專利名稱：基于空間矢量的色度led全彩色顯示屏校正方法
基于空間矢量的色度LED全彩色顯示屏校正方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及LED全彩色顯示屏，特別是涉及一種基于空間矢量的色度 LED全彩色顯示屏^f交正方法。
背景技術(shù)：
LED顯示屏是集微電子技術(shù)、光電子技術(shù)、計算機技術(shù)、信息處理技術(shù) 于一體的大型顯示系統(tǒng)。它以其色彩鮮艷，動態(tài)范圍廣，亮度高，壽命長， 工作性能穩(wěn)定而廣泛應用于廣告、證券、信息傳播、新聞發(fā)布等方面，成 為目前國際上最重要的顯示媒體。LED顯示屏是通過一定的控制方式，用于 顯示文字、圖形、圖像、動畫、行情、視頻、錄像信號等各種信息的器件 陣列組成的顯示屏幕。近年來，由于半導體的制作和加工工藝逐步成熟和 完善，發(fā)光二極管(light emitting diode)已日趨在固體顯示中占主導 地位。其之所以受到廣泛重視而得到迅速發(fā)展，是與它本身所具有的亮度 高、工作電壓低、功耗小、微型化易與集成電路匹配、驅(qū)動簡單、壽命長、 耐沖擊、性能穩(wěn)定等優(yōu)點分不開的，且目前正朝著更高亮度、更高耐氣候 性、更高的發(fā)光均勻性、更高的可靠性及全色化方向發(fā)展。
另一方面，傳統(tǒng)的白積燈具有耗電量大，壽命短等無法克服的缺陷。 裝有白積燈的莧虹燈、廣告燈箱、平面招牌廣告等雖色彩鮮麗，但變化單 調(diào)，更不能播放視頻圖像廣告。磁翻版雖可借電腦拼裝簡單圖案，但自身 不具備發(fā)光源，夜間使用效果差。近年來，隨著微電子技術(shù)、自動化技術(shù)、 計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，生產(chǎn)工藝的更新及新材料的應用，使得LED芯片 的亮度及壽命得到了突飛猛進的發(fā)展，從而使其應用領(lǐng)域日益寬廣，LED顯示屏市場得到長足的發(fā)展。九十年代中，隨著超高亮藍色、紅色、綠色發(fā) 光管的出現(xiàn)，使得實現(xiàn)真彩色顯示屏成為現(xiàn)實。室外顯示屏日益受到人們 的喜愛，特別是在體育場館、廣告、新聞等領(lǐng)域的應用日漸廣泛。
然而，隨著LED顯示屏技術(shù)的發(fā)展，其內(nèi)在缺陷也隨之暴露出來。由 于LED生產(chǎn)技術(shù)的限制，LED燈在亮度上存在20%的差異，即紅、綠、藍三 顆燈在每個通道上都存在有20%的差異，從而造成LED屏整屏產(chǎn)生亮度不均 勻及花屏的結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在解決上述問題，而提供一種通過色彩空間矢量校正及純凈 三基色合成及空間補償，動態(tài)地糾正色度差異，從而提高LED顯示屏的色 彩純凈度及均勻性的基于空間矢量的色度LED全彩色顯示屏校正方法。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種基于空間矢量的色度LED全彩色顯 示屏校正方法，該方法包括如下步驟
a、 通過CCD成像采集LED顯示屏的無校正時全灰度圖像，，并通過CCD 影像色度計測試LED顯示屏的每個像素的亮度和色度，得到LED顯示屏上 像素中單個LED燈的色度坐標及亮度的數(shù)據(jù)；
b、 將采集到的初始數(shù)據(jù)分別形成紅、綠、藍三個通道的影像場作為矢 量校正的初始依據(jù)，并將CCD成像所得到的數(shù)據(jù)導入計算機，由圖像識別 程序識別出像素的邊緣，區(qū)分出每個像素而得到像素布局c、 對所得到的LED色坐標數(shù)據(jù)與標準光源作對比，對每個像素的紅， 綠，藍三個通道的值分別進行校正，并通過空間補償，動態(tài)地糾正色度差 異，以得到每個LED的校正數(shù)據(jù)；
