CN116597769A - 基于led模组光学参数差异性的屏幕均匀度修正方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于LED模组光学参数差异性的屏幕均匀度修正方法，该方法利用采集设备在不同灰度级下进行LED屏幕拍摄，得到灰度图序列；从各灰度图上提取每个模块的亮度值并拟合出每个模块的灰度‑亮度变化曲线；针对任一模块，求得灰度‑亮度变化曲线中与目标值对应的灰度级，再进一步得到该模块墨色修正比例，将墨色修正比例乘以该模块内所有像素点在最高灰度级下的亮度值，得到每个像素点在最高灰度级下的修正亮度值；用每个像素点修正亮度值计算整屏逐点校正系数矩阵C；将整屏逐点校正系数矩阵C上传至LED屏幕硬件控制系统，即完成整屏校正。本发明消除了墨色带来的校正后亮度不一致现象，提高了整屏校正效果。

Description

基于LED模组光学参数差异性的屏幕均匀度修正方法
技术领域：
本发明属于光电子学和信息显示技术领域，涉及一种LED模组光学参数差异性的像素级屏幕均匀度采集修正方法。
背景技术：
随着超高密度LED新型平板显示技术的发展，LED将成为未来超大型高画质电视用显示屏的首选技术，具有色域广、发光效率高、响应速度快、工作温度范围宽等优点，被广泛地应用在高端显示、平板显示背光源和照明领域，尤其在影院和医学教学等领域得到更广泛的应用具有重要的市场前景。
LED大型显示产品的画质质量的一个重要指标是屏幕均匀度，主要体现在亮度、色度和方向特性三个方面，有关方向性的描述一般列为观看范围的指标，对于显示产品，亮度、色度的均匀度更为观察者关注。LED显示产品的原材料是LED管芯，作为半导体器件，由于自身的原因在亮度方面具有离散性。此外LED管芯在使用一定的时间以后，亮度会发生衰减，而且各个基色衰减程度不同，这会造成均匀性良好的显示屏在工作一段时间以后出现显示不均匀现象。
造成屏幕不均匀缺陷的原因主要有以下几种：
(a)每一基色的LED发光管亮度具有很大的离散性，LED平板显示屏正是由成千上万个亮度相差比较大的LED发光管组成。通常即使是同一亮度档次的LED发光管，其亮度也存在30％的偏差，这是造成LED平板显示“麻点”与“马赛克”缺陷的最根本原因。
(b)LED发光管色度坐标呈离散性分布，通常同一档次的LED发光管主波长相差在5nm以内。但即使是同一波长档次的LED发光管，由于其发光的光谱功率分布不同，各个LED发光管之间也存在不可忽略的复现颜色色差。
(c)LED发光管随时间的衰减程度不同，本来亮度均匀一致的发光管在用一段时间后就会变得不均匀。
(d)其它因素，如驱动电路的不一致性、环境温度的影响、电路设计的缺陷、结构加工的误差等都会成为不均匀性的原因。
随着显示技术的发展以及人们娱乐水平的提高，LED显示的亮度均匀问题越来越成为影响显示质量的突出问题，成为目前亟待解决的焦点问题。
目前，彻底解决LED屏幕的均匀性问题的方法是采用亮度和色彩补偿技术，实现每一个发光基色的亮度、色彩独立调节，消除显示时的亮度、色彩偏差，确保整屏色彩、亮度的均匀性、一致性。通过采用全屏”逐点”一致化校正技术，显示质量有质的提高。在白场的情况下，消除显示屏的“马赛克”和“麻点”现象，达到高均匀的显示效果。
解决这一问题的关键之一首先就是如何将LED平板显示屏上数以百万计的像素的三基色亮度、色度信息采集回来。随着现代光学技术以及图像处理技术的飞速发展为这一问题的研究提供了契机，合适的光学采集设备可以使得LED平板显示屏上大量像素的光色信息保存在一张图像上，测试可以在几秒钟之内记录下显示设备上大量甚至整屏像素的亮度色度信息。
