用于确定矩阵显示器的光发射器的颜色坐标的方法和系统与流程

本发明涉及矩阵显示器，例如在用于在户外显示信息的大型显示面板中找到的矩阵显示器。

背景技术：

1、矩阵显示器通常包括成千上万的由红光、蓝光和绿光发射器(例如，led)制成的像素，这些光发射器连接到一个或多个电子驱动器。这种显示器可以“欺骗”眼睛再现数字图像内容，该数字图像内容将准确地对应于所捕获的数字内容。再现内容颜色的精度是所感知的显示器的视觉质量的关键。

2、精细地控制rgb颜色混合对于确保人眼不能注意到原始场景与所再现的数字内容之间的差异是至关重要的。观察者位变异构可能增加混合rgb分量的复杂性。

3、矩阵显示器包括有源显示器和无源显示器。

4、无源矩阵显示器对应于其中每个像素维持其当前状态直到被外部驱动电路寻址为止的显示器。在无源显示器中，该电路驱动像素状态之间的转变，而在有源矩阵显示器中，每个像素被切换设备单独寻址，该切换设备主动维持该像素状态，同时对其他像素进行寻址。

5、us11361707中给出了无源矩阵显示器驱动器的示例。

6、led通常由恒定强度的脉冲电流供电(恒定电流脉冲宽度调制)，或者如us11361707中所述，由可变强度的脉冲的组合供电。

7、诸如led的光发射器具有随电流、温度和时间变化的光谱特性，两个具有相同制造编号的光发射器可以由于制造公差而表现出稍有不同的光谱特性。

8、在某些条件下，例如显示纯色时，这些光谱差异可能产生易于被人眼察觉的颜色的局部变化，因此负面地影响显示质量。

9、为了最佳地校准led显示器，由于led特性在显示器上的显著分散，准确地确定每个单独的led的光谱以预测在观察者的视觉系统上的视觉效果是至关重要的。尽管通过使用扫描光谱仪、成像光谱仪或高光谱相机，这种测量是可行的，但是这种仪器通常是昂贵的或无法提供足够的性能。现有技术中的具有例如1000000:1的动态范围的显示器所需的光学动态范围不易实现。

10、因此，需要通过单独测量矩阵显示器的每个光发射器以调整发送到该光发射器的控制信号来校准矩阵显示器，从而获得所期望的颜色的全面复原。

11、如以上所解释的，当将利用例如光谱辐射计的传统显示器校准技术应用于具有非常大数量的像素的矩阵显示器时，这些校准技术可能证明是过分昂贵和耗时的。

12、为了解决该问题，us8246408提出了一种用于校准这种显示器的方法。该方法包括利用安装在可移动头部的多个光谱仪同时测量显示器的多个光发射器的归一化功率谱密度(normalized power spectral density，npsd)函数。然后，显示器的面板被成像以测量每个颜色的每个led之间的相对亮度，标准亮度计用于确定整个显示器的平均绝对亮度。基于所测量的每个光发射器的色度和亮度来计算校准数据。

13、这种方法仍然涉及到使用多个光谱仪来校准任何新的矩阵显示器并且需要可移动的测量头部，因此仍然相对复杂且耗时。

14、us6222631公开了一种相对复杂的二维光谱传感器，其具有多个带通滤波器和相关联的透镜以在成像设备上形成样本的多个图像，从而允许测量样本的光谱特性。

15、us5432609和us20140300753a1定义了那些现有技术中已知的可以描述为传统解决方案的用于进行2d颜色测量的解决方案。在所描述的方法中，单独的(或以典型拜耳排列成组的)rgb滤光片处于第一阶，该第一阶被估计为具有足以与人类视觉系统的光谱响应(人类视觉系统的简单模型)类似的光谱透射，其中，每三种类型的视锥响应于被称为短距离、中等距离和长距离(lms模型)的不同频率范围。

16、假设对测量装置进行了校准，则通过rgb滤光片过滤的所测量的能量被认为足够接近于被近似成xyz值(绝对cie1931颜色空间)。

17、给定某种类型的发射器，us5432609的传统方法不能准确地测量相似光谱之间的轻微主波长偏差。更具体地，由于rgb滤光片在某些关注区域中的透射是平坦的，因此由相机通过那些rgb滤光片测量的能量将最低限度地不受光谱的轻微移位影响。

