改善校正后低辉均匀度的算法研究

导读：本文将对校正后低辉均匀度存在的问题和成因进行探讨，并提出在现有硬件基础的条件下，通过改进应用校正系数的软件算法，来改善低辉均匀度效果的方法，最后通过软件模拟校正效果，验证算法可行性。

正如画龙最后须点睛，逐点校正已经成为高端显示屏制造必备工序，也是让旧屏和“花”屏一夜之间焕然一新的售后法宝。然而，虽然校正后整体亮色均匀度得到了极大的提升，但在校正后0～30灰阶上，低辉显示均匀度却存在瑕疵，在个别灰度级别上均匀度甚至出现严重恶化现象。虽然这种瑕疵对绝大部分显示内容的播放效果并没有影响，但如何能加以改善，让校正后的显示质量更加完美，依然是受到业界广泛关注的课题。

本文将对校正后低辉均匀度存在的问题和成因进行探讨，并提出在现有硬件基础的条件下，通过改进应用校正系数的软件算法，来改善低辉均匀度效果的方法，最后通过软件模拟校正效果，验证算法可行性。

1. 校正后低辉均匀度存在的问题

亮度校正后，0～30灰阶的低辉段，往往存在如下问题：

1) RGB单色临近起辉点的灰阶会呈现出一部分灯点亮，一部分灯点不亮的“满天星”图样;而白色临近起辉点的灰阶则表现为彩色的 “满天星”;

2) RGB单色及白色的低辉段，出现个别灰阶，均匀度明显恶化，甚至不如不校正;

3) RGB单色及白色的低辉段，可能会出现“灰阶亮度逆变”，即高灰阶的亮度低于相邻的低灰阶亮度，和“灰阶亮度跃升”，即高灰阶的亮度相对相邻的低灰阶，出现异常的陡升。

而亮色一体校正，除了以上问题外，还会出现单色点亮显示屏时，部分灰阶出现色斑。

2. 校正后低辉均匀度问题成因分析

简单地说，校正后低辉均匀度问题的成因，是LED屏低辉段原始灰阶亮度的阶梯跃升。这种阶梯跃升的产生有多方面的深层原因，包括控制系统的伽玛校正精度，灰阶位数与实际实现能力，扫描屏的行扫描电流冲击，驱动芯片的响应，LED的启动电压，PCB的电路设计等等等等，这里不做详细分析。

LED屏原始低辉段灰阶亮度非平滑过渡可以归纳为以下几种现象：

1) 起辉灰阶以下，所有灯点不亮;

2) 起辉灰阶到30灰阶之间，亮度呈阶梯状上升;

3) 起辉灰阶到30灰阶之间，可能存在“灰阶亮度逆变”和“灰阶亮度跃升”;

以下为我们对一P6表贴屏使用PR655色彩亮度计实测的RGB低辉段灰阶亮度曲线：

从曲线中可以看到：

1)该屏在当前控制系统参数设置条件下，起辉灰阶为14级;

2)RGB三色在低辉段均存在台阶式的亮度变化，在14-16级，17-19级，RGB三色均无亮度变化，GB两色在20-23共4级灰阶无明显亮度变化，G在25-26级无亮度变化;

3)R亮度在17，25，28灰阶有较大的亮度跃升;B在17，25灰阶有轻微亮度跃升;

正是这种低辉度的亮度台阶和跃升跳变乃至逆变等现象，导致应用校正系数后，起辉点附近的灰阶上，会出现部分灯点处于起辉点下的“满天星”现象;而在某些灰阶，不同区域的灯点亮度分处于台阶的上下沿，就会造成均匀度不佳，遇到亮度大幅跃升的灰阶附近，均匀性会严重恶化。

均匀性不理想的灰阶出现在哪些级别，与校正目标值、灰阶亮度台阶的位置，以及屏原始亮度均匀性相关。

在上述P6表贴屏上，用90%的亮度平均值作为校正目标值时：

没有出现起辉点附近“满天星”;出现均匀度恶化的灰阶为B17，B18，G17，G19，G25，R17，R25，R29;均位于灰阶亮度跃升的台阶附近;

而在用80%的亮度平均值作为校正目标值时：

RGB的14，15灰阶均表现为“满天星”，或多或少的灯点落在起辉点下;出现均匀度恶化的灰阶为：B18，B19，G18，G21，G26，R18，R27，R32;

