一、引言

　　近年來,，全彩色LED顯示屏在體育場館、道路交通,、廣告宣傳,、租賃等方面的應(yīng)用出現(xiàn)快速增長的趨勢。據(jù)美國Standford Resources對LED顯示屏" title="LED顯示屏">LED顯示屏產(chǎn)品國際市場概況的預(yù)測,，當(dāng)前和未來市場上對LED顯示屏產(chǎn)品的采用將會以全彩高畫質(zhì)為主,，因此需要在LED大屏幕顯示控制技術(shù)和新產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面隨時把握市場趨勢，攻克高端產(chǎn)品的相應(yīng)技術(shù)難關(guān)并完成高端新產(chǎn)品的研制,。

　　本文結(jié)合國內(nèi)外LED顯示屏技術(shù),，重點(diǎn)闡述影響LED顯示屏顯示效果" title="顯示效果">顯示效果的相關(guān)指標(biāo)及關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展趨勢。

　　二,、LED顯示屏技術(shù)指標(biāo)的提升

　　全彩色LED顯示屏的灰度等級,、對比度、刷新頻率等技術(shù)指標(biāo)的高低直接影響全彩色LED顯示屏的顯示效果,。

　　1,、灰度等級  

　　灰度等級是指LED顯示屏單基色亮度中從最暗到最亮之間能區(qū)別的亮度級數(shù)，LED顯示屏的灰度等級越高,，顏色越豐富,，色彩越艷麗；反之,，顯示顏色單一,，變化簡單?；叶鹊燃壍奶岣?，能大大提升色彩深度，使得圖像色彩的顯示層次呈幾何數(shù)量增加,。Daktronics公司的LED灰度控制等級為14bit~16bit,，使得高端顯示產(chǎn)品的圖像層次分辨細(xì)節(jié)和顯示效果均達(dá)到了世界先進(jìn)水平,。隨著硬件技術(shù)的發(fā)展，LED灰度等級還會不斷的向更高的控制精度發(fā)展,。

　　2,、對比度的提高

　　對比度是影響視覺效果的關(guān)鍵因素之一，一般來說對比度越高,，圖像越清晰醒目,，色彩越鮮明艷麗。高對比度對于圖像的清晰度,、細(xì)節(jié)表現(xiàn),、灰度層次表現(xiàn)都有很大幫助。在一些黑白反差較大的文本,、視頻顯示中,，高對比度LED顯示屏在黑白反差、清晰度,、完整性等方面都具有優(yōu)勢,。對比度對于動態(tài)視頻顯示效果影響要更大一些，由于動態(tài)圖像中明暗轉(zhuǎn)換比較快,，對比度越高,，人的眼睛越容易分辨出這樣的轉(zhuǎn)換過程。

　　提高顯示屏對比度兩種主要方法：

　　(1)  提高LED顯示屏亮度

　　LED顯示屏亮度在某些場合,，并不是越高越好,。比如室內(nèi)顯示屏，如果亮度過高,，形成光污染,，對觀察者的視力造成傷害。

　　(2)  降低LED顯示表面反射率

　　主要是在LED面板及LED發(fā)光管進(jìn)行特殊工藝處理,，降低LED面板反射率,，從而提高LED顯示屏對比度。

　　Barco公司推出NX系列點(diǎn)間距為4mm的LED全彩色高端顯示屏,，從原始工藝的950:1提升至4000:1,，使產(chǎn)品在對比度這個關(guān)鍵指標(biāo)上有了很大的提升。

　　如圖1所示,，（a）左側(cè)為傳統(tǒng)工藝的LED發(fā)光管,。一般為黑色面碗LED發(fā)光管，管芯為白色,。（a）右側(cè)為Barco公司采用新技術(shù),，使用黑色管芯，有效提高了對比度指標(biāo),。（b）圖為采用新工藝的P4間距SMD顯示屏模組,。

圖1

　　3,、刷新頻率

　　刷新頻率是LED顯示屏顯示內(nèi)容每秒被重復(fù)顯示的次數(shù)。全彩顯示屏刷新頻率低,，圖像會出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象,，特別是在視頻影像設(shè)備拍攝時，閃爍現(xiàn)象明顯,。因此,，需要盡可能提高LED顯示屏的刷新頻率。

　　Daktronics公司ProTour® （PT）模塊LED顯示屏的刷新頻率為2,400Hz,，Barco公司NX-4系列顯示屏的刷新頻率已達(dá)到3,200Hz,。

