Led显示屏整屏现场逐点亮度色度校准系统及方法

专利名称：Led显示屏整屏现场逐点亮度色度校准系统及方法
技术领域：
本发明涉及图像显示校正领域，具体是指一种用于LED显示屏整屏现场逐点亮 度色度校正的系统及相应的校正方法。
背景技术：
LED显示屏通过调节单个像素内的红、绿、蓝三色LED发光二级管的不同发光 比例来达到重现自然界众多色彩的效果。对比液晶、等离子屏、投影等显示器件，具有 色彩还原性好、亮度高、寿命长、响应时间短、节能环保、尺寸可任意调节等优点，目 前已广泛应用于机场、车站、码头、商场、地标建筑、会议、展览、演出、市政广场、 体育场馆等众多公共场合。 但由于LED显示屏的基本发光元件LED发光二级管生产时固有的亮度及颜色波 长的离散性，即使通过筛选也难以达到人眼接受的完全一致，导致目前多数显示屏出厂 时即存在亮度不均匀及颜色不均匀的花斑现象。 一些高端厂家采用出厂前对组成屏的每 个单模块进行亮度及色度严格的均一化校正，可大幅消除花斑现象，但存在校正设备价 格昂贵、对调校环境要求苛刻、调校效率低等缺点。 现有的对LED显示屏的调校方法还存在另一较大不足出厂后，随着使用时 间的推移，显示屏上的众多LED及模组因各自衰减特性不同，花斑及亮暗块现象会逐渐 加重。加之显示模组及箱体的机械移位、模组热胀冷縮变形、灰尘等因素影响而产生的 横竖亮暗线和区域不均匀等现象叠加，显示屏与初期相比在显示效果方面将会有较大下 降。依照上述原方法，只有将显示屏所有模块依此拆下，回厂翻工、重新调整。费时、 费力， 一般可行性不大。 申请号为200810065151.X,名称为一种LED显示屏显示校正系统及校正方法 的发明专利所公开的LED显示屏校正系统及方法，基本与以上述方法思路相同。
目前，还有一种成本较低的、仅对LED显示屏发光点间的亮度差异进行校 正的方法。采用此种仅亮度校正的方法的LED显示屏，在显示红、绿、蓝单饱和色 时一致性效果较好。但当屏显示人体肤色、天空、白色墙壁等浅色图像时就会出现 较明显的色斑。原因是人眼对颜色差异随着色饱和度降低而越发敏感。申请号为 200810240296.9，名称为一种现场调整LED显示屏的装置、系统及方法的发明专利中公 开的校正装置、系统及方法基本与以上方法相同。此发明采用对LED大屏分成若干小区 域，分别采集各区域的LED亮度数据并处理的方法。但对各区域采集数据时，由于采集 设备的采集角度、位置都将有所不同，这必然引起一个区域边缘到另一个区域边缘校正 数据的跳变，最终显示屏会显现以采集区域为单位的明显横竖条纹。另外，当待测LED 显示屏像素间距较小、像素点较密时，相邻点间的干扰将使得此方法难以实施。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的缺陷提供一种能够实现LED整屏现场逐点亮度色度一次性校正，可实时看到校正效果的校正系统及校正方法，且所 需设备成本尽量低，操作方便。 为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案实现首先，提供LED显示屏 整屏现场逐点亮度色度校准系统，该系统包括LED显示屏光学参数采集设备，与LED显 示屏光学参数采集设备顺次连接的显示屏校正参数处理设备、显示屏信号输入控制及参 数传输设备；显示屏信号输入控制及参数传输设备还与显示屏校正运算及屏体控制设备 连接且二者同时控制LED显示屏屏体的显示。 具体的，所述LED显示屏光学参数采集设备包括用于获取LED显示屏显示红、 绿、蓝单色时原始LED亮度色度相对差异图像信息的单反数码相机及用于获取LED显示 屏显示红、绿、蓝、白单色时实际的亮度和颜色值的亮色测量仪。 所述显示屏校正参数处理设备采用装有校正参数取样及处理转换软件和显示屏 控制软件的计算机。 