d、 分別通過紅，綠，藍三個通道的校正系數(shù)對三種基色的LED進行校 正，重新合成純凈的紅、綠、藍三基色，再由這三個基色去表現(xiàn)色彩；
e、 通過LED顯示控制器中的校正模塊在由DVI信號解碼得到圖像的數(shù)據(jù)時，再針對每個具體坐標點的校正值，進行逐點的校正運算，在LED顯
示屏端，得到校正后的圖像。
步驟a中，所述CCD影像色度計為PM-1400系列CCD影像色度計。 步驟c中，所述空間補償是在單獨通道的單一顏色中加入其他顏色分
量，每個通道的顏色數(shù)據(jù)是按一定比例的紅、綠、藍進行混色；所述動態(tài)
地糾正色度差異是依據(jù)發(fā)光材料批次的不同以及環(huán)境要求不同進行動態(tài)調(diào)
整。所述校正數(shù)據(jù)是如下所述的校正系數(shù)矩陣
1,1， 8062，.0038，.0005, 0132， 9775,.0053,.0172,.0006，.8973
1, 2,.8684，.0015，.0091,■0210， 8706,.0082，.0153,.0084,.9928
1， 3，.9185,.0283,.0316，.0038,.9535,.0067，.0037，.0258，.9504
1，4，.8600，.0005, 0053，.0172，.9476,.0258，，0000，.0316，.8574
1,5,.7732，.0091,.0006,.0000,.9952，.0000，.0037,.0000,.9023
1，6，.8322,.0153,.0210，.0000，.8834，.0000,.0000,.0084,.9936
以上系數(shù)輸出到指定的文本文件中，其系數(shù)格式如下
X ，Y,DrL/r ，D(jLr ，Db乙R ，DrIj(j ,D丄g ，Db" ，DrL/B ， ， Db乙B
其中X、 Y為像素坐標、D L 為對應像素的系數(shù)矩陣。 步驟d中，所述純凈的紅、綠、藍三基色按下列動態(tài)校正公式合成
Redout=Redin*DRLR+Grnin*DGLR+Bluin*DBLR
Grn0Ut=Redin*DRU+Grnin*DGU+Bluin*DBU
Bluout=Redin*DRU+Grnin*DGU+Bluin*DBLB 步驟e中，所述LED顯示控制器的控制流程為
(1) 、 LED顯示控制器接收三基色的視頻數(shù)據(jù)，并將所述校正程序存儲 在存儲器RAM中；
(2) 、通過所述校正程序?qū)σ曨l數(shù)據(jù)進行Gamma校正和交織處理，得 到12位的校正數(shù)據(jù)，并存入同步動態(tài)隨機存取存儲器SDRAM中；(3)、由LED顯示控制器將不同權(quán)重的數(shù)據(jù)顯示信號按顯示有效時間 的不同決定發(fā)出鎖存信號及顯示信號的有效時間。
本發(fā)明的貢獻在于，它有效克服了現(xiàn)有LED顯示屏技術(shù)存在的整屏亮 度不均勻及花屏等缺陷。本發(fā)明通過CCD成像，圖像識別，色彩空間矢量 校正、純凈三基色合成及空間補償?shù)却胧?，可動態(tài)地糾正LED燈的色度及 亮度差異，從而有效提高了 LED顯示屏的色彩純凈度及均勻性。


圖l是本發(fā)明的方法示意圖。
圖2是本發(fā)明的可視化的校正系數(shù)區(qū)域示意圖。
圖3是本發(fā)明的各像素的區(qū)域分布與顏色通道的變量系數(shù)示意圖。
圖4是紅，綠，藍三個通道的修正前的可視化的校正系數(shù)示意圖。
圖5是紅，綠，藍三個通道的修正后的可視化的校正系數(shù)示意圖。
具體實施方式

本發(fā)明的基于空間矢量的色度LED全彩色顯示屏校正方法如圖1所示， 該方法包括所需校正的LED顯示屏(步驟1 )、 CCD成像(步驟2 )、圖像 識別(步驟3)、色彩空間校正(步驟4)、顏色特性輸入(步驟5)、 FPGA (Field Programmable Gate Array,現(xiàn)場可編程門陣列)(步驟6)、 LED 顯示屏控制系統(tǒng)(步驟7)。
