全彩Mini-LED商业大屏显示的彩管理

第36卷第3期2021年3月

液晶与显示

Chinese Journal of Liquid Crystals and Display;

Vol.36No.3

Mar.2021

文章编号：1007-2780(2021)03-0448-08

全彩Mini-LED商业大屏显示的彩管理

薛治天12，吕国强，杜刚1,

(1.合肥工业大学电子科学与应用物理学院，安徽合肥230009；

2.合肥工业大学特种显示技术国家工程实验室现代显示技术省部共建国家重点实验室

光电技术研究院，安徽合肥230009；

3.合肥工业大学仪器科学与光电工程学院，安徽合肥230009)

摘要：1世纪初商业显示逐步发展成为一个独立的行业，为了提升广域全彩Mini-LED商业显示所呈现出的视觉效果，针对当前Mini-LED拼接屏颜还原效果不佳、差较大且价格高昂等问题，提出了一种应用于Mini-LED商业显示的域映射方法。该方法基于Mini-LED的显示特性文件，通过查表与四面体插值运算对其进行域映射，再根据Mini-LED拼接屏对不同颜特征的还原效果与表达能力之间的差异对查表进行优化，改善了映射精度、映射时间以及资源消耗之间的平衡°实验结果表明:Mini-LED显示在进行域映射后的最大亮度损失约为3.5%，像素光强均匀性由8.2%降至49%，差由2.2A E降至1.3A E，证明该方法对全彩Mini-LED商业显示在像素光强均匀性、差等方面均有较好的矫正效果，同时在视觉观测下的效果也有一定的提升°

关键词：域映射；商业显示；全彩Mini-LED；差矫正

中图分类号：TN383+.1文献标识码:A doi：10.37188/CJLCD.2020-0216

Color management of full-color Mini-LED

commercial large screen display丰田新威驰

XUE Zhi-tian1,2,LYU Guo-qiang2,3*,DU Gang1，

(1.School of Electronic Science&Applied Physics,Hefei University of

Technology,Hefei230009,China；

2.National Engineering Lab of Special Display Technology,

National Key Lab of Advanced Display Technology,

车模照片>长城炫丽

Academy of Photoelectric Technology,Hefei University of Technology,

Hefei230009,China；

3.School of Instrumentation and Opto~Electroniss Engineering,

HefeiUniversityofTechnology,Hefei230009,China)

Abstract:At the beginning of the21st century,commercial display has gradually developed into an in-dependentindustry.Inordertoimprovethevisuale f ectspresentedby widecolorgamutfu l-color

收稿日期：2020-08-28；修订日期：2020-11-16.

基金项目：安徽省科技重大专项(No.0191305050001)

蓝针大众Supported by Science and Technology Major Project of Anhui Province(No.2019b05050001)通信联系人,E-mail:*********************

第3期薛治天，等：全彩Mini-LED商业大屏显示的彩管理449

Mini-LED commercial display,to solve the problems of the poor color reproduction effect,large color difference and high price of the current Mini-LED splicing screen,a color gamut mapping method appled to Min-LED commercial display is proposed.This method is based on the display characteristicfleofMin-LED,andthecolorgamutismappedbythemethodoflook-uptableandtet-rahedraldi f erence.Then,accordingtothedi f erencebetweenthereductione f ectandexpressionabl-ityofdi f erentcolorfeaturesbetween Min-LEDsplcingscreens,thelookuptableisoptimized,and thebalanceofthemappingaccuracy,mappingtmeandresourceconsumptonisimproved.Theexper-imental results show that the maximum brightnesslossof Min-LED display after color gamut mapping is about3.5%,and the uniformity of pixel intensity decreased from8.2%to 4.9%,the color difference is reduced from2.2A E to1.A E,which proves that this method has a good correction effect for the full-color Mini-LED commercial display in pixel intensity uniformity,chromatic aberration and other aspects,meanwhile the effect under visual observation is also improved to a certain extent.

