- 提高LED顯示屏顯示效果的相關(guān)技術(shù)分析
- 對(duì)LED顯示屏技術(shù)指標(biāo)的提升
- 提高顯示屏均勻度技術(shù)
- 利用LED顯示屏專(zhuān)用圖像處理器
一、引言
近年來(lái)，全彩色LED顯示屏在體育場(chǎng)館、道路交通、廣告宣傳、租賃等方面的應(yīng)用出現(xiàn)快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。據(jù)美國(guó)Standford Resources對(duì)LED顯示屏產(chǎn)品國(guó)際市場(chǎng)概況的預(yù)測(cè)，當(dāng)前和未來(lái)市場(chǎng)上對(duì)LED顯示屏產(chǎn)品的采用將會(huì)以全彩高畫(huà)質(zhì)為主，因此需要在LED大屏幕顯示控制技術(shù)和新產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面隨時(shí)把握市場(chǎng)趨勢(shì)，攻克高端產(chǎn)品的相應(yīng)技術(shù)難關(guān)并完成高端新產(chǎn)品的研制。
本文結(jié)合國(guó)內(nèi)外LED顯示屏技術(shù)，重點(diǎn)闡述影響LED顯示屏顯示效果的相關(guān)指標(biāo)及關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。
二、LED顯示屏技術(shù)指標(biāo)的提升
全彩色LED顯示屏的灰度等級(jí)、對(duì)比度、刷新頻率等技術(shù)指標(biāo)的高低直接影響全彩色LED顯示屏的顯示效果。
1、灰度等級(jí)
灰度等級(jí)是指LED顯示屏單基色亮度中從最暗到最亮之間能區(qū)別的亮度級(jí)數(shù)，LED顯示屏的灰度等級(jí)越高，顏色越豐富，色彩越艷麗；反之，顯示顏色單一，變化簡(jiǎn)單。灰度等級(jí)的提高，能大大提升色彩深度，使得圖像色彩的顯示層次呈幾何數(shù)量增加。Daktronics公司的LED灰度控制等級(jí)為14bit~16bit，使得高端顯示產(chǎn)品的圖像層次分辨細(xì)節(jié)和顯示效果均達(dá)到了世界先進(jìn)水平。隨著硬件技術(shù)的發(fā)展，LED灰度等級(jí)還會(huì)不斷的向更高的控制精度發(fā)展。
2、對(duì)比度的提高
對(duì)比度是影響視覺(jué)效果的關(guān)鍵因素之一，一般來(lái)說(shuō)對(duì)比度越高，圖像越清晰醒目，色彩越鮮明艷麗。高對(duì)比度對(duì)于圖像的清晰度、細(xì)節(jié)表現(xiàn)、灰度層次表現(xiàn)都有很大幫助。在一些黑白反差較大的文本、視頻顯示中，高對(duì)比度LED顯示屏在黑白反差、清晰度、完整性等方面都具有優(yōu)勢(shì)。對(duì)比度對(duì)于動(dòng)態(tài)視頻顯示效果影響要更大一些，由于動(dòng)態(tài)圖像中明暗轉(zhuǎn)換比較快，對(duì)比度越高，人的眼睛越容易分辨出這樣的轉(zhuǎn)換過(guò)程。
提高顯示屏對(duì)比度兩種主要方法：
(1) 提高LED顯示屏亮度
LED顯示屏亮度在某些場(chǎng)合，并不是越高越好。比如室內(nèi)顯示屏，如果亮度過(guò)高，形成光污染，對(duì)觀察者的視力造成傷害。
(2) 降低LED顯示表面反射率
主要是在LED面板及LED發(fā)光管進(jìn)行特殊工藝處理，降低LED面板反射率，從而提高LED顯示屏對(duì)比度。
Barco公司推出NX系列點(diǎn)間距為4mm的LED全彩色高端顯示屏，從原始工藝的950:1提升至4000:1，使產(chǎn)品在對(duì)比度這個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)上有了很大的提升。
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如圖1所示，（a）左側(cè)為傳統(tǒng)工藝的LED發(fā)光管。一般為黑色面碗LED發(fā)光管，管芯為白色。（a）右側(cè)為Barco公司采用新技術(shù)，使用黑色管芯，有效提高了對(duì)比度指標(biāo)。（b）圖為采用新工藝的P4間距SMD顯示屏模組。
圖1
刷新頻率是LED顯示屏顯示內(nèi)容每秒被重復(fù)顯示的次數(shù)。全彩顯示屏刷新頻率低，圖像會(huì)出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象，特別是在視頻影像設(shè)備拍攝時(shí)，閃爍現(xiàn)象明顯。因此，需要盡可能提高LED顯示屏的刷新頻率。