如圖1所示，步驟1中，所述的LED顯示屏包括構(gòu)建露天運動場的巨 型顯示屏、舞臺、戶外廣告或大型室內(nèi)顯示器等由LED器件陣列組成的顯 示屏幕。
步驟2中，所述CCD成像為LED顯示屏的圖像采集步驟，其中的CCD 是指電荷耦合器件，它是一種半導體裝置，能夠把光學影像轉(zhuǎn)化為數(shù)字 信號。本實施例中，首先通過PM-1400系列CCD影像色度計采集LED顯示屏的圖像，并通過CCD影像色度計測試LED顯示屏的每個像素的亮度和色 度，即對每個像素進行逐點測試，得到LED顯示屏上像素中單個LED燈的 色座標及亮度的數(shù)據(jù)。上述CCD影像色度計具有ActiveX界面。它可使用 戶通過應用像T UbView、 Matlab、 VBA、 VBScript、 Javascript、 C and C++ 等軟件來拓展自己的意圖和自動檢測。CCD影像色度計可測試LED面板每個 像素的亮度和色度，自動調(diào)節(jié)每個LED的校正系數(shù)，達到整個面板的亮度 和色度均勾分布。實施該圖像采集步驟時，由CCD影像色度計對顯示屏在 白平衡狀態(tài)下進行拍攝，形成數(shù)據(jù)。其數(shù)據(jù)格式可分為四個部分位圖文 件頭、位圖信息頭、彩色板、圖像數(shù)據(jù)陣列。具體如下 一、圖像文件頭
1) 1:圖像文件頭。424Dh=， BM，，表示是Windows支持的數(shù)據(jù)格式。
2) 2-3:整個文件大小。4690 0000，為00009046h=36934。
3) 4-5:保留，必須設(shè)置為0。
4) 6-7:從文件開始到位圖數(shù)據(jù)之間的偏移量。4600 0000，為 00000046h=70,上面的文件頭就是35字=70字節(jié)。
5) 8-9:位信息頭長度。
6) 10-11:位圖寬度，以像素為單位。8000 0000,為00000080h=128。
7) 12-13:位圖高度，以像素為單位。9000 0000,為00000090h=144。
8) 14:位圖的位面數(shù)，該值總是l。 0100，為0001h=l。 二、位圖信息頭
9) 15:每個像素的位數(shù)。有1 (單色)，4 (16色)，8 ( 256色)，16 (64K色，高彩色)，24 (16M色，真彩色)，32 ( 4096M色，增強型真彩色)。
T408支持的是16位格式。1000為0010h=16。
10) 16-17:壓縮說明有0 (不壓縮)，1(RLE8， 8位RLE壓縮)，2 (RLE4， 4位RLE壓縮，3 (Bitfields,位域存放)。RLE簡單地說是采用
像素數(shù)+像素值的方式進行壓縮。T408采用的是位域存;^文方式，用兩個字節(jié)表示一個像素，位域分配為r5b6g5。圖中0300 0000為00000003h=3。
11)18-19:用字節(jié)數(shù)表示的位圖數(shù)據(jù)的大小，該數(shù)必須是4的倍數(shù)， 數(shù)值上等于位圖寬度x位圖高度x每個像素位數(shù)。0090 0000為 00009000h=80 x 90 x 2h=36864。
12) 20-21:用象素/米表示的水平分辨率。A00F 0000為 0000 0FA0h=4000。
13 ) 22-23:用象素/米表示的垂直分辨率。A00F 0000為 00000FA0h-4000。
14 ) 24-25:位圖使用的顏色索引數(shù)。設(shè)為0的話，則說明使用所有調(diào) 色板項。
15 ) 26-27:對圖象顯示有重要影響的顏色索引的數(shù)目。如果是0,表 示都重要。
三、彩色板
16 ) 28-35:彩色板規(guī)范。對于調(diào)色板中的每個表項，用下述方法來描 述RGB的值
1字節(jié)用于藍色分量 1字節(jié)用于綠色分量 l字節(jié)用于紅色分量 1字節(jié)用于填充符(設(shè)置為0)