18、考虑到彩色相机的典型灵敏度，通过该方法可检测到的最小主波长移位在绿色srgb原色附近为大于0.6nm或在红色srgb原色附近甚至为1.2nm，或者至少+/-0.003的cie2000距离，这类似于传统2d色度计的所宣扬的性能。

19、us20140300753a1和us2021215536a1描述了类似的用于校准标准彩色相机以将其用作2d色度计的方法。由彩色相机测量的rgb值与xyz值之间的关联矩阵旨在通过跨较大的一组基准点(同时由光谱辐射计和彩色相机测量)校准彩色相机来改进测量精度。

技术实现思路

1、仍然需要改进校准方法和系统，从而以精确、快速和有效的方式校准具有许多光发射器的矩阵显示器。

2、本发明的示例性实施方式涉及一种确定矩阵显示器的每个发射器发射的光的颜色坐标的方法，所述方法使用相似光发射器的已经可用的信息，所述相似光发射器具有与所述矩阵显示器的发射器相似的颜色特性但并非所述矩阵显示器中存在的发射器，所述方法包括：

3、a)通过不同的过滤采集所述矩阵的每个发射器的至少两个强度图像，所述强度图像中的至少一个强度图像通过至少一个采集滤光片的过滤来采集，

4、b)基于所述已经可用的信息和所述强度图像，为所述矩阵的每个发射器确定所述发射器的估计颜色坐标。

5、当波长围绕由所述光发射器发射的光的中心波长改变25nm时，所述至少一个采集滤光片优选地具有改变超过10％的衰减，例如改变超过20％，或者甚至超过25％或30％的衰减。

6、“具有相似颜色特性的相似光发射器”包括具有相同制造编号或制造商称为等效的制造编号的光发射器。

7、所述已经可用的信息可以包括由相应的采集滤光片过滤的所述相似光发射器的光能；在一个变型中，基于所述采集滤光片的透射性质的知识来计算光能。所述已经可用的信息也可以是所述发射器的光谱模型。

8、本发明不需要沿着所述矩阵显示器的像素移动测量头部，因为图像采集装置可以在静止的同时对许多光发射器进行成像。

9、本发明利用了该类型的发射器的先验知识，并且所述已经可用的信息可以包括这种发射器的参考数据库。

10、例如，所述参考数据库可以包含当改变发射器电流和调制宽度时，用于预测要校准的显示器的发射器的颜色的信息。

11、因此，该方法可以包括使用所述参考数据库，所述参考数据库为多个光发射器存储所述发射器的颜色坐标和与由一个或多个相应的采集滤光片过滤的所述发射器的光相对应的参考归一化光能矢量。

12、在本发明中，所述采集滤光片的光谱响应用作发射器光谱的编码函数，并且允许根据简单的透射测量准确地确定发射器的实际光谱与所选颜色空间的传统颜色函数的标量积。本发明适用于窄像素间距显示器的颜色校准。在本发明的测量方法中，选择不同的采集滤光片，不是因为它们再现人眼视锥光谱灵敏度的能力，而是因为它们的光谱透射作为编码函数的能力。

13、优选地，采集滤光片在关注波长附近具有尖锐的透射斜率。因此，由ccd或cmos相机有效测量的亮度在由采集滤光片过滤之后非常受发射器的主波长的轻微变化的影响。

14、在示例性实施方式中，本发明的颜色精度优于cie2000中的+/-0.0015。

15、在b)处的确定可以包括通过计算发射器光谱的矩(moment)和计算发射器的颜色坐标(例如xyz值)来解码传递函数。单色相机通过采集滤光片测量的能量与xyz值不直接相关，这与现有技术的方法相反，在现有技术中，即使是来自几个基准点的简单线性校准也可以近似xyz值。

16、本发明不需要昂贵的光谱仪或相机，可以适应宽的动态范围，并且能够在例如xyz颜色空间中具有10-4的相对精度，与高端光谱辐射计相当。

17、在示例性实施方式中，发射器是led，颜色空间坐标(例如在线性cie1931xyz中)仅根据通用led光谱模型和所述发射器发射的光通过所述采集滤光片的吸光度的测量值来估计。

