CN110428765B - 一种led旋转显示设备的伽玛校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于LED显示设备亮度处理技术领域，公开了一种LED旋转显示设备的伽玛校正方法，将每一帧显示的图像数据转化为LED灯显示的数据格式后，再对当前LED灯显示的数据，经过LED叠加校正索引表查询后，继续将该LED灯的RGB值引入全局伽马校正表进行伽马校正，获得修正后的RGB值。本发明进行亮度校正后，其每个LED灯的亮度值差异降低，修正后的显示效果优良，实现了亮度一致的效果。本发明对当前LED灯显示的数据，经过LED叠加校正索引表查询后，继续将该LED灯的RGB值进行伽马校正，为提高伽马校正的效率，则引入全局伽马校正表。

Description

一种LED旋转显示设备的伽玛校正方法

技术领域

本发明属于LED显示设备亮度处理技术领域，尤其涉及一种LED旋转显示设备的伽玛校正方法。

背景技术

目前，最接近的现有技术：

在平面静态的LED屏由于其LED灯的排列方式是等间隙排列，形成一个N*M的LED灯矩阵，每一个LED灯则对应一幅图像中的一个像素点，像素点之间互不干扰，像素点的位置可以使用笛卡尔坐标系来表示。

传统的LED屏幕有其局限性，只能给人二维感受，虽然可以播放3D动画，但是效果差强人意，为了使人们感受到裸眼三维视觉效果，新型的旋转LED屏幕出现了。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)传统的LED屏幕只能给人二维感受，3D动画效果差。

(2)传统LED屏幕消耗的LED灯珠数量多,并且线路紧凑,发生个别灯珠损坏的概率大,还极易引起大面积的线路损坏,导致区域性的坏屏出现。

(3)传统的LED屏幕发送损坏后,查找损坏原因以及更换LED灯珠十分繁琐,导致一般人是发生坏屏后,直接换新屏幕,造成资源浪费,成本提升。

解决上述技术问题的难度：

以上问题都是传统LED屏幕的物理结构特性所导致的,不能通过调参解决以上难题,只能采用新的物理结构,才能有效改善。

解决上述技术问题的意义：

新的LED屏幕可以给人3D视感,用于投放广告等视频播放时,更容易引人注目,而且使用LED灯珠少,发生部分LED灯珠损坏后,只需要更换一片扇叶即可,方便快捷。在稳定性以及成像后的显示效果上有了极大的提升。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种LED旋转显示设备的伽玛校正方法。

本发明是这样实现的，一种LED旋转显示设备的伽玛校正方法，包括：

将每一帧显示的图像数据转化为LED灯显示的数据格式后,再对当前LED灯显示的数据，经过LED叠加校正索引表查询后，将该LED灯的RGB值引入全局伽马校正表进行伽马校正，获得修正后的RGB值。

进一步，全局伽马校正表的公式为D＝(i/255)^gamma*255，其中gamma通常取值为1/2.2。D为灰度值。

具体包括：

根据当前LED扇叶的总长度R、一片扇叶上的LED灯的数量N，得到序号为num的灯距离中心的距离R_n＝(num÷N)×R。

以遍历的方式，从序号为0～num的灯中取出每个灯的序号i，以及灯距离中心的距离R_i，设其亮度为P_i。

由于P_n×R_n＝P_i×R_i，P_i＝P_n×(R_n÷R_i)，为了使修正后的亮度Pi′＝Pn，令

P_i′＝P_i×(R_i÷R_n)。

由灰度值推导出亮度级别P，根据公式：

P＝(0.0273*D^2+5.74219*D)/t。

该式子中P为亮度级别，D为灰度值，t为曝光时间。

带入到公式P_i′＝P_i×(R_i÷R_n)中,得到

(0.0273*D′^2+5.74219*D′)/t＝(R_i÷R_n)×(0.0273*D^2+5.74219*D)/t。

由于D、R_i、R_n均为已知条件，t由等式消除，则推出D′的值，再以D′/D的值分别与R、G、B的值相乘，得到优化后的新的RGB值。为：

R′＝(D′/D)*R。

G′＝(D′/D)*G。

B′＝(D′/D)*B。

本发明的另一目的在于提供一种实施所述LED旋转显示设备的伽玛校正方法的LED旋转显示设备，所述LED旋转显示设备为动态的旋转LED显示屏。

所述旋转LED显示屏包括4片装有若干LED灯的扇叶。

一片扇叶上有N个LED灯，4个扇叶上既有4*N个LED灯，旋转起来后形成圆形的LED屏。

所述圆形的LED屏中，像素点的位置使用极坐标系表示。在扇叶旋转到固定角度时，发送脉冲数，使得该扇叶上的某几个LED灯发光，转动一周，形成一帧图像，多帧图像连续播放，形成动画视频。

