逐點校正技術(shù)在LED顯示屏中的應用解析

LED顯示屏技術(shù)發(fā)展日趨成熟，其中逐點校正技術(shù)是近年來興起技術(shù)之一，必將成為業(yè)內(nèi)必須具備的一項技術(shù)。由于LED在使用過程中會出現(xiàn)光衰，在屏幕安裝應用后，畫面均勻度將會下降。因此，現(xiàn)場重新校正技術(shù)成為LED顯示屏制造商應該掌握的另一項重要技術(shù)。

一、逐點校正技術(shù)概念起源

當前LED芯片生產(chǎn)制程現(xiàn)狀，決定了即便是同批次生產(chǎn)出的LED芯片，其個體間發(fā)光強度與主波長依然存在相當大的差異性。對于LED顯示應用來說，這種差異性將嚴重影響顯示質(zhì)量，必須首先通過分光分色對光度、色度以及電參數(shù)等指標進行分類篩選后，才能應用于同一張顯示屏上。

然而，用分光分色的方法來解決芯片個體光度色度不一致的問題，由于精度不足，后續(xù)工藝流程的影響，以及老化過程的光衰不一致等因素，并不能達到完美畫質(zhì)。此外，已使用一段時間后的顯示屏也會因光衰不一致等因素顯示質(zhì)量下降，出現(xiàn)“花屏”，這也是分光分色鞭長莫及的。

因此，業(yè)界嘗試從顯示屏制造的最后一道流程著手，通過對差異性的LED燈點采用差異性的驅(qū)動來解決該問題，這就是逐點校正。

20世紀90年代后期，國內(nèi)外出現(xiàn)逐點校正的理論雛形，并開啟了這一技術(shù)的實踐探索。然而，由于缺乏適用的通用數(shù)據(jù)采集工具以及技術(shù)壁壘等因素，該技術(shù)的研究長期處于不連續(xù)、不系統(tǒng)，自成一家缺乏交流的狀態(tài)，逐點校正也缺乏一個公認的定義。在此嘗試著提出自己的理解，逐點校正定義如下：即通過對LED顯示屏上的每個像素（或每一個基色子像素）區(qū)域的亮度（和色度）數(shù)據(jù)進行采集，給出每個基色子像素的校正系數(shù)或每個像素的校正系數(shù)矩陣，將其反饋給顯示屏的控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)應用校正系數(shù)，實現(xiàn)對每個像素（或每一個基色子像素）的差異性驅(qū)動，從而提高顯示屏的亮色均勻度和色彩保真度。

二、逐點校正技術(shù)組成

從上面的定義可以看到，逐點校正技術(shù)可以分解為四個部分：①原始數(shù)據(jù)采集；②校正數(shù)據(jù)生成；③驅(qū)動控制；④校正后的維護。以下就這四個方面分別進行分析闡述。

（一）原始數(shù)據(jù)采集

原始數(shù)據(jù)采集是逐點校正的第一步，是最基礎的一步，也是發(fā)展最緩慢艱難的一步。按照采集參數(shù)看，可分為亮度數(shù)據(jù)和色度數(shù)據(jù)兩種；按照采集對象分，可分為模塊級采集，箱體級采集與全屏分區(qū)域采集；按照采集環(huán)境分，可分為工廠模式采集與現(xiàn)場模式采集；

從采集的技術(shù)路線與工具的角度看，則大致可以分為以下幾個方向。

（1）機械裝置+光度探頭。即用機械傳動裝置控制光度探頭依次逐個采集每顆燈點的數(shù)據(jù)。早期的實驗裝置曾經(jīng)是屏體垂直于地面放置，用機架等間距移動亮度計逐點測量。后來逐漸發(fā)展為機臺形式，模塊或單元板水平放置，探頭垂直采集數(shù)據(jù)。為提高效率，單個機臺可裝置多個探頭，以箱體為單位進行采集。

這種采集方法的優(yōu)點在于精度高，但也有著致命的缺陷：效率低，難以實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化應用。此外，無法實現(xiàn)現(xiàn)場校正。近年來，隨著技術(shù)進步，這種機臺式采集方法正漸漸地淡出歷史舞臺。

