LED顯示屏色度校正原理與技巧

隨著逐點校正的技術進步，客戶對LED屏的顯示質量要求也越來越高，從僅僅追求亮度與白平衡指標，漸漸提升到了對顯示均勻度和色保真度的要求。利用逐點校正技術大幅提升顯示屏的均勻度，當前正處於快速的普及應用進程中，而色度校正的需求也漸漸浮出水面，越來越為業內所關注。本文將簡要介紹LED顯示屏色度校正的原理、應用、實現方法與技巧。

　　1、色度校正基礎概念

　　led顯示屏的色度測量與計算需使用CIE XYZ 1931標準色度系統。為了後面引入色度校正的計算公式，首先對色度校正相關的基本概念做一簡單梳理：

　　1.1 三刺激值

　　根據格拉斯曼顏色匹配原理，選擇三種原色，三原色中任何一種顏色不能由其他兩種原色相加混合得到，如RGB三原色，通過選一特定白光做為標準，定出三原色的相對亮度單位，則其他顏色的光可以看成是由不同數量的三原色光混合而成，所需的三原色各自的數量就是三刺激值。

　　CIE XYZ 1931色度系統，使用了三個假想的原色，[X],[Y],[Z]替代RGB三原色，通過匹配等能白光定出三種原色的單位。在定量表達某種光源的亮度與色度時，色度學方程可表達如下：

C[C]=X[X]+Y[Y]+Z[Z] （式1）

　　式中的X,Y,Z即三刺激值，而混合色的三刺激值為各組成色的三刺激值之和。

　　注意，三原色中只有[Y] 原色既代表色品又代表亮度，[X],[Z] 只代表色品。

　　1.2 色坐標

　　CIE XYZ 1931色度系統中的色坐標x, y, z與三刺激值XYZ之間的關係式如下：

　　可以看到，x, y, z並不獨立，x+y+z=1，因此一般只用x,y兩個色坐標即可唯一地表達色品。

有了三刺激值，就可以計算得到色坐標x,y。反之，有了色坐標x,y，和Y，也可以計算出三刺激值XYZ，如下式所示：

　　三刺激值XYZ是混色疊加計算的基礎，而混色疊加計算正是色度校正的理論基礎。

　　1.3 色域空間

　　色域就是指某種表色模式所能表達的顏色數量所構成的範圍區域，也指具體介質如屏幕顯示、數碼輸出及印刷複製所能表現的顏色範圍。

（圖1）

　　說明：圖中的藍色與白色大三角形為假定的兩塊LED屏的原始色域空間，內部的黑色小三角形為設定的目標標準色域空間SRGB，該色域三角形被兩個原始色域三角形完全包含，因此是兩塊顯示屏都可以通過校正實現的色域空間。

　　對於LED顯示屏來說，對應到CIE 1931色品圖（參見圖1）上，就是三原色色坐標連線構成的色域三角形和設定的白點。三原色色域三角形決定了該LED顯示屏能表現的色彩。而白點定義了所需要的三原色配比，也就是單位量。一張顯示屏生產完成，其色域三角形就確定了，而調整白平衡可通過調電阻等方法改變RGB的配比來實現。‖

三原色色域三角形內部的顏色為顯示屏通過三原色的混色可實現的全部顏色。

　　因此，一張LED顯示屏的原始色域空間定義應包含以下參數：

（Rx，Ry）；（Gx，Gy）；（Bx，By）；（Wx，Wy）；

　　以上四組色坐標分別為顯示屏顯示為（R255，G0，B0）、（R0，G255,，B0）、（R0，G0，B255）以及（R255，G255，B255）等紅綠藍白四色時的色坐標。

　　白色由RGB三原色混色而成，因此，如給出RGB三色的亮度值RY，GY，BY，就可以計算出RGB三色各自的三刺激值。

　　而白色的色坐標Wx，Wy以及白色亮度值WY都可以通過RGB三色的XYZ三刺激值的疊加計算得到：

　　反之，給出白色的色坐標和亮度值，也可以計算得到所需的RGB三原色亮度值。

　　2、 色度校正應用領域

　　2.1 提高色保真度

　　LED屏色度校正最本原的應用服務於提高顯示的色保真度，使顯示的圖像與源圖像的顏色一致，更真實地還原自然色彩。通俗一點說，就是讓顯示的色彩更「正」。

　　LED屏上的顯示內容一般來自電視攝像機、相機，或計算機。而電視與計算機監視器的色域空間與LED屏的色域空間不一致，就造成了顯示色彩失真的現象。如常見的電視的色域空間標準PAL、NTSC，電腦監視器的色域空間標準SRGB等，都與LED顯示屏固有的色域空間不一致。LED色域空間較大，色彩表現通常過飽和，視覺感受是更豔麗、誇張，因而失真。

　　色度校正的目標之一，就是將顯示屏的色域空間校正到視頻或圖像源的色域空間上，或儘可能接近，以改善顯示的色保真度。‖

2.2 不同批次箱體混用

　　租賃屏主經常會遇到這種情況：分時段採購的批量箱體，希望能一起混用，方便承接更大的演出項目。工程商有時也會遭遇客戶的要求，希望將一塊原有的顯示屏擴大面積，新製作一部分箱體和老屏拼接成一塊大屏。

　　然而，不同批次的箱體因為原始亮度與原始色域空間的差異，各自為政，格格不入。

　　此時，色度校正可以將不同批次的箱體的原始色域空間校正到一個重合的目標色域空間上，從而實現不同批次箱體混用和新老屏的拼接。

　　2.3 色度均勻性校正

　　色度均勻性校正目的是改善顯示屏的像素間色差。此時，每一個像素點，一組RGB燈的組合，都可視為一個色域空間，色度校正要完成的任務是將顯示屏上所有像素數量的色域空間校正到同一個色域空間上。

　　當前分光分色機的分色精度和有效的混燈技術，使得色度均勻性的應用場合非常有限。因為人眼對像素級的色差分辨力約為4nm，而分光分色機的分色精度普遍可達到±1nm。除非將非常多批次且少量的庫存LED燈用於同一張屏，色度均勻性校正才是必要的。

　　3、色度校正原理

　　在清晰了色度概念和色度校正的應用領域後，讓我們來看看LED顯示屏色度校正的原理和具體實現方法。

　　色度校正的原理就是色域空間變換。將LED屏固有的寬色域空間變換到一個用戶設定的目標色域空間上，該目標色域空間可以是標準色域空間，也可以是用戶自定義的一個色域空間。

　　對於LED屏來說，要保證顯示質量，必須在色度校正的同時，保證亮度的均勻度。因此亮色校正一定是同步完成的。因此應同時給出校正的目標亮度值。

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