拼接顯示墻顏色自動校正系統(tǒng)設(shè)計*

李 靜，安 康, 李文娟,胡克用

(杭州師范大學錢江學院，浙江 杭州 310018)

拼接顯示墻顏色自動校正系統(tǒng)設(shè)計*

李 靜，安 康, 李文娟,胡克用

(杭州師范大學錢江學院，浙江 杭州 310018)

設(shè)計了一種拼接顯示墻顏色自動校正系統(tǒng)。介紹了拼接顯示墻顏色調(diào)整的原理和方法；闡述了系統(tǒng)配置和顏色自動調(diào)整的實現(xiàn)流程。通過該自動顏色調(diào)整系統(tǒng)，可以調(diào)整不同顯示屏之間的亮度差異和色彩差異，較好地解決了傳統(tǒng)拼接顯示墻屏體間的色彩差異問題。該自動校正系統(tǒng)也可以大幅提高拼接顯示墻顏色校正的精度和效率。

顯示墻；顏色；自動校正

0 引言

在傳統(tǒng)的拼接顯示墻中，由于每個拼接顯示單元制造工藝的差別，導(dǎo)致屏幕之間的亮度和色彩效果會有差異。在顯示拼接畫面時，處于拼接屏交界處的畫面存在較大的差異。如圖1所示。

圖1 2×2拼接墻顏色差異

為了解決上述問題，傳統(tǒng)的方法是通過有經(jīng)驗的工程師手動調(diào)節(jié)屏體之間的差異。通過人工的方法調(diào)試，整體效率比較低，且調(diào)試的效果也不夠理想。本文研究了一種拼接屏顏色自動調(diào)整的方法，通過攝像頭采集圖像數(shù)據(jù)，通過軟件自動分析并識別出每塊拼接屏之間的差異，之后控制拼接屏做顏色調(diào)整，最后實現(xiàn)拼接屏顏色的自動校正。

1 系統(tǒng)設(shè)計

本文設(shè)計的顏色自動校正系統(tǒng)主要包含環(huán)境搭建、拼接屏信號采集、拼接屏顏色差異計算和拼接屏顏色校正等步驟。其流程圖如圖2所示。

圖2 顏色自動校正系統(tǒng)工作流程圖

如圖2所示，首先要在拼接屏前面架設(shè)一臺攝像頭，所選擇的攝像頭要具備USB接口，該接口用于攝像頭與顏色校正軟件之間的圖像和控制指令的傳輸。要確保攝像頭可以完整拍下整個拼接墻的畫面。之后，打開顏色校正軟件，此時需要配置相關(guān)的工作參數(shù)，例如拼接墻的規(guī)模、單個拼接屏的分辨率、顏色一致性調(diào)整目標等信息。在配置完這些參數(shù)信息后整個系統(tǒng)的搭建工作基本完成。之后在顏色校正軟件中點擊開始按鈕，此時顏色校正系統(tǒng)開始自動工作。首先，校正軟件通過RS232接口向拼接墻發(fā)送測試指令，所有的拼接屏在接收到測試指令后自動顯示測試畫面。之后校正軟件通過USB接口向攝像頭發(fā)出采集指令。

攝像頭接收到采集指令后開始連續(xù)拍攝多張畫面，并將所拍攝到的畫面通過USB接口傳輸給校正軟件。校正軟件接收到圖像信息后開始計算各拼接屏的亮度差異和色彩差異。此時如果所計算出的差異值比較小，符合事先設(shè)定的要求，校正流程結(jié)束；如果差異值超過之前設(shè)定的值，則進入到后續(xù)的校正環(huán)節(jié)。

當進入到校正環(huán)節(jié)之后，校正軟件根據(jù)各拼接之間的差異值計算出每塊拼接屏的校正參數(shù)，之后校正軟件通過RS232接口將計算好的校正參數(shù)發(fā)送給拼接屏；拼接屏在接收到校正參數(shù)后自動調(diào)整屏幕的顯示參數(shù)。之后攝像頭會再次采集調(diào)整后的拼接墻圖像，并重復(fù)上述步驟直至拼接墻顏色差異小于事先設(shè)定的要求，至此拼接墻顏色一致性自動調(diào)整結(jié)束。