Daktronics公司ProTour® （PT）模塊LED顯示屏的刷新頻率為2,400Hz，Barco公司NX-4系列顯示屏的刷新頻率已達(dá)到3,200Hz。
所以，提高刷新頻率是技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。
三、提高顯示屏均勻度技術(shù)
LED顯示屏是由幾百萬(wàn)上千萬(wàn)LED像素點(diǎn)組成，由于發(fā)光器件本身的離散性，致使顯示屏產(chǎn)生亮色度不均勻的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響顯示屏的顯示效果。因此，許多顯示屏廠商采用不同的方法提高均勻性。
1、LED發(fā)光管篩選法
為了克服LED發(fā)光管的離散性，早期采用篩選辦法，使LED發(fā)光管的亮度差和色差控制在人眼可以容忍的范圍內(nèi)，該方法造成LED顯示屏的器件成本成倍增長(zhǎng)，顯示效果并不理想。
2、一致化校正技術(shù)
通過(guò)精確控制像素的三基色發(fā)光二極管的方法，控制像素的亮度和三基色的配色關(guān)系，使得顯示屏的所有像素亮度和色度保持一致。該技術(shù)可以徹底解決LED顯示屏亮度、色度不均勻的現(xiàn)象，使顯示屏的顯示效果有質(zhì)的飛躍。
3、LED顯示屏后期均勻性校正方法
均勻性校正概括為：出廠校正、維修校正、服務(wù)區(qū)校正及現(xiàn)場(chǎng)校正。從目前市場(chǎng)需求分析看，現(xiàn)場(chǎng)校正的必要性越來(lái)越突出。
一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)LED顯示屏運(yùn)行到一定時(shí)間，所有的LED發(fā)光管都會(huì)出現(xiàn)亮度衰減，而且三基色管的衰減曲線不一致。因此，它們的亮度也會(huì)較出廠前的亮度有所降低。然而，每個(gè)LED發(fā)光管光電特性的差異，使它們亮度的下降程度產(chǎn)生偏差。于是，當(dāng)顯示屏使用一段時(shí)間后，發(fā)光管會(huì)出現(xiàn)不同程度的亮度衰減，使得像素之間顯示不均勻，從而與最初出廠時(shí)的屏幕相比，整個(gè)圖像會(huì)呈現(xiàn)一種粒狀顯示狀態(tài)，或整體亮度下降。三基色管衰減曲線不一致使白平衡、色溫等發(fā)生改變。
實(shí)際上由于LED發(fā)光管的衰減以及環(huán)境溫度等其它因素的變化，出廠時(shí)非常優(yōu)秀的顯示屏性能變差的現(xiàn)象幾乎是不可避免的。將已安裝好的LED顯示屏再拆卸運(yùn)回工廠進(jìn)行校正，在工程上是不可實(shí)現(xiàn)的。鑒于這些特點(diǎn)，顯示屏制造商必須進(jìn)行基于現(xiàn)場(chǎng)的校正，以保證在顯示屏的整個(gè)生命周期中，始終保持出廠時(shí)的顯示效果。幾種現(xiàn)場(chǎng)校正方法：
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(1) 根據(jù)LED運(yùn)行時(shí)間的校正方法
這是一種早期現(xiàn)場(chǎng)校正方法，它是根據(jù)跟蹤和記錄每一個(gè)LED模塊的運(yùn)行時(shí)間來(lái)對(duì)顯示屏進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)。通過(guò)大致計(jì)算每個(gè)LED的工作時(shí)間，測(cè)定它們各自的平均亮度衰減，估算出不同的校正水平，然后發(fā)送至各個(gè)LED模塊進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。這種方法不需要任何人工輸入。然而，這種方法忽略了一種很重要的問(wèn)題，通過(guò)運(yùn)行時(shí)間估算出的LED衰減頻率并不適合于各個(gè)LED。隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，LED衰減頻率的幅度范圍也越來(lái)越大，在平均基礎(chǔ)上進(jìn)行的校正使一部分LED接近校正水平，然而卻使另一部分LED更加偏離。由于各個(gè)模塊之間的亮度水平不一樣，同時(shí)又沒(méi)有有效的方法去調(diào)整這些亮度不匹配的模塊，因而，在運(yùn)行時(shí)間不同的模塊之間進(jìn)行均勻度的調(diào)整時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一系列的問(wèn)題，并且最為關(guān)鍵的是，這種方法不能實(shí)現(xiàn)像素之間的校準(zhǔn)。所以，經(jīng)過(guò)這種校正以后，顯示屏給人的整體感覺(jué)呈現(xiàn)出馬賽克現(xiàn)象，不能很好的改善后期顯示屏均勻性問(wèn)題。