所述显示屏信号输入控制及参数传输设备包括用于对图像进行Gamma变换并 对图像数据分割处理的可编程逻辑控制电路及与其连接的用于接收显示图像信号并解码 的DVI解码电路、用于信号输出的千兆网输出电路和SRAM存储电路；还包括单片机电 路，单片机电路接收显示屏校正参数处理设备发出的校正参数数据并初步处理后输出给 可编程逻辑控制电路。 所述显示屏校正运算及屏体控制设备包括千兆网输入电路及与其连接的用于图 像二次分割、逐点校正运算和灰度产生及显示控制、输出缓冲的可编程逻辑控制电路； 还包括单片机电路及与其连接的Flash RAM和SRAM存储电路，单片机电路接收千兆网 输入电路导入的信号并结合校正参数数据初步处理后传送给可编程逻辑控制电路。
配合上述校正系统，本发明还提供了一套LED显示屏整屏现场逐点亮度色度校 准的方法，该方法步骤如下 (l)控制LED显示屏，点亮所述LED显示屏上红、绿、蓝色LED中的一种颜色 LED的均匀间隔分布的阵列，控制第一采集设备，从LED显示屏正面适当距离处获取包 含所述LED显示屏点亮部分单点的原始红、绿、蓝值即RGB值信息的图像数据，所述单 点是指LED显示屏一个像素中同颜色LED的集合； (2)重复步骤(1)，直到点亮所述LED显示屏上所有同一种颜色的LED，并由所 述控制第一采集设备逐次获取对应的图像数据； (3)控制LED显示屏，依次点亮LED显示屏其他两种颜色LED的均匀间隔分布 的阵列，反复重复以上步骤l、步骤2，直到点亮所述LED显示屏上的所有LED，并控制 第一采集设备逐次获取对应的图像数据； (4)控制LED显示屏，依次分别点亮LED显示屏上的红、绿、蓝LED，控制第 二采集设备，从LED显示屏正面适当距离处获取所述LED显示屏显示红、绿、蓝色彩及 红、绿、蓝同时点亮合成的白单色时实际的亮度和颜色值即Yxy(测量)值；
(5)采用显示屏校正参数处理设备，输入以上步骤(l)、步骤(2)、步骤(4)产生 的原始数据组，并实现对数据组自动读入排队并依次处理，以设定的间距为参考自动对 每幅数据进行找点取样，在每个取样范围内将所有有效数据累加，最终将所有数据合成 为一组以红、绿、蓝单点为单位的包含全屏所有像素的数据表，每个单点对应一组RGB值； (6)将每个单点RGB值，通过色彩空间转换方式，转为亮度、色坐标数据，即 Yxy(单点)值，并计算出各单色的平均值，即Yxy(平均)值，将Yxy(平均)值与步骤(4) 得到的Yxy(测量)值相减，得到系统偏差A Yxy(系统)值； (7)根据视频显示领域标准的单色及白场坐标，并参考待测显示屏LED衰减程 度，设定整屏校正后的单色及白场目标值，即Yxy(目标)值； (8)将步骤(6)得到的每个Yxy(单点)值与步骤(7)的Yxy(目标)值做色彩差值 运算，其间还需消除系统偏差AYxy(系统)值，最终得到每个单点的校正系数ARGB;
(9)通过操作所述的显示屏校正参数处理设备和显示屏信号输入控制及参数传输 设备，将步骤(8)得到的校正系数ARGB发送并存储至所述的显示屏校正运算及屏体控制 设备； (10)所述的显示屏校正运算及屏体控制设备自动将已完成Gamma变换的实时数 字图像信号与上述的校正系数ARGB做矩阵乘法运算，生成校正后的图像信号，输出至 显示屏； (11)所述LED显示屏依据所述校正后的图像信号进行显示。 需要说明的是，所述步骤(1)需在待校正的LED显示屏体周围无强烈光照的情况 或夜晚环境下进行。 与现有技术比较，本发明的有益效果在于 l)所述系统能够实现LED显示屏现场整屏一次调校完成，减少了加工成本、设 备成本，可立即看到效果，彻底解决LED显示屏出厂后产生的花斑及亮暗块现象，及因 模组及箱体的机械移位、模组热胀冷縮变形、灰尘等因素影响而产生的横竖亮暗线和区 域不均匀等现象； 2)所述系统可实现逐点亮度、色度同步校正，做到LED显示屏所有像素均一， 保证LED显示屏在所有颜色下都均匀一致； 3)两个采集设备结合使用，使校正后的显示屏精确符合目标值的亮度颜色要 求，保证了校正效果； 4)本发明采用将显示屏发光点均匀分成若干幅点数、形状相同，位置间错的均 匀间隔分布的阵列的方式采集数据的方法，在不超过第一采集设备的一次采集点数的最 大范围下，避免了原有的分区域现场采集数据时，因区域边缘校正数据的跳变引起的以 采集区域为单位的明显横竖条纹和因像素间距减小引起的相邻点间的干扰，进一步保证 了校正效果。


