CN116913206B - 一种led箱体显示屏幕平场校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于LED显示光学采集校正技术领域，涉及一种LED箱体显示屏幕平场校正方法，该方法如下：将经过初始亮度校正的LED箱体的显示屏幕划分为多个区域，依次点亮各区域内的像素阵列并用相机采集像素阵列的灰度数据；对像素阵列灰度数据进行计算处理得到各像素阵列灰度特征值构成的二维灰度特征值矩阵；对二维灰度特征值矩阵进行去噪、滤波以及线性插值处理得到全屏逐点灰度矩阵；计算显示屏幕上各像素修正系数；将显示屏幕上各像素的修正系数与初始亮度校正系数相乘得到相机渐晕校正系数；利用相机渐晕校正系数矩阵对显示屏幕进行平场校正。本发明操作简洁方便，精度高误差小。

Description

一种LED箱体显示屏幕平场校正方法

技术领域

本发明属于LED显示光学采集校正技术领域，涉及一种LED箱体显示屏幕平场校正方法。

背景技术

由于相机渐晕的影响导致相机采集的数据呈现极为复杂的空间曲面失真。因为亮度是渐变的，从中间区域向四周逐渐改变，因此单个箱体中人眼观看不到该变化。但是当多个箱体拼接大面积显示屏时，就会发现各个箱体之间的亮度不连续性，影响显示效果。因此需要进行相机渐晕的曲面修正。

渐晕校正的基本思路是:消除标定过程得到的渐晕曲面误差，并将结果作用于LED 像素点上，结合逐点采集得到的离散分布矩阵，实现最终的一致化校正。主要步骤为:将通过渐晕标定得到的渐晕分布曲面作为修正曲面，曲面修正矩阵与通过相机直接采集、未考虑渐晕影响计算出的校正系数做矩阵元素乘法，得到综合发光芯片离散性与采集相机渐晕的校正系数矩阵，利用该校正系数矩阵即可达到屏幕的校正。

中国专利公报公开了 “一种带网格目标的相机图像曲面精确标定方法”（申请号：2018100511221，公开日：2018年07月20日），该方法借助高精度亮度计来对相机曲面进行标定，需要确保亮度校正后的所有光斑亮度完全相同；其中控制***的精度无法保证光斑亮度完全相同，并且亮度计测量带来的误差，导致光斑亮度不可能完全相同。因此后续中“亮度差就是综合失真因素引起的亮度误差”，亮度差中一定会包含光斑本身亮度不同的差异。在实际应用中，该方法的误差过大。

中国专利公报还公开了“一种采用二维相对移动方式对相机图像曲面进行标定的方法”（ 申请号：201810051126X，公开日：2018年07月27日），该方法对亮度数据矩阵进行插值运算得到相机有效视场亮度曲面，即要保证LED箱体基本占满整个相机视场，箱体的分辨率一般为p×q(p,q一般小于500，点间距大时分辨率更小)，相机的分辨率一般为c×l(分辨率较差的相机c×l一般大于2000，分辨率较好的相机c×l甚至大于6000)；如果用一个箱体进行标定，使箱体基本充满相机视场，则需要将小矩阵的p×q插值为大矩阵c×l，插值误差过大；如果多箱体进行标定，使箱体基本充满相机视场，则需要对多个箱体进行校正再进行标定，效率低标定慢。并且该方法无法取得相机最边缘的位置，却将亮度数据矩阵插值运算成相机有效视场亮度曲面的大小，则获得的相机图像曲面并不是真实准确的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种LED箱体显示屏幕平场校正方法，该方法精度高误差小，并且操作简洁方便。

为了解决上述技术问题，本发明的LED箱体显示屏幕平场校正方法如下：

步骤一、使用相机对LED箱体显示屏幕进行采集并进行初始亮度校正，得到带有相机曲面的亮度校正后的LED箱体；

步骤二、将LED箱体的显示屏幕划分为多个区域，每个区域包含m×n个像素点，m=5~30，n=5~30，m为LED箱体显示屏幕划分的区域行数；n为LED箱体显示屏幕划分的区域列数；依次点亮各区域内的像素阵列，将相机对准点亮区域中心处的法线方向采集像素阵列的灰度数据；对像素阵列灰度数据进行计算处理，得到各像素阵列灰度特征值构成的二维灰度特征值矩阵；

步骤三、对二维灰度特征值矩阵进行去噪、滤波以及线性插值处理得到由显示屏幕上各像素灰度插值构成的全屏逐点灰度矩阵；设显示屏幕上第i行第j列像素的灰度插值为G(i，j)，根据下述公式计算显示屏幕上各像素修正系数；