（2）數(shù)碼相機。利用數(shù)碼相機對燈點的成像灰度數(shù)據(jù)，來實現(xiàn)逐點校正，可說是當前最廉價的采集解決方案。2008年以來，幾大顯示屏控制系統(tǒng)廠商均陸續(xù)大力投入研發(fā)力量，開發(fā)自己的相機采集系統(tǒng)，開展逐點校正的實踐，大大促進了逐點校正技術(shù)的推廣和普及。

數(shù)碼相機方案的優(yōu)點在于設備相對廉價，缺點在于精度低、穩(wěn)定度差，個體間一致性差異也很大，難以滿足大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的需求。此外，數(shù)碼相機方案多由控制系統(tǒng)廠商結(jié)合自身系統(tǒng)獨立開發(fā)，互不兼容。

（3）基于CCD的平面亮度/色度分布測量儀器。此類儀器的研發(fā)伴隨著全球平板顯示產(chǎn)業(yè)的高速增長，其利用成像亮度測量原理，可高效獲取成像平面上任意區(qū)域的亮度/色度值。

這類設備精度高，穩(wěn)定性好，校正效果佳，但價格相對昂貴。

（4）工業(yè)CCD采集方案。上述幾個方向之外，還有一些基于工業(yè)相機的解決方案，多為顯示屏制造商自行開發(fā)，僅供內(nèi)部使用。

工欲善其事，必先利其器。隨著采集工具的效率提高，功能增強，逐點校正的數(shù)據(jù)采集有了更廣泛的空間和可能性，從工廠延伸到了現(xiàn)場，從新屏延伸到了老屏，從平面屏擴展到了弧形屏乃至異形屏。

（二）校正數(shù)據(jù)的生成

校正數(shù)據(jù)的生成可分解為3個部分，一是原始數(shù)據(jù)修正處理，二是校正目標值的設定，三是校正數(shù)據(jù)的計算生成。其中最重要的技術(shù)突破在于“原始數(shù)據(jù)修正處理”，尤其是現(xiàn)場校正環(huán)境下的數(shù)據(jù)修正。

1）原始數(shù)據(jù)修正處理

現(xiàn)場校正最簡單的一種情況是：平面屏，選擇顯示屏的最佳觀眾區(qū)域作為單一的數(shù)據(jù)采集機位，對全屏分區(qū)域依次進行數(shù)據(jù)采集。這樣采集到的數(shù)據(jù)必然帶有因觀察視角不同引入的系統(tǒng)誤差。采集數(shù)據(jù)呈現(xiàn)：垂直法線方向亮度高，偏離法線方向亮度下降，偏離角度越大，亮度越低的現(xiàn)象。

如果不加以修正，校正后的顯示屏必然將下部暗，上部亮；機位垂直方向暗，兩邊亮；偏離校正點觀看時，明暗出現(xiàn)失真。

而當屏體是外弧形或現(xiàn)場環(huán)境限制，必須多機位才能完成采集時，由于不同機位采集視角不同，如不加修正，其接縫處必將出現(xiàn)明顯的分界線。

上述問題導致很多屏無法進行現(xiàn)場校正。近來，有數(shù)碼相機方案采用鄰區(qū)對比反饋的方式，也有設備采用拍攝全屏圖像做參考的方式進行修正。2010年推出的對原始采集數(shù)據(jù)進行后期統(tǒng)計分析處理實現(xiàn)數(shù)據(jù)修正的解決方案，徹底免除重復采集的環(huán)節(jié)。

此外還有現(xiàn)場樹木、電線乃至交通信號設置等的遮擋問題，不完整的圖像，缺失的燈點數(shù)據(jù)需要如何處理？這些都曾經(jīng)是現(xiàn)場校正難以逾越的障礙，如今已有成熟簡便的實用解決方案。

