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LED顯示屏色度處理技術(shù)

發(fā)布時(shí)間:2010-11-17

中心議題:
  • 如何提高LED顯示屏色度均勻性;
  • 如何提高LED顯示屏的色彩還原度;
  • 如何擴(kuò)大色域,還原更多自然界色彩
解決方案:
  • 增加黃、青二基色的目的是為了擴(kuò)大色域,從而提高色飽和度。而總體亮度值不能改變
  • 在提高色飽和度的同時(shí),不得改變色調(diào)
  • 以D65為中心;以RYGCB色域邊界為端點(diǎn),在色域范圍內(nèi)各點(diǎn)作線性擴(kuò)張

  
LED顯示屏技術(shù)從二十世紀(jì)80年代初的單色顯示屏,到80年代末的雙基色顯示屏,再到90年代中期的三基色(全彩色)顯示屏,直到今天我們?cè)谄桨屣@示領(lǐng)域廣泛討論的多基色(大于三基色)處理技術(shù)。LED顯示屏的色度處理技術(shù)從最基本的基色波長(zhǎng)選擇、到白場(chǎng)色溫的調(diào)配、再到為提高色彩還原度而進(jìn)行的色彩空間變換處理和為改善畫質(zhì)的色度均勻性處理、直到今天我們?yōu)榱藬U(kuò)大色域再現(xiàn)更多的自然界色彩而采取的多基色(大于三基色)處理。各種色度處理技術(shù)貫穿著LED顯示屏的發(fā)展史,成為L(zhǎng)ED顯示屏這門綜合性學(xué)科中最核心的技術(shù)之一。

各類色度處理技術(shù)

1基色波長(zhǎng)的選擇

  
LED顯示屏在各行各業(yè)有著非常廣泛的應(yīng)用,而在不同的應(yīng)用場(chǎng)所對(duì)LED的基色波長(zhǎng)有著不同的要求,對(duì)于LED基色波長(zhǎng)的選擇有些是為了取得良好的視覺(jué)效果,有些是為了符合人們的習(xí)慣,而有些更是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)甚至國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。比如,對(duì)全彩色LED顯示屏中綠管基色波長(zhǎng)的選擇;早期大家普遍選用波長(zhǎng)為570nm黃綠色LED,雖然
  
成本較低,但顯示屏的色域較小、色彩還原度差、亮度低。而在選擇了波長(zhǎng)為525nm的純綠管之后,顯示屏色域擴(kuò)大了近一倍,且色彩還原度大幅提高,極大地提高了顯示屏的視覺(jué)效果。再比如,證券行情顯示屏,人們通常習(xí)慣于用紅色表示股價(jià)上漲、用綠色表示股價(jià)下跌、而用黃色表示平盤。而在交通行業(yè)則是由國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格規(guī)定了藍(lán)綠波段表示通行、紅色波段為禁行。因而,基色波長(zhǎng)的選擇是LED顯示屏重要環(huán)節(jié)之一。
 
2白場(chǎng)色坐標(biāo)的調(diào)配
  
白場(chǎng)色坐標(biāo)調(diào)配是全彩色LED顯示屏最基本的技術(shù)之一。但是在二十世紀(jì)90年代中期,由于缺乏行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和基本的測(cè)試手段,通常只是靠人眼、憑感覺(jué)確定白場(chǎng)色坐標(biāo),從而造成嚴(yán)重偏色和白場(chǎng)色溫的隨意性。隨著行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的頒布和測(cè)試手段的完備,許多制造商開始規(guī)范全彩屏配色工藝。但是仍然有部分制造商由于缺乏配色的理論指導(dǎo),常常以犧牲某些基色的灰度等級(jí)來(lái)調(diào)配百場(chǎng)色坐標(biāo),綜合性能得不到提高。

3色度均勻性處理.
  
LED顯示屏色度均勻性問(wèn)題一直以來(lái)是困擾業(yè)內(nèi)人士的一大難題,一般認(rèn)為L(zhǎng)ED的亮度不均勻可以進(jìn)行單點(diǎn)校正,來(lái)改善亮度均勻性。而色度不均勻是無(wú)法進(jìn)行校正的,只能通過(guò)對(duì)LED色坐標(biāo)進(jìn)行細(xì)分和篩選來(lái)改善。
  
隨著人們對(duì)LED顯示屏的要求越來(lái)越高,只對(duì)LED色坐標(biāo)進(jìn)行細(xì)分和篩選已無(wú)法滿足人們挑剔的目光,對(duì)顯示屏進(jìn)行綜合校正處理,使色度均勻性得到改善是可實(shí)現(xiàn)的。
 
我們發(fā)現(xiàn)即使是國(guó)際第一品牌同一檔LED也存在較大的波長(zhǎng)偏差和色飽和度偏差,而且該偏差范圍大大超過(guò)了人眼對(duì)綠色色差鑒別的閾值因此,進(jìn)行色度均勻性校正是有重要意義的。
  