V(i，j)= G_min/ G(i，j) ；

其中，V(i，j)为显示屏幕上第i行第j列像素的修正系数，G_min为各像素灰度插值中的最小值；i=1~p，j=1~q，p为显示屏幕上像素总行数，q为显示屏幕上像素总列数；

步骤四、将显示屏幕上各像素的修正系数与初始亮度校正系数相乘得到相机渐晕校正系数；利用相机渐晕校正系数矩阵对显示屏幕进行平场校正。

进一步，本发明还包括下述步骤：将利用相机渐晕校正系数矩阵对显示屏幕进行平场校正得到的各像素相机渐晕校正系数加载到控制***后，验证显示屏幕亮度平整性，若未达到预定要求，则重复步骤二、三、四，再次对显示屏幕进行平场校正；以此类推，对显示屏幕进行多次迭代平场校正，直至显示屏幕亮度平整性达到预定要求。

进一步，所述各像素阵列的灰度特征值为灰度积分值、灰度均值、灰度加权积分值或者灰度加权平均值。

进一步，所述的各像素阵列为矩形或者圆形。

进一步，在暗室环境下依次点亮各区域内的像素阵列，用相机采集像素阵列的灰度数据。

进一步，在暗室中的底部和顶部分别设置Y轴导轨和X轴导轨，LED箱体正面朝上，背面与Y轴导轨上Y轴滑块固定连接；相机通过X轴滑块与X轴导轨连接，且其镜头朝下；沿Y轴导轨和X轴导轨分别移动LED箱体和相机使相机镜头对准点亮区域中心处的法线方向。

进一步，还可以在暗室中的底部和顶部分别设置X轴导轨和Y轴导轨，LED箱体正面朝上，背面与X轴导轨上X轴滑块固定连接；相机通过Y轴滑块与Y轴导轨连接，且其镜头朝下；沿X轴导轨和Y轴导轨分别移动LED箱体和相机使相机镜头对准点亮区域中心处的法线方向。

进一步，还可以在暗室中的底部设置二维移动机构，LED箱体正面朝上安装在二维机构上，相机镜头朝下固定在暗室中的顶部；在X向、Y向移动LED箱体使相机镜头对准点亮区域中心处的法线方向。

进一步，还可以在暗室中的顶部设置二维移动机构，相机镜头朝下安装在二维移动机构上，LED箱体正面朝上固定在暗室中的底部；在X向、Y向移动相机使相机镜头对准点亮区域中心处的法线方向。

本发明无需借助亮度计等仪器，直接利用相机和箱体之间的移动来进行标定，操作简洁方便，并且无需保证亮度完全相同；相机曲面的失真会表现在利用该相机校正后的箱体中，则获得校正后LED箱体的曲面即获得箱体与相机相对位置处的曲面，本发明利用这个思想，采集箱体法线方向的像素阵列亮度，以此获得相对位置处的相机失真曲面，即使光斑之间存在亮度差，对校正效果影响也不大。

本发明将一个LED箱体分割后的m×n大小的矩阵插值为显示屏幕像素p×q大小的矩阵（而不是整个相机的有效视场），是对箱体相对于相机所在的位置处的曲面进行修正，与其他位置无关；获得曲面的大小与显示屏幕像素的大小相同，可对每个显示像素进行补偿，真实准确，精度高误差小。

附图说明

图1是本发明的流程图。

图2是LED箱体分区域示意图。

图3是像素阵列示意图。

图4、图5、图6分别是本发明红、绿、蓝三色平场校正前后对比图。

图中：m为LED箱体显示屏幕划分的区域行数；n为LED箱体显示屏幕划分的区域列数；p为显示屏幕上像素总行数；q为显示屏幕上像素总列数；I为相机渐晕的曲面；II为将最终相机渐晕校正系数加载后重新测量各区域的灰度数据得到的亮度分布图；R为红色；G为绿色，B为蓝色。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、 “连接”、 “固定”应做广义的理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况具体理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或者仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”、“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、 “下”、“左”、“右”等方位或者位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语 “第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

实施例1： LED箱体物理尺寸342.9 mm×609.6mm，点间距0.9mm，分辨率360×640。

本发明的LED箱体显示屏幕平场校正方法具体如下：

步骤一、使用相机对LED箱体显示屏幕进行采集并进行初始亮度校正，得到带有相机曲面的亮度校正后的LED箱体；

步骤二、在暗室中的底部和顶部分别设置Y轴导轨和X轴导轨，LED箱体正面朝上，背面与Y轴导轨上Y轴滑块固定连接；相机通过X轴滑块与X轴导轨连接，且其镜头朝下；设LED箱体上第i行第j列像素的初始亮度校正系数为C(i，j)， (i=1~360，j=1~640)；将LED箱体的显示屏幕划分为18行32列个区域，每个区域包含20×20个像素点，这20×20个像素点构成像素阵列；依次点亮各区域内的像素阵列，同时沿Y轴导轨和X轴导轨分别移动LED箱体和相机使相机镜头对准点亮区域中心处的法线方向，在像素阵列分别显示红、绿、蓝三基色时的灰度数据进行采集，采集时相机视野应包含整个像素阵列；对各像素阵列灰度数据进行积分，得到由各像素阵列灰度积分值构成的18×32的二维灰度特征值矩阵；该二维灰度特征值矩阵可用来表示相机渐晕的曲面；如图4、图5、图6的面I所示，红色亮度呈中间低四周高的曲面，绿色和蓝色也同样具有不同程度的曲面情况。

