解讀LED顯示屏各類色度處理技術

LED顯示屏技術從二十世紀80年代初的單色顯示屏，到80年代末的雙基色顯示屏，再到90年代中期的三基色（全彩色）顯示屏，直到今天我們在平板顯示領域廣泛討論的多基色（大于三基色）處理技術。LED顯示屏的色度處理技術從最基本的基色波長選擇、到白場色溫的調配、再到為提高色彩還原度而進行的色彩空間變換處理和為改善畫質的色度均勻性處理、直到今天我們?yōu)榱藬U大色域再現更多的自然界色彩而采取的多基色（大于三基色）處理。各種色度處理技術貫穿著LED顯示屏的發(fā)展史，成為LED顯示屏這門綜合性學科中最核心的技術之一。

　　各類色度處理技術

　　1、基色波長的選擇

　　LED顯示屏在各行各業(yè)有著非常廣泛的應用，而在不同的應用場所對LED的基色波長有著不同的要求，對于LED基色波長的選擇有些是為了取得良好的視覺效果，有些是為了符合人們的習慣，而有些更是行業(yè)標準、國家標準甚至國際標準的規(guī)定。比如，對全彩色LED顯示屏中綠管基色波長的選擇；早期大家普遍選用波長為570nm黃綠色LED，雖然成本較低，但顯示屏的色域較小、色彩還原度差、亮度低。而在選擇了波長為525nm的純綠管之后，顯示屏色域擴大了近一倍，且色彩還原度大幅提高，極大地提高了顯示屏的視覺效果。再比如，證券行情顯示屏，人們通常習慣于用紅色表示股價上漲、用綠色表示股價下跌、而用$表示平盤。而在交通行業(yè)則是由國家標準嚴格規(guī)定了藍綠波段表示通行、紅色波段為禁行。因而，基色波長的選擇是LED顯示屏重要環(huán)節(jié)之一。

　　2、白場色坐標的調配

　　白場色坐標調配是全彩色LED顯示屏最基本的技術之一。但是在二十世紀90年代中期，由于缺乏行業(yè)標準和基本的測試手段，通常只是靠人眼、憑感覺確定白場色坐標，從而造成嚴重偏色和白場色溫的隨意性。隨著行業(yè)標準的頒布和測試手段的完備，許多制造商開始規(guī)范全彩屏配色工藝。但是仍然有部分制造商由于缺乏配色的理論指導，常常以犧牲某些基色的灰度等級來調配百場色坐標，綜合性能得不到提高。

　　3、色度均勻性處理。

　　LED顯示屏色度均勻性問題一直以來是困擾業(yè)內人士的一大難題，一般認為LED的亮度不均勻可以進行單點校正，來改善亮度均勻性。而色度不均勻是無法進行校正的，只能通過對LED色坐標進行細分和篩選來改善。

　　隨著人們對LED顯示屏的要求越來越高，只對LED色坐標進行細分和篩選已無法滿足人們挑剔的目光，對顯示屏進行綜合校正處理，使色度均勻性得到改善是可實現的。

　　我們發(fā)現即使是國際第一品牌同一檔LED也存在較大的波長偏差和色飽和度偏差，而且該偏差范圍大大超過了人眼對綠色色差鑒別的閾值因此，進行色度均勻性校正是有重要意義的。

　　在CIE1931色度圖中，按重力中心定律，我們發(fā)現：在G檔范圍內（Square;abcd）的任意一點綠色混合一定比例的紅色和藍色，都可以將混合色的色坐標調整到直線cR和直線dB的交叉點O.

