LED屏色度校正原理与应用

LED 显示屏色度校正原理与应用

随着逐点校正的技术进步，客户对LED 屏的显示质量要求也越来越高，从仅仅追求亮度与白平衡指标，渐渐提升到了对显示均匀度和色保真度的要求。利用逐点校正技术大幅提升显示屏的均匀度，当前正处于快速的普及应用进程中，而色度校正的需求也渐渐浮出水面，越来越为业内所关注。本文将简要介绍LED 显示屏色度校正的原理、应用、实现方法与技巧。

1、色度校正基础概念

LED 显示屏的色度测量与计算需使用CIE XYZ 1931标准色度系统。为了后面引入色度校正的计算公式，首先对色度校正相关的基本概念做一简单梳理：

1.1 三刺激值

根据格拉斯曼颜色匹配原理，选择三种原色，三原色中任何一种颜色不能由其他两种原色相加混合得到，如RGB 三原色，通过选一特定白光做为标准，定出三原色的相对亮度单位，则其他颜色的光可以看成是由不同数量的三原色光混合而成，所需的三原色各自的数量就是三刺激值。

CIE XYZ 1931色度系统，使用了三个假想的原色，[X],[Y],[Z]替代RGB 三原色，通过匹配等能白光定出三种原色的单位。在定量表达某种光源的亮度与色度时，色度学方程可表达如下：

C[C]=X[X]+Y[Y]+Z[Z] （式1）

式中的X,Y,Z 即三刺激值，而混合色的三刺激值为各组成色的三刺激值之和。

注意，三原色中只有[Y] 原色既代表色品又代表亮度，[X],[Z] 只代表色品。

1.2 色坐标

CIE XYZ 1931色度系统中的色坐标x, y, z 与三刺激值XYZ 之间的关系式如下：

Z Y X Z z Z

Y X Y y Z

Y X X

x ++=++=++=

（式2） 可以看到，x, y, z 并不独立，x+y+z=1，因此一般只用x,y 两个色坐标即可唯一地表达色品。 有了三刺激值，就可以计算得到色坐标x,y 。反之，有了色坐标x,y ，和Y ，也可以计算出三刺激值XYZ ，如下式所示：

Y y z Z Y

Y Y y

x X **===

（式3）

三刺激值XYZ 是混色叠加计算的基础，而混色叠加计算正是色度校正的理论基础。

1.3 色域空间

色域就是指某种表色模式所能表达的颜色数量所构成的范围区域，也指具体介质如屏幕显示、数码输出及印刷复制所能表现的颜色范围。

对于LED 显示屏来说，对应到CIE 1931色品图（参见图1）上，就是三原色色坐标连线构成的色域三角形和设定的白点。三原色色域三角形决定了该LED 显示屏能表现的色彩。而白点定义了所需要的三原色配比，也就是单位量。一张显示屏生产完成，其色域三角形就确定了，而调整白平衡可通过调电阻等方法改变RGB 的配比来实现。

三原色色域三角形内部的颜色为显示屏通过三原色的混色可实现的全部颜色。

因此，一张LED 显示屏的原始色域空间定义应包含以下参数：

（Rx ，Ry ）；（Gx ，Gy ）；（Bx ，By ）；（Wx ，Wy ）；

以上四组色坐标分别为显示屏显示为（R255，G0，B0）、（R0，G255,，B0）、（R0，G0，B255）以及（R255，G255，B255）等红绿蓝白四色时的色坐标。

白色由RGB 三原色混色而成，因此，如给出RGB 三色的亮度值RY ，GY ，BY ，就可以计算出RGB 三色各自的三刺激值。

RX RY RZ RY*Rx/Ry RY RY*(1-Rx-Ry)/Ry GX GY GZ GY*Gx/Gy GY GY*(1-Gx-Gy)/Gy BX BY BZ BY*Bx/By BY BY*(1-Bx-By)/By ⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦

（式4） 而白色的色坐标Wx ，Wy 以及白色亮度值WY 都可以通过RGB 三色的XYZ 三刺激值的叠加计算得到：

WX RX GX BX WY RY GY+BY WZ RZ GZ BZ ++⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥=+⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥++⎣⎦⎣⎦

（式5） 反之，给出白色的色坐标和亮度值，也可以计算得到所需的RGB 三原色亮度值。

（图1）

说明：图中的蓝色与白色大三角形为假定的两块LED屏的原始色域空间，内部的黑色小三角形为设定的目标标准色域空间SRGB，该色域三角形被两个原始色域三角形完全包含，因此是两块显示屏都可以通过校正实现的色

域空间。

2、色度校正应用领域

2.1 提高色保真度

LED屏色度校正最本原的应用服务于提高显示的色保真度，使显示的图像与源图像的颜色一致，更真实地还原自然色彩。通俗一点说，就是让显示的色彩更“正”。

LED屏上的显示内容一般来自电视摄像机、相机，或计算机。而电视与计算机监视器的色域空间与LED屏的色域空间不一致，就造成了显示色彩失真的现象。如常见的电视的色域空间标准PAL、NTSC，电脑监视器的色域空间标准SRGB等，都与LED显示屏固有的色域空间不一致。LED 色域空间较大，色彩表现通常过饱和，视觉感受是更艳丽、夸张，因而失真。

色度校正的目标之一，就是将显示屏的色域空间校正到视频或图像源的色域空间上，或尽可能接近，以改善显示的色保真度。

2.2 不同批次箱体混用

租赁屏主经常会遇到这种情况：分时段采购的批量箱体，希望能一起混用，方便承接更大的演出项目。工程商有时也会遭遇客户的要求，希望将一块原有的显示屏扩大面积，新制作一部分箱体和老屏拼接成一块大屏。

然而，不同批次的箱体因为原始亮度与原始色域空间的差异，各自为政，格格不入。

此时，色度校正可以将不同批次的箱体的原始色域空间校正到一个重合的目标色域空间上，从而实现不同批次箱体混用和新老屏的拼接。

2.3 色度均匀性校正

色度均匀性校正目的是改善显示屏的像素间色差。此时，每一个像素点，一组RGB灯的组合，都可视为一个色域空间，色度校正要完成的任务是将显示屏上所有像素数量的色域空间校正到同一个色域空间上。

当前分光分色机的分色精度和有效的混灯技术，使得色度均匀性的应用场合非常有限。因为人眼对像素级的色差分辨力约为4nm，而分光分色机的分色精度普遍可达到±1nm。除非将非常多批次且少量的库存LED灯用于同一张屏，色度均匀性校正才是必要的。