一种低成本屏幕亮度一致性自动校正方法

李 静，葛昭君，孙亚萍

（杭州师范大学 钱江学院，浙江 杭州 310018）

0 引言

LCD 显示屏由于显示原理的限制，导致屏幕上下左右四边以及四个角落的亮度通常比屏幕中心区域的亮度要低[1]。为了解决这一问题，传统的方法一般是通过增加LCD 背光灯珠的数量实现整体亮度一致性的提升[2]，例如在屏幕四边和四个角落把灯珠布得比屏幕中心区域要密一些，这种方法虽然可以有效提升屏幕亮度一致性，但由于灯珠数量的增加会导致整机成本大大提升，也会导致屏幕加工难度提升。本文设计了一种在不增加背光灯珠的前提下，通过数字信号补偿来提升屏幕整机亮度一致性的方法。该方法具有成本低、效果好等优点，在成本受限的场合具有较高的应用价值。

1 系统设计

LCD 显示屏图像区域差异如图1 所示。

图1 图像区域差异示意图

根据样本测试统计，显示屏的4 个边角A1、A2、A3 和A4 的亮度最低，局部容易形成暗角[3]。此外，B1、B2、B3和B4所在区域亮度值通常为中等，但也容易形成暗边。中间的C区域则通常亮度最高。本设计针对每个区域分别做亮度调整，使得各区域的亮度趋近于一致，最终有效提升整个显示屏的亮度一致性。方法的总体流程如图2 所示。

图2 系统设计框图

如图2 所示，首先给系统发送一个标准信号源，将标准信号源显示到LCD 屏幕上。之后通过相机拍摄显示屏画面，将相机拍摄后的画面通过网口送给显示屏控制板卡。控制板卡对相机信号做解析，之后针对解析后的数字图像信号做图像亮度一致性分析，进而提取出亮度一致性校正因子。系统根据得到的校正因子对标准图像信号源做亮度一致性数字校正。亮度一致性数字校正后的图像通过VbyOne 高清点屏接口送给LCD 显示屏的TCON 时序控制电路。最后，TCON 时序控制电路将图像信号送给显示屏，显示屏显示图像信号。从图像采集到图像校正的过程需要循环多次，直到最后的图像亮度一致性达到系统设计要求为止。

2 亮度校正参数的实现方法

图像亮度一致性分析采用均值法[4]，最后得到每个区域的亮度均值LA1，LA2，LA3，LA4，LB1，LB2，LB3，LB4及LC。从项目统计看，LA1，LA2，LA3，LA4亮度最低，LB1，LB2，LB3，LB4亮度次之，LC亮度最高。为了获得较好的亮度一致性，需要选择一个亮度调整目标值β，β的选择通常在9个区域的亮度平均值附近。如β=(LA1+LA2+LA3+LA4+LB1+LB2+LB3+LB4+LC)/9。

假定各区域的亮度一致性调整因子为α，则αA1=β/LA1，αA2=β/LA2，αA3=β/LA3，αA4=β/LA4，αB1=β/LB1，αB2=β/LB2，αB3=β/LB3，αB4=β/LB4，αC=β/LC。假定A1区域的原始亮度为YA1，则在亮度一致性调整环节，需要将A1 区域内的所有像素亮度做调整，也就是将A1 区域内的所有像素数字激励的亮度值乘以亮度调节因子αA1，即调整后的亮度Y'A1=YA1×αA1=YA1×β/LA1。其他区域的调整因子类似。

3 软件实现流程

本设计的实现流程如图3 所示。

图3 软件实现流程

主要步骤描述如下。

（1）首先需要架设摄像头系统，在搭建的时候要寻找一间暗室，要减少环境光对亮度采集的影响，同时也要确保整个显示屏都能被摄像机拍到[5]。

（2）启动软件系统，系统完成初始化。初始化主要包括bootloader 加载，操作系统加载和应用程序加载等。其中Bootloader 是操作系统执行之前的一小段程序，主要完成硬件初始化和引导操作系统启动的任务。系统启动完成后进入亮度自动校正模式，系统通过HDMI 接口给显示屏发送白场测试信号源。显示屏解析输入信号源，并显示白场测试画面。

（3）系统向摄像头发出采集指令。摄像头接收到采集指令后开始采集图像数据。

（4）摄像机通过网口将采集到的图像数据实时传输到控制板卡。控制板卡根据接收到的图像数据，从图像数据中分别识别出A1、A2、A3、A4、B1、B2、B3、B4 和C 区域的数据。由于各个区域的数据都不止一个，此处采用区域加权平均法。另外，由于图像数据是灰阶数据，不是直接的亮度数据，此处将摄像头灰阶数据作为亮度数据的近似替代，由于亮度校正属于相对值校正，因此数据替代后不会影响屏幕亮度一致性的校正效果[6]。

（5）控制板卡中的软件会根据各主要区域的亮度，判断是否符合亮度一致性需求。如果满足则程序退出中止，如果不满足则进入校正计算，根据各区域的亮度差异分别计算各区域的校正参数。校正模块根据校正参数调整各区域的图像激励信号，从而调整屏幕亮度一致性。

（6）摄像头再次采集调整后的图像信号，并再次校正亮度参数，直到亮度一致性符合设计要求时才结束。

4 结语

本文设计了一种低成本的屏幕亮度一致性自动校正方法。该方法可以在不增加屏幕硬件成本的前提下，通过软件校正的方式有效提升屏幕亮度一致性。相比目前业内大多数需要调整显示屏背光灯珠数量的亮度一致性提升方法，本设计的成本大大降低。由于调试过程由软件自动完成，所以系统的调试效率大大提升。根据本设计的实验统计，平均可以在30 s 之内完成一块屏幕的亮度一致性校正，屏幕亮度一致性提升20%左右，系统硬件成本0 增加。本设计具有成本低、效果好、效率高等特点，在屏幕成本受限的场合具有较高的应用价值。