一种基于成像亮度计的OLED屏幕子像素亮度提取方法与流程

一种基于成像亮度计的oled屏幕子像素亮度提取方法
技术领域
1.本发明涉及显示制造领域，具体为一种基于成像亮度计的oled屏幕子像素亮度提取方法。


背景技术：

2.在现有技术中，使用电流驱动的自发光显示器（包括oled显示屏、miniled显示屏以及未来的microled显示屏）由于制造工艺的限制，会产生子像素级别的电路上的不一致性。这种不一致性表现在显示上，即为一种整体或局部的显示不均匀性，表现为块状、沙状、点状等，这种不均匀性统称为mura（指显示器亮度不均匀, 造成各种痕迹的现象）。mura通常有亮度mura和色mura两种，表示亮度的不均匀性和颜色的不均匀性，目前mura是限制国产oled生产良率的主要因素之一，而对于显示器的mura校准通常称为demura。
3.目前业界常用的demura方案包括以下几个步骤：拍摄、提图、建模、压缩和显示驱动芯片（driveric）算法处理。但是现有的拍摄工序，由于成像亮度计本身的一致性以及线性可能并不理想，会带来一定的误差。同时在提图的时候，由于空间采样倍率非整数，会产生采样相位的不一致，从而导致误差的产生，比如提图的数据会有周期性的条纹产生，俗称摩尔纹（moire）。提图软件在处理摩尔纹的时候会使用某些滤波算法，这些算法也会人为产生误差。理想的拍摄提图，能够精准的获得每个子像素的显示特性（不一致性），但不理想的拍摄和提图，往往会导致demura的失败。
4.因此，急需一种提取屏幕子像素亮度的方法，能够在提图过程中直接避免摩尔纹的产生，以从根本上解决上述问题。


技术实现要素：

5.为解决现有的技术问题，本发明提供一种基于成像亮度计的oled屏幕子像素亮度提取方法，在拍摄、提图和建模的过程中，通过迭代的方法提高拍摄提图的精度，避免摩尔纹的产生，为最终的demura实现提供基础。
6.本发明提供了一种基于成像亮度计的oled屏幕子像素亮度提取方法，包括以下步骤：s1：调整成像亮度计的焦距、位置以及曝光时间，拍摄待测显示屏输出的图片，使所述成像亮度计获取的最大亮度值处于预设亮度范围内；s2：根据s1拍摄到的图像获得空间采样倍率k；s3：根据s2计算得到的空间采样倍率k，将s1拍摄到的图像分割成若干个子像素团，每个所述子像素团对应待测显示屏的一个子像素，对一个或者若干个所述子像素团以二维弥散模型进行曲面拟合，得到弥散系数或者其平均值；其中，所述子像素为待测显示屏的一个发光单元所产生的光学图案单元，由于存在色像差等现象，因此在拍摄设备内会形成弥散圆；所述子像素团表示拍摄设备采集一个光学图案单元得到的采样点集合，每个子像
素团包含若干个采样点；所述二维弥散模型为预设的弥散圆亮度的二维分布模型，预设的弥散圆亮度的二维分布模型可以是二维正态分布模型，也可以是其他的二维分布模型，本领域技术人员可根据需要自行设定；所述弥散系数为二维弥散模型的参数。
7.s4：根据s3得到的弥散系数或者其平均值，以二维弥散模型进行模拟得到模拟弥散圆，并且对不同采样位置计算出对应的模拟采样团，所述模拟采样团为所述模拟弥散圆在一个子像素团的各个采样点处的相对亮度值，所述采样位置为所述子像素团的采样点相对于模拟弥散圆中心的位置；s5：将s4中计算得到的模拟采样团与所述子像素团的实际数据进行匹配，得到拟合度最高的各个子像素团的采样位置，并根据采样位置拟合计算每个子像素团对应的模拟弥散圆中心的拟合亮度值，作为待测显示屏的子像素亮度值。
8.进一步地，所述s3、s4中的二维弥散模型为二维正态分布模型，所述模拟弥散圆在归一化后符合二维正态分布公式（1），
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（1）；式中f(x,y)即坐标为（x,y）处的归一化的亮度值，σ1、σ2分别为横向、纵向的弥散系数，ρ为关联性参数，μ1、μ2为中心位置参数；所述坐标（x,y）的单位为待测显示屏的子像素的单位间距；设拍摄系统是各向同性的，则记σ1=σ2=σ，ρ=0；模拟弥散圆中心是原点时，μ1 = μ2 = 0，公式（1）简化为公式（2）：