　　所以，提高刷新頻率是技術(shù)發(fā)展趨勢,。

　　三,、提高顯示屏均勻度技術(shù)

　　LED顯示屏是由幾百萬上千萬LED像素點(diǎn)組成，由于發(fā)光器件本身的離散性,，致使顯示屏產(chǎn)生亮色度不均勻的現(xiàn)象,，嚴(yán)重影響顯示屏的顯示效果。因此,，許多顯示屏廠商采用不同的方法提高均勻性。

　　1,、LED發(fā)光管篩選法

　　為了克服LED發(fā)光管的離散性,，早期采用篩選辦法，使LED發(fā)光管的亮度差和色差控制在人眼可以容忍的范圍內(nèi),，該方法造成LED顯示屏的器件成本成倍增長,，顯示效果并不理想。

　　2,、一致化校正技術(shù)

　　通過精確控制像素的三基色發(fā)光二極管的方法,，控制像素的亮度和三基色的配色關(guān)系，使得顯示屏的所有像素亮度和色度保持一致,。該技術(shù)可以徹底解決LED顯示屏亮度,、色度不均勻的現(xiàn)象，使顯示屏的顯示效果有質(zhì)的飛躍,。

　　3,、LED顯示屏后期均勻性校正方法

　　均勻性校正概括為：出廠校正、維修校正,、服務(wù)區(qū)校正及現(xiàn)場校正,。從目前市場需求分析看，現(xiàn)場校正的必要性越來越突出,。

　　一般來說,，當(dāng)LED顯示屏運(yùn)行到一定時間,，所有的LED發(fā)光管都會出現(xiàn)亮度衰減，而且三基色管的衰減曲線不一致,。因此,，它們的亮度也會較出廠前的亮度有所降低。然而,，每個LED發(fā)光管光電特性的差異,，使它們亮度的下降程度產(chǎn)生偏差。于是,，當(dāng)顯示屏使用一段時間后,，發(fā)光管會出現(xiàn)不同程度的亮度衰減，使得像素之間顯示不均勻,，從而與最初出廠時的屏幕相比,，整個圖像會呈現(xiàn)一種粒狀顯示狀態(tài)，或整體亮度下降,。三基色管衰減曲線不一致使白平衡,、色溫等發(fā)生改變。

　　實(shí)際上由于LED發(fā)光管的衰減以及環(huán)境溫度等其它因素的變化,，出廠時非常優(yōu)秀的顯示屏性能變差的現(xiàn)象幾乎是不可避免的,。將已安裝好的LED顯示屏再拆卸運(yùn)回工廠進(jìn)行校正，在工程上是不可實(shí)現(xiàn)的,。鑒于這些特點(diǎn),，顯示屏制造商必須進(jìn)行基于現(xiàn)場的校正，以保證在顯示屏的整個生命周期中,，始終保持出廠時的顯示效果,。幾種現(xiàn)場校正方法：

　　(1)  根據(jù)LED運(yùn)行時間的校正方法

　　這是一種早期現(xiàn)場校正方法，它是根據(jù)跟蹤和記錄每一個LED模塊的運(yùn)行時間來對顯示屏進(jìn)行現(xiàn)場校準(zhǔn),。通過大致計(jì)算每個LED的工作時間,，測定它們各自的平均亮度衰減，估算出不同的校正水平,，然后發(fā)送至各個LED模塊進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整,。這種方法不需要任何人工輸入。然而,，這種方法忽略了一種很重要的問題,，通過運(yùn)行時間估算出的LED衰減頻率并不適合于各個LED。隨著運(yùn)行時間的增加,，LED衰減頻率的幅度范圍也越來越大,，在平均基礎(chǔ)上進(jìn)行的校正使一部分LED接近校正水平，然而卻使另一部分LED更加偏離。由于各個模塊之間的亮度水平不一樣,，同時又沒有有效的方法去調(diào)整這些亮度不匹配的模塊,，因而，在運(yùn)行時間不同的模塊之間進(jìn)行均勻度的調(diào)整時,，會產(chǎn)生一系列的問題,，并且最為關(guān)鍵的是，這種方法不能實(shí)現(xiàn)像素之間的校準(zhǔn),。所以,，經(jīng)過這種校正以后，顯示屏給人的整體感覺呈現(xiàn)出馬賽克現(xiàn)象,，不能很好的改善后期顯示屏均勻性問題,。

