LED显示器校正工作原理和计算公式大师告诉你！

随着逐点校正技术的进步，客户对LED显示屏的显示质量要求越来越高，从追求亮度和白平衡指标，逐渐提升到对显示均匀性和色彩保真度的要求。使用逐点校正技术来大大提高显示屏的均匀性，目前正处于快速普及和应用的过程中，色度校正的需求也逐渐出现，越来越受到业界的关注。本文将简要介绍LED显示器色度校正的原理、应用、实现方法和技术。

CIE XYZ 1931标准色度系统用于LED显示器的色度测量和计算。为了后面介绍色度校正的计算公式，首先简要梳理了与色度校正相关的基本概念：

根据glassman配色原理，选择三基色，三基色中的任何一种颜色都不能由其他两种基色混合，例如RGB三色，通过选择特定的白光作为标准，确定三基色的相对亮度单位，其他颜色的光可以看作是三种不同数量的光的三原色的混合物，所需的三种原色的数量都是三原色值。

CIE XYZ 1931色度系统使用三种假想原色（X、Y和Z）代替RGB，通过匹配等能量白光来确定三种原色的单位。量化光源的亮度和色度时，色度方程可以表示为：

其中，X、Y和Z是三色激励值，混合颜色的三色激励是每组成品颜色三色激励的总和。

请注意，在三种原色中，只有Y表示颜色和亮度，X和Z仅表示颜色。

CIE XYZ 1931色度系统中的色坐标x、y、z和三色刺激值XYZ之间的关系如下：

如您所见，x、y、z不是独立的，x+y+z=1，所以通常只有两个颜色坐标x和y可以唯一地表示颜色。给定三刺激值，我们可以计算颜色坐标x和y。相反，使用三刺激值可以计算色坐标x和y。相反，对于颜色坐标x、y和y，三刺激值XYZ也可以计算如下：

三色激励值XYZ是混合色叠加计算的基础，混合色叠加运算是色度校正的理论基础。

色域是指由某种颜色图案可以表示的颜色数目所形成的范围区域，也指屏幕显示、数字输出和印刷复制等特定媒体可以表示的色彩范围。

说明：图中蓝色和白色的大三角形是假设的两个LED屏幕的原始色域空间，内部的黑色小三角形是设定的目标标准色域空间SRGB。色域三角形完全包含在两个原始色域三角形中，因此可以通过校正两个显示屏来实现色域空间。

对于LED显示器，这对应于CIE 1931彩色地图（见图1），色域三角形由三条原色坐标线和一组白点组成。三个主色区域三角形确定LED显示屏显示的颜色。白点定义了所需的原色比例或单位。一个显示屏的制作完成后，色域三角形就确定了，而白平衡的调整可以通过调节电阻等方法来改变RGB的比例来实现。

三基色域三角形内的颜色是显示屏通过混合三基色可以实现的所有颜色。

因此，LED显示器的原始色域空间定义应包含以下参数：

以上四组颜色坐标是（R255、G0、B0）、（R0、G255、B0”、（R0,G0、B255）和（R255,G255、B255”）的颜色坐标，分别为红色、绿色、蓝色和白色。

白色是由RGB三种原色混合而成的。因此，如果可以计算RGB三种颜色（RY、GY和BY）的亮度值，则可以计算RGG三种颜色各自的三刺激值。

白色坐标Wx、Wy和白色亮度值Wy可以通过RGB三种颜色的XYZ三刺激值的叠加来计算：

相反，给定白色的颜色坐标和亮度值，也可以计算出RGB三基色所需的亮度值。

最原始的校正应用旨在提高显示器的色彩保真度，使显示的图像与源图像的颜色一致，更真实地还原自然颜色。通俗地说，让显示的颜色更“积极”。

LED屏幕上的内容通常来自电视摄像机、摄像机或计算机。电视和电脑显示器的色域空间与LED屏幕的色域区域不一致，导致颜色失真现象。例如，电视的常见色域空间标准PAL和NTSC，计算机显示器的色域空间标SRGB与LED显示器固有的色域间距不一致。LED色域空间大，色彩表现通常过饱和，视觉感知更华丽、夸张，从而失真。