在CIE1931色度圖中,按重力中心定律,我們發(fā)現(xiàn):在G檔范圍內(nèi)(□abcd)的任意一點(diǎn)綠色混合一定比例的紅色和藍(lán)色,都可以將混合色的色坐標(biāo)調(diào)整到直線cR和直線dB的交叉點(diǎn)O。
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雖然可以使色度均勻性極大地改善。但是,經(jīng)過(guò)校正后的色飽和度明顯下降。同時(shí),采用紅和藍(lán)來(lái)校正綠色色度均勻性的另一個(gè)前提是同一個(gè)象素內(nèi)紅綠藍(lán)三種LED盡可能采用集中分布使得紅綠藍(lán)的混色距離盡可能的近,才能取得較好的效果。而目前業(yè)內(nèi)通常采用的是LED均勻分布方法將會(huì)給色度均勻性校正帶來(lái)混亂。另外,數(shù)以萬(wàn)計(jì)的紅綠藍(lán)LED色坐標(biāo)的測(cè)量工作如何展開也是一個(gè)極為棘手的難題。對(duì)此我們給了提示。

4色彩還原處理
  
純藍(lán)、純綠LED的誕生,使全彩色LED顯示屏以其色域范圍寬、亮度高受到業(yè)內(nèi)的追捧。但是,由于紅綠藍(lán)LED的色品坐標(biāo)與PAL制電視紅綠藍(lán)的色品坐標(biāo)有較大的偏差(見(jiàn)表1),使得LED全彩屏的色彩還原度較差。尤其在表現(xiàn)人的膚色時(shí),視覺(jué)上存在較為明顯的偏差。由此,色彩還原處理技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。在此筆者推薦兩種色彩還原處理的方法:
  
其一:對(duì)紅綠藍(lán)三基色LED進(jìn)行色坐標(biāo)空間變換,使LED與PAL制電視兩者之間的三基色色坐標(biāo)盡可能靠近,從而大大提高LED顯示屏的色彩還原度。但是,該方法大幅度縮減了LED顯示屏的色域范圍,使畫面的色飽和度大幅下降。
  
其二:只對(duì)人眼最敏感的膚色色域進(jìn)行適當(dāng)校正;而對(duì)其它人眼不夠敏感的色域盡可能少降低原有的色飽和度。如此處理,可在色彩還原度和色彩飽和度之間得到平衡。
  
5 3+2多基色色度處理方法
  
春天萬(wàn)物復(fù)蘇,在藍(lán)天的輝映下,綠草青青;秋天麥浪滾滾;在陽(yáng)光的普照下,一片金黃。五彩繽紛的大自然是那么的美好,遺憾的是現(xiàn)有的LED顯示屏無(wú)法完全再現(xiàn)這美好的景色。LED雖然屬于單色光,但是各色LED仍然有30~50nm左右的半波寬,因此其色飽和度是有限的。從圖3中可以看出:在大自然界色彩極為豐富的黃色和青色區(qū)域LED全彩屏的色飽和度是嚴(yán)重不足的。

近年來(lái),在平板顯示領(lǐng)域熱衷于討論3+3多基色顯示(紅、綠、藍(lán)加黃、青、紫),以擴(kuò)大色域,再現(xiàn)更為豐富的自然界色彩。那么,LED顯示屏可否實(shí)現(xiàn)3+3多基色顯示?
  
我們知道在可見(jiàn)光范圍內(nèi),黃、青為單色光,我們已擁有高飽和度的黃色、青色LED。而紫色為復(fù)色光,單芯片紫色LED則是不存在的。雖然我們無(wú)法實(shí)現(xiàn)紅、綠、藍(lán)加黃、青、紫3+3多基色LED顯示屏。但是,研究紅、綠、藍(lán)加黃、青3+2多基色LED顯示屏卻是可行的。由于自然界存在大量高飽和度的黃色和青色;因此,該項(xiàng)研究是有一定價(jià)值的。
  
在現(xiàn)行的各種電視標(biāo)準(zhǔn)中,視頻源只有紅綠藍(lán)三基色,而沒(méi)有黃、青二色。那么,顯示終端黃、青二基色如何驅(qū)動(dòng)?其實(shí),在確定黃、青二基色驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度時(shí);我們因遵循以下三點(diǎn)原則:
  
(1)增加黃、青二基色的目的是為了擴(kuò)大色域,從而提高色飽和度。而總體亮度值不能改變;
(2)在提高色飽和度的同時(shí),不得改變色調(diào);
(3)以D65為中心;以RYGCB色域邊界為端點(diǎn),在色域范圍內(nèi)各點(diǎn)作線性擴(kuò)張。
  
在上述三原則的指導(dǎo)下;按重力中心定律,我們可以找到3+2多基色色度處理方法。但是,要想真正實(shí)現(xiàn)3+2多基色全彩屏,我們還要克服黃、青色LED亮度不足;成本上升較大等困難,目前僅限于理論探討。

綜上所述,我們主要討論了三個(gè)方面的問(wèn)題:
  
(1)如何提高LED顯示屏色度均勻性;
(2)如何提高LED顯示屏的色彩還原度;
(3)如何擴(kuò)大色域,還原更多自然界色彩。
  
上述各項(xiàng)色度處理技術(shù)在具體實(shí)施時(shí),都是相互關(guān)聯(lián)的,某些方面甚至是魚和熊掌不可兼得的。綜合LED顯示屏還須進(jìn)行亮度均勻性校正、灰度非線性變換、降噪處理、圖像增強(qiáng)處理、動(dòng)態(tài)象素處理等,整個(gè)信號(hào)處理流程非常復(fù)雜。因此,我們必須從系統(tǒng)的角度對(duì)各項(xiàng)性能進(jìn)行綜合權(quán)衡,把握好各項(xiàng)處理的次序,并加大信號(hào)處理的深度,才能使LED全彩色顯示屏展現(xiàn)一個(gè)五彩繽紛、絢麗多姿的精彩世界。

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