改善校正后低輝均勻度的算法研究

導讀：本文將對校正后低輝均勻度存在的問(wèn)題和成因進(jìn)行探討，并提出在現有硬件基礎的條件下，通過(guò)改進(jìn)應用校正系數的軟件算法，來(lái)改善低輝均勻度效果的方法，最后通過(guò)軟件模擬校正效果，驗證算法可行性。

正如畫(huà)龍最后須點(diǎn)睛，逐點(diǎn)校正已經(jīng)成為高端顯示屏制造必備工序，也是讓舊屏和“花”屏一夜之間煥然一新的售后法寶。然而，雖然校正后整體亮色均勻度得到了極大的提升，但在校正后0～30灰階上，低輝顯示均勻度卻存在瑕疵，在個(gè)別灰度級別上均勻度甚至出現嚴重惡化現象。雖然這種瑕疵對絕大部分顯示內容的播放效果并沒(méi)有影響，但如何能加以改善，讓校正后的顯示質(zhì)量更加完美，依然是受到業(yè)界廣泛關(guān)注的課題。

本文將對校正后低輝均勻度存在的問(wèn)題和成因進(jìn)行探討，并提出在現有硬件基礎的條件下，通過(guò)改進(jìn)應用校正系數的軟件算法，來(lái)改善低輝均勻度效果的方法，最后通過(guò)軟件模擬校正效果，驗證算法可行性。

1. 校正后低輝均勻度存在的問(wèn)題

亮度校正后，0～30灰階的低輝段，往往存在如下問(wèn)題：

1) RGB單色臨近起輝點(diǎn)的灰階會(huì )呈現出一部分燈點(diǎn)亮，一部分燈點(diǎn)不亮的“滿(mǎn)天星”圖樣;而白色臨近起輝點(diǎn)的灰階則表現為彩色的 “滿(mǎn)天星”;

2) RGB單色及白色的低輝段，出現個(gè)別灰階，均勻度明顯惡化，甚至不如不校正;

3) RGB單色及白色的低輝段，可能會(huì )出現“灰階亮度逆變”，即高灰階的亮度低于相鄰的低灰階亮度，和“灰階亮度躍升”，即高灰階的亮度相對相鄰的低灰階，出現異常的陡升。

而亮色一體校正，除了以上問(wèn)題外，還會(huì )出現單色點(diǎn)亮顯示屏時(shí)，部分灰階出現色斑。

2. 校正后低輝均勻度問(wèn)題成因分析

簡(jiǎn)單地說(shuō)，校正后低輝均勻度問(wèn)題的成因，是LED屏低輝段原始灰階亮度的階梯躍升。這種階梯躍升的產(chǎn)生有多方面的深層原因，包括控制系統的伽瑪校正精度，灰階位數與實(shí)際實(shí)現能力，掃描屏的行掃描電流沖擊，驅動(dòng)芯片的響應，LED的啟動(dòng)電壓，PCB的電路設計等等等等，這里不做詳細分析。

LED屏原始低輝段灰階亮度非平滑過(guò)渡可以歸納為以下幾種現象：

1) 起輝灰階以下，所有燈點(diǎn)不亮;

2) 起輝灰階到30灰階之間，亮度呈階梯狀上升;

3) 起輝灰階到30灰階之間，可能存在“灰階亮度逆變”和“灰階亮度躍升”;

以下為我們對一P6表貼屏使用PR655色彩亮度計實(shí)測的RGB低輝段灰階亮度曲線(xiàn)：

從曲線(xiàn)中可以看到：

1)該屏在當前控制系統參數設置條件下，起輝灰階為14級;

2)RGB三色在低輝段均存在臺階式的亮度變化，在14-16級，17-19級，RGB三色均無(wú)亮度變化，GB兩色在20-23共4級灰階無(wú)明顯亮度變化，G在25-26級無(wú)亮度變化;

3)R亮度在17，25，28灰階有較大的亮度躍升;B在17，25灰階有輕微亮度躍升;

正是這種低輝度的亮度臺階和躍升跳變乃至逆變等現象，導致應用校正系數后，起輝點(diǎn)附近的灰階上，會(huì )出現部分燈點(diǎn)處于起輝點(diǎn)下的“滿(mǎn)天星”現象;而在某些灰階，不同區域的燈點(diǎn)亮度分處于臺階的上下沿，就會(huì )造成均勻度不佳，遇到亮度大幅躍升的灰階附近，均勻性會(huì )嚴重惡化。

均勻性不理想的灰階出現在哪些級別，與校正目標值、灰階亮度臺階的位置，以及屏原始亮度均勻性相關(guān)。

在上述P6表貼屏上，用90%的亮度平均值作為校正目標值時(shí)：

沒(méi)有出現起輝點(diǎn)附近“滿(mǎn)天星”;出現均勻度惡化的灰階為B17，B18，G17，G19，G25，R17，R25，R29;均位于灰階亮度躍升的臺階附近;