附图1是本发明原理组成示意框图； 附图2是显示屏信号输入控制及参数传输设备组成示意框图；附图3是显示屏校 正运算及屏体控制设备组成示意框图； 附图4-8为本发明所述LED显示屏整屏现场逐点亮度色度校准的方法的实施例 演示图。
具体实施例方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面将结合具体实施例及附图对本发明所述 系统和方法的原理作进一步详细描叙 如附图1所示，本发明所述系统包括LED显示屏光学参数采集设备、显示屏校 正参数处理设备、显示屏信号输入控制及参数传输设备及显示屏校正运算及屏体控制设 备。 其中，所述现场LED显示屏光学参数采集设备分两部分采集设备一选择用于 获取显示屏显示红、绿、蓝单色时，原始LED亮度色度相对差异图像信息的单反数码相 机；采集设备二选择用于获取显示屏显示红、绿、蓝、白单色时实际的亮度和颜色值的 亮色测量仪，此设备的测量值的目的是对所述采集设备一获得的图像信息进行修正。原 因是我们很难由所述采集设备一如数码相机的曝光时间、光圈、光衰减系数等参数得 到图像精确的亮度和颜色绝对值。 采集设备一、和采集设备二所采集数据输入到显示屏校正参数处理设备。所述 显示屏校正参数处理设备是装有校正参数取样及处理转换软件和显示屏控制软件的计算 机。该计算机可用于从上述采集设备一获取的单色原始图像信息进行自动取样，及从采 集设备二获取的测量值为基准进行数据转换，形成LED显示屏可接受的逐点校正参数数 据。 显示屏校正参数处理设备处理采集到的数据及原有参考数据得到校正数据，并 输送给显示屏信号输入控制及参数传输设备。如图3，所述显示屏信号输入控制及参数传 输设备由硬件电路和嵌入的软件组成，硬件电路包括DVI解码电路、可编程逻辑电路、 SRAM电路、单片机电路、千兆网输出电路组成，软件包括嵌入可编程逻辑控制器件和 单片机内的程序。所述显示屏信号输入控制及参数传输设备是用于数字视频信号输入、 图像Gamma变换、图像数据分割、屏体控制参数和校正数据传输的LED屏前级控制设 备。该设备还接收显示图像信号，并将显示图像信号和校正参数数据综合后输送给显示 屏校正运算及屏体控制设备。 所述显示屏校正运算及屏体控制设备是用于图像数据二次分割、逐点校正矩阵 乘法运算、灰度显示控制、信号输出的LED显示屏控制设备。如图4，此设备由硬件 电路和嵌入的软件组成，硬件电路包括千兆网输入、输出电路、可编程逻辑控制电路、 Flash RAM/SRAM存储电路、单片机电路，软件包括嵌入可编程逻辑器件和单片机内的 程序。 所述的显示屏校正运算及屏体控制设备自动将已完成Gamma变换的实时数字图 像信号与计算得到的校正系数ARGB做矩阵乘法运算，生成校正后的图像信号，输出至 显示屏显示，实现校正。 实际应用中，采集设备采集信号时，需在待校正LED显示屏体周围无强烈光照 的阴天或夜晚等环境下进行。 下面为本发明基于上述校正系统执行的校正方法的具体执行实施例。
本实施例中，待测LED显示屏为512*384大小的LED显示屏，如图4所示。其 中，红色LED编号从R1/1到R512/384,绿色LED编号从G1/1到R512/384,蓝色LED 编号从B1/1到B512/384，每个编号分数线左边是列数，右边是行数。
