東莞小間距LED顯示屏解決方案

1.概述

        小間距LED顯示屏是指LED點間距在P2.5以下的室內(nèi)LED顯示屏。小間距LED顯示屏與其他室內(nèi)顯示設(shè)備相比，具有無縫拼接、模塊化維護、色彩自然真實、顯示均勻性更好，色域空間更寬等優(yōu)點，小間距LED顯示屏在室內(nèi)顯示市場具有巨大潛力。

        但同時，小間距顯示屏也面臨眾多挑戰(zhàn)。顯示效果（如余輝、第一掃偏暗、低灰處發(fā)紅、低灰亮度不均勻等）、大分辨率帶載、拼接縫隙一直是高密度小間距LED顯示屏的瓶頸，限制了小間距LED顯示屏的應(yīng)用。針對以上問題，本文分析了各個問題的成因，并提出了相應(yīng)的解決方案。

2.小間距顯示屏之圖像顯示

        小點間距顯示屏的圖像顯示效果受余暉、第一掃偏暗、低灰處發(fā)紅、低灰亮度不均勻等等問題的影響嚴(yán)重。

        余輝是由于掃描屏在掃瞄過程中，電荷在燈板寄生電容中逐漸積累，導(dǎo)致 LED 非預(yù)期的出現(xiàn)微亮。透過斜線圖案測試，可以觀察到點亮的 LED 附近燈點也會微微地被點亮。余輝現(xiàn)象會造成圖像模糊。

        第一掃偏暗的成因于在換行掃時，燈板寄生電容中累積電荷，在第一行掃開啟時，累積的電荷影響 LED 電流，導(dǎo)致 LED 亮度偏暗。

       低灰白平衡色偏則是因為R、G、B 三色 LED 的寄生效應(yīng)不同，通常RLED受的影響較小，R LED亮度會略大于 G/B LED，以致產(chǎn)生低灰處發(fā)紅現(xiàn)象。

        低灰亮度不均勻的成因主要來自LED的不一致性，以及驅(qū)動芯片自身的差異。

        上述問題，可以通過驅(qū)動IC與控制系統(tǒng)配合進行抑制。目前，已經(jīng)有高端驅(qū)動IC集成了針對上述問題的處理功能和調(diào)節(jié)接口。利用控制系統(tǒng)進行參數(shù)調(diào)整，即可有效改善顯示屏的顯示效果。

3.小間距顯示屏之大面積帶載

        大分辨率帶載是小間距顯示屏必然面臨的另一個問題。小間距顯示屏LED燈點間距小，在相同的面積內(nèi)有更大的分辨率。分辨率提高了，如果還是用一張接收卡帶載，顯示性能指標(biāo)會變低；而在空間有限的箱體里，又不能安裝多張接收卡帶載一個箱體。

為了解決以上問題，我們有以下思路及方案：

        1)   在不影響目前已有功能的前提下，縮小接收卡的尺寸，使得在空間有限的箱體中，能夠安裝多張接收卡。該方案的優(yōu)點為：除尺寸不一樣外，接收卡的其它方面均不受影響，兼容性也不受影響，投入時間短。缺點為：所需要的接收卡數(shù)量較多，成本較高，安裝較復(fù)雜。

        2)   提高接收卡的處理能力，讓接收卡能夠帶載更多的點數(shù)，而不影響刷新與灰度性能。該方案的優(yōu)點為：一張接收卡能夠帶載更多的點數(shù)，安裝方便。缺點為：由于不能影響刷新及灰度性能，接收卡必然需要更高的處理速度與處理帶寬，由之帶來的是，接收卡處理平臺的升級，因此，接收卡的制造成本會隨之上升，投入時間長，且與當(dāng)前正在使用的接收卡不兼容。

        3)   第1、2點同時具備，既縮小接收卡尺寸，又提高接收卡處理能力。該方案的優(yōu)點為：一張接收卡能夠帶載更多的點數(shù)，且尺寸小，安裝方便。缺點為：由于尺寸要更小，又要提高處理能力，這對接收卡而言，開發(fā)難度高，制造成本也高。

        4)   根據(jù)箱體結(jié)構(gòu)，定制化接收卡，使接收卡與模塊完美配合，實現(xiàn)大帶載、高性能。該方案的優(yōu)點非常明顯，量身定做，不同的LED規(guī)格都有相應(yīng)的接收處理板，而接收處理板又與燈板設(shè)計以及箱體的設(shè)計匹配，達(dá)到性能與結(jié)構(gòu)的完美。這個方案前期投入較大，需要LED屏體廠商與LED顯示屏系統(tǒng)廠商雙方合作，投入研發(fā)，但一旦產(chǎn)品量產(chǎn)，成本會隨著產(chǎn)量相應(yīng)下降。

