- 提高LED顯示屏顯示效果的相關技術分析
- 對LED顯示屏技術指標的提升
- 提高顯示屏均勻度技術
- 利用LED顯示屏專用圖像處理器
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、租賃等方面的應用出現快速增長的趨勢。據美國Standford Resources對LED顯示屏產品國際市場概況的預測，當前和未來市場上對LED顯示屏產品的采用將會以全彩高畫質為主，因此需要在LED大屏幕顯示控制技術和新產品設計方面隨時把握市場趨勢，攻克高端產品的相應技術難關并完成高端新產品的研制。
本文結合國內外LED顯示屏技術，重點闡述影響LED顯示屏顯示效果的相關指標及關鍵技術的發展趨勢。
二、LED顯示屏技術指標的提升
全彩色LED顯示屏的灰度等級、對比度、刷新頻率等技術指標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別的亮度級數，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。灰度等級的提高，能大大提升色彩深度，使得圖像色彩的顯示層次呈幾何數量增加。Daktronics公司的LED灰度控制等級為14bit~16bit，使得高端顯示產品的圖像層次分辨細節和顯示效果均達到了世界先進水平。隨著硬件技術的發展，LED灰度等級還會不斷的向更高的控制精度發展。
2、對比度的提高
對比度是影響視覺效果的關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、細節表現、灰度層次表現都有很大幫助。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勢。對比度對于動態視頻顯示效果影響要更大一些，由于動態圖像中明暗轉換比較快，對比度越高，人的眼睛越容易分辨出這樣的轉換過程。
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發光管進行特殊工藝處理，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，使產品在對比度這個關鍵指標上有了很大的提升。
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如圖1所示，（a）左側為傳統工藝的LED發光管。一般為黑色面碗LED發光管，管芯為白色。（a）右側為Barco公司采用新技術，使用黑色管芯，有效提高了對比度指標。（b）圖為采用新工藝的P4間距SMD顯示屏模組。
圖1
刷新頻率是LED顯示屏顯示內容每秒被重復顯示的次數。全彩顯示屏刷新頻率低，圖像會出現閃爍現象，特別是在視頻影像設備拍攝時，閃爍現象明顯。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到3,200Hz。
所以，提高刷新頻率是技術發展趨勢。
三、提高顯示屏均勻度技術
LED顯示屏是由幾百萬上千萬LED像素點組成，由于發光器件本身的離散性，致使顯示屏產生亮色度不均勻的現象，嚴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發光管篩選法
為了克服LED發光管的離散性，早期采用篩選辦法，使LED發光管的亮度差和色差控制在人眼可以容忍的范圍內，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
通過精確控制像素的三基色發光二極管的方法，控制像素的亮度和三基色的配色關系，使得顯示屏的所有像素亮度和色度保持一致。該技術可以徹底解決LED顯示屏亮度、色度不均勻的現象，使顯示屏的顯示效果有質的飛躍。
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、服務區校正及現場校正。從目前市場需求分析看，現場校正的必要性越來越突出。
一般來說，當LED顯示屏運行到一定時間，所有的LED發光管都會出現亮度衰減，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發光管光電特性的差異，使它們亮度的下降程度產生偏差。于是，當顯示屏使用一段時間后，發光管會出現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，整個圖像會呈現一種粒狀顯示狀態，或整體亮度下降。三基色管衰減曲線不一致使白平衡、色溫等發生改變。
實際上由于LED發光管的衰減以及環境溫度等其它因素的變化，出廠時非常優秀的顯示屏性能變差的現象幾乎是不可避免的。將已安裝好的LED顯示屏再拆卸運回工廠進行校正，在工程上是不可實現的。鑒于這些特點，顯示屏制造商必須進行基于現場的校正，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。幾種現場校正方法：
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(1) 根據LED運行時間的校正方法
這是一種早期現場校正方法，它是根據跟蹤和記錄每一個LED模塊的運行時間來對顯示屏進行現場校準。通過大致計算每個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，然后發送至各個LED模塊進行相應的調整。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，通過運行時間估算出的LED衰減頻率并不適合于各個LED。隨著運行時間的增加，LED衰減頻率的幅度范圍也越來越大，在平均基礎上進行的校正使一部分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整這些亮度不匹配的模塊，因而，在運行時間不同的模塊之間進行均勻度的調整時，會產生一系列的問題，并且最為關鍵的是，這種方法不能實現像素之間的校準。所以，經過這種校正以后，顯示屏給人的整體感覺呈現出馬賽克現象，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
為了徹底改善顯示顯示屏均勻性的問題，需利用專用采集設備在現場對LED顯示屏的每個像素點的光色信息進行快速準確的采集，通過相關算法對每個LED發光管的實際衰減程度進行補償，從而實現真正意義上的一致化校正，即使對于運行不同時間的LED模塊也能實現像素級別的校準。經過校正，使顯示屏恢復至剛出廠時的均勻顯示效果。
圖3 戶外顯示屏現場校正前后比較
現場環境與工廠環境有很大的差別，要快速、準確的將LED顯示屏上百萬個LED發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顯示屏廣泛應用在各種場合，以往單一的PC機控制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、視頻信號轉換功能
支持VGA、SVGA、XGA格式的數字信號或模擬信號轉換成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功能，能夠將PAL信號轉化為每秒50幅圖像畫面的圖像信號，而NTSC信號轉化的圖像信號達到每秒60幅畫面。經過提高的畫面播放速度使屏幕上顯示的快速運動變得連貫。
2、色空間轉換功能
由于LED顯示屏的色空間比現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三基色的發光，將產生色偏差，使得LED顯示出來的圖像與原圖像的顏色有明顯的失真，嚴重影響顯示效果。圖像處理器將NTSC和PAL色彩值轉換為LED色彩值，從而保證了視頻信號的完美重現。
3、可調的GAMMA校正功能
伽瑪校正可以改善圖像暗區和亮區，消除模糊或過渡反差。伽瑪校正實現了對圖像明暗度的調整，能夠增強圖像的暗區和亮區在LED顯示屏上的效果。
4、圖像處理技術
針對不同的場合，采用不同的圖像處理技術對顯示屏所要顯示的圖像進行預處理，用以提高顯示屏的顯示效果。例如：由于快速運動所引起的圖像不連貫的問題，可采用運動圖像處理技術，保證了顯示屏平滑運動和最佳圖像；對角線補償技術檢查視頻圖像的對角線模式，使圖像的邊沿變得平滑。圖像銳化技術突出了圖像的邊沿，從而使顯示效果更加清晰流暢。
五、結論
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指標的高低來決定，還需要有其它一些關鍵性技術做支撐。在高端產品技術上，國內企業與國際上一些知名LED顯示屏生產商還有很大差距。國內企業需要加大在關鍵技術上的研發投入，打破國外關鍵技術的壟斷，進入高端LED顯示屏市場，獲得更大的利潤空間。
