LED显示屏逐点校正.doc

LED显示屏“逐点调整”技术简介LED显示屏作为新型的技术，以其节能、环保、高亮等逐渐被市场接受。其中在广告租赁市场、博览展会、娱乐演绎等领域已经得到广泛应用。LED显示技术不仅在市政交通引导牌上得到应用，且已经发展到汽车车灯光源和照明光源方向屏，通俗点说就是更节能、更环保的“服务型”技术产品。LED显示屏是由若干个LED组成的，而即使是同一批次的LED，离散性也很大，这就导致了显示不均一问题。不同批次的LED组合使用，那么显示屏的均一性将会更差， “花屏、脏屏”现象将会更严重，严重影响观赏效果。目前为止只有“逐点调整”技术能够比较好的调整整屏显示均一性。而且，成熟的逐点调整技术可以实现不同批次生产的LED混合使用，并且整屏显示均一性良好。以近期的一次逐点调整方案为例，在这个方案中需要逐点调整的LED显示屏共有36个箱体，一共使用了4个不同时期生产的灯，其中箱体之间又是2个不同时期生产的灯。也就是说一个箱体内不同单元板上的灯，属于两个不同的生产批次，单个单元板内的灯是同一生产批次。因此这次逐点调整的难度很高。调整之前：箱体内显示有明显的亮度差异，分界线很清晰，白色色温偏红。整屏显示不均一，箱体及单元板间的分界线明显，整屏显示色斑明显，色温偏红，有边框线。逐点调整后离散性控制在0.5%以内，达到厂家出厂的精度指标。（这个指标最为关键，如果不能满足，就不能提供给客户。这是LED行业的硬性指标，只有这样才能LED屏的保证可视性。）后记：测光和调色需要各种光学设备。而一台设备的价格不菲，往往一些项目的总价都没有一台设备价值高，而且这些高端设备对操作人员的要求也高。所以如果只能依靠高端技术设备来解决离散性的问题，付出的代价将非常高。中庆微数字作为国内最早运用逐点调整技术的公司之一，可以采用相机+光枪+软件的调色模式（市场上最为廉价的调色设备，但是却有着明显的调色效果）完成逐点调整。另外，它的逐点调色处理软件操作简单，可以很方便地对员工进行培训。并且进行箱体逐点调的速度很快，即使手工操作，也能在5分钟左右调完一个箱体。一、逐点校正技术概念当前LED芯片生产制程现状，决定了即便是同批次生产出的LED芯片，其个体间发光强度与主波长依然存在相当大的差异性。对于LED显示应用来说，这种差异性将严重影响显示质量，必须首先通过分光分色对光度、色度以及电参数等指标进行分类筛选后，才能应用于同一张显示屏上。 然而，用分光分色的方法来解决芯片个体光度色度不一致的问题，由于精度不足，后续工艺流程的影响，以及老化过程的光衰不一致等因素，并不能达到完美画质。此外，已使用一段时间后的显示屏也会因光衰不一致等因素显示质量下降，出现“花屏”，这也是分光分色鞭长莫及的。 因此，业界尝试从显示屏制造的最后一道流程着手，通过对差异性的LED灯点采用差异性的驱动来解决该问题，这就是逐点校正。 上世纪90年代后期，国内外出现逐点校正的理论雏形，并开启了这一技术的实践探索。然而，由于缺乏适用的通用数据采集工具以及技术壁垒等因素，该技术的研究长期处于不连续、不系统，自成一家缺乏交流的状态，逐点校正也缺乏一个公认的定义。目前，比较完整的定义如下： 逐点校正，即通过对LED屏上的每颗灯点区域的亮度（和色度）数据进行采集，得出对于每颗灯点的校正系数（或对于每个像素的系数矩阵），将其反馈给显示屏的控制系统，由控制系统应用校正系数实现对每颗灯点的差异性驱动，从而大幅提高显示屏的像素亮度（色度）均匀性。二、逐点校正技术的未来发展趋势 逐点校正在经历了90年代末-2008年近十年漫长的萌芽期、2008年-2010年三年的快速成长期之后，即将在理论与实践的积累过程中、在分工进一步细化、流程标准化、协议统一化、评估规范化的进程中，逐渐步入它的成熟期。2.1 技术分工进一步细化、专业化 在产业分工日益细化、专业化的大势所趋下，逐点校正的采集设备也呈现出与控制系统分离，日益专业化的趋势。 对优质的追求和市场竞争的推动，让越来越多的企业采用专业的逐点校正采集设备，将逐点校正固化为一道标准的工艺制程，而不仅仅是产品出现质量问题后的救急之策。只有专业细分，才能实现广泛兼容，也才能使各细分领域都得到专业团队持续专注地深耕细作，资源互补，促进技术进步。