李 靜，安 康, 李文娟,胡克用

(杭州師范大學(xué)錢江學(xué)院，浙江 杭州 310018)

拼接顯示墻顏色自動(dòng)校正系統(tǒng)設(shè)計(jì)*

李 靜，安 康, 李文娟,胡克用

(杭州師范大學(xué)錢江學(xué)院，浙江 杭州 310018)

設(shè)計(jì)了一種拼接顯示墻顏色自動(dòng)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(dòng)調(diào)整的實(shí)現(xiàn)流程。通過該自動(dòng)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(dòng)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(dòng)校正

0 引言

在傳統(tǒng)的拼接顯示墻中，由于每個(gè)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(huì)有差異。在顯示拼接畫面時(shí)，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(yàn)的工程師手動(dòng)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(dòng)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(dòng)分析并識(shí)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(shí)現(xiàn)拼接屏顏色的自動(dòng)校正。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的顏色自動(dòng)校正系統(tǒng)主要包含環(huán)境搭建、拼接屏信號(hào)采集、拼接屏顏色差異計(jì)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(dòng)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(tái)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(gè)拼接墻的畫面。之后，打開顏色校正軟件，此時(shí)需要配置相關(guān)的工作參數(shù)，例如拼接墻的規(guī)模、單個(gè)拼接屏的分辨率、顏色一致性調(diào)整目標(biāo)等信息。在配置完這些參數(shù)信息后整個(gè)系統(tǒng)的搭建工作基本完成。之后在顏色校正軟件中點(diǎn)擊開始按鈕，此時(shí)顏色校正系統(tǒng)開始自動(dòng)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(dòng)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(jì)算各拼接屏的亮度差異和色彩差異。此時(shí)如果所計(jì)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(jìn)入到后續(xù)的校正環(huán)節(jié)。

當(dāng)進(jìn)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(jì)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(jì)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(dòng)調(diào)整屏幕的顯示參數(shù)。之后攝像頭會(huì)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(dòng)調(diào)整結(jié)束。

2 顏色校正參數(shù)的實(shí)現(xiàn)方法

為了闡述上一節(jié)提到的校正參數(shù)的計(jì)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(biāo)準(zhǔn)，CIE(國際發(fā)光照明委員會(huì))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(duì)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(biāo)(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(dá)到一致，就是要讓這組拼接墻的每個(gè)單元的色坐標(biāo)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(jìn)行拼接墻色彩一致性自動(dòng)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(dāng)R、G、B都取最大值時(shí)，輸出即為純白色?？梢哉{(diào)節(jié)顯示器輸出的R、G、B的比例來調(diào)整色溫。適當(dāng)增加紅色分量的比例，色溫就會(huì)偏低，反之增加藍(lán)色分量比例，色溫就會(huì)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(xiàng)分別是R、G、B值的偏移和增益，共有6個(gè)主要參數(shù)。為了簡化考慮，將偏移設(shè)定為默認(rèn)值，只改變?cè)鲆嬷祦磉M(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。通過對(duì)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(biāo)的關(guān)系

坐標(biāo)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(biāo)X的值成正比，綠色分量(G)的增益色值與色坐標(biāo)Y值成正比，而藍(lán)色分量(B)的增益色值與色坐標(biāo)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(jìn)行軟件調(diào)節(jié)前，需要輸入一組標(biāo)準(zhǔn)色彩數(shù)據(jù)作為對(duì)比數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)是通過多次試驗(yàn)而認(rèn)為的最佳值，標(biāo)記此數(shù)據(jù)為Xs、Ys。進(jìn)行軟件調(diào)節(jié)時(shí)，每次采集的色彩參數(shù)(標(biāo)記為X、Y)與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)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(dāng)自動(dòng)校正軟件識(shí)別到拼接屏的差異特性時(shí)，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(dāng)出現(xiàn)表2中所說的組合1時(shí)，也就是色坐標(biāo)X和Y的值均小于基準(zhǔn)值，此時(shí)可以通過提高紅色和綠色分量的增益，同時(shí)適當(dāng)降低藍(lán)色分量增益值的方法來增大X和Y的值。而當(dāng)出現(xiàn)組合2時(shí)，也就是色坐標(biāo)X的值與基準(zhǔn)值相等、而Y的值小于基準(zhǔn)值時(shí)，可以通過提高紅色分量的增益來提高色坐標(biāo)X的值。當(dāng)出現(xiàn)組合5時(shí)，也就是色坐標(biāo)X和Y均與基準(zhǔn)值相等，此時(shí)代表拼接屏的顏色已經(jīng)與基準(zhǔn)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(shí)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(dá)到組合5的狀態(tài)，也就是目標(biāo)屏幕的色坐標(biāo)與給定的參考色坐標(biāo)相同，此時(shí)目標(biāo)屏幕的調(diào)整結(jié)束。最后要使整個(gè)拼接墻上所有屏幕的色坐標(biāo)都達(dá)到與參考色坐標(biāo)一致，此時(shí)整個(gè)拼接墻的色彩自動(dòng)調(diào)整目標(biāo)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。之后系統(tǒng)會(huì)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(dòng)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(dòng)調(diào)整后的效果

經(jīng)過大量的對(duì)比測試發(fā)現(xiàn)，通過自動(dòng)色彩調(diào)整系統(tǒng)可以使拼接屏色彩一致性達(dá)到95%以上。此外，通過該方法可以大大提高拼接屏色彩校準(zhǔn)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(dòng)亮色調(diào)整系統(tǒng)的調(diào)試時(shí)間可以比傳統(tǒng)的手工調(diào)試時(shí)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(shí)間運(yùn)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(yùn)營成本。借助該自動(dòng)顏色調(diào)整系統(tǒng)，企業(yè)可以在設(shè)備安裝時(shí)就給客戶的現(xiàn)場維護(hù)人員做培訓(xùn)，當(dāng)后續(xù)出現(xiàn)問題時(shí)可以由客戶現(xiàn)場維護(hù)人員自己完成調(diào)色工作?；蛘呖梢酝ㄟ^遠(yuǎn)程電話的方式指導(dǎo)現(xiàn)場維護(hù)人員做調(diào)試。這樣大大減少了企業(yè)的運(yùn)營服務(wù)成本，同時(shí)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(jì)了一種拼接墻顏色自動(dòng)校正系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以同時(shí)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(dòng)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(dòng)完成，避免了傳統(tǒng)方法對(duì)調(diào)試工程師個(gè)人經(jīng)驗(yàn)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(jì)[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(dòng)通信。

李文娟(1978-)，女，博士，講師,主要研究方向：云計(jì)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(xué)錢江學(xué)院科學(xué)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(dòng)校正系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].微型機(jī)與應(yīng)用，2017,36(1)：97-98，102.

2016-08-10)