租赁用LED显示屏多批次箱体混合使用的解决方案

摘要:不同批次的箱体间不仅存在亮度差异性,也存在有色度差异性。目前的亮度和色度调整解决方案,还难于解决租赁应用中不同批次的箱体混用问题。文章首先阐述了租赁屏的应用需求,然后阐述了色度调整技术的基本原理和现有的解决方案,提出了当前可行的一些方案,并展望了未来的技术方向。

关键词:租赁屏;发光二极管;混批使用;亮度调整;色度调整

中图分类号:TN312+.8文献标识码:B

The Challenge in Leased Application of Mixed Various

Batches of the Cabinets

SHAO Yin-liang, LUO Yao

(Beijing ZHONGQING Micro-digital Equipment Development Co., Ltd.,

Beijing 100085, China)

Abstract: Not only brightness differences but also color differences exist in the case of mixed LED boxes. The current brightness or color correction solutions could not resolve this problem. This paper described the demand of rental LED screen, then describes the basic principles of color correction and existed correction solutions. A feasible correction solution is proposed, and future technical direction is depicted lastly.

Keywords: rental LED screen; LED; mixed boxes; brightness correction; color correction

引言

随着LED显示屏租赁市场的不断成长,租赁项目的规模和租赁商的规模都在不断扩大。这一方面导致租赁商需要不断扩充自己的箱体储备,另一方面也存在多家联合承租单个项目的可能性。这些都导致箱体混批使用的需求越来越迫切。

1基本原理介绍

1.1混用技术分析

人眼对于区域间亮度和色彩的差异感觉是非常敏感的。典型情况下,两个箱体之间4%的亮度差异和2nm色度差异就能让人有明显的马赛克的感觉。但是对像素点间亮度差异6%,色度差异5nm,大家都可以接受。

简单来说箱体间批次的差异有两个来源:箱体间物理差异和箱体间LED发光特性差异。

1.2物理特性

即使像素分辨率及模具、面罩等物理特性完全相同,面罩和LED灯的反光特性也会显著地影响整屏的均一性,日光下1%的反射率差别直接会带来接近1%的亮度差别。

像素排列方式的微小差别会在近距离引起视觉感觉的差别;LED灯的视角和遮光罩的差别也会在不同角度上引起视觉感觉的差别。这些因素必须依靠生产厂家的采购和工艺控制予以保证。

1.3发光特性

典型的影响LED灯发光特性的差异有:

(1) LED灯波长差异;

(2) LED灯亮度差异;

(3) LED灯驱动电流差异;

(4) LED灯视角差异;

(5) LED灯老化衰减特性差异;

(6) LED灯老化时间差异;

(7) LED灯温度衰减特性差异;

(8) LED灯工作温度差异。

这些差异是生产厂家很难用采购和工艺控制手段来解决的,必须通过事后的调整来弥补。

1.4色度调整原理

任何一种人眼可见颜色都可以用1931CIExy色度图中的一个坐标点(x,y)唯一地表示。根据三原色原理,肉眼所能看到的几乎所有颜色都可以通过“三原色”的不同比例混合出来。而由CIExy色度图性质得出,任意给定三个光源,这些光源不能覆盖人类视觉的色域。即几何上说,在CIExy色度图中没有三个点可以形成包括整个色域的三角形。由于使用三原色而不是用更多的“原色”表示色彩实现起来较容易,并且足以表示自然界中大部分色彩,所以三原色得到广泛使用。

使用不同的三原色,在CIExy色度图中表示为位置和面积不同的三角形,三角形包围的区域内任一点的颜色都可以用该三原色表示。当一种三原色组成的三角形完全包含了另一个三角形时,则较小三角形内任一点的颜色都可以被较大三角形的三原色表示,即较大三角形的色域可以完全复现较小色域的所有颜色,如图1所示。

