LED顯示屏的色域校正

廣州市浩洋電子有限公司 唐利華

LED顯示屏的色域校正

廣州市浩洋電子有限公司 唐利華

【摘要】由于LED發(fā)光在亮度和色度上存在一定的離散性，這樣能夠明顯降低LED顯示屏的圖像質(zhì)量，因此本文中提出一種能夠校正色域的方式，能夠大幅度提升顯示質(zhì)量。通過(guò)建立LED顯示屏的顏色線(xiàn)性數(shù)學(xué)模型，對(duì)LED顯示屏的色域校正存在的問(wèn)題進(jìn)行全面的分析，通過(guò)“白平衡”的方式能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)顏色的坐標(biāo)進(jìn)行精確的控制。本文介紹如何正確的對(duì)LED顯示屏進(jìn)行色域的校正。

【關(guān)鍵詞】LED顯示屏；色域；校正

LED顯示屏是利用顯示像素依照陣列的方式進(jìn)行排布，其主要的優(yōu)點(diǎn)是擁有較高的亮度、色彩顯示豐富等特點(diǎn)，已逐漸被適用于圖像顯示中。一旦其中的驅(qū)動(dòng)電流和驅(qū)動(dòng)溫度出現(xiàn)變化時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致其中的LED發(fā)光亮度和波長(zhǎng)也有所改變。導(dǎo)致色域不能夠得到一定的控制。因此通過(guò)采用PWM（脈寬調(diào)制）對(duì)LED顯示屏實(shí)現(xiàn)每顆燈點(diǎn)差異性驅(qū)動(dòng)，從而提高顯示屏的均勻度和色彩保真度。

1 LED顯示屏模型

脈寬調(diào)制的方式是當(dāng)前LED顯示屏主要驅(qū)動(dòng)方式，主要是根據(jù)不同的脈沖寬度進(jìn)行體現(xiàn)其中的灰度級(jí)，主要通過(guò)發(fā)光時(shí)間長(zhǎng)短來(lái)體現(xiàn)。公式1中是LED色坐標(biāo)的計(jì)算公式，其中X、Y、Z分別代表刺激值，t代表發(fā)光時(shí)間，LED通過(guò)脈寬調(diào)制產(chǎn)生灰度級(jí)時(shí)，其色坐標(biāo)不會(huì)因?yàn)槿魏蔚母淖儼l(fā)生變化。

變量X、變量Y和變量Z與灰度級(jí)之間存在于時(shí)間t存在線(xiàn)性關(guān)系，因此每一個(gè)灰色級(jí)與之對(duì)應(yīng)的刺激值為：

當(dāng)其顯示任何一個(gè)顏色時(shí)，紅、綠、藍(lán)LED發(fā)光灰度級(jí)別為m、n、k時(shí)，其中三刺激值為：

2 顯示屏色域校正

LED顯示屏亮度與色度校正技術(shù)能夠解決LED均勻性的問(wèn)題，其中色域校正能夠?qū)ED中顯示圖像中色彩進(jìn)行全面的要求，保障其具有均勻性，按照嚴(yán)格的要求對(duì)于每一個(gè)顏色的坐標(biāo)進(jìn)行固定在相應(yīng)的色坐標(biāo)之中，能夠凸顯出顯示屏的精準(zhǔn)性和逼真性，到最后其色彩能夠通過(guò)圖像有所表現(xiàn)。

2.1 色域空間

對(duì)于LED顯示屏來(lái)說(shuō)，對(duì)應(yīng)到CIE1931色品圖上，就是三原色色坐標(biāo)連線(xiàn)構(gòu)成的色域三角型和設(shè)定的白點(diǎn)。三原色色域三角型決定了該顯示屏能顯示的色彩，而白點(diǎn)定義了所需要的三原色配比。

圖1 LED顯示屏像素P1和P2目標(biāo)色域

從圖1中能夠得知，兩個(gè)LED顯示屏其中的像素P1和P2由于基色的LED色坐標(biāo)不相同，因此這兩個(gè)顯示像素中色域范圍也不相同。在采用LED顯示屏予以呈現(xiàn)畫(huà)面的過(guò)程中，由于P1和P2能夠全面呈現(xiàn)出完整的現(xiàn)實(shí)效果。根據(jù)圖像中能夠清楚的看出，兩個(gè)不同區(qū)域之間的三角關(guān)系能夠代表其中的三角公共區(qū)域，在上述的顏色范圍之內(nèi)中三角形為主要的顯示圖形，而且LED只有經(jīng)過(guò)一定的顏色校正后才能夠?qū)㈩伾浞诛@示出來(lái)，其中主要顯示目標(biāo)為三角形區(qū)域，其主要是由于混合性的三原基色的相關(guān)理論而確定的。由于這個(gè)顏色目標(biāo)內(nèi)部三個(gè)頂點(diǎn)的顏色呈現(xiàn)將直接決定了整個(gè)顯示屏的顯示區(qū)域，通常來(lái)說(shuō)，三個(gè)頂點(diǎn)的選取方式主要分為兩個(gè)方面：首先色域最大化的呈現(xiàn)原則，及時(shí)能夠使得區(qū)域內(nèi)部的三角形區(qū)域面積最大化；另外一種則為標(biāo)準(zhǔn)化的呈現(xiàn)原則，使得其能夠極其接近一種標(biāo)準(zhǔn)顏色區(qū)域。只有這樣才能夠?qū)⑸鲜鰞蓚€(gè)原則中的第一種策略能夠有效保證LED顯示屏的顏色范圍更加廣闊，第二種策略則是更加注重呈現(xiàn)顏色的顯示質(zhì)量和顯示的標(biāo)準(zhǔn)程度。