可以看到，校正目标值降低，即校正幅度变深时，起辉点附近会出现严重恶化的“满天星”，有多少灰阶会出现“满天星”，则是由屏的原始均匀度决定的，原始均匀度越差，就会有越多的“满天星”灰阶级别出现。

均匀度恶化的灰阶级别数量与校正幅度无关，只与灰阶亮度台阶数相关，台阶数越多，均匀度恶化的灰阶也就越多;但校正目标值降低，出现恶化的灰阶级别会提高。

3. 改善校正后低辉均匀度的算法

由于存在上述的低辉段灰阶亮度非平滑阶梯跃升，事实上低辉段不加校正，均匀性表现优于校正后。那么，如果设计一种分段处理的算法，让逐点校正系数的应用不是简单的全灰阶应用，而是一种从起辉灰阶开始不加校正，而在一段灰阶范围逐渐“缓释”过渡到正常应用的方式，将会对低辉段的均匀性表现起到非常大的改善。

综合考虑算法的简洁和起辉点附近不应用系数的需要，我们采用平方函数作为“缓释”函数。

如某像素的单色校正系数为 “CorrectionFactor”;

令起辉灰阶为“BreakPoint”;当前灰阶为“GrayScale”;

令缓释灰阶范围为“SlowReleaseRange”;

常规系数灰阶应用曲线为全灰阶应用，示意图如下：

而低辉改良算法中，

即：1)0 < GrayScale < BreakPoint区间，校正系数=1;

2)BreakPoint < GrayScale < (BreakPoint + SlowReleaseRange) 区间，

校正系数=1-(1-CorrectionFactor) *((GrayScale-Breakpoint)/(SlowReleaseRange))2;

3) (BreakPoint + SlowReleaseRange) < GrayScale < 255区间，校正系数=CorrectionFactor ;

将上述算法从亮度校正延伸到亮色一体校正中，此时单色校正系数有3个。

假设某像素的红色校正向量(RR，RG，RB) =(0.8715，0.1253，0.1864);

RR为主色校正系数，RG与RB为补色校正系数。

低辉改良算法中，合理的系数应用“缓释”机制应为：

Ø 主色校正系数RR在缓释区域SlowReleaseRange从1过渡到0.8715;

Ø 补色校正系数RG在缓释区域SlowReleaseRange从0过渡到0.1253;

Ø 补色校正系数RB在缓释区域SlowReleaseRange从0过渡到0.1864;

同理，绿蓝亮色的系数向量可应用同样的算法处理。

应用以上的缓释机制，将使补色起作用的灰阶提高，但因补色的低辉阶梯产生的均匀度恶化现象也将得到相当的改善。

4. 软件模拟校正效果验证算法

我们使用软件生成校正图样输出给LED屏，模拟校正后效果的方法，对以上算法改善低辉效果的可行性进行了验证。

设定80%平均亮度为目标值，应用低辉改良算法，设

BreakPoint =14，SlowReleaseRange = 20;

无论是亮度校正还是亮色一体校正后，RGBW 14，15灰阶均正常起辉，不再出现“满天星”;低辉段个别灰阶仍有轻微麻点现象外，不再有严重均匀度恶化现象;在补色开始起作用的阈值灰阶段，均匀度不理想的级别也被从5-8级压缩到1-2级。

5. 结束语

校正的低辉段均匀度不理想的现象是由于低辉段的灰阶亮度的阶梯跃升造成的。为在不改变现有硬件的条件下，改善校正后的低辉效果，我们设计了“低辉段校正系数应用分段缓释算法”，经过软件模拟验证，该算法可以大幅改善校正后低辉效果。

软件模拟效果仍有不尽人意之处，这是因为DVI信号仅有8位，通过软件模拟校正视频源的方法精度受限，另外，软件模拟的伽玛校正使用的是理论伽玛函数，与控制系统实际应用的伽玛曲线之间存在差别，如果由控制系统在伽玛校正后以10位以上的精度应用该算法，低辉效果会比软件模拟更佳。

但需要说明的是，本算法虽能改善低辉均匀度，但只是现有条件下的权益之计，LED屏实现更好的低辉线性才是真正的解决之道。尤其对于色度校正来说，大部分灰阶级别上，补色都处于低辉段，低辉段的线性平滑与否，直接决定了色度校正的准确和校正后的均匀度表现。

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