另一个关键问题是设计合适的校正算法，由得到的LED整屏的相对亮度信息，建立一个每一个LED平板显示像素每一个基色的权值查找表。使得屏上每一LED平板显示像素在复现某一颜色时，首先乘以由查找表提供的相应的权值，从而达到校正的目的。也就使得屏上所有像素在输入相同数据时复现为相同的颜色，达到均匀化的目的。
然而目前在进行上述均匀化过程中，遇到新的技术挑战，就是模块墨色不同，对同一模块内部像素点发光会造成一定程度的影响。模块墨色较深时，往往表现其点亮后该模块也呈现较暗的状态。此时用相机进行采集校正，计算所得系数上传后墨色较深的模块亮度仍旧比较暗，影响校正后一致性。
发明内容：
本发明要解决的技术问题是提供一种基于LED模组光学参数差异性的屏幕均匀度修正方法，该方法能够消除由模块墨色差异带来的校正后亮度不一致的现象，提高整屏校正效果。
为了解决上述技术问题，本发明的基于LED模组光学参数差异性的屏幕均匀度修正方法如下：在LED屏幕最高灰度级下进行全屏逐点校正，得到所有像素点亮度值；设目标值为全屏像素点亮度平均值的75％-85％；利用采集设备在不同灰度级下进行LED屏幕拍摄，得到灰度图序列；从各灰度图上提取每个模块的亮度值并拟合出每个模块的灰度-亮度变化曲线；针对任一模块，求得灰度-亮度变化曲线中与目标值对应的灰度级Gt，Gt/2n即为该模块墨色修正比例，将墨色修正比例乘以该模块内所有像素点在最高灰度级下的亮度值，得到每个像素点在最高灰度级下的修正亮度值；用每个像素点修正亮度值计算整屏逐点校正系数矩阵C；将整屏逐点校正系数矩阵C上传至LED屏幕硬件控制系统，即完成整屏校正。
所述每个模块的亮度值为灰度图上该模块内部所有像素点亮度值之和。
所述每个模块的灰度-亮度变化曲线采用二元一次方程y＝ax2+bx+c拟合；y表示模块亮度值，x表示灰度级，a,b,c为系数。
进一步，在最高灰度级下，LED屏幕分别显示红、绿、蓝三基色时进行全屏逐点校正，得到所有像素点显示红、绿、蓝时的亮度值。
进一步，根据所有像素点显示红、绿、蓝时的亮度值分别确定红、绿、蓝三基色对应的目标值。
进一步，利用采集设备在不同灰度级下进行LED屏幕分别显示红、绿、蓝三基色时拍摄，得到红色灰度图序列、绿色灰度图序列和蓝色灰度图序列。
从红色灰度图序列、绿色灰度图序列和蓝色灰度图序列的各灰度图上提取每个模块的亮度值并拟合出每个模块分别对应红、绿、蓝三基色的灰度-亮度变化曲线；针对任一模块，分别求得红、绿、蓝三基色与目标值对应的灰度级GRt、GGt、GBt，GRt/2n、GGt/2n、GBt/2n即为该模块对应红、绿、蓝三基色的墨色修正比例。
有益效果：以往采集时在一个灰度级下进行，常规情况下认为芯片亮度和灰度成线性变化关系，一个灰度级下采集获得的校正系数，所有灰度级下适用。但是由于封装工艺、墨色的影响，会导致该变化不是呈现线性规律的变化，往往是曲线变化。并且以模块墨色为单位呈现聚集表现。本发明根据模块的墨色特点利用相机快速准确的获取全屏少数几个灰度级下所有模块的亮度值，拟合出每个模块的灰度-亮度变化曲线。进而求得墨色修正比例，对采集的灯点亮度进行二次修正，消除了墨色带来的校正后亮度不一致现象，提高了整屏校正效果。
附图说明：
图1为本发明的流程图。
图2为相机拍摄LED屏幕不通电时模块墨色差异图片。
图3a、图3b为控制系统精度为13bit时(灰度值变化0-8191)不同墨色模块的灰度-亮度变化曲线。
具体实施方式：