對于24-位真彩色圖像就不使用彩色表，因為位圖中的RGB值就代表了 每個象素的顏色。但是16位r5g6b5位域彩色圖像需要彩色表。
位圖中彩色板為00F8 0000 E007 0000 1F00 0000 0000 0000，其中 00FB 0000為FB00h-1111100000000000 ( 二進制),是紅色分量的掩碼。 E007 0000為07E0h=0000011111100000 (二進制),是綠色分量的掩碼。 1F00 0000為001Fh=0000000000011111 ( 二進制)，是紅色分量的掩碼。 0000 0000總設(shè)置為0。
9將掩碼跟像素值進行"與"運算再進行移位操作就可以得到各色分量
值。事實上在每個像素值的兩個字節(jié)16位中，按從高到低取5、 6、 5位分 別就是r、 g、 b分量值。取出分量值后把r、 g、 b值分別乘以8、 4、 8就 可以補齊第個分量為一個字節(jié)，再"l巴這三個字節(jié)按rgb組合，放入存儲器 (同樣要反序)，就可以轉(zhuǎn)換為24位標準數(shù)據(jù)格式了 。 四、圖像數(shù)據(jù)陣列
17)17-...:每兩個字節(jié)表示一個像素。陣列中的第一個字節(jié)表示位圖 左下角的象素，而最后一個字節(jié)表示位圖右上角的象素。
按照前述r5g6b5彩色板規(guī)范，在系統(tǒng)中定義可視化的校正系數(shù)區(qū)域， 參見圖2。
02F1為F102h
r= ( F102 AND FBOO ) / 800 x 8 h= F0h=240
g= (F102 AND 07E0) / 20 x 4h=20h=32
b= (F102 AND001F) x 8h=10h=16
rgb=F02010h,放在存儲器中為1020F0h。 步驟3中，將采集到的初始數(shù)據(jù)分別形成紅、綠、藍三個通道的影像場 作為矢量校正的初始依據(jù)，并將CCD成像所得到的上述數(shù)據(jù)導入計算機， 由圖像識別程序識別出像素的邊緣，區(qū)分出每個像素而得到像素布局圖。 在像素布局圖中，需要再做細化的工作。圖像識別程度在區(qū)分出像素的基 礎(chǔ)上，將對顏色及LED外形進行測定(專業(yè)CCD成像)，從而得到像素組成 中，每個LED的外型、位置及在白平衡下的顏色和每種單色的顏色，各像 素的區(qū)域分布與顏色通道的變量系數(shù)如圖3所示。
步驟4中，由于每個像素由紅，綠，藍三個通道組成，對步驟2中所得 到的LED色座標數(shù)據(jù)與標準光源作對比，對每個像素的紅，綠，藍三個通 道的值分別進行校正，并通過空間補償，動態(tài)地糾正色度差異，以得到每 個LED的校正數(shù)據(jù)，因而可得到真正意義上的純紅，純綠，純藍。然后，
10再對單像素的亮度值進行校正，以最低亮度為參考，減低超標的亮度值， 從而在色坐標一致的基礎(chǔ)上，達到一致的亮度，消除斑塊。
通常，可視化的數(shù)據(jù)圖象所體現(xiàn)的圖案是隨機分布、無規(guī)律的(原因在
于LED屏上各LED燈亮度分布的隨機性)。如前所述，由于在分區(qū)拍攝時， 由于多種因素會影響分區(qū)數(shù)據(jù)，以至于在各分區(qū)交界處有明顯差異，如圖3 所示，其中，上下兩個分區(qū)間有明顯的分界線。由于顯示屏原本在這里沒 有這種差異，因此兩個分區(qū)的數(shù)據(jù)是需要進行修正的。由此可見數(shù)據(jù)的圖 形化顯示，非常有助于對數(shù)據(jù)進行判斷。
為解決分區(qū)數(shù)據(jù)的差異，必需對數(shù)據(jù)進行必要的修正。數(shù)據(jù)修正的基 本原理是若顯示屏上LED燈的差異是隨機分布的，則某一區(qū)域的系數(shù)平 均值與另一區(qū)域的平均值應相近，且區(qū)域內(nèi)像素越多，則平均值越相近。
為此，軟件通過計算特定區(qū)域的系數(shù)平均值，找出不同分區(qū)的差異系 數(shù)，然后將原始系數(shù)與差異系數(shù)進行運算，從而得到整體的平衡。