2）校正目標值的設定

校正目標值的設定也是逐點校正技術(shù)值得深入探討的一部分。眾所周知，亮度校正損失亮度，色度校正既損失亮度也會損失色域空間和色彩飽和度。那么如何設定合理的校正目標亮度和色度值，結(jié)合客戶需求，在亮度、色域和均勻度之間找到最佳平衡點呢？

當前，很多數(shù)碼相機校正方案，因為缺乏中間數(shù)據(jù)，都將目標值的設定環(huán)節(jié)放在采集之前，然而不同的顯示屏有著不同的最佳平衡點，尤其是色度校正，目標值設定的不合理，將直接導致校正失??！合理的目標值設定依賴采集數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，因此，將目標值的設定放在采集完成之后，并提供各種輔助參數(shù)和圖線幫助用戶調(diào)整目標值應是更合理的方案。

（三）驅(qū)動控制

有了校正數(shù)據(jù)，還需要控制系統(tǒng)的正確應用，才能實現(xiàn)逐點校正。

驅(qū)動控制的實現(xiàn)有兩種途徑：一為電流幅度控制，二為脈沖寬度控制（PWM方式）。由于電流幅度與亮度并不是嚴格的線性關(guān)系，且電流的增減會引起LED芯片主波長的偏移，因此，電流控制應用得越來越少，當前逐點校正驅(qū)動控制實現(xiàn)的主要方式為調(diào)節(jié)脈寬。

國內(nèi)主要控制系統(tǒng)供應商早已實現(xiàn)逐點的LED燈點差異性驅(qū)動控制，只是由于通用采集設備的缺失，直到2008年，逐點校正仍是少數(shù)自有控制系統(tǒng)的行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)的獨享技術(shù)優(yōu)勢。隨著采集設備的突破進展，2008年還大部分停留在宣傳賣點上，無法實用起來的控制系統(tǒng)逐點校正功能，到2010年已逐漸成為控制系統(tǒng)入市的必備利器。到今天，市場上的全彩顯示屏控制系統(tǒng)，不具備亮度逐點校正能力的已寥寥無幾。

但是，逐點校正的驅(qū)動控制方面，也還存在有待完善的地方，表現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）校正的低輝及線性表現(xiàn)有待改善。

（2）目前具備色度校正功能的系統(tǒng)尚為數(shù)不多。

（3）校正后帶載點數(shù)有待擴展。

此外，除了利用控制系統(tǒng)實現(xiàn)驅(qū)動控制外，還有一種技術(shù)思路是通過對前端視頻流進行實時處理，從信號源的層面實現(xiàn)校正。可分為硬件實現(xiàn)與軟件實現(xiàn)兩種。硬件實現(xiàn)即在視頻信號源與控制系統(tǒng)之間加一個信號處理器，內(nèi)部存儲校正數(shù)據(jù)，對輸入的視頻流信號應用校正數(shù)據(jù)進行實時運算后輸出給控制系統(tǒng)。軟件實現(xiàn)即截取電腦為信號源的顯示數(shù)據(jù)流，加以校正數(shù)據(jù)運算后輸出到DVI端口。

與控制系統(tǒng)實現(xiàn)校正相比較，由于DVI信號只有為8位，這種用前端視頻處理器實現(xiàn)校正的方法將嚴重損失灰度，其低輝與線性表現(xiàn)不佳將是必然結(jié)果，且應用色度校正時，也會因精度不足效果不理想。

（四）校正后的維護

逐點校正完成后，顯示屏的后續(xù)維護面臨著新的問題，如更換接收卡，更換模塊后的數(shù)據(jù)更新，以及顯示屏目標亮度與色域調(diào)整等。

目前，很多逐點校正解決方案中，缺乏原始數(shù)據(jù)和中間數(shù)據(jù)，也無法復現(xiàn)校正時的參數(shù)設置與校正目標值，校正后，保存下來可供后續(xù)維護的僅有校正數(shù)據(jù)文件。這種模式可以應對接收卡更換的情況，對于模塊更換等其他維護需求則無能為力，只能現(xiàn)場重新采集，甚至是全屏采集。