本发明的另一目的在于提供一种实施所述LED旋转显示设备的伽玛校正方法的LED旋转显示终端。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：

本发明中，图3中LED灯亮度值点图中X轴表示灯的序号，Y轴表示其亮度值，其中由点B组成的曲线表示各个灯在未修正前的亮度值，点C组成的直线表示其期待的修正后的亮度值。

图4中，LED灯亮度校正后灰度值点图中X轴表示灯的序号，Y轴表示灯修正后，其灰度值D的大小。

图5中，LED灯亮度校正后亮度值点图中X轴表示灯的序号，Y轴表示其修正后的亮度。

由图5中的数据可以看见，进行亮度校正后，其亮度值大多在7～8的范围内，相比于图3所示，修正后的显示效果优良，实现了亮度一致的效果。

附图说明

图1是本发明实施例提供的LED旋转显示设备的伽玛校正方法流程图。

图2是本发明实施例提供的LED扇叶旋转示意图。

图3是本发明实施例提供的LED灯亮度值点图。

图4是本发明实施例提供的LED灯亮度校正后灰度值点图。

图5是本发明实施例提供的LED灯亮度校正后亮度值点图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

传统的LED屏幕只能给人二维感受，3D动画效果差。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种LED旋转显示设备的伽玛校正方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。

本发明实施例提供的LED旋转显示设备的伽玛校正方法，包括：

将每一帧显示的图像数据转化为LED灯显示的数据格式后,再对当前LED灯显示的数据，经过LED叠加校正索引表查询后，将该LED灯的RGB值引入全局伽马校正表进行伽马校正，获得修正后的RGB值。

在本发明实施例中，全局伽马校正表的公式为D＝(i/255)^gamma*255，其中gamma通常取值为1/2.2。D为灰度值。

将每一帧显示的图像数据转化为LED灯显示的数据格式后,再对当前LED灯显示的数据，经过LED叠加校正索引表查询,具体包括：

根据当前LED扇叶的总长度R、一片扇叶上的LED灯的数量N，得到序号为num的灯距离中心的距离R_n＝(num÷N)×R。

以遍历的方式，从序号为0～num的灯中取出每个灯的序号i，以及灯距离中心的距离R_i，设其亮度为P_i。

由于P_n×R_n＝P_i×R_i，P_i＝P_n×(R_n÷R_i)，为了使修正后的亮度Pi′＝Pn，令

P_i′＝P_i×(R_i÷R_n)。

由灰度值推导出亮度级别P，根据公式：

P＝(0.0273*D^2+5.74219*D)/t。

该式子中P为亮度级别，D为灰度值，t为曝光时间。

带入到公式P_i′＝P_i×(R_i÷R_n)中,得到

(0.0273*D′^2+5.74219*D′)/t＝(R_i÷R_n)×(0.0273*D^2+5.74219D)/t

由于D、R_i、R_n均为已知条件，t由等式消除，则推出D′的值，再以D′/D的值分别与R、G、B的值相乘，得到优化后的新的RGB值。为：

R′＝(D′/D)*R。

G′＝(D′/D)*G。

B′＝(D′/D)*B。

如图1所示，本发明实施例提供的LED旋转显示设备的伽玛校正方法中，由于扇叶上的每一个LED灯的每一种RGB值都能算出一个与之匹配的新的RGB值，则会形成一个四维数组，该四维数组即为LED叠加校正索引表，其大小为num*256*256*256，输入灯的序号，以及该灯的RGB值，则可从数组中直接读取出该灯修正后的RGB值。

如图2所示，本发明实施例提供的LED旋转显示设备包括使用的动态的旋转LED显示屏，该LED显示屏由4片装有若干LED灯的扇叶组成，一片扇叶上有N个LED灯，4个扇叶上既有4*N个LED灯，在其旋转起来后，就形成了一个圆形的LED屏，在这个LED屏中，像素点的位置可以使用极坐标系来表示。在扇叶旋转到固定角度时，发送脉冲数，使得该扇叶上的某几个LED灯发光，利用人眼的视觉暂留现象，在一个极短的时间内，转动一周，则可以形成一帧图像，多帧图像连续播放，则形成了动画视频。