步驟5中，分別通過紅，綠，藍三個通道的校正系數(shù)(通過分析比較 CCD測得的影像數(shù)據(jù)，采用專業(yè)軟件算法)對三種基色的LED進行校正，在 電腦中重新合成純凈的紅、綠、藍三基色，再由這三個基色去表現(xiàn)色彩。 具體地說，所述純凈的紅、綠、藍三基色按下列動態(tài)校正公式合成
Red0Ut=Redin*DRU+Grnin*DGU+Bluin*DBU Grnout=Redin*DRLG+Grnin*DGLG+Bluin*DBLG Blu。ut=Redin*DRLB+Grnin*DGLB+Bluin*DBLB 通過修正后的數(shù)據(jù)如圖5所示。圖4中，數(shù)據(jù)^f奮正前，分區(qū)交界處的明顯 差異，圖5中，數(shù)據(jù)^"正后，分區(qū)交界處已不明顯。通過圖3與圖4對比 可見，原來由于分區(qū)造成的分界線在修正后已消失。
步驟6、 7中，通過LED顯示控制器中的校正模塊在由DVI信號解碼得
到圖像的數(shù)據(jù)時，再針對每個點的校正值，進行逐點的校正運算，在LED 顯示屏端，得到校正后的圖像。所述LED顯示控制器可采用通用LED顯示
ii控制器，其內(nèi)設(shè)有隨機存儲器RAM和校正程序;^莫塊，LED顯示控制器的控制 流程為
(1)、 LED顯示控制器接收24Bits三基色(RGB)的視頻數(shù)據(jù)，并將所 述校正程序存儲在存儲器RAM中。
(2 )、通過所述校正程序?qū)︽婎l數(shù)據(jù)進4于Gamma (咖瑪)4交正和交織處 理，所述交織是在單通道數(shù)據(jù)信號混有其他顏色分量，得到16位的校正數(shù) 據(jù)，并存入同步動態(tài)隨機存取存儲器SDRAM中。
(3)、由LED顯示控制器將不同權(quán)重的數(shù)據(jù)顯示信號按顯示有效時間 的不同決定發(fā)出鎖存信號及顯示信號的有效時間?？刂戚敵瞿K和寫入模 塊采用先來先得的算法，而校正和交織過程的讀寫，則優(yōu)先級最低，可以 在前面二者申請時被掛起，只有當前二者不再需要總線時，才可以分配到
總線的使用權(quán)。
權(quán)利要求
1、基于空間矢量的色度LED全彩色顯示屏校正方法，其特征在于，它包括如下步驟a、通過CCD成像采集LED顯示屏的無校正時全灰度圖像，并通過CCD影像色度計測試LED顯示屏的每個像素的亮度和色度，得到LED顯示屏上像素中單個LED燈的色度坐標及亮度的數(shù)據(jù)；b、將采集到的初始數(shù)據(jù)分別形成紅、綠、藍三個通道的影像場作為矢量校正的初始依據(jù)，并將CCD成像所得到的數(shù)據(jù)導入計算機，由圖像識別程序識別出像素的邊緣，區(qū)分出每個像素而得到像素布局圖；c、對所得到的LED色坐標數(shù)據(jù)與標準光源作對比，對每個像素的紅，綠，藍三個通道的值分別進行校正，并通過空間補償，動態(tài)地糾正色度差異，以得到每個LED的校正數(shù)據(jù)；d、分別通過紅，綠，藍三個通道的校正系數(shù)對三種基色的LED進行校正，重新合成純凈的紅、綠、藍三基色，再由這三個基色去表現(xiàn)色彩；e、通過LED顯示控制器中的校正模塊在由DVI信號解碼得到圖像的數(shù)據(jù)時，再針對每個具體坐標點的校正值，進行逐點的校正運算，在LED顯示屏端，得到校正后的圖像。
2、 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(a)中，所述CCD 影像色度計為PM-1400系列CCD影像色度計。
3、 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(c)中，所述空間 補償是在單獨通道的單一顏色中加入其他顏色分量，每個通道的顏色數(shù)據(jù) 是按一定比例的紅、綠、藍進行混色；所述動態(tài)地糾正色度差異是依據(jù)發(fā) 光材料批次的不同以及環(huán)境要求不同進行動態(tài)調(diào)整。