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（2）；在实际的计算应用中，可以将x和y的单位取作σ)，则公式进一步化简为公式（3）：
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（3）；式中a为指前因子,当a取1/（2πσ2）时，该函数为归一化的函数；当a取其他值时，a表示的是弥散圆中心的亮度值或相对亮度值，以简化计算。
9.进一步地，s4中，所述采样位置的获取方法如下：根据空间采样倍率k，在0到1/k的范围内，取若干个采样相位值形成集合{φ}，对横向采样相位和纵向采样相位分别取集合{φ}中的一个值形成相位组合（φ
x
，φ
y
），作为采样位置，所述相位组合（φ
x
，φ
y
）表示的是所述子像素团中在模拟弥散圆中心右下方最接近模拟弥散圆中心的采样点在公式（2）中的坐标位置（x，y）。
10.进一步地，所述取若干个采样相位值形成集合{φ}，具体为：取0，1/(nk)，2/(nk)，
……
，(n
‑
1)/(nk)形成集合{φ}，其中n为正整数。
11.进一步地，s5中，所述将s4中计算得到的模拟采样团与所述子像素团的实际数据进行匹配，得到拟合度最高的各个子像素团的采样位置，具体为：
将s4中计算得到的模拟采样团与一个第一子像素团的实际数据进行匹配，得到所述第一子像素团拟合度最高的采样位置，将子像素团的空间位置周期性分布规律，与采样点的空间位置周期性分布规律进行比较，得到递推公式，通过递推得到其他子像素团的拟合度最高的采样位置。
12.其中，子像素团的空间位置周期性分布规律能够从待测显示屏的物理结构信息中得到，采样点的空间位置周期性分布规律可以从成像亮度计的物理结构信息中得到。将上述两者进行比较得到递推公式，为本领域技术人员的常用技术手段，在此不再详述。
13.进一步地，具体为：将s4中计算得到的模拟采样团与一个第一子像素团的实际数据进行匹配，得到所述第一子像素团拟合度最高的采样位置（φ
x1
，φ
y1
）；其他子像素团的拟合度最高的采样位置（φ
xs
，φ
yt
）满足公式（4）和公式（5）：
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（4）；
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（5）；其中，k为空间采样倍率，s和t为整数，(s
‑
1)和(t
‑
1)表示其他子像素团与所述第一子像素团的横向和纵向相对位置关系，为满足＞0的最大整数，为满足＞0的最大整数。
14.进一步地，步骤s2具体为：找到根据s1拍摄到的图像数据中显示屏的边缘，计算显示屏的长、宽在图像中所占用的采样点数；将上述图像中显示屏的长、宽占用的采样点数，分别除以待测显示屏幕分辨率对应的子像素数，取其中一者或二者的平均值，作为空间采样倍率k。
15.进一步地，在s1之前还包括：s0：校准成像亮度计的线性度，当所述成像亮度计拍摄某个亮度灰阶的图片后，使用校准曲线将所得的亮度灰阶进行校准。
16.进一步地，在s0之前还包括：使用均匀的积分球，调整成像亮度计的曝光时间，分别在不同的曝光时间拍摄图像，根据拍摄所得的图像的亮度统计值与曝光时间的关系，得到校准曲线。
17.进一步地，s1中，所述调整成像亮度计的位置，具体为：使s2中计算得到的空间采样倍率k的小数部分小于0.2或大于0.8。
18.进一步地，s1中，所述预设亮度范围的上限不超过所述成像亮度计亮度范围上限的90%本发明具有如下有益效果：摩尔纹产生是源自采样的相位不同，而不同相位对应于不同的成像模式，因此提图时若使用相同的统计计算公式，所得的结果会产生周期性的偏差，导致摩尔纹的产生，同时成像亮度计的线性度也会影响最终结果。
19.本发明对于不同的采样位置，做模式匹配，同时针对不同的采样位置应用不同的拟合，还原出待测显示屏子像素中心处的亮度，避免了周期性偏差的产生，从本质上解决了摩尔纹的问题，避免了摩尔纹的产生，提高了测量精度。