2 顏色校正參數(shù)的實現(xiàn)方法

為了闡述上一節(jié)提到的校正參數(shù)的計算方法，先簡要介紹一下色溫和色溫調(diào)整。

為了建立一套界定和測量色彩的技術(shù)標準，CIE(國際發(fā)光照明委員會)制定了如下的CIE1931色譜圖[1]。

圖3 CIE 1931色譜圖

CIE1931色譜圖中間白色區(qū)域的橫線俗稱色溫線，對應(yīng)的數(shù)字表示不同的色溫，例如10 000 K和6 000 K。CIE 1931中的色坐標(橫軸為x，縱軸為y)，是指某種顏色在CIE1931色譜圖上的橫軸X和豎軸Y上的位置。要想讓一組拼接墻的色彩達到一致，就是要讓這組拼接墻的每個單元的色坐標相同或者接近。使用攝像頭可以測量顯示屏的相關(guān)參數(shù)，并進行拼接墻色彩一致性自動調(diào)整。

在顯示屏顏色中，灰階圖像由R、G、B三種顏色等比例混合而成，當R、G、B都取最大值時，輸出即為純白色。可以調(diào)節(jié)顯示器輸出的R、G、B的比例來調(diào)整色溫。適當增加紅色分量的比例，色溫就會偏低，反之增加藍色分量比例，色溫就會偏高。

拼接顯示屏中影響R、G、B三種顏色的主要調(diào)節(jié)選項分別是R、G、B值的偏移和增益，共有6個主要參數(shù)。為了簡化考慮，將偏移設(shè)定為默認值，只改變增益值來進行動態(tài)調(diào)整。通過對色譜圖的研究發(fā)現(xiàn)R、G、B增益值與色

表1 RGB增益參數(shù)與色坐標的關(guān)系

坐標X、Y的關(guān)系如表1所示。

由表1可知，紅色分量(R)的增益色值與色坐標X的值成正比，綠色分量(G)的增益色值與色坐標Y值成正比，而藍色分量(B)的增益色值與色坐標X、Y的值均成反比。此處所說的正比和反比均是指一種定性分析而不是定量分析，也就是非線性關(guān)系的正比和反比，而不是通常意義上所講的線性正反比關(guān)系。

進行軟件調(diào)節(jié)前，需要輸入一組標準色彩數(shù)據(jù)作為對比數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)是通過多次試驗而認為的最佳值，標記此數(shù)據(jù)為Xs、Ys。進行軟件調(diào)節(jié)時，每次采集的色彩參數(shù)(標記為X、Y)與標準值進行比較，根據(jù)預(yù)先設(shè)置的容差范圍，可以得到9種組合,如表2所示。

表2 參數(shù)組合

當自動校正軟件識別到拼接屏的差異特性時，可以根據(jù)表2中所述的不同排列組合，采用不同的調(diào)整策略。例如當出現(xiàn)表2中所說的組合1時，也就是色坐標X和Y的值均小于基準值，此時可以通過提高紅色和綠色分量的增益，同時適當降低藍色分量增益值的方法來增大X和Y的值。而當出現(xiàn)組合2時，也就是色坐標X的值與基準值相等、而Y的值小于基準值時，可以通過提高紅色分量的增益來提高色坐標X的值。當出現(xiàn)組合5時，也就是色坐標X和Y均與基準值相等，此時代表拼接屏的顏色已經(jīng)與基準值相近，調(diào)整結(jié)束。其他組合的調(diào)整方法類似[2-3]。

系統(tǒng)需要循環(huán)多次做調(diào)整，每次根據(jù)軟件識別到的不同參數(shù)組合采取不同的調(diào)整策略，直到最后采集到的色度數(shù)據(jù)達到組合5的狀態(tài)，也就是目標屏幕的色坐標與給定的參考色坐標相同，此時目標屏幕的調(diào)整結(jié)束。最后要使整個拼接墻上所有屏幕的色坐標都達到與參考色坐標一致，此時整個拼接墻的色彩自動調(diào)整目標已經(jīng)實現(xiàn)。之后系統(tǒng)會保存最后一次獲得的最優(yōu)參數(shù)，系統(tǒng)工作結(jié)束。