步骤三、对二维灰度特征值矩阵进行去噪、滤波以及线性插值处理得到由显示屏幕上各像素灰度插值构成的大小为360×640的全屏逐点灰度矩阵；设显示屏幕上第i行第j列像素的灰度插值为G(i，j)，根据下述公式计算显示屏幕上各像素修正系数，构成曲面修正矩阵；

V(i，j)= G_min/ G(i，j) ，i=1~360，j=1~640 ；

其中，V(i，j)为显示屏幕上第i行第j列像素的修正系数，G_min为各像素灰度插值中的最小值；

步骤四、将显示屏幕上各像素的修正系数与初始亮度校正系数相乘得到相机渐晕校正系数；

F(i，j)= V(i，j) ×C(i，j) ；

其中F(i，j)为显示屏幕上第i行第j列像素的相机渐晕校正系数，C(i，j) 为显示屏幕上第i行第j列像素的初始亮度校正系数，由各像素的相机渐晕校正系数构成相机渐晕校正系数矩阵；

利用相机渐晕校正系数矩阵对显示屏幕进行平场修正；

步骤五、将平场校正得到的各像素相机渐晕校正系数加载到控制***中，验证显示屏幕亮度平整性，若未达到预定要求，则重复步骤二、三、四，再次对显示屏幕进行平场校正；以此类推，对显示屏幕进行多次迭代平场校正，直至显示屏幕亮度平整性达到预定要求。

为验证实验效果，将最终相机渐晕校正系数加载后重新测量各区域的灰度数据，得到的亮度分布图如图4、图5、图6中的面II所示。可以看到，对相机渐晕进行修正后，显示屏幕的亮度基本达到一个平整平面，达到了平场校正的目的。

实施例2：LED箱体物理尺寸342.9 mm×609.6mm，点间距1.27mm，分辨率270×480。

本实施例与实施例1不同之处在于：步骤一中，暗室中的底部和顶部分别设置X轴导轨和Y轴导轨，LED箱体正面朝上，背面与X轴导轨上X轴滑块固定连接；相机通过Y轴滑块与Y轴导轨连接，且其镜头朝下，沿X轴导轨和Y轴导轨分别移动LED箱体和相机使相机镜头对准点亮区域中心处的法线方向；LED箱体的显示屏幕划分为18行32列个区域，每个区域包含15×15个像素点，这15×15个像素点构成像素阵列；对各像素阵列灰度数据进行计算处理，得到由各像素阵列灰度均值构成的18×32的二维灰度特征值矩阵；其余步骤均与实施例1相同。

实施例3：LED箱体物理尺寸304.8mm×342.9mm，点间距1.9mm，180×160分辨率。

本实施例与实施例1不同之处在于：步骤一中，暗室中的底部设置二维移动机构，LED箱体正面朝上安装在二维机构上，相机镜头朝下固定在暗室中的顶部；LED箱体的显示屏幕划分为18行16列个区域，每个区域包含10×10个像素点，这10×10个像素点构成的像素阵列，对各像素阵列灰度数据进行计算处理，得到由各像素阵列灰度加权积分值构成的18×32的二维灰度特征值矩阵；其余步骤均与实施例1相同。

实施例4：LED箱体物理尺寸373.95mm×664.8mm，点间距0.6925mm，540×960分辨率。

本实施例与实施例1不同之处在于：步骤一中，LED箱体正面朝上固定在暗室中的底部，暗室中的顶部设置二维移动机构，相机镜头朝下安装在二维移动机构上；LED箱体的显示屏幕划分为18行32列个区域，每个区域包含30×30个像素点，这30×30个像素点构成的像素阵列；对各像素阵列灰度数据进行计算处理，得到由各像素阵列灰度加权平均值构成的18×32的二维灰度特征值矩阵；其余步骤均与实施例1相同。