并且因为扇叶呈黑色，在高速旋转的情况下，人眼是无法捕捉其颜色，即可以认为背景是透明色，前景色即为若干LED灯所发出的颜色，从视觉上就呈现出3D效果。

由于旋转时，扇叶的角速度一定，而扇叶上的每个LED灯的线速度不一致，导致其划过的区域面积不一致,如图1LED扇叶旋转示意图所示。

从LED扇叶中取出3个LED灯led_0、led_1、led_2为例子,LED扇叶旋转θ°后,灯led_0、led_1、led_2划过的区域范围如图一上的黑线所示，该圆弧长度根据弧长计算公式L＝α×r可计算得到，每个LED灯距离旋转中心的距离分别为R₀、R₁、R₂，旋转角度为θ，则弧长分别为L₀＝θ×R₀、L₁＝θ×R₁、L₂＝θ×R₂。由于R₀<R₁<R₂，则L₀<L₁<L₂。

由于LED灯的宽度d是固定的，即当灯led_0、led_1、led_2被点亮后，在一个固定时间T内转动θ°，所点亮的区域分别为

S₀＝L₀×d、S₁＝L₁×d、S₂＝L₂×d，且S₀<S₁<S₂。

假定此时led_0、led_1、led_2的RGB值相同，在相同的时间T内，相同RGB值的LED灯所消耗的电能J是一致的，则每个LED灯的光强W可由计算公式光强＝能量÷时间，即

W＝J÷T。

灯led_0、led_1、led_2的光强分别为W₀、W₁、W₂，由于RGB值相同，所以消耗的电能J₀、J₁、J₂。

相同，时间T又是一致的，则每个LED灯的光强W₁、W₂、W₃也一致。

亮度P是光强W和光源面积S之比，即P＝W÷S。设灯led_0、led_1、led_2的亮度分别为P₀、P₁、P₂，带入公式P＝W÷S，即可得到

P₀＝W₀÷S₀、P₁＝W₁÷S₁、P₂＝W₂÷S₂。

由于S₀<S₁<S₂、W₁＝W₂＝W₃，则

P₀>P₁>P₂。

根据以上分析可以得出结论，当前LED扇叶，在输入RGB值相同的情况下，旋转θ°后，越靠近中心区域的LED灯的亮度也就越高。为了平衡当前LED扇叶旋转所导致的亮度不一致，需要进行一次亮度校正处理。

由于外侧的LED灯，其转动弧线长度过长，单个LED灯在时间T内发射出来的光能有一定的上限值，所以，越靠近外侧的LED灯，其灯的亮度上限也就越低，无法达到全范围RGB值的亮度均衡，只能实现部分RGB值的亮度均衡一致。

在本发明实施例中，亮度校正原理包括：

从LED扇叶上取序号为num的一个灯(最中心的灯的序号为0)，以其亮度级别P_n为基准，平衡优化平衡会其他LED灯。

根据当前LED扇叶的总长度R、一片扇叶上的LED灯的数量N，得到序号为num的灯距离中心的距离R_n＝(num÷N)×R。

以遍历的方式，从序号为0～num的灯出取出每个灯的序号i，以及灯距离中心的距离R_i，设其亮度为P_i。

由于P_n×R_n＝P_i×R_i，P_i＝P_n×(R_n÷R_i)则所以为了平衡亮度使得P_n＝P_i′，应该令

P_i′＝P_i×(R_i÷R_n) (1)。

因此，只需要设置序号为i的LED灯的RGB值，使得该LED灯的亮度级别为P_i′，则可以使得亮度平衡。

为了使得RGB值与亮度P之间进行转换，必须得对该RGB值进行灰度转换。

由于亮度是具有主观性的，人眼中，相同等级的红绿蓝三色中，人眼会觉得绿色最亮，红色次之，蓝色最亮。目前更符合人眼的灰度转换公式为灰度值D＝0.299R+0.587G+0.114B。