2现有方案介绍

当前LED显示屏市场上的调整方案分为两个级别:亮度均一性调整、色彩均一性调整。

目前市场上大部分系统方案均支持亮度均一性调整功能,也有一些方案提供色彩均一性调整功能。

校正系统不仅在系统内提供亮度偏差数据的存储和校正,还支持用户通过通用相机来方便地获取逐点的亮度偏差数据。逐点亮度调整系统框图如图2所示,主要包括以下三个部件:检测设备(相机及其数据线)、软件(软件及其控制电脑)、待测箱体(分控制器及LED箱体)。

相机对每个LED箱体进行拍照,分析箱体内所有灯的亮度差异性数据,而获得每个LED灯的PWM调整数据,将调整数据存储在箱体内的分控制器中,通过控制器硬件的图像处理算法逻辑,使箱体的所有LED灯亮度均一。同时通过设置拍照环境与软件算法处理等技术手段,使得箱体与箱体之间没有亮度差异,逐点调整完后的箱体组屏观看时,不仅箱体内图像清晰,箱体间也十分一致。并且由于调整数据存储于箱体内的扫描板中,当箱体的位置变动时逐点调整的均匀性效果不受影响,极大地方便了租赁屏厂商的现场安装。

当客户需要色彩均一性调整时,另有专用的系统可以提供亮度和色度偏差数据的存储和校正,但是客户必须使用专用设备来获取逐点的亮度和色度偏差数据。逐点色度调整与逐点亮度调整的系统结构类似,区别仅在于检测设备的不同,如图3所示。

但是上述方案对于开篇的两个案例均不适用,原因主要在于这些方案均是为生产商在工厂内进行批次生产来准备的。其主要局限在于,现有所有检测设备的时间一致性和设备间的一致性均无法保证,也就是说一台设备在短时间内测量相同箱体得到的数据是有保证的,但是不同设备或同一设备在不同时间两次测量的偏差是没有保证的。

即使租赁商将箱体一同返厂作校正,由于不同批次的箱体处于不同的老化衰减时间段,可能过一段时间后又需要返厂校正。

但是租赁商也很难自行建立校正环境,因为一定要采用支持色度检测的专用设备。这些检测设备的售价昂贵,并且这些设备不光对环境有要求,操作也很复杂,租赁商难于承担这样的维护费用。

3租赁商可操作的混批调整方案

对租赁商而言,简单、快速、高效率、价格低廉的解决方案才是能够接受的,为此,我们提出了逐点亮度调整+箱体色度调整的解决方案。每批箱体在工厂内老化并完成亮度均一性调整后发货,租赁商在收货后使用光枪将老箱体校正到和新箱体一致。箱体色度调整系统框图如图4所示,主要包括以下三个部件、检测设备(光枪及其数据线)、软件(软件及其控制电脑)、待测箱体(分控制器及LED箱体)。光枪获得待测箱体的色度数据,软件根据用户设定的目标色域,计算出该箱体的色度调整数据,最后将调整数据存储到扫描板中,待测箱体与目标箱体的色度差异就会消除。

4未来技术方向

使用前文所述的箱体色度调整系统,租赁商可以在仓库内完成两批箱体的色度均一性调整,但如果租赁商在现场组屏后发现有箱体间存在色度差异,则该方案不是理想的解决方案。原因在于,光枪一次只能测量一个箱体,全屏调整则需要多次测量,并且光枪的精度与测量角度有关,所以无论调整效率还是调整精度都无法保证。未来解决现场箱体间色度调整的方案中,必须有一次测量多个箱体并且测量精度更高的设备来替代光枪,由此来实现稳定快速的色度调整。对于控制系统商来说,系统能否支持现场快速色度调整功能尤为重要,且应该实时监控箱体的点亮时间、箱体的温度等参数,根据每个箱体反馈的参数实时调整色度调整系数,由此实现更高精度的色度调整。

5结论

租赁箱体混批使用带来的问题已经日益凸显,而现有的色度调整方案还不能完全解决问题,期望的解决方案主要是在现有方案的基础上改善可操作性,降低成本,提高现场环境的适应性。

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作者简介:邵寅亮(1974-),男,江苏人,清华大学物理系学士,北京中庆微数字设备开发有限公司总工程师,1996年至今任职于北京中庆微数字设备开发有限公司,一直从事LED显示应用相关技术研究与开发。E-mail:。