20.另一方面，若对每个子像素团二位弥散模型进行拟合，由于拟合的参数较多，计算量较大，本发明只需选取一个或若干个子像素团进行拟合，以及只需要选取一个子像素团进行匹配，即可完成还原出待测显示屏各个子像素中心处的亮度，极大地节约了计算量。
附图说明
21.图1 为成像亮度计采集到的点光源成像示意图；图2为成像亮度计的第一采样相位示意图；图3为成像亮度计的第二采样相位示意图；图4为成像亮度计的第三采样相位示意图；图5为本发明的实施例二的基于成像亮度计的oled屏幕子像素亮度提取方法的流程图；图6为使用本发明的实施例二的方法所提取的子像素亮度进行校准前与校准后的亮度值统计直方图。
22.图中：1、成像亮度计采样区。
具体实施方式
23.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术中的技术方案，下面对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本技术保护的范围。
24.现有的demura方案包括以下几个步骤：1、拍摄使用高分辨率的mono（单色亮度）相机来拍摄目标显示器的子像素显示情况，这里经过严格光学校准的mono相机，称为成像亮度计。通常会拍摄若干的单色灰阶的图片，比如拍摄红色32灰阶、64灰阶、96灰阶、160灰阶、196灰阶、224灰阶。绿色和蓝色也拍摄这些灰阶，通常20个左右。要求拍摄清楚每一个显示器的子像素。一般来说用4
‑
25个成像亮度计的子像素去采集一个显示器的子像素。
25.2、提图拍摄完成后，将拍摄到的图像进行子像素分辨，找到每个显示器的子像素所成像在成像亮度计上的子像素团，通过运算获得其真实的亮度值。从而获得每个子像素在不同的灰阶下的真实显示的亮度值。
26.3、建模将每个子像素的在测量的各个灰阶下显示亮度值做建模，获得整个显示器在不经demura校准的情况下显示的模型。通过标准的显示模型，获得需要校准的偏移量，获得demura的校准数据。
27.4、压缩通常校准数据的数据量大约有500mbyte左右（1080*2160分辨率），但ic的空间容量有限，需要将这些校准数据压缩到2mbyte以内。
28.5、显示驱动芯片（driveric）算法处理显示驱动芯片内部通过压缩数据，解压缩，对每个子像素做demura实时处理。
29.从微观的角度来看，实际的摩尔纹产生，是由于周期性的误差所导致。校准的缺失、提图的误差和量化的误差都可能导致摩尔纹的产生，而如果这种摩尔纹不去处理，则会反映到最终demura效果上。去除摩尔纹的方法，最简单直接的是根据摩尔纹的空间频率去设置滤波器滤除，这是现有技术常用的方式，简单，有效，但也损失了测量的精度。
30.摩尔纹产生是源自采样的相位不同，而不同相位对应于不同的成像模式，因此提图时若使用相同的统计计算公式，所得的结果会产生周期性的偏差，导致摩尔纹的产生，同时成像亮度计的线性度也会影响最终结果。
31.实施例一本实施例具体说明摩尔纹产生的过程，具体实施过程如下：首先，对于待测显示屏上的一个子像素（简化为一个点光源），其经过成像亮度计的光学系统（镜头组等）在成像亮度计的传感器上成像，调节对焦，可使得这种成像达到最大限度的清晰。但是所有的光学系统都是有一定的非理想性的，因此，通常这个成像，并不是如其光源一样，是一个点，而是弥散成一个亮斑。通常这是一个符合二维正态分布的弥散圆，如图1所示，而弥散圆落在成像亮度计的传感器的采样点上，位置可能会有差别。如图2所示，成像亮度计采样区1是成像亮度计的采样点实际采样的区域，其与弥散圆的相对位置各有差异，即为采样位置或采样相位。
32.从图2至图4中可以直观看出，对于不同的采样位置或采样相位，成像亮度计的传感器的采样点采到的弥散圆的区域不同，亮度和光通量也不同。例如，在图2中，若弥散圆中心的相对亮度值为1，则图中所有25个成像亮度计采样区1的相对亮度值如表1所示：表1在图3中，若弥散圆中心的相对亮度值为1，则图中所有25个成像亮度计采样区1的相对亮度值如表2所示（表2中第三行第三列的数据对应的采样点不在弥散圆的正中心处，因此其相对亮度值小于1）：