2.2 更快捷，更简便，自动化、标准化 逐点校正技术从最初的机台校正一张大屏需要一个月时间，发展到今天的近200平方的大屏校正一夜完成，已取得了划时代的进步。未来的逐点校正将沿着高效、简便、自动化、标准化的路线继续前行，这是产业需求所决定的必然趋势。在实现这个目标的道路上，除了采集设备的技术革新之外，更需要业内控制系统合作伙伴的配合与支持，行业标准的建设与推广，还有逐点校正实践者的经验积累与交流。3.3 数据存储到模块 LED显示屏制造业一直以来的生产模式是订单式生产，如今不少大厂开始探索计划式生产模式，一方面可以缩短供货周期产生竞争优势，另一方面标准化生产可以从规模上、从管理上产生效益和竞争优势。计划式生产意味着模块或标准箱体库存，意味着出货时的组合多样性； 要适应计划式生产的要求，逐点校正的数据存储最佳方式是放在模块上，而不是像现在大多放在控制系统的接收卡上。当模块或箱体组装成显示屏后，控制系统回读模块上的校正数据，或回读原始数据后自行根据校正目标值生成校正系数，并加以应用。这样的技术结构，将使得更换模块后的数据维护工作轻而易举。事实上，国际上著名的LED屏厂商，如Barco，Lighthouse均采用这种校正数据存储方式。 然而要实现这个目标，还有待行业内形成统一的控制系统与模块间的数据通信协议。 二、逐点校正技术组成从上面的定义可以看到，逐点校正技术可以分解为以下四个部分： 1. 原始数据采集； 2. 校正数据生成； 3. 驱动控制； 4. 采集系统与控制系统的结合； 以下就这四个方面分别进行分析阐述。2.1 原始数据采集 原始数据采集是逐点校正的第一步，是最基础的一步，也是发展最缓慢最艰难的一步。按照采集参数看，可分为亮度数据和色度数据两种；按照采集对象分，可分为模块级采集，箱体级采集与全屏分区域采集；按照采集环境分，可分为工厂模式采集与现场模式采集； 从采集的技术路线与工具的角度看，则大致可以分为以下几个方向： 1. 机械装置+光度探头：即用机械传动装置控制光度探头依次逐个采集每颗灯点的数。早期的实验装置曾经是屏体垂直于地面放置，用机架等间距移动亮度计逐点测量。后来逐渐发展为机台形式，模块或单元板水平放置，探头垂直采集数据。为提高效率，单个机台可装置多个探头，笔者见闻中单机台最多探头数为16个，以箱体为单位进行采集。 这种采集方法的优点在于精度高，但也有着致命的缺陷：效率低。难以实现大规模工业化应用。此外，无法实现现场校正。近年来，随着技术进步，这种机台式采集方法正渐渐地淡出历史舞台。 2. 数码相机：利用数码相机对灯点的成像灰度数据，来实现逐点校正，可说是当前最廉价的采集解决方案。08年以来，几大显示屏控制系统厂商均陆续大力投入研发力量，开发自己的相机采集系统，开展逐点校正的实践，大大促进了逐点校正技术的推广和普及。 数码相机方案的优点在于设备相对廉价，缺点在于精度低、稳定度差，个体间一致性差异也很大，难以满足大规模工业生产的需求。此外，数码相机方案多由控制系统厂商结合自身系统独立开发，互不兼容。品锐就是这种厂家 3. 基于CCD的平面亮度/色度分布测量仪器：此类仪器的研发伴随着全球平板显示产业的高速增长，其利用成像亮度测量原理，可高效获取成像平面上任意区域的亮度/色度值。自06年以来，日本、美国、丹麦、法国、德国以及中国均有相关产品陆续问世，但能满足LED逐点校正实用化特殊要求的却寥寥无几。中庆威就是这种厂家 这类设备精度高，稳定性好，校正效果佳，但价格相对昂贵。 4. 工业CCD采集方案：上述几个方向之外，还有一些基于工业相机的解决方案，如Barco公司自行开发的工业相机模组校正流水线方案；再如逐点校正的先驱长春希达，他们自主研发并持续完善的工业 CCD校正方案，是国内首创的亮色一体校正解决方案。 工欲善其事，必先利其器。随着采集工具的效率提高，功能增强，逐点校正的数据采集有了更广泛的空间和可能性，从工厂延伸到了现场，从新屏延伸到了老屏，从平面屏扩展到了弧形屏乃至异形屏。2.2 校正数据的生成 校正数据的生成可分解为3个部分，一是原始数据修正处理，二是校正目标值的设定，三是校正数据的计算生成。其中最重要的技术突破在于“原始数据修正处理”，尤其是现场校正环境下的数据修正。 