4.小間距顯示屏之逐點校正技術(shù)

        小間距顯示屏的快速發(fā)展給逐點校正技術(shù)帶來了的挑戰(zhàn)在于兩方面：一方面是高密度、高分辨率下的校正；另一方面是拼接縫隙校正。

本文提出兩種新技術(shù)，以應(yīng)對上面兩個問題。

1)   大視角逐點校正技術(shù)

        常規(guī)逐點校正技術(shù)由于受到相機分辨率的限制，一次能夠校正的點數(shù)非常有限，通常需要對顯示屏進行分區(qū)校正。校正每個分區(qū)時都需要校正人員重新調(diào)節(jié)長焦鏡頭對指定區(qū)域進行清晰成像以采集數(shù)據(jù)，這就嚴(yán)重降低了校正的效率。

        而大視角逐點校正技術(shù)規(guī)避了這種繁瑣的分區(qū)采集方式，直接使用中短焦距的鏡頭對大視角內(nèi)的LED顯示屏進行成像，在具體測量時，巧妙的利用LED顯示屏的分立顯示可控性，將相鄰的LED像素進行分立顯示，分多次自動完成采集，實現(xiàn)高密度、高分辨率的校正。其原理圖如圖1所示。

        圖1  LED顯示屏分立顯示示意圖

        這種校正技術(shù)能夠使得單次校正分區(qū)的大小擴充為原先的25倍乃至更多，從而大幅度提升了校正效率，并顯著減少了人工操作環(huán)節(jié)。更難得的是，這種測量方式避免了相鄰LED燈點之間的光串?dāng)_，能夠達(dá)到更高的測量精度。

2)   拼接縫隙校正技術(shù)

        拼接縫是小間距顯示屏的頑疾。其對顯示屏的影響主要表現(xiàn)為在拼接縫處出現(xiàn)亮線或者暗線，而它本身的幾何錯位問題并不容易被察覺。在這里我們提出一種基于機器視覺技術(shù)和人眼視覺特性的縫隙檢測和校正技術(shù)：

        a)   基于機器視覺技術(shù)的縫隙檢測

        用相機對LED顯示屏進行實時數(shù)據(jù)采集，利用圖像處理技術(shù)智能識別每一顆LED燈點的坐標(biāo)，再采用灰度重心法（式1和式2），對每一顆LED燈點進行亞像素級別的中心定位，進而計算出其與周圍燈點的間距，最后根據(jù)間距的大小判斷縫隙的所在位置。

        其中，、分別為質(zhì)心（LED燈點亞像素級別的中心位置）的行、列坐標(biāo)，為燈點區(qū)域的大小，為像素時的灰度值。

       b)   基于人眼視覺特性的縫隙校正

        人眼實質(zhì)上是一個光學(xué)器件，其MTF具有低通濾波器的特性（圖2），當(dāng)觀察者由近到遠(yuǎn)觀看LED顯示屏的時候，在近距離處其頻譜基本上都被保存下來，看到的是一個一個分離的像素點，隨著距離增大，高頻成分逐漸被濾除，直至看到連續(xù)的圖像。

        拼接縫本身并沒有導(dǎo)致LED燈點發(fā)光強度的變化，但由于其改變了單位面積內(nèi)的LED分布密度，在人眼低通濾波后，即呈現(xiàn)出明顯的亮暗線特征。

        結(jié)合第一步機器視覺獲得的縫隙信息，再配合人眼的低通濾波過程，可以仿真得到人眼視網(wǎng)膜上真實的投影圖像，如圖3、圖4所示。圖3為有拼接縫隙的LED燈點分布圖，圖4為人眼模糊圖像，可以明顯看到一條垂直亮線和一條水平暗線。

        在得到視網(wǎng)膜的投影圖之后，通過調(diào)節(jié)縫隙周圍LED的亮度就可以削弱其亮度不一致的現(xiàn)象。調(diào)節(jié)參數(shù)可以利用數(shù)值計算的方法求得最優(yōu)解。

5.小結(jié)

        針對小間距顯示屏面臨的顯示效果、大分辨率帶載以及校正問題，本文分析了問題的成因，并探討了解決問題的途徑。通過高端專用驅(qū)動芯片與控制系統(tǒng)的配合，可以解決了余輝、第一掃偏暗、低灰處發(fā)紅、低灰亮度不均勻的問題；高性能的接收卡，為小間距顯示屏的應(yīng)用提供了完備的帶載方案；大視角逐點校正技術(shù)使得高密度、高分辨率的顯示屏校正精度和校正效率更高；采用基于機器視覺技術(shù)和人眼視覺特性的縫隙檢測和校正技術(shù)，解決了拼接縫隙校正問題。