Key words:color gamut;commercial display;full-color Mini-LED;chromatic aberration correction

1引言

自20世纪末起，显示领域主要通过电脑和家用电视进行表达。直到2000年后，随着科技的不断进步与创新，显示行业也随之得到了快速的发展，其应用领域也从个人走向公众，商业显示也逐步成为一个独立的行业［1］o

如今的商业大屏显示方式主要表达形式分为3种：数字光处理显示(Digital Light Processing, DLP)、液晶显示(Liquid Crystal Display,LCD)和发光二极管显示(Light Emitting Diode, LED)［2］。这3种方式各有优缺点:DLP显示在3种方式中光效最低，成像质量、分辨率等方面都表现得十分中庸，在价格方面也没有优势，所以目前的商业显示解决方案基本采用LCD显示或LED 显示［］；LCD显示在分辨率、产生热量和维护成本等方面具有较大的优势，但其显示时受环境光影响较大且拼接缝隙明显，这些特点使LCD显示在室内显示等对亮度要求不高的环境下颇受欢迎，所以LCD显示成为了室内商业显示的中流砥柱；LED显示由于发光原理和构造的不同，在实现了无缝拼接的同时又具有较好的颜表达能力，且LED反应速度快，无重影、拖影等问题。近年来随着Mini-LED技术的日益成熟，高分辨率LED商显获得盛赞，但较高的成本限制了其普及化应用⑷。

组成一个商业显示屏需要用不同批次、相同档次的Mini-LED进行混灯，这个过程是昂贵而且耗时的，由其组成的Mini-LED显示屏仍可观测到较为明显的差，造成这个问题的根本原因在于Mini-LED灯的

生产工艺限制了其颜还原能力［］。显示屏的分辨率越高意味着进行混灯的Mini-LED灯珠数目越多，差现象也越明显。解决了Mini-LED间的差问题，使其混灯的条件不再像如今这样严苛，价格昂贵的问题也随之解决。

本文针对Mini-LED显示中存在的差现象，提出了一种基于ICC彩特性文件，通过对Mini-LED商业显示屏模块之间的域关系判断其目标域，利用查表(Look-up Table,LUT)与四面体插值运算的方式分别对每块拼接屏的域进行映射，实现了差矫正。其中针对Mini-LED商业显示屏在低灰阶部分较高灰阶部分差更为明显的现象，通过利用不同的查表密度改善了映射精度、映射时间与资源消耗之间的平衡［］。

2目标域的选取

Mini-LED商业显示屏由数十个模组拼接而成，每个模组约由10个小拼接屏模块构成。每个模块由于其面积较小，灯珠数目较少所以采用合适的灯珠分选容易做到，在显示时无明显差，但组成Mini-LED商业显示屏需要大量相同档次的模块，模块间的差现象难以避免。为此，针对一系列模块如何选取一个合适的目标域进行映射就显得尤为重要。

450

液晶与显示第36卷

2.1域关系

任意两个域之间的关系可以分为3类：如图1所示，完全重叠、完全不重叠和不完全重叠。

对于完全重叠的域，可以将大域的颜映射到小域中完成颜的复现；对于完全不重叠的域，无法实现颜的映射；对于不完全重叠的域，可以将两个域的颜各自映射到公共区域或靠近某一标准域[7]°

完全重叠完全不重叠不完全重叠

图1域关系

Fig.l Color gamut relation

2.2目标域

通过对某个由36个模组，共计360个模块组成的Mini-LED商业显示屏的测量结果发现，其域关系只存在完全重叠和不完全重叠两种情况且域间极为靠近，如图2与图3所示°

图2完全重叠的域关系

Fig.2Completely overlapping gamut relations

图3不完全重叠的域关系

Fig.3Color gamut relation of incomplete overlap

图2为随机挑选视觉观测条件下无差现象的3个模块，分别用红、绿和蓝轮廓描绘其3D域图，可以看出其域关系为完全重叠；图3选取了存在较为明显差的3个模块，采用相同的方式比较其域，可以看出其域关系为不完全重叠，结果表明全部Mini-LED显示模块域都极为接近但仍有差异°所以选择其域最小的一个模块作为映射的目标域即可，将其他模块的颜映射到该目标域中，对于Mini-LED显示的颜损失和最大亮度损失都在可接受范围内。

3插值运算

域映射最主要的运算是插值运算，对于插值结点查表中不包含的像素通道值，利用插值公式计算得到的结果近似替代°

3.1几种不同的插值运算

域映射过程中有4种较为常用的插值运算，分别是四面体插值运算、锥体插值运算、棱柱体插值运算和立方体插值运算[8_11]°

上述几种插值运算的原理：当某像素点的像素值不是查表中已存在的数据时，通过对该像素值临近的几个查表中的像素值加权运算，从而得到该点的像素值°

3.2插值运算对比

对于4种不同的插值运算，其对空间的分割、计算出目标像素值所需要的数据点数和在每次运算过程中的加法、乘法的次数决定了每完成一次映射所需要的数据量、数据精度以及运算时间都有所不同[2]，如表1所示°4种插值运算中四面体插值运算较其他方法运算量最小，资源消耗最少°

