LED显示屏逐点校正技术组成介绍

　　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，比较合理的定义为：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。

    　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。

    　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。

    　因为采集设备专业、稳定，仅需一次数据采集即可完成校正，因此显示控制的部分变得十分简单，不需要与控制系统交互通信也可完成。而写入控制系统的步骤，则可以使用数据文档的形式，由控制系统自行完成读取写入相关存储区域的工作。

    　这样一来，通用控制系统无需做任何改造，也无需公开任何控制接口命令，就可以通过读取中科维优公开格式的校正数据文档，实现逐点校正，系统对接的工作量压缩到最低，采集系统也最小成本地实现了与层出不穷的控制系统之间的最大兼容。

    　数据接口协议的结合方式实现简易，灵活，兼容性好，但自动化程度低，未来行业内形成标准逐点校正控制接口协议，将会是该环节的终极解决之道。