显示屏幕分割的区域越多获得的曲面越细腻越真实，平场校正效果越好，但随着分割区域的增加运算量也逐渐加大，因此本发明中每个区域像素行数和列数以5 ~ 30为宜。

本发明不仅限于在暗室内采集像素阵列的灰度数据，还可以在均匀光照或灯光下采集像素阵列的灰度数据；所述的各像素阵列的灰度特征值采用灰度积分值、灰度均值、灰度加权积分值或者灰度加权平均值时修正效果基本相同。各像素阵列不限于矩形，还可以为圆形等其他形状。

理论上二维灰度特征值矩阵与相同物理尺寸LED箱体内像素分辨率无关，只与相机有关，因此在相机条件不变的情况下，可应用于任意的分辨率。如果LED箱体物理尺寸变化，其在相机成像中的位置发生变化，需要重新修正。

Claims (9)

1.一种LED箱体显示屏幕平场校正方法，其特征在于该方法如下：

步骤一、使用相机对LED箱体显示屏幕进行采集并进行初始亮度校正，得到带有相机曲面的亮度校正后的LED箱体；

步骤二、将LED箱体的显示屏幕划分为多个区域，每个区域包含m×n个像素点，m=5~30，n=5~30，m为LED箱体显示屏幕划分的区域行数；n为LED箱体显示屏幕划分的区域列数；依次点亮各区域内的像素阵列，将相机对准点亮区域中心处的法线方向采集像素阵列的灰度数据；对像素阵列灰度数据进行计算处理，得到各像素阵列灰度特征值构成的二维灰度特征值矩阵；

步骤三、对二维灰度特征值矩阵进行去噪、滤波以及线性插值处理得到由显示屏幕上各像素灰度插值构成的全屏逐点灰度矩阵；设显示屏幕上第i行第j列像素的灰度插值为G(i，j)，根据下述公式计算显示屏幕上各像素修正系数；

V(i，j)= G_min/ G(i，j) ；

其中，V(i，j)为显示屏幕上第i行第j列像素的修正系数，G_min为各像素灰度插值中的最小值；i=1~p，j=1~q，p为显示屏幕上像素总行数，q为显示屏幕上像素总列数；

步骤四、将显示屏幕上各像素的修正系数与初始亮度校正系数相乘得到相机渐晕校正系数；利用相机渐晕校正系数矩阵对显示屏幕进行平场校正。

2.根据权利要求1所述的LED箱体显示屏幕平场校正方法，其特征在于还包括下述步骤：将利用相机渐晕校正系数矩阵对显示屏幕进行平场校正得到的各像素相机渐晕校正系数加载到控制***后，验证显示屏幕亮度平整性，若未达到预定要求，则重复步骤二、三、四，再次对显示屏幕进行平场校正；以此类推，对显示屏幕进行多次迭代平场校正，直至显示屏幕亮度平整性达到预定要求。

3.根据权利要求1或2所述的LED箱体显示屏幕平场校正方法，其特征在于所述各像素阵列的灰度特征值为灰度积分值、灰度均值、灰度加权积分值或者灰度加权平均值。

4.根据权利要求1所述的LED箱体显示屏幕平场校正方法，其特征在于所述的各像素阵列为矩形或者圆形。

5.根据权利要求1所述的LED箱体显示屏幕平场校正方法，其特征在于在暗室环境下依次点亮各区域内的像素阵列，用相机采集像素阵列的灰度数据。

6.根据权利要求5所述的LED箱体显示屏幕平场校正方法，其特征在于在暗室中的底部和顶部分别设置Y轴导轨和X轴导轨，LED箱体正面朝上，背面与Y轴导轨上Y轴滑块固定连接；相机通过X轴滑块与X轴导轨连接，且其镜头朝下；沿Y轴导轨和X轴导轨分别移动LED箱体和相机使相机镜头对准点亮区域中心处的法线方向。

7.根据权利要求5所述的LED箱体显示屏幕平场校正方法，其特征在于在暗室中的底部和顶部分别设置X轴导轨和Y轴导轨，LED箱体正面朝上，背面与X轴导轨上X轴滑块固定连接；相机通过Y轴滑块与Y轴导轨连接，且其镜头朝下；沿X轴导轨和Y轴导轨分别移动LED箱体和相机使相机镜头对准点亮区域中心处的法线方向。

8.根据权利要求5所述的LED箱体显示屏幕平场校正方法，其特征在于在暗室中的底部设置二维移动机构，LED箱体正面朝上安装在二维机构上，相机镜头朝下固定在暗室中的顶部；在X向、Y向移动LED箱体使相机镜头对准点亮区域中心处的法线方向。

9.根据权利要求5所述的LED箱体显示屏幕平场校正方法，其特征在于在暗室中的顶部设置二维移动机构，相机镜头朝下安装在二维移动机构上，LED箱体正面朝上固定在暗室中的底部；在X向、Y向移动相机使相机镜头对准点亮区域中心处的法线方向。