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全面解析LED顯示屏各類色度處理技術(shù)

2011年10月14日 13:32   來源:中國數(shù)字視聽網(wǎng)   字體【

【中國數(shù)字視聽網(wǎng)訊】led顯示屏技術(shù)從二十世紀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,直到今天我們在平板顯示領(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選擇、到白場色溫的調(diào)配、再到為提高色彩還原度而進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led顯示屏這門綜合性學(xué)科中最核心的技術(shù)之一。

1、基色波長的選擇

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)用場所對LED的基色波長有著不同的要求,對于LED基色波長的選擇有些是為了取得良好的視覺效果,有些是為了符合人們的習(xí)慣,而有些更是行業(yè)標準、國家標準甚至國際標準的規(guī)定。比如,對全彩色LED顯示屏中綠管基色波長的選擇;早期大家普遍選用波長為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。而在選擇了波長為525nm的純綠管之后,顯示屏色域擴大了近一倍,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上漲、用綠色表示股價下跌、而用$表示平盤。而在交通行業(yè)則是由國家標準嚴格規(guī)定了藍綠波段表示通行、紅色波段為禁行。因而,基色波長的選擇是led顯示屏重要環(huán)節(jié)之一。

2、白場色坐標的調(diào)配

白場色坐標調(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90年代中期,由于缺乏行業(yè)標準和基本的測試手段,通常只是靠人眼、憑感覺確定白場色坐標,從而造成嚴重偏色和白場色溫的隨意性。隨著行業(yè)標準的頒布和測試手段的完備,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來調(diào)配百場色坐標,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題一直以來是困擾業(yè)內(nèi)人士的一大難題,一般認為LED的亮度不均勻可以進行單點校正,來改善亮度均勻性。而色度不均勻是無法進行校正的,只能通過對LED色坐標進行細分和篩選來改善。

隨著人們對led顯示屏的要求越來越高,只對LED色坐標進行細分和篩選已無法滿足人們挑剔的目光,對顯示屏進行綜合校正處理,使色度均勻性得到改善是可實現(xiàn)的。

我們發(fā)現(xiàn)即使是國際第一品牌同一檔LED也存在較大的波長偏差和色飽和度偏差,而且該偏差范圍大大超過了人眼對綠色色差鑒別的閾值因此,進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)的任意一點綠色混合一定比例的紅色和藍色,都可以將混合色的色坐標調(diào)整到直線cR和直線dB的交叉點O.

雖然可以使色度均勻性極大地改善。但是,經(jīng)過校正后的色飽和度明顯下降。同時,采用紅和藍來校正綠色色度均勻性的另一個前提是同一個象素內(nèi)紅綠藍三種LED盡可能采用集中分布使得紅綠藍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均勻分布方法將會給色度均勻性校正帶來混亂。另外,數(shù)以萬計的紅綠藍LED色坐標的測量工作如何展開也是一個極為棘手的難題。對此我們給了提示。

4、色彩還原處理

純藍、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LED的色品坐標與PAL制電視紅綠藍的色品坐標有較大的偏差(見表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,視覺上存在較為明顯的偏差。由此,色彩還原處理技術(shù)應(yīng)運而生。在此筆者推薦兩種色彩還原處理的方法:

其一:對紅綠藍三基色LED進行色坐標空間變換,使LED與PAL制電視兩者之間的三基色色坐標盡可能靠近,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:只對人眼最敏感的膚色色域進行適當校正;而對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

春天萬物復(fù)蘇,在藍天的輝映下,綠草青青;秋天麥浪滾滾;在陽光的普照下,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$和青色區(qū)域LED全彩屏的色飽和度是嚴重不足的。

近年來,在平板顯示領(lǐng)域熱衷于討論3+3多基色顯示(紅、綠、藍加黃、青、紫),以擴大色域,再現(xiàn)更為豐富的自然界色彩。那么,led顯示屏可否實現(xiàn)3+3多基色顯示?

我們知道在可見光范圍內(nèi),黃、青為單色光,我們已擁有高飽和度的$、青色LED.而紫色為復(fù)色光,單芯片紫色LED則是不存在的。雖然我們無法實現(xiàn)紅、綠、藍加黃、青、紫3+3多基色led顯示屏。但是,研究紅、綠、藍加黃、青3+2多基色led顯示屏卻是可行的。由于自然界存在大量高飽和度的$和青色;因此,該項研究是有一定價值的。

在現(xiàn)行的各種電視標準中,視頻源只有紅綠藍三基色,而沒有黃、青二色。那么,顯示終端黃、青二基色如何驅(qū)動?其實,在確定黃、青二基色驅(qū)動強度時;我們因遵循以下三點原則:

(1)增加黃、青二基色的目的是為了擴大色域,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,不得改變色調(diào);

(3)以D65為中心;以RYGCB色域邊界為端點,在色域范圍內(nèi)各點作線性擴張。

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方面的問題:

(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)如何擴大色域,還原更多自然界色彩。

上述各項色度處理技術(shù)在具體實施時,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顯示屏還須進行亮度均勻性校正、灰度非線性變換、降噪處理、圖像增強處理、動態(tài)象素處理等,整個信號處理流程非常復(fù)雜。因此,我們必須從系統(tǒng)的角度對各項性能進行綜合權(quán)衡,把握好各項處理的次序,并加大信號處理的深度,才能使LED全彩色顯示屏展現(xiàn)一個五彩繽紛、絢麗多姿的精彩世界。

(編輯:盈旭)

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