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)

       摘要：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。

　　關(guān)鍵詞：顯示墻；顏色；自動(dòng)校正

　　中圖分類號(hào)：TP368.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI： 10.19358/j.issn.1674-7720.2017.01.029

　　引用格式：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.

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。

　　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。

　　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］。

　　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1RGB增益參數(shù)與

　　色坐標(biāo)的關(guān)系RGB增益參數(shù)與色坐標(biāo)關(guān)系R增益與X成正比G增益與Y成正比B增益與X、Y成反比坐標(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。

　　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?！　?/p>

　　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。或者可以通過遠(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。

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