表2在图4中，若弥散圆中心的相对亮度值为1，则图中所有25个成像亮度计采样区1的相对亮度值如表3所示（表3中第三行第三列至第四行第四列的数据对应的采样点均不在弥散圆的正中心处，因此其相对亮度值均小于1）：表3根据上述三个表中记载的数据，求和计算得到的结果分别为：8.958069、8.880799、8.673776。由此可见，采样位置或采样相位不一样，模式不同，以通常方式统计得到的结果存在差异。由于采样位置和采样相位是周期性变化的，因此上述差异也会出现周期性的变化规律，即产生摩尔纹。
33.影响实际得到的模式的因素包括以下几个参数：1、空间采样倍率比如使用101m的mono相机去拍摄2160*1080分辨率的oled屏，其一维的空间采样倍率可达到最多5倍多，也就是说有25个采样点来采样一个屏幕的子像素。但是这个倍率很难调整到刚好5倍整，因此空间采样倍率通常不是一个整数。另外为了避免边缘畸变和mtf的下降，通常也不会让成像到达传感器的边缘。
34.2、传感器的线性度一般来说，优质的成像亮度计都是经过线性度校准的，但实际目前产线所用的拍摄设备，有相当一部分是没有做线性校准。那么就需要在做测试之前把这些线性的误差测量出来，校准掉。
35.3、曝光时间常用的曝光时间根据拍摄的画面和显示的帧频而定，通常是一帧周期的整数倍，同时保证足够的曝光时间，使得低灰阶的画面也能得到很好的采样。
36.4、拍摄位置如果屏幕的子像素分布与相机传感器的分布严格平行，那么，直接计算就可以；否则还需要做一个旋转变换，将x,y两个方向的空间采样倍率做一个调整。
37.实施例二本实施例为本发明提供的一种基于成像亮度计的oled屏幕子像素亮度提取方法，如图5所示，包括以下步骤：s1：调整成像亮度计的焦距、位置以及曝光时间，拍摄待测显示屏输出的图片，使所述成像亮度计获取的最大亮度值处于预设亮度范围内。其中，所述预设亮度范围的上限不超过所述成像亮度计亮度范围上限的90%。
38.在本实施例中，使用101m的mono相机去拍摄2160*1080分辨率的oled屏，首先使待测显示屏显示绿色灰阶g224的纯色图像，调整成像亮度计的焦距、位置以及曝光时间，拍摄，得到长10000像素（采样点）、宽5000像素（采样点）的图像，在曝光时间为320ms时，所得
的最大亮度值为153。
39.s2：根据s1拍摄到的图像获得空间采样倍率k；具体为：找到根据s1拍摄到的图像数据中显示屏的边缘，计算显示屏的长、宽在图像中所占用的采样点数；将上述图像中显示屏的长、宽占用的采样点数，分别除以待测显示屏幕分辨率对应的子像素数，取其中一者或二者的平均值，作为空间采样倍率k。
40.在本实施例中，计算得到空间采样倍率10000/2160=4.63。
41.s3：根据s2计算得到的空间采样倍率k，将s1拍摄到的图像分割成若干个子像素团，每个所述子像素团对应待测显示屏的一个子像素，对一个或者若干个所述子像素团以二维弥散模型进行曲面拟合，得到弥散系数或者其平均值。
42.其中，二维弥散模型为二维正态分布模型，所述模拟弥散圆在归一化后符合二维正态分布公式（1），
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（1）；式中f(x,y)即坐标为（x,y）处的归一化的亮度值，σ1、σ2分别为横向、纵向的弥散系数，ρ为关联性参数，μ1、μ2为中心位置参数；所述坐标（x,y）的单位为待测显示屏的子像素的单位间距；设拍摄系统是各向同性的，则记σ1=σ2=σ，ρ=0；模拟弥散圆中心是原点时，μ1 = μ2 = 0，公式（1）简化为公式（2）：
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（2）；在本实施例中，拍摄各个灰阶的图像，将图像分割成各个子像素团，对一个或若干个子像素团做高斯曲面拟合。
43.本实施例的一个子像素团的图像数据如表4所示：表4其中，各个数据以相对于亮度最大的采样点处的相对亮度来表示。
44.通过二维正态分布模型拟合上述数据得σ=0.88，同样计算若干个子像素团，获得更加准确和集中的结果。