18、这与上面引用的现有技术不同，该现有技术依赖于通过具有模仿人眼的光谱响应的滤光片进行分析。

19、该方法可以包括：

20、-基于在a)处获得的所述强度图像来计算矩阵的每个发射器的相应归一化光能矢量，

21、-使用插值技术基于参考颜色坐标和归一化光能矢量，或者使用利用所述参考数据库训练以基于所述归一化光能矢量估计发射器的颜色坐标的神经网络，来为所述矩阵的每个发射器确定所述发射器的估计颜色坐标。

22、一旦已经生成了参考数据库，该方法就可以仅需要连续校准两个不同的显示器，以利用图像采集装置例如仅通过对图像采集装置上游的滤光片进行一些改变来采集这些显示器的多个图像。

23、这种改变可以通过旋转其上安装有滤光片的可移动托架(例如轮子)来容易地执行。

24、可以在用光谱辐射计测量光发射器的发射光谱之后计算存储在参考数据库中的颜色坐标。参考数据库中的光发射器的归一化光能可以根据基于相应采集滤光片的响应曲线测量的所述光发射器的发射光谱来计算。

25、可以针对所述发射器的各个不同的供电电流来重复该方法。

26、“不同的过滤”可以包括对强度图像中的一个强度图像不进行过滤，或者使用两个相应的滤光片，或者使用同一滤光片的两个不同的透射斜率。

27、例如，一个滤光片可以对于一种颜色(例如蓝色)具有从不透明到透明的斜率，以及与绿色匹配的从透明到不透明的另一个斜率。因此，在两种不同颜色的校准过程中，一个滤光片可以使用两次。

28、该方法可以包括在没有采集滤光片的情况下通过至少一个中性密度滤光片采集至少一个强度图像。

29、因此，该方法可以包括在a)处采集由至少一个所述采集滤光片过滤的所述矩阵的每个发射器的至少一个经过滤的强度图像，以及在没有采集滤光片或具有不同采集滤光片的情况下采集至少一个强度图像。在示例性实施方式中，该方法包括在a)处采集由至少两个不同的采集滤光片过滤的所述矩阵的每个发射器的至少两个强度图像，所述至少两个不同的采集滤光片在相同颜色(例如绿色、红色或蓝色)的每个发射器的主波长处分别具有正斜率和负斜率。所述至少两个采集滤光片在所述发射器的主波长处的吸收曲线优选地围绕所述主波长在围绕所述主波长+/-10nm的区间内是线性的，具有优于10％、优选地优于5％、更优选地优于1％的线性度。换句话说，如果aapprox(λ)是滤光片在围绕发射器的主波长λ0＝(λ1+λ2)/2的区间[λ1,λ2]内的吸光度a(λ)的最佳线性近似，则这相当于max[λ1,λ2](|aapprox(λ)-a(λ)|/a(λ)]＜0.10，优选地max[λ1，λ2](|aapprox(λ)-a(λ)|/a(λ)]＜0.05，更优选地max[λ1，λ2](|aapprox(λ)-a(λ)|/a(λ)]＜0.01。

30、优选地，区间[λ1，λ2]的宽度为20nm。

31、该方法可以包括在a)处采集经至少一个透射斜率过滤的所述矩阵的每个发射器的至少一个经过滤的强度图像以及采集经至少一个不同透射斜率过滤的所述矩阵的每个发射器的至少一个经过滤的强度图像。

32、所述至少两个采集滤光片可以具有斜率相反的响应曲线。

33、所述至少一个采集滤光片优选地在由光发射器发射的光的中心波长处具有斜率为至少0.05nm-1、优选地约0.1nm-1的响应曲线。

34、可以根据基于所述采集滤光片的响应曲线测量的发射光谱来计算参考数据库中的归一化光能。

35、可以在用光谱辐射计测量光发射器的发射光谱之后计算存储在参考数据库中的颜色坐标。可以在已知滤光片的透射曲线和发射光谱的情况下计算归一化光能。

36、采集滤光片可以是透射滤光片。

37、优选地，该方法包括针对所述发射器的各个不同的供电电流重复步骤a)至b)。

38、校准系统

39、本发明的示例性实施方式还涉及一种用于确定矩阵显示器的每个发射器发射的光的颜色坐标的校准系统，包括：

40、-存储器，所述存储器存储关于针对并非所述矩阵中存在的那些光发射器的光发射器所测量的颜色坐标的可用信息，

41、-图像采集装置，

42、-可选择的一组采集滤光片，

43、-处理器，所述处理器用于控制所述图像采集装置并选择所述采集滤光片，用以：

44、ο通过所述图像采集装置采集由至少一个所选采集滤光片过滤的所述矩阵的每个发射器的至少一个经过滤的强度图像，所述存储器优选地存储由所述采集滤光片过滤的所述其他光发射器的光能，

