小間距LED顯示屏解決方案

一、 概述

       小間距LED顯示屏是指LED點間距在P2.5以下的室內LED顯示屏。小間距LED顯示屏與其他室內顯示設備相比，具有無縫拼接、模塊化維護、色彩自然真實、顯示均勻性更好，色域空間更寬等優點，小間距LED顯示屏在室內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。顯示效果（如余輝、第一掃偏暗、低灰處發紅、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，并提出了相應的解決方案。

二、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、低灰處發紅、低灰亮度不均勻等等問題的影響嚴重。

       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，導致 LED 非預期的出現微亮。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，以致產生低灰處發紅現象。

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

上述問題，可以通過驅動IC與控制系統配合進行抑制。目前，已經有高端驅動IC集成了針對上述問題的處理功能和調節接口。利用控制系統進行參數調整，即可有效改善顯示屏的顯示效果。

三、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：所需要的接收卡數量較多，成本較高，安裝較復雜。

2)   提高接收卡的處理能力，讓接收卡能夠帶載更多的點數，而不影響刷新與灰度性能。該方案的優點為：一張接收卡能夠帶載更多的點數，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。該方案的優點為：一張接收卡能夠帶載更多的點數，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，開發難度高，制造成本也高。

四、小間距顯示屏之逐點校正技術

      小間距顯示屏的快速發展給逐點校正技術帶來了的挑戰在于兩方面：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，以應對上面兩個問題。

1)   大視角逐點校正技術

      常規逐點校正技術由于受到相機分辨率的限制，一次能夠校正的點數非常有限，通常需要對顯示屏進行分區校正。校正每個分區時都需要校正人員重新調節長焦鏡頭對指定區域進行清晰成像以采集數據，這就嚴重降低了校正的效率。

      而大視角逐點校正技術規避了這種繁瑣的分區采集方式，直接使用中短焦距的鏡頭對大視角內的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，實現高密度、高分辨率的校正。其原理圖如圖1所示

       這種校正技術能夠使得單次校正分區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節。更難得的是，這種測量方式避免了相鄰LED燈點之間的光串擾，能夠達到更高的測量精度。

2)   拼接縫隙校正技術

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為在拼接縫處出現亮線或者暗線，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和人眼視覺特性的縫隙檢測和校正技術：

 a)   基于機器視覺技術的縫隙檢測

       用相機對LED顯示屏進行實時數據采集，利用圖像處理技術智能識別每一顆LED燈點的坐標，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，最后根據間距的大小判斷縫隙的所在位置。

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

b)   基于人眼視覺特性的縫隙校正

 人眼實質上是一個光學器件，其MTF具有低通濾波器的特性，當觀察者由近到遠觀看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，直至看到連續的圖像。

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

結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。

在得到視網膜的投影圖之后，通過調節縫隙周圍LED的亮度就可以削弱其亮度不一致的現象。調節參數可以利用數值計算的方法求得最優解。

五、小結

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。通過高端專用驅動芯片與控制系統的配合，可以解決了余輝、第一掃偏暗、低灰處發紅、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用提供了完備的帶載方案；大視角逐點校正技術使得高密度、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和人眼視覺特性的縫隙檢測和校正技術，解決了拼接縫隙校正問題。