戶外全彩LED顯示屏亮度色度檢測新方法
針對戶外全彩LED顯示屏的亮度和色度檢測，提出了一種基于數字圖像處理技術的檢測新方法。首先對采集的LED顯示屏圖像進行預處理；然后通過水平與垂直投影來確定LED像素點的位置及亮度、色度的計算區(qū)域；最后記錄亮度和色度不一致的LED像素點，以便進行后續(xù)校正。實驗表明，該檢測方法可實現對戶外全彩LED顯示屏亮度和色度的檢測及后續(xù)的校正，大大提高LED顯示屏的檢測速度和顯示質量。
LED（LightEmittingDiode,發(fā)光二極管）是當今世界發(fā)展最為快速的產業(yè)之一。LED高亮度、低能耗、長壽命的特點使得LED顯示屏在戶外平板顯示領域優(yōu)勢明顯。但是，LED間存在的光、電學特性差異通常會引起LED顯示屏亮度、色度不一致，進而破壞顯示屏的白平衡，降低顯示品質，嚴重時還會造成"花屏"、"馬賽克"等問題。
在解決這一問題時，以往的研究主要集中在單個LED的光電學特性差異上面，目的在于找到RGB（紅、綠、藍）三基色LED合適的補償曲線以修正其驅動控制參數來改善顯示效果。這類檢測和校正方案能較好解決“花屏”、“馬賽克"等嚴重問題�？墒�，即便是同一基色、同一批次的LED間也存在特性差異，且LED全彩顯示屏包含的LED像素點多，在生產、制造的過程中都難免會出現各種問題，將導致某個LED像素點不亮，或產生亮度、色度差 。
所以，這類檢測方案對單個LED像素點的校正效果較差，顯示效果改善有限。作為補償方案，人工目測也只能檢測出個別差異明顯的LED像素點，且對檢測人員的調試經驗要求較高；同時，LED的高亮度也加大了檢測人員的工作強度，致使檢測效率低。
因此，從戶外全彩LED顯示屏整體著手，運用數字圖像處理的方法對顯示屏上的每個LED像素點進行快速檢測，目的在于提高檢測速度和準確度，從而改善戶外全彩LED顯示屏的顯示效果。
檢測原理
計算機通過圖像采集/控制模塊將CCD（ChargeCoupledDevices,電荷耦合器件）傳感器采集到的LED顯示屏的顯示圖像進行處理。處理過程主要包括LED像素點的定位和亮度、色度的快速檢測兩部分。
LED像素點的定位
要確定LED像素點的位置，首先要對采集的LED顯示屏圖像進行二值化。由基于直方圖的圖像閾值分割方法可以知道：圖像由可以分離的具有不同灰度等級的一種或多種物體和背景組成。根據這一原理，圖像的直方圖中將會呈現多個峰值，每個峰值對應一種物體或是背景，要將不同的物體分離開，可以以谷值點為閾值來劃分相鄰峰值。
由于LED電子顯示屏的點陣特性，實際檢測中發(fā)現采集的圖像其灰度直方圖雙峰分布特征十分明顯。對于這類情況，采用最大方差閾值法來自動選擇分割閾值，不僅效果好，而且速度快。
利用計算出的閾值T對灰度圖像進行二值化處理后，分別進行水平和垂直投影，就可以計算出LED像素點在LED電子屏上的位置。
LED像素點亮度、色度的快速檢測
借鑒成功用于PAL（PhaseAlternatingLine,逐行倒相制）制式的電視系統中的YUV顏色模型（Y表示亮度，U和V是構成彩色的兩個分量）,筆者將圖像中采用的RGB顏色模型轉換，可以方便、快捷地計算出各像素點的相對亮度值。
根據色度學中的加色法原理？1%,戶外全彩LED顯示屏由RGB三基色LED構成顯示屏上的每個像素點，通過控制每個像素點中的某基色LED的發(fā)光強度，就可以配出各種顏色，在顯示屏上顯示出豐富多彩的彩色圖像。在CIE（國際照明委員會）rg色度圖中，色度坐標反映的是三基色各自在三刺激值總量中的相對比例，一組色度坐標表示了色相相同和飽和度相同而亮度不同的那些顏色的共同特征。
而LED顯示屏上的每個像素點總是能在待測圖像中找到對應的區(qū)域。因此，可通過其對應區(qū)域內圖像數據中的RGB值來確定該像素點的色度。 設測得的LED像素點的亮度值為Y1,色度坐標為（r1,g1）,分析Y1、（ri,g1）的離散性，就能確定LED顯示屏上亮度和色度不一致的LED像素點。
為驗證檢測方法的有效性，筆者用AvaSpec-2048微型光譜儀對同一戶外全彩LED顯示屏的單元模塊進行了亮度和色度的對比測試。為減小計算量和方便調試，筆者采用了CIErg色度坐標系，這與光譜儀采用的國際通用的CIExy色度坐標系不同。因此，測試時要對色度坐標進行轉換
2.處理結果及分析
利用CCD圖像傳感器采集圖像，對三合一表貼戶外全彩LED顯示屏的單元模塊中的LED像素點進行了算法測試。
以藍色為例，CCD圖像傳感器采集的三合一表貼單元模塊顯示的藍色圖像。為更好地驗證該檢測方法的有效性，筆者對該LED顯示單元模塊的某些像素點進行了遮蔽處理，形成了黑色部分。
由于LED是自發(fā)光體，并且發(fā)光強度在一定范圍內與提供給它的驅動電流成正比，因此在驅動電路的設計、制造和調試過程中，通過合理控制驅動電流，可以盡量減小亮度差，以平均值作為標準值來計算，應小于15%至20%?1-2%.因此，為方便后續(xù)的亮度校正，實驗對偏離整體亮度平均值5%以上的LED像素點進行定位和統計，以求將這些偏離較大的像素點的亮度差值控制在10%以內。在進行色度檢測時，本文參照麥克亞當（D.L.MacAdam）對顏色寬容度進行量化的方法。對各LED像素點的色度坐標進行了統計，求出這些色度坐標的幾何中心，并記錄下與該幾何中心的歐式距離大于d0的LED像素點（不同顏色d0取值不同）.
運用CCD圖像傳感器及數字圖像處理技術對戶外全彩LED顯示屏的亮度、色度均勻性評價提出了一種新的快速檢測方法，較好地保證了顯示屏上各LED像素點顯示效果的一致性，為后續(xù)的亮度、色度校正工作提供了定量調試的參考依據，能大大提高戶外全彩LED顯示屏的檢測效率和顯示質量。
下一步將繼續(xù)開展環(huán)境光對亮度、色度檢測的影響及克服方法，以及亮度、色度自動校正驅動電路的研究，最后實現對戶外全彩LED顯示屏每個LED像素點的亮度、色度值的精確檢測和校正。 |
