詳細分析LED顯示屏箱體校正技術

一、引言

由于LED發光管的離散性、衰減性和電路元器件的離散性等原因，LED顯示屏存在亮度和色度不一致的現象，嚴重地影響顯示質量。為了克服LED顯示屏亮度、色度非均勻性問題，逐點校正技術應運而生，且發展迅速，它可以顯著地提高LED顯示屏的均勻性，改善顯示質量。

根據應用場合的不同，逐點校正技術又可以分為兩種：一種是生產線上的逐箱校正(箱體校正);另一種是現場的大屏校正(現場校正)。現場校正技術可以選擇合適的觀看地點進行校正，保證LED顯示屏在現場應用環境中達到滿意的顯示效果，但復雜多變的現場環境和異地技術支持是限制現場校正面臨的難題。尤其是一些國外訂單現場校正的成本和難度都比較大。為了確保出廠LED屏體的均勻性，降低技術支持成本，箱體校正技術就體現出自己的特有價值。箱體校正可以大幅度改善拼接后顯示屏的顯示質量，且相對現場校正效率較高，不受時間和場地的限制，成本也較低。

因此，隨著LED顯示屏生產廠商的發展，箱體校正技術將成為LED顯示屏制造環節中不可或缺的一部分，具有良好的應用前景。

二、箱體校正簡介

箱體校正是產線校正的一種，要求LED顯示屏生產廠商在生產流水線增加該環節。一般情況下，箱體校正是安排在出廠前的最后一個環節，主要用以消除箱體內部和箱體之間的亮度和色度差異，提高拼接后LED顯示屏的均勻性。

在生產環節中除了增加校正環節，廠商一般還需要跟進屏體出廠的校正效果。常用的做法有以下三種：一是將所有箱體拼接起來，觀察顯示效果，但拼接的工作量比較大，實現起來不方便;二是隨機地抽取部分箱體進行拼接，觀察校正效果;三是利用校正系統記錄的測量數據對所有箱體的校正效果進行仿真評估。增加了箱體校正和仿真評估/抽檢環節的LED生產流水線示意圖如圖1所示。

圖1 增加箱體校正環節的LED生產流水線

箱體校正需要在暗室中進行，需要配備面陣成像設備和色度計各一臺，用于測量各個箱體的亮度和色度信息。為了保證所有箱體的校正過程在不受外界環境條件的影響下進行，達到其亮度、色度一致性的目標，要求暗室完全密封，且溫度和濕度為恒定值，在校正過程中，必須固定箱體和校正儀器的位置，箱體必須安放在底座之上，避免地面反光的影響。

與現場校正類似，對于每一個箱體來說，箱體校正的過程包括數據采集、數據分析、目標值設定、校正系數計算以及系數上傳，同時也需要控制系統的配合，其工作過程如圖2所示。

三、關鍵技術與難點

箱體校正是提高LED顯示屏圖像質量的有效途徑，其關鍵技術方面主要體現在以下兩個方面：一是箱體內部的像素間均勻性，二是箱體之間的亮色度一致性。重慶led顯示屏 m.xfxdoors.com

1. 箱體內部的像素間均勻性

箱體內部的像素間均勻性校正和現場校正基本類似，比較成熟，包括亮色度均勻性校正和亮暗線修正：

(1)亮色度均勻性校正通過測量設備測量LED箱體中各LED燈管的亮度和色度信息，其測量方法涉及光度學、色度學以及數字圖像處理相關知識;在獲得逐點亮色度信息后再依據相應的校正標準，計算出對應的校正系數并發送給對應箱體的接收卡;箱體點亮后，顯示屏控制系統將按照校正系數調節LED的電流，使得箱體內所有LED的亮度和色度達到一致。

亮度校正就是將起伏變化的LED的亮度調整到一致的水平，在調節亮度過程中需要適當降低大部分LED的最大亮度值。色度校正則是根據RGB顏色匹配原理，通過改變RGB三色的色坐標來解決色度偏差的問題，圖3所示為校正前后的色域對比圖，大三角形為校正前顯示屏的色域， RGB三色的色坐標離散分布;小三角形為校正后的顯示屏色域，RGB三色色坐標一致性較好。

