度是0.056毫勒克斯，依次类推。

在步骤S05中，LED显示装置100中的预定颜色的LED点亮达设置的点亮时间。在该实施例中，LED显示装置100的所有像素单元的选定颜色的LED可以同时点亮，也可以选定区域的像素单元的选定颜色的LED同时点亮。例如，在预定点亮时间为8纳秒时，所有像素单元均设置为灰阶数据(1，0，0)，使得红色LED均点亮达8纳秒。

在步骤S06中，照度计200测量LED显示装置100的亮度，在照度计200的计数稳定之后获得测量亮度。

在步骤S07中，测量控制装置300将测量亮度与理想亮度相比较，并且判断二者的差值绝对值是否小于第一阈值。例如，在预定点亮时间为8纳秒时，所有像素单元均设置为灰阶数据(1，0，0)，使得红色LED均点亮达8纳秒，理想亮度为0.028毫勒克斯，然而测量亮度为0毫勒克斯。第一阈值例如为0.01毫勒克斯，用于表征亮度值的允许误差。

如果差值绝对值大于第一阈值，则该方法执行步骤S05，修改设置的点亮时间，并且重新点亮LED以及测量亮度。

如果差值绝对值小于等于第一阈值，则该方法执行步骤S08。

在步骤S08中，测量控制装置300将与理想亮度接近的设置点亮时间作为预定定点亮时间的校正值。例如，在灰阶数据(1，0，0)的情形下，预定点亮时间为8纳秒，然而，与理想亮度接近的设置点亮时间为35纳秒。该设置点亮时间作为校正值。也即，与灰阶数据(1，0，0)相对应，红色LED校正后的点亮时间为35纳秒。

重复步骤S03至S08，即可以获得红色LED在所有灰阶值下的亮度校正值。

在步骤S09中，LED显示装置100存储灰阶数据与点亮时间的关系曲线或查找表。LED显示控制器110根据关系曲线或查找表，将灰阶数据DATA转换成校正点亮时间。在每个显示周期T中，LED单元板1201采用灰阶数据DATA控制LED的点亮时间，然而，在不同灰阶下LED的点亮时间等于校正后的数值，而非根据灰阶计算出的线性值。由于采用校正点亮时间驱动LED，因此LED的实际亮度大致等于预设值。

重复步骤S02至S09，即可以获得所有颜色LED在所有灰阶值下的亮度校正值。

该校正方法根据照度计的测量结果，获得各个颜色LED的灰阶数据与校正点亮时间的关系曲线或查找表。

在LED显示装置的正常显示期间，根据灰阶数据获得校正点亮时间，使得LED的实际亮度大致等于预设值。在每个显示周期T中，各个颜色的LED的点亮时间等于与灰阶值相对应的校正点亮时间，从而获得灰阶值与实际亮度之间大致线性的关系。该方法可以修正控制信号的占空比与实际亮度之间的非线性。由于可以分别针对不同颜色的LED获得校正点亮时间，因此，可以消除不同颜色的LED在相同的占空比的控制下的亮度差异。该方法可以改善亮度控制的线性，从而改善图像质量。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，例如片上系统SoC、专用集成电路芯片ASIC等。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如磁碟、光盘、只读存储记忆体(ROM)或随机存储记忆体(RAM)等等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (11)

1.一种用于LED显示装置的亮度校正方法，所述LED显示装置包括多个像素单元，每个像素单元包括不同颜色的多个LED，所述LED显示装置根据灰阶数据显示图像，所述方法包括：

在校正状态的每个显示周期中，提供灰阶数据，将选定颜色的LED点亮第一预定时间；

测量LED显示装置的亮度；

根据亮度的测量值，将所述第一预定时间校正为第二预定时间，使得亮度测量值接近预设值；以及

在显示状态的每个显示周期中，根据灰阶数据与第二预定时间的关系控制选定颜色的LED的点亮时间，从而校正各个颜色的LED的亮度曲线的非线性以及不同颜色的LED的亮度曲线之间的差异。

2.根据权利要求1所述的亮度校正方法，其中，将选定颜色的LED点亮第一预定时间的步骤包括在LED显示装置的所有区域中的选定颜色LED同时点亮达到所述第一预定时间。

3.根据权利要求1所述的亮度校正方法，其中，将选定颜色的LED点亮第一预定时间的步骤包括在LED显示装置的选定区域中的选定颜色LED同时点亮达到所述第一预定时间。

4.根据权利要求1所述的亮度校正方法，其中，测量LED显示装置的亮度包括测量LED显示装置的一个或多个位置的亮度值。

5.根据权利要求1所述的亮度校正方法，其中，将所述第一预定时间校正为第二预定时间包括：根据亮度测量值与预设值的差异，相应地调整所述第一预定时间以减小所述差异，直至达到所述第二预定时间。

6.根据权利要求1所述的亮度校正方法，还包括：在LED显示装置中存储灰阶数据与第二预定时间的关系曲线或查找表，

其中，在显示状态的每个显示周期中，根据所述关系曲线或查找表获得与灰阶数据相对应的第二预定时间。

7.根据权利要求6所述的亮度校正方法，其中，针对不同颜色的LED分别存储各自的关系曲线或查找表，

其中，在显示状态的每个显示周期中，不同颜色的LED根据各自的所述关系曲线或查找表获得与灰阶数据相对应的第二预定时间。

8.根据权利要求6所述的亮度校正方法，其中，所述显示周期为LED显示装置的帧周期，所述选定颜色的LED的点亮时间为所述帧周期中在多个PWM信号控制下的累积点亮时间。

9.一种用于LED显示装置的亮度校正系统，所述LED显示装置包括多个像素单元，每个像素单元包括不同颜色的多个LED，所述LED显示装置根据灰阶数据显示图像，所述系统包括：

照度计，设置在所述LED显示装置前方，用于在LED显示装置的校正状态获得亮度测量值；以及

测量控制装置，与所述照度计和所述LED显示装置相连接，用于在LED显示装置的校正状态提供灰阶数据，将选定颜色的LED点亮第一预定时间，以及根据亮度测量值，将所述第一预定时间校正为第二预定时间，使得亮度测量值接近预设值，

其中，所述测量控制装置获得灰阶数据与第二预定时间的关系，

在显示状态的每个显示周期中，所述LED显示装置根据灰阶数据与第二预定时间的关系控制选定颜色的LED的点亮时间。

10.根据权利要求9所述的亮度校正系统，其中，所述灰阶数据与第二预定时间的关系存储为关系曲线或查找表。

11.根据权利要求9所述的亮度校正系统，其中，所述测量控制装置测量所述LED显示装置的一个或多个位置的亮度值。