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义的理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况具体理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或者仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”、“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或者位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
如图1所示，本发明的基于LED模组光学参数差异性的屏幕均匀度修正方法具体如下：
(1)将LED屏幕控制系统的gamma值设置为1，在最高灰度级下进行全屏逐点校正。全屏逐点校正属于行业内常用技术手段，这里不再赘述。校正过程中会获得全屏所有像素点在最高灰度级下的亮度值。在逐点校正环节中，计算红绿蓝三基色校正系数矩阵时需要使用的目标值，红绿蓝三基色的目标值分别表示为LRt,LGt,LBt。目标值的选取一般为最高灰度级下全屏像素点亮度平均值的75％-85％。这里只需要获取每个像素点红绿蓝亮度值及目标值，无需计算逐点校正系数矩阵。
(2)利用采集设备拍摄LED屏幕显示不同灰度级下红、绿、蓝三基色时的图片，分别得到红色灰度图序列Pr1-Prm、绿色灰度图序列表示为Pg1-Pgm和蓝色灰度图序列Pb1-Pbm；其中m表示控制系统输出的灰度级个数，一般为5-11个。灰度图序列中所有图片均为相机使用相同光圈、焦距条件下拍摄，拍摄时LED屏幕上每个像素点均呈点亮状态。
(3)在拍摄所得的红色灰度图序列、绿色灰度图序列、蓝色灰度图序列的每个图片上提取LED屏幕每个模块对应的亮度值。每个模块对应的亮度值用图片上该模块内部所有像素点亮度值加和表示。记为Lji。i表示拍摄灰度级，j表示模块标号，由屏幕分辨率和模块规格决定。由于每个基色灰度图序列共包含m个灰度级图片，因此可以得到每个模块对应的m个亮度值；设每个模块第i个灰度级Gi对应的亮度值为Li，可以拟合出每个模块灰度-亮度变化曲线。灰度-亮度变化曲线这里简称GL曲线，如图3a、图3b所示。GL曲线中的x轴坐标表示灰度级，用G表示，其变化区间为0-2n。这里n为控制系统精度(即控制系统中灰度数据bit数，一般为13-16)。y轴坐标表示模块亮度值用L表示。这里需要采集模块红、绿、蓝三基色亮度值，拟合出每个模块红绿蓝GL曲线各一条。
曲线拟合采用二元一次方程。表示为y＝ax2+bx+c。根据多组输入参数x(灰度级)和y(模块亮度值)求得系数a,b,c。这样就能得到每个模块不同输入灰度级下的拟合亮度。
(4)根据校正过程中使用的红、绿、蓝三基色目标值，针对任一模块，分别求得红、绿、蓝三基色与目标值对应的灰度级GRt、GGt、GBt，GRt/2n、GGt/2n、GBt/2n即为该模块对应红、绿、蓝三基色的墨色修正比例。墨色修正比例乘以每个像素点在最高灰度级下的亮度值，得到每个像素点的修正亮度值，再用每个像素点的修正亮度值计算最终的逐点校正系数矩阵C。通过逐点亮度值计算显示屏校正系数矩阵属于业内常用技术手段，这里不再赘述。
(4)将整屏逐点校正系数矩阵C上传至硬件控制系统，即完成整屏校正。
实施例1：
分辨率为1920*1080，点间距为P0.9mm显示屏，模块规格160*120。整屏共用(1920/160)*(1080/120)＝12*9＝108个模块。其校正方法如下：
(1)控制系统精度为13bit，控制系统gamma值设置为1，在最高(软件端为255，硬件控制系统端8191)灰度级下进行全屏逐点校正。全屏逐点校正属于行业内常用技术手段，这里不再赘述。校正过程中会获得全屏所有像素点在当前灰度级下的亮度值。在逐点校正环节中，计算红绿蓝三基色校正系数矩阵时需要使用目标值Lt。这里三基色的目标值分别表示为LRt,LGt,LBt。目标值的选取为全屏像素点亮度平均值的80％。