45、ο基于存储在所述存储器中的所述可用信息和采集的所述强度图像，为所述矩阵的每个发射器计算所述发射器的估计颜色坐标。

46、光发射器

47、光发射器可以是任何类型的led(包括有机led)。

48、led可以是原色，例如红色、蓝色和绿色。

49、led可以是各种类型，例如顶发射led、倒装芯片led、或其他类型。led可以封装在smd封装或不同类型的电子封装中，也可以直接安装在屏幕表面上(板上芯片)。

50、led可以包括用于泵浦磷光体的蓝色或紫色led。

51、光发射器可以包括白色发射器和/或青色和琥珀色发射器。

52、矩阵显示器

53、矩阵显示器可以包括至少384个像素，例如至少16列和至少8行。

54、矩阵显示器可以包括组装的单元元件(也称为“瓦片”或“面板”)，每个单元元件由较小的矩阵排列形成，矩阵显示器具有例如384至28800个像素，例如16至160列以及8至180行。

55、图像采集装置

56、图像采集装置优选包括二维灵敏传感器(如ccd或cmos成像传感器)，其光谱灵敏度覆盖用于校准的所需范围。

57、传感器可以是单色或彩色相机。

58、相机快门电子器件可以连接至矩阵显示器的控制电子器件，以确保相机快门与矩阵的时间刷新之间的稳定同步。

59、根据本发明的方法既可以应用于有源矩阵显示器，也可以应用于无源矩阵显示器。

60、扫描无源矩阵led屏幕：行驱动器一次只打开一行led。列驱动器调节所选行中led的亮度。然后，行驱动器和列驱动器同步切换以控制下一行led。

61、优选通过进行暗场测量和白场测量来校准相机，以提高其测量的精度。相机的校准也可旨在提高其线性度。

62、优选地，将传感器的多于一个像素分配给矩阵显示器的一个像素。

63、选择相机的分辨率和焦距，以确保对每个要测量的光发射器进行良好的区分。

64、为了优化传感器的动态范围，通常最好将一个发射器的光散布在相机的几个像素上，例如利用轻微的散焦以覆盖每个光发射器约4x 4个像素。

65、另一种可能的实施方式是在相机前方使用衍射光学元件来散布艾里斑。

66、例如，为了校准至少m x n个像素的矩阵显示器，优选传感器的分辨率为至少5m x5n。

67、相机的分辨率可超过2k个像素。

68、采集滤光片

69、选择采集滤光片来围绕光发射器的主波长表征光发射器。

70、滤光片用作编码函数，从而将波长转换为强度测量值。通过组合几个这样的滤光片(优选具有相反的斜率)，并在每个发射器的近似光谱被称为所述可用信息的条件下，可以推导出发射器在任何适合人类视觉的颜色空间中的颜色坐标。所述可用信息可用作迭代算法中的初始值，用于求解基于测量强度和滤光片的吸收曲线的近似值提供实际颜色坐标的方程。

71、采集滤光片优选为透射滤光片，例如简单的彩色玻璃透射滤光片。吸收性玻璃滤光片相对便宜，可以被选择以横跨被测发射器的线宽表现出相对剧烈的透射变化。

72、采集滤光片也可以是分色滤光片，或是专门设计的干涉滤光片。

73、所有采集滤光片都可以安装在可移动托架(例如，轮子)上，该可移动托架被驱动以改变放置在采集装置前方的滤光片。

74、优选地，每种原色有至少两个采集滤光片。第一个采集滤光片可以是具有从低波长到高波长的正透射斜率的滤光片。第二个采集滤光片可以是具有从低波长到高波长的负透射斜率的滤光片。使用更多具有不同斜率的滤光片倾向于提高测量的精度。

