拼接显示墙颜色自动校正系统设计*

李 静，安 康, 李文娟,胡克用

(杭州师范大学钱江学院，浙江 杭州 310018)

拼接显示墙颜色自动校正系统设计*

李 静，安 康, 李文娟,胡克用

(杭州师范大学钱江学院，浙江 杭州 310018)

设计了一种拼接显示墙颜色自动校正系统。介绍了拼接显示墙颜色调整的原理和方法；阐述了系统配置和颜色自动调整的实现流程。通过该自动颜色调整系统，可以调整不同显示屏之间的亮度差异和色彩差异，较好地解决了传统拼接显示墙屏体间的色彩差异问题。该自动校正系统也可以大幅提高拼接显示墙颜色校正的精度和效率。

显示墙；颜色；自动校正

0 引言

在传统的拼接显示墙中，由于每个拼接显示单元制造工艺的差别，导致屏幕之间的亮度和色彩效果会有差异。在显示拼接画面时，处于拼接屏交界处的画面存在较大的差异。如图1所示。

图1 2×2拼接墙颜色差异

为了解决上述问题，传统的方法是通过有经验的工程师手动调节屏体之间的差异。通过人工的方法调试，整体效率比较低，且调试的效果也不够理想。本文研究了一种拼接屏颜色自动调整的方法，通过摄像头采集图像数据，通过软件自动分析并识别出每块拼接屏之间的差异，之后控制拼接屏做颜色调整，最后实现拼接屏颜色的自动校正。

1 系统设计

本文设计的颜色自动校正系统主要包含环境搭建、拼接屏信号采集、拼接屏颜色差异计算和拼接屏颜色校正等步骤。其流程图如图2所示。

图2 颜色自动校正系统工作流程图

如图2所示，首先要在拼接屏前面架设一台摄像头，所选择的摄像头要具备USB接口，该接口用于摄像头与颜色校正软件之间的图像和控制指令的传输。要确保摄像头可以完整拍下整个拼接墙的画面。之后，打开颜色校正软件，此时需要配置相关的工作参数，例如拼接墙的规模、单个拼接屏的分辨率、颜色一致性调整目标等信息。在配置完这些参数信息后整个系统的搭建工作基本完成。之后在颜色校正软件中点击开始按钮，此时颜色校正系统开始自动工作。首先，校正软件通过RS232接口向拼接墙发送测试指令，所有的拼接屏在接收到测试指令后自动显示测试画面。之后校正软件通过USB接口向摄像头发出采集指令。

摄像头接收到采集指令后开始连续拍摄多张画面，并将所拍摄到的画面通过USB接口传输给校正软件。校正软件接收到图像信息后开始计算各拼接屏的亮度差异和色彩差异。此时如果所计算出的差异值比较小，符合事先设定的要求，校正流程结束；如果差异值超过之前设定的值，则进入到后续的校正环节。

当进入到校正环节之后，校正软件根据各拼接之间的差异值计算出每块拼接屏的校正参数，之后校正软件通过RS232接口将计算好的校正参数发送给拼接屏；拼接屏在接收到校正参数后自动调整屏幕的显示参数。之后摄像头会再次采集调整后的拼接墙图像，并重复上述步骤直至拼接墙颜色差异小于事先设定的要求，至此拼接墙颜色一致性自动调整结束。

2 颜色校正参数的实现方法

为了阐述上一节提到的校正参数的计算方法，先简要介绍一下色温和色温调整。

为了建立一套界定和测量色彩的技术标准，CIE(国际发光照明委员会)制定了如下的CIE1931色谱图[1]。

图3 CIE 1931色谱图

CIE1931色谱图中间白色区域的横线俗称色温线，对应的数字表示不同的色温，例如10 000 K和6 000 K。CIE 1931中的色坐标(横轴为x，纵轴为y)，是指某种颜色在CIE1931色谱图上的横轴X和竖轴Y上的位置。要想让一组拼接墙的色彩达到一致，就是要让这组拼接墙的每个单元的色坐标相同或者接近。使用摄像头可以测量显示屏的相关参数，并进行拼接墙色彩一致性自动调整。

在显示屏颜色中，灰阶图像由R、G、B三种颜色等比例混合而成，当R、G、B都取最大值时，输出即为纯白色。可以调节显示器输出的R、G、B的比例来调整色温。适当增加红色分量的比例，色温就会偏低，反之增加蓝色分量比例，色温就会偏高。