而在用80%的亮度平均值作為校正目標值時(shí)：

RGB的14，15灰階均表現為“滿(mǎn)天星”，或多或少的燈點(diǎn)落在起輝點(diǎn)下;出現均勻度惡化的灰階為：B18，B19，G18，G21，G26，R18，R27，R32;

可以看到，校正目標值降低，即校正幅度變深時(shí)，起輝點(diǎn)附近會(huì )出現嚴重惡化的“滿(mǎn)天星”，有多少灰階會(huì )出現“滿(mǎn)天星”，則是由屏的原始均勻度決定的，原始均勻度越差，就會(huì )有越多的“滿(mǎn)天星”灰階級別出現。

均勻度惡化的灰階級別數量與校正幅度無(wú)關(guān)，只與灰階亮度臺階數相關(guān)，臺階數越多，均勻度惡化的灰階也就越多;但校正目標值降低，出現惡化的灰階級別會(huì )提高。

3. 改善校正后低輝均勻度的算法

由于存在上述的低輝段灰階亮度非平滑階梯躍升，事實(shí)上低輝段不加校正，均勻性表現優(yōu)于校正后。那么，如果設計一種分段處理的算法，讓逐點(diǎn)校正系數的應用不是簡(jiǎn)單的全灰階應用，而是一種從起輝灰階開(kāi)始不加校正，而在一段灰階范圍逐漸“緩釋”過(guò)渡到正常應用的方式，將會(huì )對低輝段的均勻性表現起到非常大的改善。

綜合考慮算法的簡(jiǎn)潔和起輝點(diǎn)附近不應用系數的需要，我們采用平方函數作為“緩釋”函數。

如某像素的單色校正系數為 “CorrectionFactor”;

令起輝灰階為“BreakPoint”;當前灰階為“GrayScale”;

令緩釋灰階范圍為“SlowReleaseRange”;

常規系數灰階應用曲線(xiàn)為全灰階應用，示意圖如下：

而低輝改良算法中，

即：1)0 GrayScale BreakPoint區間，校正系數=1;

2)BreakPoint GrayScale (BreakPoint + SlowReleaseRange) 區間，

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

3) (BreakPoint + SlowReleaseRange) GrayScale 255區間，校正系數=CorrectionFactor ;

將上述算法從亮度校正延伸到亮色一體校正中，此時(shí)單色校正系數有3個(gè)。

假設某像素的紅色校正向量(RR，RG，RB) =(0.8715，0.1253，0.1864);

RR為主色校正系數，RG與RB為補色校正系數。

低輝改良算法中，合理的系數應用“緩釋”機制應為：

Ø 主色校正系數RR在緩釋區域SlowReleaseRange從1過(guò)渡到0.8715;

Ø 補色校正系數RG在緩釋區域SlowReleaseRange從0過(guò)渡到0.1253;

Ø 補色校正系數RB在緩釋區域SlowReleaseRange從0過(guò)渡到0.1864;

同理，綠藍亮色的系數向量可應用同樣的算法處理。

應用以上的緩釋機制，將使補色起作用的灰階提高，但因補色的低輝階梯產(chǎn)生的均勻度惡化現象也將得到相當的改善。

4. 軟件模擬校正效果驗證算法

我們使用軟件生成校正圖樣輸出給LED屏，模擬校正后效果的方法，對以上算法改善低輝效果的可行性進(jìn)行了驗證。

設定80%平均亮度為目標值，應用低輝改良算法，設

BreakPoint =14，SlowReleaseRange = 20;

無(wú)論是亮度校正還是亮色一體校正后，RGBW 14，15灰階均正常起輝，不再出現“滿(mǎn)天星”;低輝段個(gè)別灰階仍有輕微麻點(diǎn)現象外，不再有嚴重均勻度惡化現象;在補色開(kāi)始起作用的閾值灰階段，均勻度不理想的級別也被從5-8級壓縮到1-2級。

5. 結束語(yǔ)

校正的低輝段均勻度不理想的現象是由于低輝段的灰階亮度的階梯躍升造成的。為在不改變現有硬件的條件下，改善校正后的低輝效果，我們設計了“低輝段校正系數應用分段緩釋算法”，經(jīng)過(guò)軟件模擬驗證，該算法可以大幅改善校正后低輝效果。

軟件模擬效果仍有不盡人意之處，這是因為DVI信號僅有8位，通過(guò)軟件模擬校正視頻源的方法精度受限，另外，軟件模擬的伽瑪校正使用的是理論伽瑪函數，與控制系統實(shí)際應用的伽瑪曲線(xiàn)之間存在差別，如果由控制系統在伽瑪校正后以10位以上的精度應用該算法，低輝效果會(huì )比軟件模擬更佳。

但需要說(shuō)明的是，本算法雖能改善低輝均勻度，但只是現有條件下的權益之計，LED屏實(shí)現更好的低輝線(xiàn)性才是真正的解決之道。尤其對于色度校正來(lái)說(shuō)，大部分灰階級別上，補色都處于低輝段，低輝段的線(xiàn)性平滑與否，直接決定了色度校正的準確和校正后的均勻度表現。

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