2.2 色域校正

在色域校正中，在每一個(gè)目標(biāo)性的色域范圍中都需要為每一個(gè)目標(biāo)進(jìn)行設(shè)定亮度。尤其對(duì)于其中三刺激值的其中一個(gè)Y值能夠表達(dá)出LED的亮度，而且在顏色空間中能夠按照公式（1）進(jìn)行表示。在色域校正之后，基本所有的LED亮度都能夠一致，進(jìn)而能夠通過(guò)選擇的LED亮度的最小值設(shè)定為主要的目標(biāo)值。通過(guò)運(yùn)用XR、YR、ZR能夠表示出LED三刺激值，其中的顏色能夠趨于定義。通過(guò)公（2）、（3）中能夠得知，其三刺激值也在隨之產(chǎn)生變化。在其中校正之前，紅色的LED在單獨(dú)發(fā)光時(shí)可以表示為：

在色域校正的過(guò)程中，其主要的中心基色為紅色，能夠通過(guò)利用顯示中的像素對(duì)其中三個(gè)基色進(jìn)行相乘的方式用來(lái)表現(xiàn)，換而言之就是通過(guò)三種基色的LED組合能夠代替原先的紅色發(fā)光，因此能夠代替?zhèn)鹘y(tǒng)的紅色作為基色，通過(guò)這樣的基色發(fā)光刺激值能夠設(shè)定為紅色是主要的目標(biāo)基色刺激值，總的來(lái)說(shuō)可以成為：

在公式（5）中，當(dāng)kr1=1，kr2=0，kr3=0時(shí)，就會(huì)成為公式（4）中表示的紅色LED在校正前單獨(dú)放光的現(xiàn)象。通過(guò)公式（5）能夠得出：

通過(guò)公式（6）能夠求得關(guān)于紅色LED的校正系數(shù)，對(duì)此能夠得到綠色的LED校正系數(shù)和藍(lán)色的校正系數(shù)。值得關(guān)注的是，在像素的顯示過(guò)程中需要等級(jí)最高的灰度“白場(chǎng)”。“白場(chǎng)”中的LED亮度里，紅色亮度來(lái)源于紅色、綠色和藍(lán)色的基色。能夠?qū)蝹€(gè)的基色進(jìn)行校正，顯然這樣的情況需要盡量避免，在之后的白平衡中進(jìn)行討論。在測(cè)量實(shí)際和目標(biāo)三刺激值的數(shù)值之間，必須達(dá)到小于3%的亮度差異，這能使精度更加接近測(cè)量用設(shè)備，從而使色坐標(biāo)的聚集程度相對(duì)于之前的校正存在相對(duì)顯著的提高，在這之中，目標(biāo)坐標(biāo)與實(shí)際坐標(biāo)間差異近0.005（見(jiàn)圖2）。

2.3 色域校正中白平衡

在LED顯示屏中，“白場(chǎng)”色坐標(biāo)和均勻度都是顯示屏中主要的指標(biāo)，同樣也是衡量顏色保真度重要的一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。為此針對(duì)于顯示屏中的三刺激值色坐標(biāo)需要白平衡處理模式，是通過(guò)要求的三種基色在灰度中能夠合成白色。不能夠通過(guò)使用色域校正的方式來(lái)規(guī)劃顯示屏。只能夠需要對(duì)紅綠藍(lán)三種基色的顯示屏進(jìn)行全面白平衡處理模式。對(duì)于色域校正來(lái)說(shuō)，通過(guò)色域校正過(guò)程后的白平衡，刨除白場(chǎng)的色坐標(biāo)足夠精準(zhǔn)以外，還需要針對(duì)LED發(fā)光的強(qiáng)度對(duì)于色域校正程度進(jìn)行全面的思考，避免產(chǎn)生由于現(xiàn)實(shí)不足導(dǎo)致全新的顯示中的缺陷。

為了滿(mǎn)足公式（7），我們需要挑選適合的Yaim值。如果直接計(jì)算相對(duì)來(lái)說(shuō)會(huì)很困難，所以我們必須使用對(duì)半查找的方法進(jìn)行計(jì)算，在這之

中，使Y=YR+YG+YB，在0～Y中查找Yaim的取值范圍，將Yaim代入公式進(jìn)行計(jì)算，就可以使公式（7）對(duì)像素的顯示進(jìn)行相對(duì)合理的判斷，從而滿(mǎn)足公式（7）中Yaim的最大值，主要目的為在白平衡中目標(biāo)的亮度值。

3 結(jié)語(yǔ)

想要改善LED顯示色域，在使用LED顯示屏創(chuàng)建的顏色數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，可以使用色域校正算法，從而對(duì)白平衡存在的由校正導(dǎo)致的缺陷處理方式進(jìn)一步改善。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，校正后LED顯示像素的色度與其亮度的統(tǒng)一性顯著提高。對(duì)于每一個(gè)顯示像素的基色色標(biāo)和“白場(chǎng)”色坐標(biāo)都能夠剛好接近于校正目標(biāo)，進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)基色色標(biāo)精準(zhǔn)度中誤差大致為0.005，可以大幅度的改善LED顯示屏的顯示效果。

參考文獻(xiàn)

［1］趙梓權(quán)，王瑞光，鄭喜鳳，汪洋.LED顯示屏的色域校正［J］.液晶與顯示，2013（01）.

［2］張?chǎng)?全彩LED模塊顯示屏顏色均勻性校正研究［D］.中國(guó)科學(xué)院研究生院（長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所），2011.