由灰度值再推导出亮度级别P根据公式：

P＝(0.0273*D^2+5.74219*D)/t (2)。

该式子中P为亮度级别，D为灰度值，t为曝光时间

带入到公式1中,得到

(0.0273*D′^2+5.74219*D′)/t＝(R_i÷R_n)×(0.0273*D^2+5.74219*D)/t (公式3)。

由于D、R_i、R_n均为已知条件，t可以由等式消除，则可以推出D′的值，再以D′/D的值分别与R、G、B的值相乘，得到优化后的新的RGB值。

即为：

R′＝(D′/D)*R

G′＝(D′/D)*G

B′＝(D′/D)*B。

下面结合亮度校正平衡的效果对本发明作进一步描述。

以下为选取RGB值分别为128、128、128，以第168个灯为基准，进行亮度校正平衡的效果图。

图3中LED灯亮度值点图中X轴表示灯的序号，Y轴表示其亮度值，其中由点B组成的曲线表示各个灯在未修正前的亮度值，点C组成的直线表示其期待的修正后的亮度值。

图4中，LED灯亮度校正后灰度值点图中X轴表示灯的序号，Y轴表示灯修正后，其灰度值D的大小。

图5中，LED灯亮度校正后亮度值点图中X轴表示灯的序号，Y轴表示其修正后的亮度。

由图5中的数据可以看见，进行亮度校正后，其亮度值大多在7～8的范围内，相比于图3所示，修正后的显示效果优良，实现了亮度一致的效果。

下面结合伽马校正对本发明作进一步描述。

人眼对外界光源的感光值与输入光强不是呈线性关系的，而是呈指数型关系的。在低照度下，人眼更容易分辨出亮度的变化，随着照度的增加，人眼不易分辨出亮度的变化。而摄像机感光与输入光强呈线性关系。为方便人眼辨识图像，需要将摄像机采集的图像进行gamma校正。

未经gamma校正的情况下，低灰度时，有较大范围的灰度值被保存成同一个值，造成信息丢失。同时高灰度值时，很多比较接近的灰度值却被保存成不同的值，造成空间浪费。经过gamma校正后，图像的信息更加逼近原图的信息从而改善了存储的有效性和效率。

对当前LED灯显示的数据，经过LED叠加校正索引表查询后，将LED灯的RGB值进行伽马校正，为提高伽马校正的效率，则引入全局伽马校正表。

生成伽马校正表的公式为D＝(i/255)^gamma*255，其中gamma通常取值为1/2.2。

以下为伽马校正表，左边为输入的RGB值，右边为输出的RGB值。

表1.伽马校正表

下面结合具体实验对本发明作进一步描述。

本发明实验数据汇集在由表2亮度值校正表中，以第167号LED灯在RGB值分别为128、128、128时，即灰度值D为128时的亮度水平为基准，计算0～166号灯的亮度，计算每个灯校正前与校正后的亮度值，再计算其灰度值为多少。数据汇总在表2中，可以发现校正后亮度值这一列数据基本上偏于稳定，并且由表2数据绘制出图3、图4、图5，结合图像与当前数据，可以得出结论，经过当前方法校正后的LED屏幕亮度值得到了均匀化。

表2亮度值校正表

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种LED旋转显示设备的伽玛校正方法，其特征在于，所述LED旋转显示设备的伽玛校正方法包括：

将每一帧显示的图像数据转化为LED灯显示的数据格式；

再对当前LED灯显示的数据格式，经过LED叠加校正索引表查询，具体包括：

根据当前LED扇叶的总长度R、一片扇叶上的LED灯的数量N，得到序号为num的灯距离中心的距离R_n＝(num÷N)×R；

以遍历的方式，从序号为0～num的灯中取出每个灯的序号i，以及灯距离中心的距离R_i，设其亮度为P_i；

由于P_n×R_n＝P_i×R_i，P_i＝P_n×(R_n÷R_i)，为使修正后的亮度Pi′＝Pn，令

P_i′＝P_i×(R_i÷R_n)；

由灰度值推导出亮度级别P，根据公式：

P＝(0.0273*D^2+5.74219*D)/t；

该式子中P为亮度级别，D为灰度值，t为曝光时间；

带入到公式P_i′＝P_i×(R_i÷R_n)中,得到

(0.0273*D′^2+5.74219*D′)/t＝(R_i÷R_n)×(0.0273*D^2+5.74219*D)/t；

由于D、R_i、R_n均为已知条件，t由等式消除，则推出D′的值，再以D′/D的值分别与R、G、B的值相乘，得到优化后的新的RGB值，为：

R′＝(D′/D)*R；

G′＝(D′/D)*G；

B′＝(D′/D)*B；

继续将该LED灯的RGB值引入全局伽马校正表进行伽马校正，最终获得修正后的RGB值。

2.如权利要求1所述的LED旋转显示设备的伽玛校正方法，其特征在于，全局伽马校正表的公式为D＝(i/255)^gamma*255，其中gamma取值为1/2.2；D为灰度值。

3.一种实施权利要求1所述LED旋转显示设备的伽玛校正方法的LED旋转显示设备，其特征在于，所述LED旋转显示设备为动态的旋转LED显示屏；

所述旋转LED显示屏包括4片装有若干LED灯的扇叶；

一片扇叶上有N个LED灯，4个扇叶上既有4*N个LED灯，旋转起来后形成圆形的LED屏；

所述圆形的LED屏中，像素点的位置使用极坐标系表示；在扇叶旋转到固定角度时，发送脉冲数，使得该扇叶上的某几个LED灯发光，转动一周，形成一帧图像，多帧图像连续播放，形成动画视频。

4.一种实施权利要求1所述LED旋转显示设备的伽玛校正方法的LED旋转显示终端。

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