4、 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(c)中，所述校正 數(shù)據(jù)是如下所述的校正系數(shù)矩陣，1, 1,. 8062,. 0038, 0005，. 0132, 9775，. 0053,. 0172,. 0006，. 8973 1, 2,. 8684,. 0015，. 0091，. 0210,. 8706，. 0082，. 0153，. 0084，. 9928 1， 3，. 9185，. 0283,. 0316,. 0038,. 9535,. 0067,. 0037，. 0258，. 9504 1， 4，. 8600，. 0005,. 0053，. 0172，. 9476,. 0258,. 0000,. 0316，. 8574 1, 5,. 7732，. 0091，. 0006，. 0000，. 9952,. 0000,. 0037，. 0000,. 9023 1， 6，. 8322，. 0153,. 0210，. 0000，. 8834,. 0000，. 0000，. 0084,. 9936以上系數(shù)輸出到指定的文本文件中，其系數(shù)格式如下 X， Y, D丄r， DgL/r, DbL/r， D丄g， DgL/g, DbLg, DrLb， DgLb， DbL/b 其中X、 Y為像素坐標、D7L7為對應像素的系數(shù)矩陣。
5、 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(d)中，所述純凈 的紅、綠、藍三基色按下列動態(tài)校正公式合成Red0Ut=Redin*DRU+Grnin*DGU+Bluin*DBU Grn0Ut=Redin*DRU+Grnin*DGLG+Bluin*DBU Blu。ut=Redin*DRLB+Grnin*DcU+Bluin*DBU
6、 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(e)中，所述LED 顯示控制器的控制流程為(1) 、 LED顯示控制器接收三基色的視頻數(shù)據(jù)，并將所述校正數(shù)據(jù)存儲 在存儲器RAM中；(2) 、通過所述校正程序?qū)σ曨l數(shù)據(jù)進行Gamma校正和交織處理，得 到16位的校正數(shù)據(jù)，并存入同步動態(tài)隨機存取存儲器SDRAM中；(3) 、由LED顯示控制器將不同權(quán)重的數(shù)據(jù)顯示信號按顯示有效時間 的不同決定發(fā)出鎖存信號及顯示信號的有效時間。
全文摘要
一種基于空間矢量的色度LED全彩色顯示屏校正方法，該方法包括a.采集LED顯示屏的圖像，并測試LED顯示屏的每個像素的亮度和色度，得到LED顯示屏上像素中單個LED燈的色度坐標及亮度的數(shù)據(jù)；b.將采集到的初始數(shù)據(jù)分別形成紅、綠、藍三個通道的影像場作為矢量校正的初始依據(jù)，并將BMP位圖導入計算機，區(qū)分出每個像素而得到像素布局圖；c.對每個像素的紅，綠，藍三個通道的值分別進行校正，得到每個LED的校正數(shù)據(jù)；d.重新合成純凈的紅、綠、藍三基色，再由這三個基色去表現(xiàn)色彩；e.通過LED顯示控制器中的校正模塊在由DVI信號解碼得到圖像的數(shù)據(jù)時，再針對每個具體坐標點的校正值，進行逐點的校正運算，在LED顯示屏端，得到校正后的圖像。本發(fā)明可有效提高LED顯示屏的色彩純凈度及均勻性。
文檔編號G09G3/32GK101510393SQ20091010577
公開日2009年8月19日 申請日期2009年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月16日
發(fā)明者王占明, 濤 鐘 申請人:深圳市元亨光電股份有限公司