45.s4：根据s3得到的弥散系数或者其平均值，以二维弥散模型进行模拟得到模拟弥散圆，并且对不同采样位置计算出对应的模拟采样团，所述模拟采样团为所述模拟弥散圆在一个子像素团的各个采样点处的相对亮度值，所述采样位置为所述子像素团的采样点相对于模拟弥散圆中心的位置。
46.其中，采样位置的获取方法如下：
根据空间采样倍率k，在0到1/k的范围内，取若干个采样相位值形成集合{φ}，对横向采样相位和纵向采样相位分别取集合{φ}中的一个值形成相位组合（φ
x
，φ
y
），作为采样位置，所述相位组合（φ
x
，φ
y
）表示的是所述子像素团中在模拟弥散圆中心右下方最接近模拟弥散圆中心的采样点坐标位置（x，y）。
47.其中，所述取若干个采样相位值形成集合{φ}，具体为：取0，1/(nk)，2/(nk)，
……
，(n
‑
1)/(nk)形成集合{φ}，其中n为正整数。
48.在本实施例中，将代入公式（2）中，得到模拟弥散圆的相对亮度分布函数。取n=5，以及横向和纵向各设置5个不同的采样相位，总计形成25种不同的组合，进一步计算出25个模拟采样团。
49.s5：将s4中计算得到的模拟采样团与所述子像素团的实际数据进行匹配，得到拟合度最高的各个子像素团的采样位置，并根据采样位置拟合计算每个子像素团对应的模拟弥散圆中心的拟合亮度值，作为待测显示屏的子像素亮度值。
50.下表是使用以上方法提取的某个屏幕的4*6个蓝色子像素在224灰阶时的相对亮度值。（此屏的分辨率是1125*2436，由于菱形分布，蓝色子像素只有这个分辨率的一半）。
51.根据提取的所有子像素的相对亮度，可以绘制出其亮度值统计直方图，如图6中的校准前的曲线所示。
52.将上述提取得到的子像素亮度值以现有技术进行校准（不进行消除摩尔纹的滤波处理），校准后待测显示屏显示的亮度值统计直方图，如图6中校准后的曲线所示。
53.由图6中可以看出，本发明实施例二从根本上避免了摩尔纹的产生。
54.其中，将s4中计算得到的模拟采样团与所述子像素团的实际数据进行匹配，得到拟合度最高的各个子像素团的采样位置，具体为：将s4中计算得到的模拟采样团与一个第一子像素团的实际数据进行匹配，得到所述第一子像素团拟合度最高的采样位置（φ
x1
，φ
y1
）；其他子像素团的拟合度最高的采样位置（φ
xs
，φ
yt
）满足公式（4）和公式（5）：
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（4）；
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（5）；其中，k为空间采样倍率，s和t为整数，(s
‑
1)和(t
‑
1)表示其他子像素团与所述第一子像素团的横向和纵向相对位置关系，为满足＞0的最大整数，为满足＞0的最大整数。
55.将公式（4）和公式（5）中的数字1及下标1替换成其他整数，则可得到其他子像素团之间的采样位置的递推关系式，实际计算过程中，可以上述递推关系式进行递推计算。
56.在实际应用场景中，成像亮度计拍摄角度与待测显示屏放置角度会存在少许偏差，那么上述公式（4）、公式（5）以及由其推导所得的递推关系式，均需要进行一个角度的旋转变换修正。
57.可以看出采样位置（φ
xs
，φ
yt
）随着s和t的变化而出现周期性的变化，即对于各个子像素团的实际数据周期性地使用不同的模拟采样团进行拟合计算，提取出对应的待测显示屏的子像素亮度值。
58.在一较佳的实施例中，在s1之前还包括：使用均匀的积分球，调整成像亮度计的曝光时间，分别在不同的曝光时间拍摄图像，根据拍摄所得的图像的亮度统计值与曝光时间的关系，得到校准曲线；校准成像亮度计的线性度，当所述成像亮度计拍摄某个亮度灰阶的图片后，使用校准曲线将所得的亮度灰阶进行校准。其中，获取校准曲线和进行校准的方法均为现有技术。
59.在一较佳的实施例中，s1中，所述调整成像亮度计的位置，具体为：使s2中计算得到的空间采样倍率k的小数部分小于0.2或大于0.8，较佳地，空间采样倍率k越接近于整数越好。
60.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。