也有進口校正系統(tǒng)通過提供一種遮光筒式的現(xiàn)場模塊測量裝置，近距離覆蓋新更換的模塊，與周邊的模塊數(shù)據(jù)相比較得到新模塊的校正系數(shù)，來解決模塊更換后的數(shù)據(jù)更新。

上述的方法，都需要維護人員親臨現(xiàn)場，顯示屏的最終用戶無法自行完成維護工作。2010年，系統(tǒng)中增加了工程管理與模塊數(shù)據(jù)管理的功能，接收卡更換也好，模組更換也好，色域變換也好，都可以通過遠程傳送一組新的數(shù)據(jù)給客戶來輕松實現(xiàn)。在該技術(shù)體系中，由于原始圖像、原始亮度數(shù)據(jù)、修正亮度數(shù)據(jù)等中間數(shù)據(jù)以及采集時的系統(tǒng)參數(shù)都得以保存，使得后續(xù)的維護工作有史可查、有據(jù)可依，并提供靈活的數(shù)據(jù)微調(diào)工具，幫助客戶解決新?lián)Q上的備用模組因光衰和原屏不一致而出現(xiàn)亮塊補丁的問題，實現(xiàn)“修舊如舊”。

三、逐點校正各環(huán)節(jié)交互方式

2009年前，采集系統(tǒng)多為控制系統(tǒng)自己開發(fā)，配合自己的控制系統(tǒng)使用。因此，無論是模塊級、箱體級還是全屏級校正，采集系統(tǒng)與控制系統(tǒng)之間大都使用自定義的控制接口協(xié)議互動完成。

這種控制接口協(xié)議的結(jié)合方式自動化程度高，寫入數(shù)據(jù)的過程無需人工干預。對于一些數(shù)碼相機校正方案，因測量設備精度與穩(wěn)定性原因，需要反復采集、鄰區(qū)比對等才能保證區(qū)域間一致性，常常要求采集和顯示控制緊密互動，這種控制接口協(xié)議的結(jié)合方式是唯一選擇。然而，這也造成了采集系統(tǒng)與控制系統(tǒng)捆綁，互不兼容。

LED屏廠商引進進口采集設備結(jié)合自有控制系統(tǒng)，有兩種情況，一是遵照采集系統(tǒng)的控制接口協(xié)議要求對控制系統(tǒng)進行改造，使用采集系統(tǒng)的軟件功能完成校正；二是自行開發(fā)軟件，實現(xiàn)顯示控制、采集系統(tǒng)采集與校正數(shù)據(jù)的生成與寫入。這兩種情況都意味著技術(shù)導入難度高、成本高，也同樣地，不兼容，無法與市場通用的控制系統(tǒng)相結(jié)合。2009年，將數(shù)據(jù)采集從逐點校正的過程中分解獨立出來，開創(chuàng)了采集系統(tǒng)與控制系統(tǒng)的結(jié)合方式：數(shù)據(jù)接口協(xié)議。

因為采集設備僅需一次數(shù)據(jù)采集即可完成校正，因此顯示控制的部分變得十分簡單，不需要與控制系統(tǒng)交互通信也可完成。而寫入控制系統(tǒng)的步驟，則可以使用數(shù)據(jù)文檔的形式，由控制系統(tǒng)自行完成讀取寫入相關(guān)存儲區(qū)域的工作。

這樣，通用控制系統(tǒng)無需做任何改造，也無需公開任何控制接口命令，就可以通過讀取公開格式的校正數(shù)據(jù)文檔，實現(xiàn)逐點校正，系統(tǒng)對接的工作量壓縮到最低，采集系統(tǒng)也最小成本地實現(xiàn)了與層出不窮的控制系統(tǒng)之間的最大兼容。http://www.szadled.com

數(shù)據(jù)接口協(xié)議的結(jié)合方式實現(xiàn)簡易，靈活，兼容性好，但自動化程度低，未來行業(yè)內(nèi)形成標準逐點校正控制接口協(xié)議，或采集系統(tǒng)廠商與控制系統(tǒng)廠商之間形成各自的專用控制接口協(xié)議，將是該環(huán)節(jié)的終極解決之道。