4彩管理与查表优化

4.1彩管理

ICC彩特性文件(ICC Profile)是一组数据集，被广泛应用于彩管理，其目的是实现在不同的设备间颜保持一致，通过定义彩空间相对于特性文件相关空间(Profile Connection Space, PCS)，通常是CIELAB(L*a*b*)或者(CIEXYZ)之间应如何进行彩转换的方式来工作[3]°彩转换通过查表的方式进行存储，未被存储的像素值则通过插值运算得到[4]

第 3 期

薛治天，等：全彩Mini-LED 商业大屏显示的彩管理

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Tab.1

表1 4种插值运算对比

Comparisonoffourinterpolationalgorithms

运算类型四面体插值运算锥体插值运算

棱柱体插值运算

立方体插值运算

模型

数据点数 4分割个数 6加法次数

6乘法次数 3

5683

1210

4.2 创建查表

本文通过爱丽1 display pro 仪器对显示器进行测量，得到每块拼接屏的ICC 特性文件,

通过仿真对特性文件中的标签数据提取分析，利

用插值运算得到源域和目标域间的对应关

系，建立查表［5］。4.3查表优化

分别用 33X33X33.17X 17 X 17 和 9X9X9

三种大小的查表完成相同的插值运算，并将三次映射结果相对比，发现显示器三通道颜

中红表现良好，映射前在显示纯红场图片时均观测不到差现象，映射后纯红场图片

颜仍非常均匀且映射前后像素通道值无变化；在显示纯绿场图片时可观测到轻微的

差现象，映射后纯绿场图片颜较为均匀，观测不到差现象，映射前后绿通道值变化较小；在显示纯蓝场图片时差现象最为明显,

映射后纯蓝场图片颜均匀性有明显提升,

绝大多数模块间不存在差现象，仍有极少数模块存在微小差。

对于33X33X33和17X17X17两种大小的

查表而言，映射后精度即通过查表插值后的

结果基本无差异 , 如表2 和表3 所示。

将17X17X17和9X9X9两种大小的查

表2 33X33X33数据

Tab.2 33X33X33data

模块编号

像素通道原通道值映射后值原通道值映射后值原通道值映射后值

R 313112712723923901_01G 3129

127125

239237

B 3128127124

239234

3131

127127239239

03_05G 3128127124239236B 3128127124

239233R

3131

127127

239239

10_24G 3130127125

239236B

127

124

239

235

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液晶与显示第36卷

表317X17X17数据

Tab.17X17X17data

模块编号像素通道原通道值映射后值原通道值映射后值原通道值映射后值R3131127127239239 01_01G3128127125239237 B3127127124239234

R3131127127239239 03_05G3128127124239236 B3128127124239233

R3131127127239239 10_24G3130127125239236 B3129127124239235

汽车事故图片表映射结果相对比，结果表明绿、蓝像素通道值在不超过120时,17X17X17大小的查表映射精度要高于9X9X9大小的查表，在其余部分两种大小的查表映射精度基本无差异，如表3和表4所示。

表2为33X33X33大小的查表在一次完整的域映射前后编号为01_01、03_05和10_24的3个模块中R、G、B的像素通道值数据结果对比，完成一个模块的映射时间约为4h；表3为17X 17X17大小的查表选取相同的模块进行对比，完成一个模块的映射时间约为0.5h；表4为9X 9X9大小的查表选取相同的模块进行对比，完成一个模块的映射时间约为4min，映射时间随表格变小而大幅度降低。

表49X9X9数据

Tab.49X9X9data

纯电动汽车价格模块编号像素通道原通道值映射后值原通道值映射后值原通道值映射后值R3131127127239239 01_01G3128127125239237 B3127127124239234

R3131127127239239 03_05G3127127124239236 B3127127124239233

R3131127127239239 10_24G3129127124239236 B3129127124239235

实验结果表明，在G<120和B<120两种

情况下使用17X17X17大小的查表，在剩余部分使用9X9X9大小的查表进行映射可以在不损失精度的情况下最大程度地减少映射时间和资源消耗。5Mini-LED综合性能对比

5.1最大亮度损失

在域映射过程中将大域作为源域，最

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