grayR，grayG，grayB分别为校正环节中相机获取的像素点红、绿、蓝亮度值。这里只需要获取每个像素点红绿蓝亮度及目标值，无需计算逐点校正系数矩阵。
(2)利用采集设备在硬件输出控制端灰度级＝2000，3000，4000，5000，6000，7000，8000共计7个灰度级下对全屏显示红绿蓝三基色时进行拍摄，拍摄得到的红色灰度图序列表示为Pr1-Pr7，拍摄得到的绿色灰度图序列表示为Pg1-Pg7，拍摄得到的蓝色灰度图序列表示为Pb1-Pb7(7表示控制系统输出的灰度级个数，这里选择7个灰度级拍摄)。灰度图序列中所有图片均不能饱和，在相同光圈、焦距条件下拍摄，LED屏幕上每个像素点均呈点亮状态。
(3)在拍摄所得灰度图序列上提取屏幕每个模块的亮度值。模块亮度值用拍摄图片上该模块内部所有像素点亮度值加和表示。记为Lji。i表示拍摄灰度级，j表示模块标号，由屏幕分辨率和模块规格决定(1≤j≤108)。拍摄7个灰度级，得到每个模块每个基色7个亮度值。由每个模块的灰度级Gi和该灰度级下亮度值Li，拟合出每个模块灰度-亮度变化曲线。灰度-亮度变化曲线这里简称GL曲线，如图3a、图3b所示。曲线中的x轴坐标表示采集所用灰度值用G表示，其变化区间为0-2n。这里n＝13。y轴坐标表示模块亮度值用L表示。这里需要采集模块显示红绿蓝三基色时的亮度值，拟合出每个模块红绿蓝GL曲线各一条。
曲线拟合采用二元一次方程。表示为y＝ax2+bx+c。根据每个模块7组输入参数x和y求得系数参数a，b，c。这样就能得到每个模块不同输入灰度级下的拟合亮度值。
(4)根据校正过程中使用的目标值Lt，求得每个模块GL曲线中对应该目标值Lt时的Gt值，Gt/213即为模块墨色修正比例。每个模块内所有像素点使用相同的墨色修正比例。墨色修正比例乘以每个像素点最高灰度级下的亮度值，得到每个像素点的修正亮度值，通过逐点亮度值计算显示屏校正系数矩阵属于业内常用技术手段，这里不再赘述。得到最终的逐点校正系数矩阵C。
(5)将C上传至硬件控制系统，即完成整屏校正。
实施例2：
分辨率为1920*1080，点间距为P1.27mm显示屏，模块规格120*90。整屏共用(1920/120)*(1080/90)＝16*12＝192个模块。其校正方法如下：
(1)控制系统精度为14bit，控制系统gamma值设置为1，在最高(软件端为255，硬件控制系统端16383)灰度级下进行全屏逐点校正。全屏逐点校正属于行业内常用技术手段，这里不再赘述。校正过程中会获得全屏所有像素点在当前灰度级下的亮度值。在逐点校正环节中，计算红绿蓝三基色校正系数矩阵时需要使用目标值Lt。这里三基色的目标值分别表示为LRt，LGt，LBt。目标值的选取为全屏像素点灰度平均值的75％。
grayR，grayG，grayB分别为校正环节中相机获取的像素点红、绿、蓝亮度值。这里只需要获取每个像素点红绿蓝亮度及目标值，无需计算逐点校正系数矩阵。
(2)利用采集设备在硬件输出控制端灰度级＝1024，4096，8192，14352，16383共计5个灰度级下进行全屏显示红绿蓝三基色时拍摄，拍摄得到的红色灰度图序列表示为Pr1-Pr5，拍摄得到的绿色灰度图序列表示为Pg1-Pg5，拍摄得到的蓝色灰度图序列表示为Pb1-Pb5(5表示控制系统输出的灰度级个数，这里选择5个灰度级拍摄)。灰度图序列中所有图片均不能饱和，在相同光圈、焦距条件下拍摄，LED屏幕上每个像素点均呈点亮状态。
