昆明小間距LED顯示屏解決方案

1.概述

        小間距LED顯示屏是指LED點(diǎn)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(wú)縫拼接、模塊化維護(hù)、色彩自然真實(shí)、顯示均勻性更好，色域空間更寬等優(yōu)點(diǎn)，小間距LED顯示屏在室內(nèi)顯示市場(chǎng)具有巨大潛力。

        但同時(shí)，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(duì)以上問(wèn)題，本文分析了各個(gè)問(wèn)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(diǎn)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(wèn)題的影響嚴(yán)重。

        余輝是由于掃描屏在掃瞄過(guò)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(guò)斜線圖案測(cè)試，可以觀察到點(diǎn)亮的 LED 附近燈點(diǎn)也會(huì)微微地被點(diǎn)亮。余輝現(xiàn)象會(huì)造成圖像模糊。

        第一掃偏暗的成因于在換行掃時(shí)，燈板寄生電容中累積電荷，在第一行掃開(kāi)啟時(shí)，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?yàn)镽、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(huì)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(lái)自LED的不一致性，以及驅(qū)動(dòng)芯片自身的差異。

        上述問(wèn)題，可以通過(guò)驅(qū)動(dòng)IC與控制系統(tǒng)配合進(jìn)行抑制。目前，已經(jīng)有高端驅(qū)動(dòng)IC集成了針對(duì)上述問(wèn)題的處理功能和調(diào)節(jié)接口。利用控制系統(tǒng)進(jìn)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(gè)問(wèn)題。小間距顯示屏LED燈點(diǎn)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(huì)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(gè)箱體。

為了解決以上問(wèn)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(diǎn)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(shí)間短。缺點(diǎn)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(diǎn)數(shù)，而不影響刷新與灰度性能。該方案的優(yōu)點(diǎn)為：一張接收卡能夠帶載更多的點(diǎn)數(shù)，安裝方便。缺點(diǎn)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(lái)的是，接收卡處理平臺(tái)的升級(jí)，因此，接收卡的制造成本會(huì)隨之上升，投入時(shí)間長(zhǎng)，且與當(dāng)前正在使用的接收卡不兼容。

        3)   第1、2點(diǎn)同時(shí)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(diǎn)為：一張接收卡能夠帶載更多的點(diǎn)數(shù)，且尺寸小，安裝方便。缺點(diǎn)為：由于尺寸要更小，又要提高處理能力，這對(duì)接收卡而言，開(kāi)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(shí)現(xiàn)大帶載、高性能。該方案的優(yōu)點(diǎn)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(jì)以及箱體的設(shè)計(jì)匹配，達(dá)到性能與結(jié)構(gòu)的完美。這個(gè)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(huì)隨著產(chǎn)量相應(yīng)下降。

4.小間距顯示屏之逐點(diǎn)校正技術(shù)

        小間距顯示屏的快速發(fā)展給逐點(diǎn)校正技術(shù)帶來(lái)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(duì)上面兩個(gè)問(wèn)題。

1)   大視角逐點(diǎn)校正技術(shù)

        常規(guī)逐點(diǎn)校正技術(shù)由于受到相機(jī)分辨率的限制，一次能夠校正的點(diǎn)數(shù)非常有限，通常需要對(duì)顯示屏進(jìn)行分區(qū)校正。校正每個(gè)分區(qū)時(shí)都需要校正人員重新調(diào)節(jié)長(zhǎng)焦鏡頭對(duì)指定區(qū)域進(jìn)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(diǎn)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(duì)大視角內(nèi)的LED顯示屏進(jìn)行成像，在具體測(cè)量時(shí)，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(jìn)行分立顯示，分多次自動(dòng)完成采集，實(shí)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(kuò)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(cè)量方式避免了相鄰LED燈點(diǎn)之間的光串?dāng)_，能夠達(dá)到更高的測(cè)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(duì)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(cuò)位問(wèn)題并不容易被察覺(jué)。在這里我們提出一種基于機(jī)器視覺(jué)技術(shù)和人眼視覺(jué)特性的縫隙檢測(cè)和校正技術(shù)：

        a)   基于機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的縫隙檢測(cè)

        用相機(jī)對(duì)LED顯示屏進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，利用圖像處理技術(shù)智能識(shí)別每一顆LED燈點(diǎn)的坐標(biāo)，再采用灰度重心法（式1和式2），對(duì)每一顆LED燈點(diǎn)進(jìn)行亞像素級(jí)別的中心定位，進(jìn)而計(jì)算出其與周圍燈點(diǎn)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(diǎn)亞像素級(jí)別的中心位置）的行、列坐標(biāo)，為燈點(diǎn)區(qū)域的大小，為像素時(shí)的灰度值。

       b)   基于人眼視覺(jué)特性的縫隙校正

        人眼實(shí)質(zhì)上是一個(gè)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(shí)候，在近距離處其頻譜基本上都被保存下來(lái)，看到的是一個(gè)一個(gè)分離的像素點(diǎn)，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(méi)有導(dǎo)致LED燈點(diǎn)發(fā)光強(qiáng)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(jī)器視覺(jué)獲得的縫隙信息，再配合人眼的低通濾波過(guò)程，可以仿真得到人眼視網(wǎng)膜上真實(shí)的投影圖像，如圖3、圖4所示。圖3為有拼接縫隙的LED燈點(diǎn)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(guò)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(jì)算的方法求得最優(yōu)解。

5.小結(jié)

        針對(duì)小間距顯示屏面臨的顯示效果、大分辨率帶載以及校正問(wèn)題，本文分析了問(wèn)題的成因，并探討了解決問(wèn)題的途徑。通過(guò)高端專用驅(qū)動(dòng)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(wèn)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(diǎn)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(jī)器視覺(jué)技術(shù)和人眼視覺(jué)特性的縫隙檢測(cè)和校正技術(shù)，解決了拼接縫隙校正問(wèn)題。