所述采集设备一使用分辨率高的单反数码相机，为减小图像边角变形，配长焦 镜头；为增加曝光时间以减小测量误差，配光衰减标准镜片；为方便相机固定，配标准 三脚架。所述采集设备二使用标准手持式亮色测量仪。 所述显示屏校正参数处理设备，使用装有相关校正软件及相关接口的计算机。
具体校正步骤如下 l)在LED显示屏正前方适当远处，将相机正对待测LED显示屏，调整相机角 度、焦距使待测显示屏处于取景的最大范围，然后将相机完全固定。 2)通过显示屏信号输入控制及参数传输设备控制LED显示屏，先点亮1/4均匀 间隔分布的红色LED阵列，即Rl/1、 R3/l、 R5/1…R511/383，如图5所示，图中有深 色标记的圆圈代表点亮LED。调整相机光圈、快门等参数后拍摄上述图像。然后，依次 点亮如图6、图7、图8所示的LED，并拍照。接下来按相同方法对绿、蓝LED拍照。 以上操作均由所述显示屏校正参数处理设备即相应的计算机内的软件自动控制完成。
3)在亮度设置不变的条件下，用采集设备二即亮色测量仪，测量LED显示屏显 示红、绿、蓝、白单色时实际的亮度和颜色值；并将测量值输入到校正参数处理设备即 相应的计算机内。 4)操作所述计算机内软件，依据以上数据计算出整屏所有单点的校正系数，通 过显示屏信号输入控制及参数传输设备将校正系数传输至LED显示屏侧的校正运算及屏 体控制设备，并执行之。 5)观察LED显示屏校正效果，如正确，则发送命令，将校正系数存储于LED显
示屏侧的校正运算及屏体控制设备内及最终显示单元的EEPROM IC内。 上述实例考虑到LED显示屏为512*384大小，而将每种颜色LED分为四次LED
显示阵列拍照。当其它待测显示屏分辨率增大时，在均匀间隔分布的前提下，亦可按同
样方法增加单色拍照次数到16次、25次等，实现在相机的最大采集范围内对LED显示屏
整屏的拍照。 通过以上实施例对本发明进行了进一步揭示，但是本发明的范围并不局限于
此。以上各元件及设备可用所属技术领域人员了解的相似或等同元件来替换。 需要说明的是，在不脱离本发明构思前提下，对本发明所述方法及系统所做的
任何显而易见的变化及等同替换均属于本发明的保护范围。
权利要求
LED显示屏整屏现场逐点亮度色度校准系统，包括LED显示屏光学参数采集设备，其特征在于还包括与LED显示屏光学参数采集设备顺次连接的显示屏校正参数处理设备、显示屏信号输入控制及参数传输设备；显示屏信号输入控制及参数传输设备还与显示屏校正运算及屏体控制设备连接且二者同时控制LED显示屏屏体的显示。
2. 根据权利要求1所述的LED显示屏整屏现场逐点亮度色度校准系统，其特征在 于所述LED显示屏光学参数采集设备包括用于获取LED显示屏显示红、绿、蓝单色时 原始LED亮度色度相对差异图像信息的采集设备一及用于获取LED显示屏显示红、绿、 蓝、白单色时实际的亮度和颜色值的采集设备二。
3. 根据权利要求2所述的LED显示屏整屏现场逐点亮度色度校准系统，其特征在 于所述采集设备一采用单反数码相机，采集设备二采用亮色测量仪。
4. 根据权利要求1所述的LED显示屏整屏现场逐点亮度色度校准系统，其特征在 于所述显示屏校正参数处理设备采用装有校正参数取样及处理转换软件、显示屏控制 软件的计算机。
5. 根据权利要求1所述的LED显示屏整屏现场逐点亮度色度校准系统，其特征在 于所述显示屏信号输入控制及参数传输设备包括用于对图像进行Gamma变换并对图像 数据分割处理的可编程逻辑控制电路及与其连接的用于接收显示图像信号并解码的DVI 解码电路、用于信号输出的千兆网输出电路和SRAM存储电路；还包括单片机电路，单 片机电路接收显示屏校正参数处理设备发出的校正参数数据并初步处理后输出给可编程 逻辑控制电路。
6. 根据权利要求1所述的LED显示屏整屏现场逐点亮度色度校准系统，其特征在 于所述显示屏校正运算及屏体控制设备包括千兆网输入、电路及与其连接的用于图像 二次分割、逐点校正运算和灰度产生及显示控制、输出缓冲的可编程逻辑控制电路；还 包括单片机电路及与其连接的Flash RAM和SRAM存储电路，单片机电路接收千兆网输 入电路导入的信号并结合校正参数数据初步处理后传送给可编程逻辑控制电路。