(3)在拍摄所得灰度图序列上提取屏幕每个模块的亮度值。模块亮度值用拍摄图片上该模块内部所有像素点亮度值加和表示。记为Lji。i表示拍摄灰度级，j表示模块标号,由屏幕分辨率和模块规格决定(1≤j≤192)。拍摄5个灰度级，得到每个模块每个基色5个灰度值。由每个模块的灰度级Gi和该灰度级下亮度L，拟合出每个模块灰度-亮度变化曲线。灰度-亮度变化曲线这里简称GL曲线，如图3所示。曲线中的x轴坐标表示采集所用灰度级用G表示，其变化区间为0-2n。这里n＝14。y轴坐标表示模块亮度值用L表示。这里需要采集模块显示红绿蓝三基色时的亮度值，拟合出每个模块红绿蓝GL曲线各一条。
曲线拟合采用二元一次方程。表示为y＝ax2+bx+c。根据每个模块5组输入参数x和y求得系数参数a,b,c。这样就能得到每个模块不同输入灰度级下的拟合亮度。
(4)根据校正过程中使用的目标值Lt，求得每个模块GL曲线中对应该目标值Lt时的Gt值，Gt/214即为模块墨色修正比例。每个模块内所有像素点使用相同的墨色修正比例。墨色修正比例乘以步骤(1)中每个像素点最高灰度级下的亮度值，得到每个像素点的修正亮度值，通过逐点亮度值计算显示屏校正系数矩阵属于业内常用技术手段，这里不再赘述。得到最终的逐点校正系数矩阵C。
(5)将C上传至硬件控制系统，即完成整屏校正。

Claims (7)

1.一种基于LED模组光学参数差异性的屏幕均匀度修正方法，其特征在于该方法如下：在LED屏幕最高灰度级下进行全屏逐点校正，得到所有像素点亮度值；设目标值为全屏像素点亮度平均值的75％-85％；利用采集设备在不同灰度级下进行LED屏幕拍摄，得到灰度图序列；从各灰度图上提取每个模块的亮度值并拟合出每个模块的灰度-亮度变化曲线；针对任一模块，求得灰度-亮度变化曲线中与目标值对应的灰度级Gt，Gt/2n即为该模块墨色修正比例，将墨色修正比例乘以该模块内所有像素点在最高灰度级下的亮度值，得到每个像素点在最高灰度级下的修正亮度值；用每个像素点修正亮度值计算整屏逐点校正系数矩阵C；将整屏逐点校正系数矩阵C上传至LED屏幕硬件控制系统，即完成整屏校正。
2.根据权利要求1所述的基于LED模组光学参数差异性的屏幕均匀度修正方法，其特征在于：所述每个模块的亮度值为灰度图上该模块内部所有像素点亮度值之和。
3.根据权利要求1所述的基于LED模组光学参数差异性的屏幕均匀度修正方法，其特征在于：所述每个模块的灰度-亮度变化曲线采用二元一次方程y＝ax2+bx+c拟合；y表示模块亮度值，x表示灰度级，a,b,c为系数。
4.根据权利要求1所述的基于LED模组光学参数差异性的屏幕均匀度修正方法，其特征在于：在最高灰度级下，LED屏幕分别显示红、绿、蓝三基色时进行全屏逐点校正，得到所有像素点显示红、绿、蓝时的亮度值。
5.根据权利要求4所述的基于LED模组光学参数差异性的屏幕均匀度修正方法，其特征在于：根据所有像素点显示红、绿、蓝时的亮度值分别确定红、绿、蓝三基色对应的目标值。
6.根据权利要求5所述的基于LED模组光学参数差异性的屏幕均匀度修正方法，其特征在于：利用采集设备在不同灰度级下进行LED屏幕分别进行红、绿、蓝三基色的拍摄，得到红色灰度图序列、绿色灰度图序列和蓝色灰度图序列。
7.根据权利要求6所述的基于LED模组光学参数差异性的屏幕均匀度修正方法，其特征在于：从红色灰度图序列、绿色灰度图序列和蓝色灰度图序列的各灰度图上提取每个模块的亮度值并拟合出每个模块分别对应红、绿、蓝三基色的灰度-亮度变化曲线；针对任一模块，分别求得红、绿、蓝三基色与目标值对应的灰度级GRt、GGt、GBt，GRt/2n、GGt/2n、GBt/2n即为该模块对应红、绿、蓝三基色的墨色修正比例。
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