色度校正的目标之一是将显示屏的色域空间校正为视频或图像源的色域，或尽可能接近，以提高显示器的色彩保真度。

租用屏幕的业主经常会遇到这样的情况：在不同的时间购买批量箱，希望能够混合在一起，以便于承担更大的性能项目。工程师有时也会遇到客户的要求，想把原来的显示屏面积扩大，新生产的部分盒子和旧屏幕变成大屏幕。

但是，不同批次的盒子由于原始亮度和原始色域空间的差异，各自的策略不兼容。

此时，色度校正可以将不同批次的盒子的原始色域空间校正为目标色域空间的重合，从而实现不同批次盒子的混合和新旧屏幕的拼接。

色度均匀性校正的目的是改善显示屏像素之间的色差。此时，每个像素和一组RGB灯光的组合可以视为一个色域空间。色度校正的任务是将显示屏上所有像素的色域空间校正到同一色域空间。

由于当前分色器的精度和有效的混合技术，色度均匀性的应用非常有限。因为人眼对像素级的色差分辨率约为4nm，分色器的分色精度一般可以达到±1nm。除非同一屏幕使用了很多批次和少量库存，否则必须进行色度均匀性校正。

在澄清了色度的概念和色度校正的应用领域之后，我们来看一下LED显示器色度校正原理和具体实现方法。

色度校正的原理是色域空间变换。LED屏幕固有的宽色域空间转换为用户设置的目标色域空间，可以是标准色域空间或用户定义的色域空间。

对于LED显示屏，为了保证显示质量，必须在进行色度校正的同时，保证亮度的均匀性。因此，必须同时进行光校正。因此，应同时给出校正后的目标亮度值。

首先，需要确定原始色域空间三色激励值矩阵XYZ_original和目标色域空间三色激励值阵XYZ_tget，以便计算变换系数矩阵conversion_cefficient。

转换_效率*XYZ_original=XYZ_目标（公式9）

转换效率=XYZ_目标*XYZ_original-1（方程式10）

获得每像素色域空间转换系数矩阵后，控制系统将显示每像素实时操作的源信号，显示屏的色域空间可以调整为目标色域空间。

当显示信号为（R255、G128、B64）时，像素的三个灯的实际照明如下：

也就是说，源信号（R255、G128、B64）在该像素上实际显示为（R238、G128和B71）。

应注意，上述计算基于线性亮度。在实践中，系数应用和线性计算应在伽马校正后进行。

计算方法和应用方法非常明确，但在LED屏幕校正的实践中，仍有一些事项和技巧需要注意。

正确设置目标色域空间很重要；否则，它要么无法实现，要么无法实现白平衡，要么亮度均匀性会受损。

1） 目标色域空间的三个主颜色坐标必须都在原始色域三角形内。无法在此显示器上混合原始色域三角形之外的颜色。在SV-1校正系统中，提供了CIE1931色域图，程序将绘制原始色域三角形和目标色域三角形，并在图形提示中给目标三种原色都位于原始色域三角中，以避免设置错误。

2） 由于屏幕颜色的最高亮度是有限的，如果目标色域空间白点坐标和亮度值设置不合理，会使屏幕上大量像素无法达到预定目标，SV-1校准系统根据目标色域的空间设置参数，计算出屏幕无法达到目标的像素数，比例和位置，通过模拟图显示，帮助用户合理设置目标白点和亮度。

从中的样品色度校正数据可以看出，转换校正系数中的补色系数的值很小，变化很大，有时只有1/1000，有时甚至1/3。因此，转换校正因数的应用对显示屏和控制系统提出了更高的要求。

1） 显示器必须能够真正实现12位以上的灰度；

2） 控制系统应能读取至少12位转换校正9系数数据并进行实时计算；

只有满足上述两个条件，显示屏才能保证色度校正的准确性和校正后亮度的均匀性。

色度校正的大多数应用是色域空间校正。

通过使用常规颜色亮度计测量区域的平均颜色坐标，可以获得色域空间校正所需的原始三个原色坐标值。但是，由于每个像素中的RGB亮度比不一致，为了确保校正后的显示均匀性，必须将色域空间校正与每个光点的亮度测量值相结合，计算逐点转换校正系数矩阵并提供给控制系统。

应使用分光光度计测量显示屏的颜色坐标数据

如美能达CS200级以上的光束式彩色亮度计。颜色坐标的测量精度和精度对色度校正结果有着至关重要的影响。三刺激值的测量原理和配色滤波器的当前制造水平使得三刺激值彩色亮度计很难成为可靠的颜色坐标数据源。

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