圖2 SMD三基色隨工作時間亮度變化曲線

　　 (2)  基于現(xiàn)場的一致化校正方法

　　為了徹底改善顯示顯示屏均勻性的問題，需利用專用采集設(shè)備在現(xiàn)場對LED顯示屏的每個像素點(diǎn)的光色信息進(jìn)行快速準(zhǔn)確的采集,，通過相關(guān)算法對每個LED發(fā)光管的實(shí)際衰減程度進(jìn)行補(bǔ)償,，從而實(shí)現(xiàn)真正意義上的一致化校正，即使對于運(yùn)行不同時間的LED模塊也能實(shí)現(xiàn)像素級別的校準(zhǔn),。經(jīng)過校正,，使顯示屏恢復(fù)至剛出廠時的均勻顯示效果。

圖3  戶外顯示屏現(xiàn)場校正前后比較

　　現(xiàn)場環(huán)境與工廠環(huán)境有很大的差別,，要快速,、準(zhǔn)確的將LED顯示屏上百萬個LED發(fā)光管的光色信息采集、校正以及以后的LED顯示屏的維修,，還有很多技術(shù)難題需要解決,。

　　四、LED顯示屏專用圖像處理器

　　隨著LED顯示屏廣泛應(yīng)用在各種場合,，以往單一的PC機(jī)控制LED顯示屏顯示已滿足不了用戶的需求,。Daktronics公司,、Lighthouse公司都已推出LED顯示屏專用圖像處理器,，用以提高LED顯示屏的提高顯示效果。LED顯示屏專用圖像處理器主要包括以下幾個功能：

　　1,、視頻信號轉(zhuǎn)換功能

　　支持VGA,、SVGA、XGA格式的數(shù)字信號或模擬信號轉(zhuǎn)換成LED顯示屏專用視頻格式的信號,。Daktronics公司DV-Link圖像處理器的圖像效果增強(qiáng)功能,，能夠?qū)AL信號轉(zhuǎn)化為每秒50幅圖像畫面的圖像信號，而NTSC信號轉(zhuǎn)化的圖像信號達(dá)到每秒60幅畫面,。經(jīng)過提高的畫面播放速度使屏幕上顯示的快速運(yùn)動變得連貫,。

　　2、色空間轉(zhuǎn)換功能

　　由于LED顯示屏的色空間比現(xiàn)行的電視信號的色空間要大得多，因此,，如果在顯示屏中直接用電視視頻的RGB三基色信號去控制LED三基色的發(fā)光,，將產(chǎn)生色偏差，使得LED顯示出來的圖像與原圖像的顏色有明顯的失真,，嚴(yán)重影響顯示效果,。圖像處理器將NTSC和PAL色彩值轉(zhuǎn)換為LED色彩值，從而保證了視頻信號的完美重現(xiàn),。

　　3,、可調(diào)的GAMMA校正功能

　　伽瑪校正可以改善圖像暗區(qū)和亮區(qū)，消除模糊或過渡反差,。伽瑪校正實(shí)現(xiàn)了對圖像明暗度的調(diào)整,，能夠增強(qiáng)圖像的暗區(qū)和亮區(qū)在LED顯示屏上的效果。

　　4,、圖像處理技術(shù)

　　針對不同的場合,，采用不同的圖像處理技術(shù)對顯示屏所要顯示的圖像進(jìn)行預(yù)處理，用以提高顯示屏的顯示效果,。例如：由于快速運(yùn)動所引起的圖像不連貫的問題,，可采用運(yùn)動圖像處理技術(shù)，保證了顯示屏平滑運(yùn)動和最佳圖像,；對角線補(bǔ)償技術(shù)檢查視頻圖像的對角線模式,，使圖像的邊沿變得平滑。圖像銳化技術(shù)突出了圖像的邊沿,，從而使顯示效果更加清晰流暢,。

　　五、結(jié)論

　　綜上所述,，提升LED顯示屏的顯示效果,，不能單純的由顯示屏的幾個技術(shù)指標(biāo)的高低來決定，還需要有其它一些關(guān)鍵性技術(shù)做支撐,。在高端產(chǎn)品技術(shù)上,，國內(nèi)企業(yè)與國際上一些知名LED顯示屏生產(chǎn)商還有很大差距。國內(nèi)企業(yè)需要加大在關(guān)鍵技術(shù)上的研發(fā)投入,，打破國外關(guān)鍵技術(shù)的壟斷,，進(jìn)入高端LED顯示屏市場，獲得更大的利潤空間,。