LED灯色度校正原理

2019-05-28

1.  LED灯显示不同颜色的基本原理。

三基色按不同强度相加时,总的光强增强,并可得到任何一种颜色。某一种颜色和这3种颜色之间的关系可用下面的式子来描述:颜色=R(红色的百分比)+G(绿色的百分比)+B(蓝色的百分比)。当三基色等量相加时,得到白色;等量的红绿相加而蓝为0值时得到黄色;等量的红蓝相加而绿为0时得到品红色;等量的绿蓝相加而红为0时得到青色。



三基色示意图


三基色的大小决定彩色光的亮度,混合色的亮度等于各基色分量亮度之和。三基色的比例决定混合色的色调,当三基色混合比例相同时,是白色。

 

2.  三基色色坐标调整原理:

l  依次在红光、绿光和蓝光三种色光中,选择一种颜色作为主色,另外两种色光作为辅助颜色;不同的主色辅助颜色比例关系可以导致新的主色坐标位置、亮度。

l  获取当前显示单元的三基色色坐标;与三基色目标值进行比较,确定色坐标的调整方向;确定色坐标调整方向与色光亮度值调整方向之间的对应关系;

l  采用矩阵算法,将色坐标调整至目标值。

【目标亮度、目标色坐标】=[9个系数]x【原始亮度、原始色坐标】

通过已知量【目标亮度、目标色坐标】、【原始亮度、原始色坐标】经过电脑软件运算,求得9个系数。

以上方法通过测量RGB的原始亮度与色坐标,根据三基色的目标亮度与色坐标,确定它们之间的转换关系【9个系数】,将【9个系数】运用于调整电路,就可以一次性的将RGB3基色的亮度与色坐标调整至新的目标三基色位置。


3.  色彩精度指标

l  理论精度:由上面【9个系数】的计算公式可知,目标色彩的精度由颜色空间公司的校正设备测量精度决定。根据设备的技术参数,测量亮度相对精度0.5%,(x,y)色度测量精度0.003,有此可知,依据计算出的【9个系数】调整出的新色坐标偏移量理论值是0.003,亮度差异是0.5%=0.005。

l  影响因素:影响新三基色精度的因素,除了颜色空间公司色度计测量精度之外还有以下因素:

n  灰度电路调整精度,由于目前电路的调整精度是0-255,所以【9个系数】的调整最小步长是1/255=0.004. 这个硬件电路的调整精度导致亮度色度的调整精度大于0.004.

n  LED测量温度不同导致的测量不准确,由于红色LED点亮后会随着温度升高亮度快速降低,不同点亮时间测量的结果误差会影响色彩精度指标。

l  实际操作时,根据不同的LED灯品种特性,色彩精度指标可以通过偏移量进行微调修正,修正后可以满足想,x,y偏移量小于0.003,亮度偏移小于0.5%


4.  色彩一致性指标

n  因为颜色空间公司的色度计测量分辨率是万分之一,所以,理论上色彩一致性可以达到小于0.003或者小于3nm波长范围。目前无法达理想效果,初步猜测是因为硬件电路调整能力为0-255,调整精度不够。色度偏差的微小差异,虽然在【9个系数】中有所反应,但是无法通过硬件电路修复。

 

5.  新的3基色饱和度指标

饱和度和色彩一致性两者不可兼得,需要根据项目需求作取舍。通过确定不同饱和度的目标3基色坐标,兼顾实现饱和度和色彩一致性。

下图红色目标点,选a点一致性好,饱和度差;选b点饱和度好,一致性差。




6.  色域改善和色彩真实性还原

LED的3基色色域接近于下图中红色(或者绿色)三角形,LCD笔记本和标准色板的色域却是下图中蓝色三角形。只有将目标3基色的绿色调整至蓝色三角形顶点处,当(255,255,0)时才可以显示正确的黄色(蓝色三角形右边的中点) 。青色才可以落在蓝色三角形左边斜边的的中部,显示正确的青色。



以上标准24色只位于蓝色三角形构成的色坐标范围内。只有色域分布正确了,显示的各种混合色才可能正确。



只有绿色基色正确了,图片才可以显示正确的混合色。如上图左上角。

改变绿色基色不会影响其他颜色。

 

7.  实现方法

Red LED Driver = R signal*Cr + G signal* Crg + B signal* Crb

Green LED Driver= R signal *Cgr + G signal*Cg + B signal*Cgb

Blue LED Driver = R signal*Cbr + G signal*Cbg + B signal*Cb

 

例如: 输入信号 R= 255 G=128  B=10 

校正数据: 1,1,0.78232,0.01414,0.00230,0.00664,0.79757,0.00785,0.00000,0.01974,0.64106

 

校正后:

Red LED driver = 0.78232*255 + 128*0.01414 + 10*0.00230

Green LED driver= 0.00664*255+ 0.79757*128 + 10*0.00785

Blue LED driver= 0.00*255+ 0.01974*128+ 0.64106*10

 

分别用 Red LED driver Green LED driver Blue LED driver的结果驱动红绿蓝色LED就可以了。

 

 

 

 

 

 

下图左边是原始色度分布、右边是校正之后的色度分布,从图中可见,绿色校正前有两种颜色,波长大约525nm,经过校正后变成一种新的颜色,波长545nm


 

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