CN109243363A - 一种全彩led的控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种全彩LED的控制系统，该控制系统包括主控箱、块扫描板和显控制装置；所述显示装置包括LED显示屏和显示屏控制器；所述主控箱从所述LED显示屏中获取一屏象素的各色亮度数据，所述各色亮度数据被分配至若干所述块扫描板；每块所述扫描板控制所述LED显示屏上的若干行或列，每一行或列上LED的显控制信号用串行的方式传送。本发明通过数字脉冲对灰度进行控制，通过调节数字脉冲的占空比来实现灰度显示的，显示方法较为灵活，控制方式也较易实现。
Description
技术领域
本发明涉及LED控制系统，特别是涉及一种全彩LED的控制系统。
背景技术
LED显示屏灰度的实现，就是实现单个LED的根据不同的控制信号，而发出不同强度等级的光束，从而实现LED显示屏灰度等级的变化。这种方法比较的直观易懂，LED流过的电流越大，则LED发出的光就越强，显示出的效果也就越亮。按照这样的思路理解，由调整LED电流的大小控制LED亮度的变化，从而实现灰度的显示。
这种通过控制电流的大小，进而实现灰度显示的技术。看似简单易易于理解。但是在实际设计、生产和制作过程当中存在有很大的困难。主要是这种通过电流的大小，实现灰度变化的方式，需要一定量的电阻元器件，给生产成本的控制和产品能耗的降低造成困难。难以产生实际的经济效益。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种全彩LED的控制系统。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种全彩LED的控制系统，该控制系统包括主控箱、块扫描板和显控制装置；所述显示装置包括LED显示屏和显示屏控制器；
所述主控箱从所述LED显示屏中获取一屏象素的各色亮度数据，所述各色亮度数据被分配至若干所述块扫描板；
每块所述扫描板控制所述LED显示屏上的若干行或列，每一行或列上LED的显控制信号用串行的方式传送。
可选地，所述扫描板将来自所述控制箱的各行象素的灰度值进行分解，然后将各行LED的开通信号以脉冲形式按行用串行方式传输到相应的LED上，控制其是否点亮。
可选地，对LED灰度控制信号进行反γ校正，包括对LED显示屏进行光电特性校正和对LED显示屏进行亮度特性校正。
可选地，所述对LED显示屏进行光电特性校正的校正公式为：
其中Bo为本级输出灰度级，Bi为本级输入灰度级，m为较正后的最大灰度级数，n为校正前最大灰度级数，K为白点校正因子，γ为灰度校正系数。
可选地，对绿光的反γ校正公式为：
其中，GD为本级输出灰度，Gi为本级输入灰度。
可选地，对红光和蓝光的反γ校正公式为：
其中，GD为本级输出灰度，Gi为本级输入灰度。
如上所述，本发明的一种全彩LED的控制系统，具有以下有益效果：
本发明通过数字脉冲对灰度进行控制，通过调节数字脉冲的占空比来实现灰度显示的，显示方法较为灵活，控制方式也较易实现。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
本领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且排除像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
由于人眼的视觉特性：人眼暂存效应即人眼在观察景物时，光信号传人的大脑神经，需经过一段很短的时间，光的作用结束后，视觉形象并不会立即消失，这种残留的视觉称“后像”，视觉的这一现象则被称为“视觉暂留”。
光对视网膜所产生的视觉在光停止对其作用后，仍保留一段时间的现象。原因是由视神经的反应速度造成的。其时值是二十四分之一秒。这个是是动画、电影等视觉媒体形成和传播的根据。物体在快速运动时，当人眼所看到的影像消失后，人眼仍能继续保留其影像0.1-0.4秒左右的图像，这种现象被称为视觉暂留现象，是人眼具有的一种性质。
由于人眼的这种特性存在，所以发光二极管的亮度可以通过控制点发光二极管的时间的长短和频率来实现这个灰度变化。
本发明提供一种全彩LED的控制系统，该控制系统包括主控箱、块扫描板和显控制装置；所述显示装置包括LED显示屏和显示屏控制器；
所述主控箱从所述LED显示屏中获取一屏象素的各色亮度数据，所述各色亮度数据被分配至若干所述块扫描板；
每块所述扫描板控制所述LED显示屏上的若干行或列，每一行或列上LED的显控制信号用串行的方式传送。
于一实施例中，所述扫描板将来自所述控制箱的各行象素的灰度值进行分解(即脉宽调制)，然后将各行LED的开通信号以脉冲形式(点亮为1，不亮为0)按行用串行方式传输到相应的LED上，控制其是否点亮。
驱动脉冲占空比控制法是利用人眼的视觉惰性，用脉宽调制的方法来控制流过LED的平均电流实现亮度控制，也就是通过导通脉冲的占空比控制亮度，只要这个导通控制脉冲周期足够短，人眼就感觉不到发光像素在抖动。