7.ED显示屏整屏现场逐点亮度色度校准方法，步骤如下(1) 控制LED显示屏，点亮所述LED显示屏上红、绿、蓝色LED中的一种颜色LED 的均匀间隔分布的阵列，控制采集设备一，从LED显示屏正面适当距离处获取包含所述 LED显示屏点亮部分单点的原始红、绿、蓝值即RGB值信息的图像数据，所述单点是指 LED显示屏一个像素中同颜色LED的集合；(2) 重复步骤(1)，直到点亮所述LED显示屏上所有同一种颜色的LED，并由所述控 制采集设备一逐次获取对应的图像数据；(3) 控制LED显示屏，依次点亮LED显示屏其他两种颜色LED的均匀间隔分布的阵 列，反复重复以上步骤(l)、步骤(2)，直到点亮所述LED显示屏上的所有LED，并控制 采集设备一逐次获取对应的图像数据；(4) 控制LED显示屏，依次分别点亮LED显示屏上的红、绿、蓝LED,控制采集设 备二，从LED显示屏正面适当距离处获取所述LED显示屏显示红、绿、蓝色彩及红、 绿、蓝同时点亮合成的白单色时实际的亮度和颜色值即Yxy(测量)值；(5) 采用显示屏校正参数处理设备，输入以上步骤(l)、步骤(2)、步骤(3)、步骤(4) 产生的原始数据组，并实现对数据组自动读入排队并依次处理，以设定的间距为参考自动对每幅数据进行找点取样，在每个取样范围内将所有有效数据累加，最终将所有数据 合成为一组以红、绿、蓝单点为单位的包含全屏所有像素的数据表，每个单点对应一组 RGB值；(6) 将每个单点RGB值，通过色彩空间转换方式，转为亮度、色坐标数据，即 Yxy(单点)值，并计算出各单色的平均值，即Yxy(平均)值，将Yxy(平均)值与步骤(4) 得到的Yxy(测量)值相减，得到系统偏差A Yxy(系统)值；(7) 根据视频显示领域标准的单色及白场坐标，并参考待测显示屏LED衰减程度，设 定整屏校正后的单色及白场目标值，即Yxy(目标)值；(8) 将步骤(6)得到的每个Yxy(单点)值与步骤(7)的Yxy(目标)值做色彩差值运算， 其间还需消除系统偏差AYxy(系统)值，最终得到每个单点的校正系数ARGB;(9) 通过操作所述的显示屏校正参数处理设备和显示屏信号输入控制及参数传输设 备，将步骤(8)得到的校正系数ARGB发送并存储至所述的显示屏校正运算及屏体控制设 备；(10) 所述的显示屏校正运算及屏体控制设备自动将已完成Gamma变换的实时数字图 像信号与上述的校正系数ARGB做矩阵乘法运算，生成校正后的图像信号，输出至显示 屏；(11) 所述LED显示屏依据所述校正后的图像信号进行显示。
8.根据权利要求7所述的校准方法，其特征在于所述步骤(1)需在待校正的LED显 示屏体周围无强烈光照的情况或夜晚环境下进行。
全文摘要
本发明公开了一种LED显示屏整屏现场逐点亮度色度的校准系统及方法。所述系统包括LED显示屏光学参数采集设备、显示屏校正参数处理设备、显示屏信号输入控制及参数传输设备及显示屏校正运算及屏体控制设备。本发明所述方法采集所述LED显示屏点亮部分单点的原始红、绿、蓝值信息的图像数据及显示红、绿、蓝、白单色时实际的亮度和颜色值，确定单点校正系数实现校正。方法中采用将显示屏发光点均匀分成若干幅点数、形状相同、位置间错的均匀间隔分布的阵列的方式采集数据，避免了原分区采集数据时因区域边缘校正数据的跳变引起的以采集区域为单位的明显横竖条纹和因像素间距减小引起的相邻点间的干扰，保证了校正效果。
文档编号G09G3/32GK101692326SQ20091019200
公开日2010年4月7日 申请日期2009年9月1日 优先权日2009年9月1日
发明者何平, 刘春明, 巫辉祥, 李朝阳, 王勇 申请人:惠州市德赛智能科技有限公司