拼接显示屏中影响R、G、B三种颜色的主要调节选项分别是R、G、B值的偏移和增益，共有6个主要参数。为了简化考虑，将偏移设定为默认值，只改变增益值来进行动态调整。通过对色谱图的研究发现R、G、B增益值与色

表1 RGB增益参数与色坐标的关系

坐标X、Y的关系如表1所示。

由表1可知，红色分量(R)的增益色值与色坐标X的值成正比，绿色分量(G)的增益色值与色坐标Y值成正比，而蓝色分量(B)的增益色值与色坐标X、Y的值均成反比。此处所说的正比和反比均是指一种定性分析而不是定量分析，也就是非线性关系的正比和反比，而不是通常意义上所讲的线性正反比关系。

进行软件调节前，需要输入一组标准色彩数据作为对比数据，此数据是通过多次试验而认为的最佳值，标记此数据为Xs、Ys。进行软件调节时，每次采集的色彩参数(标记为X、Y)与标准值进行比较，根据预先设置的容差范围，可以得到9种组合,如表2所示。

表2 参数组合

当自动校正软件识别到拼接屏的差异特性时，可以根据表2中所述的不同排列组合，采用不同的调整策略。例如当出现表2中所说的组合1时，也就是色坐标X和Y的值均小于基准值，此时可以通过提高红色和绿色分量的增益，同时适当降低蓝色分量增益值的方法来增大X和Y的值。而当出现组合2时，也就是色坐标X的值与基准值相等、而Y的值小于基准值时，可以通过提高红色分量的增益来提高色坐标X的值。当出现组合5时，也就是色坐标X和Y均与基准值相等，此时代表拼接屏的颜色已经与基准值相近，调整结束。其他组合的调整方法类似[2-3]。

系统需要循环多次做调整，每次根据软件识别到的不同参数组合采取不同的调整策略，直到最后采集到的色度数据达到组合5的状态，也就是目标屏幕的色坐标与给定的参考色坐标相同，此时目标屏幕的调整结束。最后要使整个拼接墙上所有屏幕的色坐标都达到与参考色坐标一致，此时整个拼接墙的色彩自动调整目标已经实现。之后系统会保存最后一次获得的最优参数，系统工作结束。

3 颜色校正的效果与应用

通过上文所述的颜色自动调整系统的处理，拼接墙的效果如图4所示。

图4 拼接墙颜色自动调整后的效果

经过大量的对比测试发现，通过自动色彩调整系统可以使拼接屏色彩一致性达到95%以上。此外，通过该方法可以大大提高拼接屏色彩校准的效率。以常见的3行5列共15块拼接屏组成的拼接墙为例，自动亮色调整系统的调试时间可以比传统的手工调试时间缩减90%以上，系统调试的精度可以提升50%以上。

传统的拼接墙长时间运行后屏体之间容易产生亮度和色彩差异，而调整屏体差异需要专业的工程师来完成，所以一般都需要拼接屏厂家派人上门服务，这无形中提高了企业的服务运营成本。借助该自动颜色调整系统，企业可以在设备安装时就给客户的现场维护人员做培训，当后续出现问题时可以由客户现场维护人员自己完成调色工作。或者可以通过远程电话的方式指导现场维护人员做调试。这样大大减少了企业的运营服务成本，同时也可以更加快速地响应客户的服务需求，有效提高客户满意度。

4 结论

本文设计了一种拼接墙颜色自动校正系统。该系统可以同时校正拼接屏的亮度差异和色彩差异，使得拼接墙的颜色一致性效果得到很好的提升。该调试方法操作简单，调试过程由软件自动完成，相比传统通过工程师手工调节的方法，有效提高了调试的效率。此外，该系统的调试通过算法自动完成，避免了传统方法对调试工程师个人经验的依赖，使得该方法有很大的可复制性。该方法在拼接屏行业中有较好的应用前景。

[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] 李静，安康，叶志龙.带虚拟LED功能的多屏控制系统设计[J]．电视技术，2015，39(4)：37-38，59.

李静(1982- )， 女，硕士，讲师，主要研究方向：嵌入式系统。

安康(1982-)，男，硕士，讲师，主要研究方向：移动通信。

李文娟(1978-)，女，博士，讲师,主要研究方向：云计算。

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

杭州师范大学钱江学院科学研究基金(2016QJJL05)

TP368.1

A

10.19358/j.issn.1674- 7720.2017.01.029

李静，安康, 李文娟，等. 拼接显示墙颜色自动校正系统设计[J].微型机与应用，2017,36(1)：97-98，102.

2016-08-10)