2.2.1 原始数据修正处理 现场校正最简单的一种情况是：平面屏，选择显示屏的最佳观众区域作为单一的数据采集机位，对全屏分区域依次进行数据采集。这样采集到的数据必然带有因观察视角不同引入的系统误差。采集数据呈现：垂直法线方向亮度高，偏离法线方向亮度下降，偏离角度越大，亮度越低的现象。如果不加以修正，校正后的显示屏必然将下部暗，上部亮；机位垂直方向暗，两边亮；偏离校正点观看时，明暗出现失真。 而当屏体是外弧形或现场环境限制，必须多机位才能完成采集时，由于不同机位采集视角不同，如不加修正，其接缝处必将出现明显的分界线。 上述问题导致很多屏无法进行现场校正。近来，有数码相机方案采用邻区对比反馈的方式，也有设备采用拍摄全屏图像做参考的方式进行修正。 2.2.2 校正目标值的设定 校正目标值的设定也是逐点校正技术值得深入探讨的一部分。众所周知，亮度校正损失亮度，色度校正既损失亮度也会损失色域空间和色彩饱和度。那么如何设定合理的校正目标亮度和色度值，结合客户需求，在亮度、色域和均匀度之间找到最佳平衡点呢？ 当前，很多数码相机校正方案，因为缺乏中间数据，都将目标值的设定环节放在采集之前，然而不同的显示屏有着不同的最佳平衡点，尤其是色度校正，目标值设定的不合理，将直接导致校正失败！合理的目标值设定依赖采集数据的统计分析，因此，我们将目标值的设定放在采集完成之后，并提供各种辅助参数和图线帮助用户调整目标值。2.3 驱动控制 有了校正数据，还需要控制系统的正确应用，才能实现逐点校正。 驱动控制的实现有两种途径：一为电流幅度控制，二为脉冲宽度控制（PWM方式）。由于电流幅度与亮度并不是严格的线性关系，且电流的增减会引起LED芯片主波长的偏移，因此，电流控制应用得越来越少，当前逐点校正驱动控制实现的主要方式为调节脉宽。 国内主要控制系统供应商早已实现逐点的LED灯点差异性驱动控制，只是由于通用采集设备的缺失，直到2008年，逐点校正仍是少数自有控制系统的行业领军企业的独有技术优势。随着采集设备的突破进展，08年还大部分停留在宣传卖点上，无法实用起来的控制系统逐点校正功能，到2010年已逐渐成为控制系统入市的必备利器。到今天，市场上的全彩显示屏控制系统，不具备亮度逐点校正能力的已寥寥无几。 但是，逐点校正的驱动控制方面，也还存在有待完善的地方，表现在以下几个方面： 1. 校正的低辉及线性表现有待改善； 2. 目前具备色度校正功能的系统尚为数不多； 3. 校正后带载点数有待扩展； 此外，除了利用控制系统实现驱动控制外，还有一种技术思路是通过对前端视频流进行实时处理，从信号源的层面实现校正。可分为硬件实现与软件实现两种。硬件实现即在视频信号源与控制系统之间加一个信号处理器，内部存储校正数据，对输入的视频流信号应用校正数据进行实时运算后输出给控制系统。软件实现即截取电脑为信号源的显示数据流，加以校正数据运算后输出到DVI端口。 与控制系统实现校正相比较，由于DVI信号只有为8位，这种用前端视频处理器实现校正的方法将严重损失灰度，其低辉与线性表现不佳将是必然结果，且应用色度校正时，也会因精度不足效果不理想。 2.4 采集系统与控制系统的结合 逐点校正过程中，需要以下三个步骤：控制系统控制屏体，在指定区域显示红绿蓝三色画面；采集系统分别完成采集；生成校正数据后写入控制系统。 09年前，采集系统多为控制系统自己开发，配合自己的控制系统使用。因此，无论是模块级、箱体级还是全屏级校正，采集系统与控制系统之间大都使用自定义的控制接口协议互动完成。 这种控制接口协议的结合方式自动化程度高，写入数据的过程无需人工干预。对于一些数码相机校正方案，因测量设备精度与稳定性不足，需要反复采集、邻区比对等才能保证区域间一致性，因此要求采集和显示控制紧密互动，这种控制接口协议的结合方式是唯一选择。然而，这也造成了采集系统与控制系统捆绑，互不兼容。在控制系统技术不断创新发展，新的控制系统不断涌现的今天，无疑并不符合LED屏制造商的利益。 LED屏厂商引进进口采集设备结合自有控制系统，有两种情况，一是遵照采集系统的控制接口协议要求对控制系统进行改造，使用采集系统的软件功能完成校正；二是自行开发软件，实现显示控制、采集系统采集、与校正数据的生成与写入。这2种情况都意味着技术导入难度高、成本高，也同样地，不兼容，无法与市场通用的控制系统相结合。 因