四、逐點校正技術(shù)的未來發(fā)展趨勢

逐點校正在經(jīng)歷了90年代末到2008年近十年漫長的萌芽期、2008—2010年三年的快速成長期之后，即將在理論與實踐的積累過程中、在分工進一步細化、流程標準化、協(xié)議統(tǒng)一化、評估規(guī)范化的進程中，逐漸步入它的成熟期。

（一）技術(shù)分工進一步細化、專業(yè)化

在產(chǎn)業(yè)分工日益細化、專業(yè)化的大勢所趨下，逐點校正的采集設備也呈現(xiàn)出與控制系統(tǒng)分離，日益專業(yè)化的趨勢。

對優(yōu)質(zhì)的追求和市場競爭的推動，讓越來越多的企業(yè)采用專業(yè)的逐點校正采集設備，將逐點校正固化為一道標準的工藝制程，而不僅僅是產(chǎn)品出現(xiàn)質(zhì)量問題后的救急之策。只有專業(yè)細分，才能實現(xiàn)廣泛兼容，也才能使各細分領(lǐng)域都得到專業(yè)團隊持續(xù)專注地深耕細作，資源互補，促進技術(shù)進步。

（二）更快捷，更簡便，自動化、標準化

逐點校正技術(shù)從最初的機臺校正一張大屏需要一個月時間，發(fā)展到今天近200平方的大屏校正一夜完成，已取得了劃時代的進步。未來的逐點校正將沿著高效、簡便、自動化、標準化的路線繼續(xù)前行，這是產(chǎn)業(yè)需求所決定的必然趨勢。在實現(xiàn)這個目標的道路上，除了采集設備的技術(shù)革新之外，更需要業(yè)內(nèi)控制系統(tǒng)合作伙伴的配合與支持，行業(yè)標準的建設與推廣，還有逐點校正實踐者的經(jīng)驗積累與交流。http://www.szadled.com

（三）數(shù)據(jù)存儲到模塊

LED顯示屏制造業(yè)一直以來的生產(chǎn)模式是訂單式生產(chǎn)，如今不少大廠開始探索計劃式生產(chǎn)模式，一方面可以縮短供貨周期產(chǎn)生競爭優(yōu)勢，另一方面標準化生產(chǎn)可以從規(guī)模上、從管理上產(chǎn)生效益和競爭優(yōu)勢。計劃式生產(chǎn)意味著模塊或標準箱體庫存，意味著出貨時的組合多樣性。

要適應計劃式生產(chǎn)的要求，逐點校正的數(shù)據(jù)存儲最佳方式是放在模塊上，而不是像現(xiàn)在大多放在控制系統(tǒng)的接收卡上。當模塊或箱體組裝成顯示屏后，控制系統(tǒng)回讀模塊上的校正數(shù)據(jù)，或回讀原始數(shù)據(jù)后自行根據(jù)校正目標值生成校正系數(shù)，并加以應用。這樣的技術(shù)結(jié)構(gòu)，將使得更換模塊后的數(shù)據(jù)維護工作輕而易舉。事實上，國際和國內(nèi)著名的LED屏廠商多采用這種校正數(shù)據(jù)存儲方式。

然而要實現(xiàn)這個目標，還有待行業(yè)內(nèi)形成統(tǒng)一的控制系統(tǒng)與模塊間的數(shù)據(jù)通信協(xié)議。

LED顯示屏以其節(jié)能、環(huán)保、高亮等逐漸被市場接受。其中在廣告租賃市場、博覽展會、娛樂演繹等領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛應用。LED顯示技術(shù)不僅在市政交通引導牌上得到應用，且已經(jīng)發(fā)展到汽車車燈光源和照明光源方向屏，通俗點說就是更節(jié)能、更環(huán)保的“服務型”技術(shù)產(chǎn)品。以促進逐點校正技術(shù)的發(fā)展與應用，為LED顯示屏產(chǎn)業(yè)龍點睛，虎添翼！
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