LED电子显示屏系统色彩调节参数的研究

LED电子显示屏系统色彩调节参数的研究
张旸
摘要：随着我国国民经济的发展，LED电子显示屏的应用越来越广泛，结合实际工作经验，本文对LED电子显示屏系统的色彩调节参数进行了详细的分析和论述。

关键词：LED电子显示屏；色彩调节；白平衡；伽玛校正
0引言
LED电子显示屏是集微电子技术、计算机技术、信息处理于一体的大型显示屏系统。

它以其色彩鲜艳，动态范围广，亮度高，寿命长，工作稳定可靠等优点，成为众多显示媒体中的佼佼者，广泛用于商业广告、体育场馆、信息传播、新闻发布、证券交易等方面，是目前国际上比较先进的显示媒体之一。

LED电子显示器件的应用至今已有近三十年，但由于原材料的采用和工艺上的限制，在前十余年间并未被广泛接受。

进入九十年代后，伴随着工艺改良以及原材料的发展，LED显示器件在寿命和亮度指标上都得到了突飞猛进的发展，成本也大大降低。

由此其应用的范围和领域日益广泛。

在我国及其他先进国家，LED显示器件正广泛地用于户外作业、显示屏等领域。

1LED电子显示屏系统色彩调节参数
在LED电子显示屏系统中，点阵结构单元为其基本结构，每个点阵单元又包括红、绿、蓝三种发光二极管。

LED电子显示屏的显示方式采用与视频源相映射的原理，即LED电子显示屏点阵的一个像素点对应着视频源的一个像素点。

根据光学中的三基色原理，将来自视频源上每一点的图像分解为红、绿、蓝三种信号，经过系统处理后，传递到LED电子显示屏点阵屏幕上的点阵单元中，分别驱动相应颜色的发光二极管，即实现了视频源在LED电子显示屏上的映射。

1.1白平衡处理及白场色温选择
白平衡处理是LED电子显示屏最重要的技术指标,也是衡量LED电子显示屏质量好坏最为重要的环节。

按照人眼的视觉特性，在不同的环境照度下人们喜欢不同色温的图像。

根据这一特点，在环境亮度变化时，我们不仅需要对显示屏亮度进行调整，而且显示屏的色温也需要随环境光变化进行调整，以符合人眼视觉特性的要求。

一、概述
随着科技的发展，无线网络技术以其便利的安装、使用，高速的接入速度，可移动的接入方式赢得了众多公司、政府、个人以及电信运营商的青睐。

但由于无线网络传送的数据是利用无线电波在空中辐射传播，无线电波可以穿透天花板、地板和墙壁，发射的数据可能到达预期之外的、安装在不同楼层甚至是发射机所在的大楼之外的接收设备，数据安全也就成为最重要的问题。

二、无线网络安全技术分类
当今无线网络主要通过以下几类技术实现网络安全
（一）扩频技术
扩频传输是将非常低的能量在一系列的频率范围中发送，明显地区别于窄带的无线电技术的集中所有能量在一个信号频率中的方式进行传输。

（二）用户验证:密码控制
由于无线网络支持使用笔记本或其他移动设备的漫游用户，所以精确的密码策略能增加一个安全级别，这可以确保工作站只被授权人使用。

（三）数据加密
借助于硬件或软件，数据包在被发送之前被加密，只有拥有正确密钥的工作站才能解密并读出数据。

（四）WEP（Wired Equivalent Privacy）加密配置
WEP加密配置是确保经过授权的WLAN用户不被窃听的验证算法，是IEEE协会为了解决无线网络的安全性而在802.11中提出的解决办法。

（五）防止入侵者访问网络资源
这是用一个验证算法来实现的。

在这种算法中，适配器需要证明自己知道当前的密钥。

三、加强网络安全方法及措施
（一）正确放置网络的接入点设备
从基础做起，在网络配置中，要确保无线接入点放置在防火墙范围之外。

（二）利用MAC阻止黑客攻击
利用基于MAC地址的ACLs（访问控制表）确保只有经过注册的设备才能进入网络。

（三）利用WEP协议加强网络安全
WEP是802.11b无线局域网的标准网络安全协议。

在传输信息时，WEP可以通过加密无线传输数据来提供类似有线传输的保护。

（四）简化网络安全管理，集成无线和有线网络安全策略
制定结合有线和无线网络安全的策略能够提高管理水平，降低管理成本。

所有无线局域网都有一个缺省的SSID（服务标识符）或网络名，立即更改这个名字，用文字和数字符号来表示。

如果企业具有网络管理能力，应该定期更改SSID，即取消SSID自动播放功能。

（五）不能让非专业人员构建无线网络
非专业人员在安装过程中很少考虑到网络的安全性，只要通过网络探测工具扫描就能够给黑客留下攻击的后门。

因而，在没有专业系统管理员同意和参与的情况下，要限制无线网络的构建，这样才能保证无线网络的安全。

（作者单位：长江日报报业集团技术部）
浅析无线网络安全防范
朱轶
气象、防雷、通信、通讯与电子学界
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广东科技2010.7总第241期
白场色温与RGB亮度关系如下：
根据色度学原理，在“RGB”和“XYZ”计色系统中配色方程为
[F]=R（R）+G（G）+B（B）=X（X）+Y（Y）+Z（Z）
x，y，z为色度坐标，其中：
x=X/X+Y+Z y=Y/X+Y+Z z=Z/X+Y+Z
通过先进的色度分析仪PR-650精确的测量出每一种基色LED的色度坐标并选定白场色温后，通过亮度方程得到三基色的亮度配比，使显示屏在各种环境下达到人眼最舒适白场色温。