(2)由于機械加工精度、拼裝精度等工藝原因的限制，拼接燈板的間距存在輕微的不一致現象，在經過人眼視覺系統的低通濾波過程之后，在顯示時就會出現亮線或者暗線。小間距顯示屏由于現有的機械工藝限制，一般要求進行亮暗線修正后才能顯著提升箱體均勻性。

2. 不同箱體之間的亮色度一致性

箱體校正和現場校正有一個顯著的差異點，就是箱體在校正時是未拼接的，在校正時缺乏周圍區域作為參照物，而在校正后需要確保箱體任意拼接且不存在亮色度差異。更重要的是，人眼視覺系統作為一個帶通濾波器，對平緩漸變的亮度差異或角分辨率極小的細節差異并不敏感，而對于帶有中低頻成分的邊緣臺階信號卻極為敏感。應用到LED顯示屏領域，體現為人眼只能夠分辨LED像素間4-5%以上的亮度差異，卻能夠輕易識別出1%的箱體亮色度差異。也就是說，人眼對箱體內部像素的一致性要求較低，而對箱體之間的一致性要求較高。因此，箱體之間的亮色度一致性是箱體校正特有的關鍵技術。

箱體之間的亮色度不一致主要體現在兩個方面：

(1)箱體之間的平均亮色度存在差異，當拼接箱體的時候，就會出現明顯的邊界線，這可以通過調整色域和設置合適的目標值來實現;必要時，需要配備精度更高的色度計來進行輔助測量。

(2)箱體的亮色度分布呈現為梯度漸變分布，這是由于箱體測量數據存在梯度分布現象導致的。由于視覺系統對于低頻即平滑漸變的亮度差異并不敏感，這種問題很難在單箱體校正時被發現。但將箱體拼接在一起的時候，拼接處的亮度就會發生較大的跳變，形成明顯的拼接線。這就要求校正系統能夠檢測并解決測量數據的梯度分布問題。

四、新的挑戰

隨著LED顯示屏行業的快速發展，顯示屏的應用越來越廣泛，與此同時，人們對其顯示質量的要求也越來越高，箱體校正將會面臨一些新的嚴峻挑戰：

(1)小間距顯示屏的發展速度飛快，箱體也將會朝著更高發光密度的方向發展，這就要求箱體校正支持大分辨率箱體的校正。在現有工藝條件下，大幅度提升相機的CCD或CMOS分辨率是較為困難的，成本過于昂貴。這就需要有新方法能夠同時確保LED亮色度測量數據的準確性和測量的高效性。

(2)直插式LED燈管在各個角度的亮度衰減一致性。圖4所示是某一型號LED發光二極管在水平方向和垂直方向光強分布，法線方向的光強達到最大值，隨著偏離法線方向上的角度越大，光強衰減的越嚴重。如果由于燈歪、燈扭，或者LED配光曲線存在差異，那么，生產線上經過箱體校正的顯示屏，在現場有可能因為觀看的角度不同而使得效果變差。現有的箱體校正技術一般都可以支持一定程度的仰角校正，但其主要局限還在于直插燈的工藝水平。

(3)在實際生產中，存在多批次箱體拼接形成LED顯示屏的情況，這就要求箱體校正支持多批次箱體校正，這對現有校正設備的亮色度測量精度有則極高的要求。更為嚴峻的是，現有市面上的測量設備包括高端色度計提供的亮色度測量數據精度也是有限的，而人眼對箱體間的亮色度精度又極為敏感。如何較好的消除不同批次間的亮色度差異是行業內的一大難題。

總而言之，箱體校正技術可以作為LED行業提升顯示質量的核心利器，但也不是萬能的。對于致力于提高顯示屏圖像質量的LED顯示屏生產廠商來說，一方面需要改進顯示屏的生產工藝，另一方面需要有針對性地運用箱體校正技術來提高顯示屏的均勻性。

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