圖2 SMD三基色隨工作時(shí)間亮度變化曲線
為了徹底改善顯示顯示屏均勻性的問(wèn)題，需利用專(zhuān)用采集設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)LED顯示屏的每個(gè)像素點(diǎn)的光色信息進(jìn)行快速準(zhǔn)確的采集，通過(guò)相關(guān)算法對(duì)每個(gè)LED發(fā)光管的實(shí)際衰減程度進(jìn)行補(bǔ)償，從而實(shí)現(xiàn)真正意義上的一致化校正，即使對(duì)于運(yùn)行不同時(shí)間的LED模塊也能實(shí)現(xiàn)像素級(jí)別的校準(zhǔn)。經(jīng)過(guò)校正，使顯示屏恢復(fù)至剛出廠時(shí)的均勻顯示效果。
圖3 戶(hù)外顯示屏現(xiàn)場(chǎng)校正前后比較
現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境與工廠環(huán)境有很大的差別，要快速、準(zhǔn)確的將LED顯示屏上百萬(wàn)個(gè)LED發(fā)光管的光色信息采集、校正以及以后的LED顯示屏的維修，還有很多技術(shù)難題需要解決。
四、LED顯示屏專(zhuān)用圖像處理器
隨著LED顯示屏廣泛應(yīng)用在各種場(chǎng)合，以往單一的PC機(jī)控制LED顯示屏顯示已滿(mǎn)足不了用戶(hù)的需求。Daktronics公司、Lighthouse公司都已推出LED顯示屏專(zhuān)用圖像處理器，用以提高LED顯示屏的提高顯示效果。LED顯示屏專(zhuān)用圖像處理器主要包括以下幾個(gè)功能：
1、視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換功能
支持VGA、SVGA、XGA格式的數(shù)字信號(hào)或模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成LED顯示屏專(zhuān)用視頻格式的信號(hào)。Daktronics公司DV-Link圖像處理器的圖像效果增強(qiáng)功能，能夠?qū)AL信號(hào)轉(zhuǎn)化為每秒50幅圖像畫(huà)面的圖像信號(hào)，而NTSC信號(hào)轉(zhuǎn)化的圖像信號(hào)達(dá)到每秒60幅畫(huà)面。經(jīng)過(guò)提高的畫(huà)面播放速度使屏幕上顯示的快速運(yùn)動(dòng)變得連貫。
2、色空間轉(zhuǎn)換功能
由于LED顯示屏的色空間比現(xiàn)行的電視信號(hào)的色空間要大得多，因此，如果在顯示屏中直接用電視視頻的RGB三基色信號(hào)去控制LED三基色的發(fā)光，將產(chǎn)生色偏差，使得LED顯示出來(lái)的圖像與原圖像的顏色有明顯的失真，嚴(yán)重影響顯示效果。圖像處理器將NTSC和PAL色彩值轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)ED色彩值，從而保證了視頻信號(hào)的完美重現(xiàn)。
3、可調(diào)的GAMMA校正功能
伽瑪校正可以改善圖像暗區(qū)和亮區(qū)，消除模糊或過(guò)渡反差。伽瑪校正實(shí)現(xiàn)了對(duì)圖像明暗度的調(diào)整，能夠增強(qiáng)圖像的暗區(qū)和亮區(qū)在LED顯示屏上的效果。
4、圖像處理技術(shù)
針對(duì)不同的場(chǎng)合，采用不同的圖像處理技術(shù)對(duì)顯示屏所要顯示的圖像進(jìn)行預(yù)處理，用以提高顯示屏的顯示效果。例如：由于快速運(yùn)動(dòng)所引起的圖像不連貫的問(wèn)題，可采用運(yùn)動(dòng)圖像處理技術(shù)，保證了顯示屏平滑運(yùn)動(dòng)和最佳圖像；對(duì)角線補(bǔ)償技術(shù)檢查視頻圖像的對(duì)角線模式，使圖像的邊沿變得平滑。圖像銳化技術(shù)突出了圖像的邊沿，從而使顯示效果更加清晰流暢。
五、結(jié)論
綜上所述，提升LED顯示屏的顯示效果，不能單純的由顯示屏的幾個(gè)技術(shù)指標(biāo)的高低來(lái)決定，還需要有其它一些關(guān)鍵性技術(shù)做支撐。在高端產(chǎn)品技術(shù)上，國(guó)內(nèi)企業(yè)與國(guó)際上一些知名LED顯示屏生產(chǎn)商還有很大差距。國(guó)內(nèi)企業(yè)需要加大在關(guān)鍵技術(shù)上的研發(fā)投入，打破國(guó)外關(guān)鍵技術(shù)的壟斷，進(jìn)入高端LED顯示屏市場(chǎng)，獲得更大的利潤(rùn)空間。