　　雖然可以使色度均勻性極大地改善。但是，經過校正后的色飽和度明顯下降。同時，采用紅和藍來校正綠色色度均勻性的另一個前提是同一個象素內紅綠藍三種LED盡可能采用集中分布使得紅綠藍的混色距離盡可能的近，才能取得較好的效果。而目前業(yè)內通常采用的是LED均勻分布方法將會給色度均勻性校正帶來混亂。另外，數以萬計的紅綠藍LED色坐標的測量工作如何展開也是一個極為棘手的難題。對此我們給了提示。

　　4、色彩還原處理

　　純藍、純綠LED的誕生，使全彩色LED顯示屏以其色域范圍寬、亮度高受到業(yè)內的追捧。但是，由于紅綠藍LED的色品坐標與PAL制電視紅綠藍的色品坐標有較大的偏差（見表1），使得LED全彩屏的色彩還原度較差。尤其在表現人的膚色時，視覺上存在較為明顯的偏差。由此，色彩還原處理技術應運而生。在此筆者推薦兩種色彩還原處理的方法：

　　其一：對紅綠藍三基色LED進行色坐標空間變換，使LED與PAL制電視兩者之間的三基色色坐標盡可能靠近，從而大大提高LED顯示屏的色彩還原度。但是，該方法大幅度縮減了LED顯示屏的色域范圍，使畫面的色飽和度大幅下降。

　　其二：只對人眼最敏感的膚色色域進行適當校正；而對其它人眼不夠敏感的色域盡可能少降低原有的色飽和度。如此處理，可在色彩還原度和色彩飽和度之間得到平衡。

　　5、3+2多基色色度處理方法

　　春天萬物復蘇，在藍天的輝映下，綠草青青；秋天麥浪滾滾；在陽光的普照下，一片金黃。五彩繽紛的大自然是那么的美好，遺憾的是現有的LED顯示屏無法完全再現這美好的景色。LED雖然屬于單色光，但是各色LED仍然有30~50nm左右的半波寬，因此其色飽和度是有限的。從圖3中可以看出：在大自然界色彩極為豐富的$和青色區(qū)域LED全彩屏的色飽和度是嚴重不足的。

　　近年來，在平板顯示領域熱衷于討論3+3多基色顯示（紅、綠、藍加黃、青、紫），以擴大色域，再現更為豐富的自然界色彩。那么，LED顯示屏可否實現3+3多基色顯示？

　　我們知道在可見光范圍內，黃、青為單色光，我們已擁有高飽和度的$、青色LED.而紫色為復色光，單芯片紫色LED則是不存在的。雖然我們無法實現紅、綠、藍加黃、青、紫3+3多基色LED顯示屏。但是，研究紅、綠、藍加黃、青3+2多基色LED顯示屏卻是可行的。由于自然界存在大量高飽和度的$和青色；因此，該項研究是有一定價值的。

　　在現行的各種電視標準中，視頻源只有紅綠藍三基色，而沒有黃、青二色。那么，顯示終端黃、青二基色如何驅動？其實，在確定黃、青二基色驅動強度時；我們因遵循以下三點原則：

　?。?）增加黃、青二基色的目的是為了擴大色域，從而提高色飽和度。而總體亮度值不能改變；

　?。?）在提高色飽和度的同時，不得改變色調；

　?。?）以D65為中心；以RYGCB色域邊界為端點，在色域范圍內各點作線性擴張。

　　在上述三原則的指導下；按重力中心定律，我們可以找到3+2多基色色度處理方法。但是，要想真正實現3+2多基色全彩屏，我們還要克服黃、青色LED亮度不足；成本上升較大等困難，目前僅限于理論探討。

　　綜上所述，我們主要討論了三個方面的問題：

　?。?）如何提高LED顯示屏色度均勻性；

　?。?）如何提高LED顯示屏的色彩還原度；

　　（3）如何擴大色域，還原更多自然界色彩。

　　上述各項色度處理技術在具體實施時，都是相互關聯的，某些方面甚至是魚和熊掌不可兼得的。綜合LED顯示屏還須進行亮度均勻性校正、灰度非線性變換、降噪處理、圖像增強處理、動態(tài)象素處理等，整個信號處理流程非常復雜。因此，我們必須從系統(tǒng)的角度對各項性能進行綜合權衡，把握好各項處理的次序，并加大信號處理的深度，才能使LED全彩色顯示屏展現一個五彩繽紛、絢麗多姿的精彩世界。