75、换言之，对于每种原色，滤光片组优选包括至少两个具有相反斜率透射特性相对波长的关系的滤光片，以在强度测量中提供良好的直流偏置抑制。

76、优选地，采集滤光片的透射率在被测发射器发射的波长上变化剧烈，这意味着要使滤光片有助于测量，横跨发射器的典型线宽的衰减变化应该很大。对于视频显示器中使用的典型发射器，半线宽约为25nm，因此为了指定滤光片的斜率，优选当波长变化25nm时，滤光片的衰减变化超过10％。

77、每个采集滤光片优选围绕相关光发射器的中心发射器波长表现出相对陡峭的响应斜率。每个采集滤光片在光发射器发出的光的中心波长处可具有斜率为至少0.05nm-1的响应曲线，例如斜率约为0.1nm-1，较不陡峭的斜率使线性度提高。选择中心波长以匹配标准颜色空间，如rec2020，其中例如蓝色波长约为470nm，绿色波长约为532nm，红色波长约为635nm。

78、采集滤光片的透射率相对波长的关系优选在整个跃迁过程中尽可能呈线性函数，以提高方法的精度。优选地，针对围绕发射器的主波长+/-10nm的区间，透射率相对波长的关系与线性近似相差小于10％，更好地小于5％。

79、为了最好地抑制滤光片的响应中的非线性，优选使用具有不同透射率的多个滤光片。呈现正曲率和负曲率的互补滤光片组是优选的。

80、该方法可以包括将采集滤光片的透射响应计算为幂级数。

81、该方法可以包括将采集滤光片k的围绕发射器的主波长λ0的透射率f(λ)表示为λ的幂：

82、

83、其中，测量强度tk可被表示为：

84、

85、其中，i(λ)led为发射器的实际光谱辐照度。

86、该方法可以包括将iled的矩计算为：

87、

88、使得测量强度tk对应于矩阵与那些矩mi的矢量m的乘积。

89、

90、该方法可以包括计算该矩阵的系数[fi]和矩m，已知测量强度tk的矢量。

91、该可用信息可以提供辐照度模型imodel(λ)，该模型用于确定一组最佳拟合参数，这些参数导致从测量值中估计的矩mi。

92、

93、实际发射器的主波长λ0可以以迭代方式计算，求解m1≡0。

94、该方法可以包括从矩mi的值确定发射器的所选颜色空间的x、y、z坐标。

95、强度图像

96、强度图像是显示器的光发射器的图像。

97、如上所述，显示器的给定光发射器的图像可以在图像采集装置的一组检测像素(例如4x4个像素)上延伸。在这种情况下，可以将这组检测像素的强度值之和作为光发射器的强度值。

98、发射器的经过滤的强度图像是由相应的采集滤光片过滤的发射器图像。

99、该方法可以包括为矩阵的每个发射器采集由至少两个各自不同的采集滤光片过滤的至少两个强度图像，以及计算至少两个对应的归一化光能，这形成该光发射器的矢量的分量，如下面更详细地解释的。所述至少两个采集滤光片优选地具有斜率相反的响应曲线。

100、例如，矩阵显示器的红光发射器的至少两个、更好的是至少三个、甚至更好的是至少四个图像可以通过与红色相关联的各个采集滤光片来采集。因此，每个红色的光发射器的矢量可以具有范围从2至4、优选地至少为3、更优选地为4的维度。

101、例如，矩阵显示器的绿光发射器的至少两个、更好的是至少三个图像可以通过与绿色相关联的各个采集滤光片来采集。因此，每个绿色的光发射器的矢量可以具有范围从2至3、优选为3的维度。

102、例如，矩阵显示器的蓝光发射器的至少两个、更好的是至少三个图像可以通过与蓝色相关联的各个采集滤光片来采集。因此，每个蓝色的光发射器的矢量可以具有范围从2至3、优选为3的维度。

103、该方法可以包括在没有采集滤光片的情况下采集至少一个强度图像。该强度图像可以用于使光能归一化。

104、一个滤光片的斜率可以用于一种颜色的波长区域，并且相同滤光片的另一个合适的斜率可以用于另一颜色的不同波长区域。以这种方式，可以在不影响测量性能的情况下减少安装在装置上的滤色片的总数。

105、在矩阵显示器的亮度范围比成像传感器的动力学更宽的情况下，为了防止成像传感器饱和，可以在成像传感器前方增加一个中性密度滤光片。

106、驱动器

107、驱动器可以根据us11361707制造，该美国专利申请通过引用并入本文。