为了对白平衡进行有效调整，首先要做到以下三点：
（1）LED灯的选择。

众所周知LED发光管的特性，跟它正向平均电流成正比，跟它的温度成反比。

随温度的变化色坐标有±1.5nm的漂移。

所以控制LED的功耗有着相当重要的意义。

通常LED电子显示屏选择的LED，每平方米的亮度可以达到6000cd以上。

而室外屏标准亮度取值为每平方米5000cd，加上扫描损耗，LED在白光时所发出最大功率为原额定功率的60％。

这样非常有利于白平衡调节，延长衰减期和提高显示的一致性，提高了电能的利用率降低整屏的热消耗。

（2）恒流源驱动IC的选择。

恒流源是一种恒定电流输出的驱动器件，它的交流等效电阻很大，直流压降却不大，其等效的数字模型是VCCS（电压控制的电流源），工作于开关状态，其电流输出一旦通过调节电阻设定后，仅受控于输入的逻辑状态0或者1，输入信号有效时，其输出电流保持为某个给定时间常数的函数，不会因它所联结的外电路不同而变化，输入信号无效时，其输出电流关断。

LED是一种电流驱动的双端口器件，其发光特性仅与流过的电流大小相对应，普通的驱动器件不具备恒流特性，其输出电流亦会随输入电压变化。

而我们知道，TTL电路的电压是一阀值，一点微小的变化虽不影响逻辑状态，但会影响到输出的电流的大小，而直接反映到LED的发光，解决这一问题的唯一途径即是采用如上所提到的恒流源。

另外，恒流源驱动器件的选用，保证了输出电流的大小恒定，也就可以去掉变通驱动器件必须要有的串联限流电阻，大大降低了消耗在电阻上的功率，降低了系统的发热，恒流源驱动器件的输出电流可以通过调节电阻很方便的调校，这样对于系统最终的白平衡定位提供了最大程度上的方便。

（3）伽玛校正。

由目前对人眼的视觉特性研究可知如下原理：人眼的主观亮度与光强为非线性关系。

人眼在环境亮度较低时，对比度的响应比在高亮度环境中敏锐；有背景光时，对比灵敏度与光强的线性关系范围大大减小；为了保证显示效果，制造商采用了3D-LUT查找表结构实现彩色校正矩阵。

用ALTERA的万门级FPGA处理13bit视频深度，也就是8192级灰度。

将8192级灰度转换为1024级灰度，弥补了人眼视觉的非线性生理现象。

1.2色坐标空间变换与控制
色空间变换是根据全屏LED色坐标与信号源色坐标的偏差进行变换。

视频源的色空间与LED发光二极管的色空间是不同的。

好在LED的色空间大于并包含了视频源的色空间，但问题是如果不对视顾源输出的红、原蓝色坐标信号进行适当的调整（色坐标空间变换）LED电子显示屏上反映出的色彩便不是视频源色彩的真实对应，原本应发白色光时有可能发粉红色或产生其它色偏现象。

为解决以上问题。

要对视频源和LED显示系统的颜色进行色坐标变换，视频原色空间上的每一点与LED色空间上的每一点一一对应起来，从而使画色彩更贴近真实。

目前的LED电子显示屏通常运用大规模集成电路对视频信号进行实时矩阵变换，大大提高了视频画面的色彩还原度。

其中：绿色：△X≤0.01，△Y≤0.01
红色：△X≤0.005，△Y≤0.005
蓝色：△X≤0.005，△Y≤0.005
1.3伽玛曲线的值域空间
为了无失真的显示图像，理论上讲LED系统总的传输特性应当是线性的，即屏幕上所看到的图像亮度Ld应正比于原景物亮度Lo（Ld＝kLo）。

然而，实际的自然界景物在传输过程中要经过摄像机的光电转换和显示系统的电光转换过程，这种转换特性往往是非线性的，即实际的转换关系为Ld＝K(Lo)γ，若γ不等于1，则系统的信号输出亮度与自然界原景物之间存在非线性关系，从而使重现图像畸变，我们使用第一级?校正来实现此非线性失真校正。

如上所述，理论上讲LED系统总的传输特性应当是线性的，但实际应用发现，人眼对于亮度的感知是非线性的，对低亮度的敏感度远远大于对高亮度的敏感度，为取得最佳显示效果，我们可以进一步的压缩低亮度空间，而拉大高亮度空间，通过第二级?校正来实现此动作。

通过亮度非线性变换，使得LED电子显示屏显示的图像符合人的视觉感觉的亮度特性。

第一级非线性校正通过计算机软件对视频图像信息进行处理。

为了保证不同观看环境的显示效果，如白天、夜晚、阴雨天等，制造商设计并实现了第二级非线性校正技术，可以选择不同的非线性校正数据以适应不同的观看环境。

为了保证显示效果，国内、国外的著名公司如日本富士通、美国TI公司等，通过大量实验，克服了产品的缺陷，设计并实现了更适合LED显示屏显示效果的非线性灰度校正算法，并且在超大规模集成电路中得以实现，从8192个灰度数据中非线性选择1024个灰度数据供显示用。

从而实现了伽玛曲线对图像还原真实度的调整。

2结论
通过对白平衡参数因素、色坐标空间转换公式以及伽玛曲线调节的研究，我们得出了LED电子显示屏系统色彩调节的方法，进一步应用到LED电子显示屏的制造与使用中。

参考文献：
信息产业部，《发光二极管LED显示屏测试方法》SJ/T11281—2007，2007年
（作者单位：天津市科学技术信息研究所）
气象、防雷、通信、通讯与电子
学界
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