3 顏色校正的效果與應(yīng)用

通過上文所述的顏色自動調(diào)整系統(tǒng)的處理，拼接墻的效果如圖4所示。

圖4 拼接墻顏色自動調(diào)整后的效果

經(jīng)過大量的對比測試發(fā)現(xiàn)，通過自動色彩調(diào)整系統(tǒng)可以使拼接屏色彩一致性達到95%以上。此外，通過該方法可以大大提高拼接屏色彩校準的效率。以常見的3行5列共15塊拼接屏組成的拼接墻為例，自動亮色調(diào)整系統(tǒng)的調(diào)試時間可以比傳統(tǒng)的手工調(diào)試時間縮減90%以上，系統(tǒng)調(diào)試的精度可以提升50%以上。

傳統(tǒng)的拼接墻長時間運行后屏體之間容易產(chǎn)生亮度和色彩差異，而調(diào)整屏體差異需要專業(yè)的工程師來完成，所以一般都需要拼接屏廠家派人上門服務(wù)，這無形中提高了企業(yè)的服務(wù)運營成本。借助該自動顏色調(diào)整系統(tǒng)，企業(yè)可以在設(shè)備安裝時就給客戶的現(xiàn)場維護人員做培訓，當后續(xù)出現(xiàn)問題時可以由客戶現(xiàn)場維護人員自己完成調(diào)色工作。或者可以通過遠程電話的方式指導(dǎo)現(xiàn)場維護人員做調(diào)試。這樣大大減少了企業(yè)的運營服務(wù)成本，同時也可以更加快速地響應(yīng)客戶的服務(wù)需求，有效提高客戶滿意度。

4 結(jié)論

本文設(shè)計了一種拼接墻顏色自動校正系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以同時校正拼接屏的亮度差異和色彩差異，使得拼接墻的顏色一致性效果得到很好的提升。該調(diào)試方法操作簡單，調(diào)試過程由軟件自動完成，相比傳統(tǒng)通過工程師手工調(diào)節(jié)的方法，有效提高了調(diào)試的效率。此外，該系統(tǒng)的調(diào)試通過算法自動完成，避免了傳統(tǒng)方法對調(diào)試工程師個人經(jīng)驗的依賴，使得該方法有很大的可復(fù)制性。該方法在拼接屏行業(yè)中有較好的應(yīng)用前景。

[1] Silicon Image. SiI9136-3/SiI1136 HDME deep color transmitter, data sheet SiI-PR-0039-F[EB/OL].(2008-05-xx).http://www.latticesemi.com/Search.aspx?&lcid=9&q=sii9134&t=480.

[2] ELECTRONIC INDUSTRIES ALLIANCE. A DTV profile for uncompressed high speed digital interfaces, EIA standards EIA/CEA-861-B[EB/OL].(2002-05-xx).http://download.csdn.net/detail/jsbv2002/4824267.

[3] 李靜，安康，葉志龍.帶虛擬LED功能的多屏控制系統(tǒng)設(shè)計[J]．電視技術(shù)，2015，39(4)：37-38，59.

李靜(1982- )， 女，碩士，講師，主要研究方向：嵌入式系統(tǒng)。

安康(1982-)，男，碩士，講師，主要研究方向：移動通信。

李文娟(1978-)，女，博士，講師,主要研究方向：云計算。

Design of video wall color auto adjustment system

Li Jing, An Kang,Li Wenjuan, Hu Keyong

( Qianjiang College of Hangzhou Normal University, Hangzhou 310018, China)

This paper introduces the designation of video wall color auto adjustment system. It describes how to realize video wall with color auto adjustment capability. It also describes the realization procedure of system configuration and color auto adjustment. Video wall with auto adjusting capability solves the color and bright differences between different display screens. Also it leads to better video wall adjustment precision and higher adjustment efficiency.

video wall; color; auto adjustment

杭州師范大學錢江學院科學研究基金(2016QJJL05)

TP368.1

A

10.19358/j.issn.1674- 7720.2017.01.029

李靜，安康, 李文娟，等. 拼接顯示墻顏色自動校正系統(tǒng)設(shè)計[J].微型機與應(yīng)用，2017,36(1)：97-98，102.

2016-08-10)