本发明采用驱动脉冲占空比控制法来实现灰度调制，具体实现原理是这样的：图像解码后，每一个像素点用3个8bits(D7......D0)二进制数来分别表示红、绿、蓝灰度值，在扫描的过程中，每个像素点的灰度值是分8次来显示的，即总共显示8场。第一场时，将各像素点灰度值的D0位送入驱动器；第二场时，将各像素点灰度值的D1位送列驱动器；……；第8场时，将各像素点灰度值的D7位送列驱动器，这样传输并显示8次。每场显示的时候，通过驱动器的输出使能端PWM控制显示时间，点亮时间从低位到高位逐次递增，通过8次显示，能分段合成的点亮时间就有256种组合，即实现了256级灰度。于本实施例中，驱动器为74HC595。
于一实施例中，显示屏控制器包括FPGA来实现，FPGA连接两个SRAM，通过存储器切换模块来控制外部两个SRAM的读写，使LED显示屏不出现停顿现象，保证显示效果的连续性，采用双体切换技术来完成数据存储过程，也就是采用两组SRAM来存储数据，两套完全独立的读、写地址线和数据线轮流切换进行读写数据。系统复位时，两个存储器都处于初始状态，之后微处理器写存储器A,A进入写状态，B不变；而后A进入读状态，B进入写状态；最终在“A写B读”和“B写A读”两个状态之间循环。设在读某一屏数据时，存储器A处于写状态，则微处理器发送的数据信号存入存储器A，同时存储器B处于读状态，将前一帧写入的数据按一定时序读出，用于驱动LED显示屏显示。要显示下一屏数据时，整个操作过程正好相反，存储器A处于读状态，存储器B处于写状态，如此交替进行，保证了显示效果的连贯。
于一实施例中，扫描板串行传输的内容不是每个LED的开关信号而是一个8位二进制的灰度值，每个LED都有一个自己的脉宽调制器来控制点亮时间，用这种分散控制LED灰度的方法可以很方便地实现256级灰度控制。
在LED系统中，数字信号脉冲的宽度与LED的亮度之间呈线性关系，这不利于LED显示屏重现原始图像。所以要先对灰度控制信号进行反γ校正。但是在实际的显示效果上，实际有效的灰度等级是人眼可以察觉到的亮度等级，而不是理论上平均分配的亮度等级，所以在对LED显示屏进行反γ校正时，根据费希纳定律或韦伯-费希纳定律应该充分考虑人眼的时间特性。基于对LED灰度控制信号进行反γ校正，包括对LED显示屏进行光电特性校正和对LED显示屏进行亮度特性校正。
LED显示屏光电特性的灰度校正时参考CRT显示器灰度校正方法得到的，校正的基本公式为：
其中Bo为本级输出灰度级，Bi为本级输入灰度级，m为较正后的最大灰度级数，n为校正前最大灰度级数，一般情况下，n会小于m；K为白点校正因子，γ为灰度校正系数，一般在1.8～2.8之间。
假设信号源有0到254级灰度，而LED驱动电路需要的是0到255级灰度显示。则根据上面的公式可以知道对应每一个输入灰度级Bi，本级的输出灰度级Bo经过校正后应该是：
经过这样的灰度校正后，图像效果得到明显改善，图像过度自然，显示效果较为真实，图像质量有所提高。
由于亮度是由视觉的比视感度所决定的，不同颜色的光在相同亮度的条件下，所产生的视觉明暗度不尽相同。由于LED全彩是由红、绿、蓝三色LED构成，其红光波长为770～622nm,蓝光波长为492～455nm。在明亮环境下两者的比视感度基本差不多，都小于绿光的比视感度。
由于红光、蓝光的比视感度较低，即人眼对这二种光的敏感度较低。
对绿光的反γ校正公式为：
其中，GD为本级输出灰度，Gi为本级输入灰度。
可选地，对红光和蓝光的反γ校正公式为：
其中，GD为本级输出灰度，Gi为本级输入灰度。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (6)
1.一种全彩LED的控制系统，其特征在于，该控制系统包括主控箱、块扫描板和显控制装置；所述显示装置包括LED显示屏和显示屏控制器；
所述主控箱从所述LED显示屏中获取一屏象素的各色亮度数据，所述各色亮度数据被分配至若干所述块扫描板；
每块所述扫描板控制所述LED显示屏上的若干行或列，每一行或列上LED的显控制信号用串行的方式传送。
2.根据权利要求1所述的一种全彩LED的控制系统，其特征在于，所述扫描板将来自所述控制箱的各行象素的灰度值进行分解，然后将各行LED的开通信号以脉冲形式按行用串行方式传输到相应的LED上，控制其是否点亮。
3.根据权利要求2所述的一种全彩LED的控制系统，其特征在于，对LED灰度控制信号进行反γ校正，包括对LED显示屏进行光电特性校正和对LED显示屏进行亮度特性校正。
4.根据权利要求3所述的一种全彩LED的控制系统，其特征在于，所述对LED显示屏进行光电特性校正的校正公式为：
其中Bo为本级输出灰度级，Bi为本级输入灰度级，m为较正后的最大灰度级数，n为校正前最大灰度级数，K为白点校正因子，γ为灰度校正系数。
5.根据权利要求3所述的一种全彩LED的控制系统，其特征在于，对绿光的反γ校正公式为：
其中，GD为本级输出灰度，Gi为本级输入灰度。
6.根据权利要求3所述的一种全彩LED的控制系统，其特征在于，对红光和蓝光的反γ校正公式为：
其中，GD为本级输出灰度，Gi为本级输入灰度。
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